هل الهيدروجين مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟ (+3 أشياء يجب معرفتها)

الهيدروجين هو غاز درجة الحرارة والضغط القياسي (STP). ويصبح سائلاً عند -252.87 درجة مئوية وضغط جوي واحد، ويتجمد عند درجة حرارة -259.14 درجة مئوية وضغط جوي واحد.

حسنًا، كانت تلك مجرد إجابة بسيطة. ولكن هناك بعض الأشياء الإضافية التي يجب معرفتها حول هذا الموضوع والتي ستجعل مفهومك واضحًا للغاية.

لذلك دعونا ننتقل مباشرة إلى ذلك.

لماذا يوجد الهيدروجين في الحالة الغازية في درجة حرارة الغرفة؟

يوجد الهيدروجين كغاز في درجة حرارة الغرفة لأنه يحتوي على نقطة غليان منخفضة ووزن جزيئي منخفض.

درجة غليان الهيدروجين هي -252.87 درجة مئوية (-423.17 درجة فهرنهايت)، وهي منخفضة للغاية مقارنة بالعناصر الأخرى، مثل الأكسجين والنيتروجين، والتي توجد في شكل غاز في درجة حرارة الغرفة ولكن لها نقاط غليان أعلى بكثير (-183). درجة مئوية). و-196 درجة مئوية، على التوالي).

وهذا يعني أن الهيدروجين يحتاج إلى طاقة قليلة جدًا ليتحول من سائل إلى غاز، مما يسمح له بالوجود كغاز في درجة حرارة الغرفة.

بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الهيدروجين (H2) بوزن جزيئي منخفض جدًا (2 وحدة كتلة ذرية)، مما يعني أن القوى الجزيئية بين جزيئات الهيدروجين ضعيفة جدًا.

ونتيجة لذلك، فإن جزيئات الهيدروجين لا تميل إلى التجمع معًا وتكوين سائل في درجة حرارة الغرفة، بل تظل جزيئات غازية فردية تتحرك بحرية وبسرعة عبر الهواء.

وبشكل عام، فإن الجمع بين نقطة الغليان المنخفضة والوزن الجزيئي المنخفض يسمح للهيدروجين بالوجود كغاز في درجة حرارة الغرفة.

هل يوجد الهيدروجين في الحالة السائلة أم الصلبة؟

نعم، يمكن أن يتواجد الهيدروجين في الحالة السائلة والصلبة تحت ظروف معينة من درجات الحرارة والضغط.

عند الضغط القياسي، يتواجد الهيدروجين كغاز فقط عند درجات حرارة أعلى من نقطة غليانه البالغة -252.87 درجة مئوية (-423.17 درجة فهرنهايت).

ومع ذلك، إذا تعرض الهيدروجين لضغوط عالية جدًا، فيمكن ضغطه إلى حالة سائلة عند درجات حرارة أقل من نقطة الغليان. ويستخدم هذا الهيدروجين السائل كوقود للصواريخ بسبب محتواه العالي من الطاقة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يوجد الهيدروجين أيضًا في حالة صلبة عند درجات حرارة وضغوط منخفضة للغاية.

يمكن أن يأتي الهيدروجين الصلب في شكلين: أورثوهيدروجين وباراهيدروجين، اللذان لهما خصائص فيزيائية مختلفة. يحدث التحول من الهيدروجين السائل إلى الهيدروجين الصلب عند درجة حرارة حوالي -259 درجة مئوية (-434 درجة فهرنهايت) تحت الضغط الجوي.

ومع ذلك، فإن إنشاء والحفاظ على هذه الظروف القاسية اللازمة لمراقبة الهيدروجين في حالته السائلة والصلبة يعد أمرًا صعبًا ويتطلب معدات متخصصة.

كيف يختلف الهيدروجين الغازي عن الهيدروجين الصلب والهيدروجين السائل؟

يختلف الهيدروجين الغازي والهيدروجين الصلب والهيدروجين السائل في خصائصها الفيزيائية وسلوكها.

يوجد الهيدروجين في حالته الغازية كجزيئات فردية تتحرك بحرية وبسرعة عبر الهواء.
غاز الهيدروجين خفيف جدًا وذو كثافة منخفضة، مما يجعله شديد الانضغاط ويصعب تخزينه بكميات كبيرة. ومع ذلك، فهو أيضًا سريع الاستجابة وله نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك خلايا الوقود ومحركات الاحتراق.

في الحالة السائلة ، تكون جزيئات الهيدروجين أقرب إلى بعضها البعض وتتحرك بشكل أبطأ مما هي عليه في الحالة الغازية.
يتمتع الهيدروجين السائل بكثافة أعلى قليلاً من كثافة الهيدروجين الغازي، ولكنه أكثر كثافة من حيث الطاقة ويمكن تخزينه في الخزانات.
يستخدم الهيدروجين السائل كوقود للصواريخ وفي تطبيقات أخرى تتطلب كثافة طاقة عالية، كما هو الحال في بعض أنظمة خلايا الوقود.

في الحالة الصلبة ، يتم ترتيب جزيئات الهيدروجين في شبكة بلورية وتظهر خواص فيزيائية مختلفة تمامًا عن تلك الخاصة بالهيدروجين الغازي أو السائل.
يتميز الهيدروجين الصلب بكثافة منخفضة جدًا وهو عازل حراري ممتاز. بالإضافة إلى ذلك، فهو يُظهر خصائص ميكانيكا الكم الفريدة بسبب كتلته المنخفضة وبنيته الجزيئية البسيطة.
ومع ذلك، فإن إنتاج الهيدروجين الصلب والحفاظ عليه يتطلب درجات حرارة وضغوط منخفضة للغاية، مما يجعل من الصعب دراسته واستخدامه.

بشكل عام، يختلف الهيدروجين الغازي والسائل والصلب في خصائصه الفيزيائية وسلوكه بسبب الاختلافات في الترتيب الجزيئي وطاقة جزيئات الهيدروجين.

قراءة متعمقة

لماذا يعتبر الهيدروجين غير معدني؟
هل الفوسفور مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟
هل الصوديوم مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟
هل الأكسجين صلب أم سائل أم غازي؟
هل الليثيوم صلب أم سائل أم غازي؟