Periyodik tabloya baktığımızda bizi karşılayan ilk elementin hidrojen olduğunu görürüz. Buradaki yeri tesadüf değildir. Hidrojen, ilk doğandır. En eski ve en yaşlı olandır. Favori yıldızımız Güneş de dahil olmak üzere tüm evrenin temel enerji kaynağı hidrojendir. Hadi periyodik tabloda kendine yer bulmakta çok zorlanan, onlarca ünvana sahip bu elementi daha yakından tanıyalım!
Periyodik Tablo’nun En Hafifi
Elementler arasında beslenmesine en çok dikkat eden elementin hidrojen olduğunu söylemek mümkündür. Sadece 1,008 g/mol’lük kütleye sahip olan bu elementin sağlıklı zayıflama sırrı ise nötron kullanmamaktır. Bildiğimiz gibi elementler atomlardan oluşur. Atomlar ise (+) yüklü protonlardan, (-) yüklü elektronlardan ve yüksüz nötronlardan oluşur. Doğada olduça az bulunan izotopları döteryum ve trityum haricinde, elementler dünyasındaki ilk çocuk bu konuda bir istisnaya sahiptir: Nötronu yoktur. Bu sayede en yakın rakibi olan helyumun neredeyse dörtte biri kadar bir kütleye sahiptir. En hafif olma ve oda koşullarında gaz halde bulunma özelliği sayesinde bir dönem uçan balonlarda ve zeplinlerde de kullanılmıştır. Ancak, hidrojenin oldukça yanıcı bir gaz olması, tehlikelerini de beraberinde getirmiştir. Dilerseniz “Zeplinlerin Kullanılmama Sebebi: Hindenburg Faciası“ yazımızı inceleyerek günümüzde zeplinleri görmeme sebebimizi ve onun hidrojenle bağlantısını okuyabilirsiniz.
Evrenin Kütlece Dörtte Üçü Yalnızca Hidrojen
Hidrojen sadece hafiflik yarışında değil, bolluk yarışında da birinciliği kimseye kaptırmamaktadır. Evrenin kütlece yaklaşık %75’ini hidrojen oluşturur. Bu inanılmaz yüksek oranı yaklaşık %23 ile helyum takip eder. Evet, bildiğimiz diğer tüm elementler ise ancak o %2’lik kısımda kendilerine yer bulabilmişlerdir.
Elementlerin nasıl oluştuğu hakkında daha fazla bilgi almak için “Elementler Nasıl Oluşur?” yazımıza ve bu elementlerin neden adil dağılmadığını daha iyi anlayabilmek için “Doğa Adil Midir? Kimyadaki Sihirli Sayılar ve Muggle Elementler“ yazımıza göz atabilirsiniz!
Memleketsiz Bir Element
Periyodik tablonun asıl amacı elementleri belirli ortak özelliklerine göre yerleştirmektir. Her element için kolayca bir yer ayarlayabilen periyodik tablo yönetimi; sıra, birçok ünvana sahip popüler hidrojene gelince yer bulmakta çekimser kalmaktadır. Peki neden?
Aynı gruba sahip olan elementler birbirleriyle benzer özellikler taşımaktadır. İşte tam da bu noktada işler karışır. Hidrojenin taşıdığı özelliklere bakarak onun 7A grubuna yani halojenlere benzediğini söyleyebiliriz. Mesela 7A grubundan klor (Cl) elementiyle hidrojenin ortak noktalarından bazıları şunlardır:
- İkisi de ametaldir.
- İkisi de oda koşullarında gaz halde bulunurlar.
- İkisi de tek başına bulunmak yerine iki atomlu (diatomik) yapılardan oluşur. (H2 ve Cl2)
- İkisi de dışarıdan elektron aldığında (-) özellik gösterir.
- İkisi de alkali metallerle (1A grubu) tepkime verir. (Örneğin: NaCl ve NaH)
Bu ortak noktalara baktığımızda kolayca “Tamam hidrojen, senin yerin 7A grubu. Sen de bir halojensin.” demek kulağa hoş gelse de gerçekler böyle değildir.
Ortak özelliklere sahip olan elementlerin son yörüngelerindeki elektron sayıları da aynıdır. O elementin tepkimeye girme eğilimini ve ne şekilde tepkimeye gireceğini belirleyen şey son yörüngedeki elektronlardır. Bu yüzden son yörüngelerindeki elektron sayıları aynı olanlar benzer özellikler taşır ve bu sayede o gruba ait hissederler. Örneğin tüm halojenlerin son yörüngelerinde yedi elektron bulunur. Hidrojenin ise son yörüngesinde (ve tek yörüngesinde) bir elektron bulunduğu için 7A grubundan dışlanmak zorunda kalır. Kendini ametal olarak tanımlasa da oradan uzaklaşması gerekmektedir. Yalnızca bir elektrona sahip olduğu için halojenlerin arasında barınamayacağını anlayan hidrojenin gidebileceği tek yer ise alkali metallerin bulunduğu 1A grubudur – her ne kadar kendini oraya ait hissetmese de…
Peki Neden Hidrojende Böyle Bir İstisna Vardır?
Kimyasal tepkimelerde asıl etkili olan dış katmanlarda yer alan elektronlardır. Dış katmanda yer alan elektronlar beraber kullanılabilirler, verilebilirler veya alınabilirler. Bu sayede yeni ürünler oluşur veya var olan maddeler değişiklik gösterir. Yani, iç kısımda yer alan elektronlar sabit kalırlar ve tepkimeyi etkilemezler.
Fakat, hidrojende yalnızca bir elektron bulunduğu için iç kısımda yer alan elektron veya dış katmandaki elektron gibi bir ayrım yapmak söz konusu değildir. İçerisinde nötron da bulunmadığı için hidrojenin tepkimeleri protonların etkisi altında oluşmaktadır. Burada da işin içerisine proton kimyası girer ve bildiğimiz diğer elementlerden daha farklı bir sonuç gözlemleriz. İşte hidrojenin hiçbir yerde evinde gibi hissedememesinin sebebi budur. Onun kimyası diğerlerinden çok farklıdır.
Evrenin Bitmek Bilmeyen Enerjisinin Kaynağı
Hidrojenin bu eşsiz kimyası onun en gözde enerji kaynaklarından biri olmasını sağlar. Çoğu yıldız, enerji üretebilmek için hidrojeni kullanır. Yıldızların içerisinde hidrojen kullanılarak gerçekleşen, çok yüksek enerji açığa çıkaran nükleer tepkimelerin genel adı füzyon tepkimeleridir. Temelde, iki hidrojen birleşerek helyuma dönüşür. Bu süreçte önce protonlar nötronlarla birleşerek hidrojenin izotopu olan döteryum oluşur. Ardından tekrar protonlarla birleşerek helyumun oluşmasına sebep olur. Bu süreçte bir araya gelen dört protonun kütlesi, oluşan helyumun kütlesinden daha fazla olduğu için bir kütle kaybı yaşanır. İşte Güneş’in çekirdeğinde gerçekleşen bu kütle kaybı çok yüksek seviyede enerjiye dönüşür. Einstein’ın ünlü E = mc2 formülünden hatırlayacağımız üzere kütlenin enerjiye dönüşümü veya tam tersi mümkündür.
Hidrojenden nükleer füzyon tepkimeleri ile enerji elde etmek bir yöntemdir ama tek yol değildir. İlk kısımda da bahsettiğimiz üzere hidrojen oldukça yanıcı bir gazdır. Verimliliği oldukça yüksek olan hidrojen ayrıca yandığı zaman suya dönüştüğü için en çevre dostu yakıt olarak anılmaktadır. Bu da onun doğrudan yakılarak da enerji elde edilmesinde kullanılabileceğini gösterir.
Hidrojen Evrende Bu Kadar Çoksa Neden Doğrudan Yakıt Olarak Kullanamıyoruz?
Hidrojenin evrende çok bol olması Dünya’da da çok olacağı anlamına gelmez. Maalesef, Dünya kabuğunun yalnızca kütlece %0.14’ü hidrojenden oluşur. Saf hidrojen bulmak pek mümkün değildir. Ayrıca, hidrojen havadan çok daha hafif olduğu için uçar ve bu yüzden hidrojeni depolamak da oldukça zorludur. Fakat hidrojeni doğrudan elde etme yolları vardır. En popüler yol ise suyu elektroliz adı verilen bir süreçle ayırarak hidrojeni elde etmektir.
İngiliz fizikçi Henry Cavendish, 1766 yılında hidrojen gazını keşfettikten bir süre sonra onun yanması sonucunda su oluşturduğunu gözlemlemiştir. Ardından, modern kimyanın babası olarak bilinen Antoine-Laurent Lavoisier, bu elemente Yunancada “su” anlamına gelen hydro ve “üreten” anlamına gelen genes kelimelerinin birleşimi olan hydrogenes adını vermiştir. Su üreten olarak anılan bu elementin isminin arkasındaki tepkime şu şekildedir:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
“Eğer hidrojenden su elde edilebiliyorsa tam tersini de yapmak mümkün olabilir” düşüncesiyle çıkılan bu yolculukta su ayrıştırılarak hidrojen elde edilmesi amaçlanmaktadır.
2H2O(g) → 2H2(g) + O2(g)
Bu süreç kendiliğinden gerçekleşmez. Çoğunlukla elektrik enerjisi verilerek gerçekleşen suyun ayrıştırılması ile hidrojen elde edilmesi ise başka bir yazımızın konusu. O zamana dek bilimle kalmanız dileğiyle…
Kaynakça ve İleri Okuma
Hydrogen-element information, properties, and uses: Periodic Table. Hydrogen – Element information, properties, and uses | Periodic Table. (n.d.). https://www.rsc.org/periodic-table/element/1/hydrogen
Jolly, W. L. (2024, April 19). Hydrogen. Encyclopaedia Britannica. https://www.britannica.com/science/hydrogen
Nuclear fusion in the sun. Nuclear Fusion in the Sun – Energy Education. (n.d.). https://energyeducation.ca/encyclopedia/Nuclear_fusion_in_the_Sun#:~:text=The%20specific%20type%20of%20fusion,and%20are%20turned%20into%20helium.
Nuclear Fusion Reactions | Department of Energy. Office of Science. (n.d.). https://www.energy.gov/science/doe-explainsnuclear-fusion-reactions
U.S. National Library of Medicine. (n.d.). National Center for Biotechnology Information. PubChem Element Summary for AtomicNumber 1, Hydrogen. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/element/Hydrogen#section=Historical-Atomic-Weights
Vlasov, L. N., & Trifonov, D. N. (1977). 107 Stories About Chemistry. Mir Publishers.
Bize Destek Olmak İster Misiniz?
- Dilerseniz Patreon hesabımız üzerinden bize aylık veya tek seferlik bağış yaparak destekte bulunabilirsiniz.
- Daha detaylı bilgi almak için “Bize Destek Olabilirsiniz!” sayfamızı inceleyebilirsiniz!
