Hidro - nguyên tử bé nhỏ nhất

Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ. Nó hiện diện trong nước và trong mọi hợp chất hữu cơ cũng như các cơ thể sống. Nó có thể có phản ứng hóa học với phần lớn các nguyên tố hóa học khác. Các ngôi sao trong chuỗi chính là sự tràn ngập của hiđrô trong trạng thái plasma. Nó được sử dụng trong sản xuất amôniắc (NH₃), cũng như làm khí nâng trong các khinh khí cầu hay làm nguồn năng lượng.

Trong phòng thí nghiệm, hiđrô được điều chế bằng phản ứng của axít với kim loại, như kẽm chẳng hạn. Để sản xuất công nghiệp có giá trị thương mại nó được điều chế từ ga thiên nhiên. Điện phân nước là biện pháp đơn giản nhưng không kinh tế để sản xuất hàng loạt hiđrô. Các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra những phương pháp điều chế mới như sử dụng tảo lục hay việc chuyển hóa các dẫn xuất sinh học như glucôda hay sorbitol ở nhiệt độ thấp bằng các chất xúc tác mới.

Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn như tại trung tâm của các sao khí khổng lồ, các phân tử hiđrô mất đặc tính của nó và hiđrô trở thành một kim loại lỏng (xem hiđrô kim loại). Dưới áp suất cực thấp, như trong khoảng không vũ trụ, hiđrô có xu hướng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt, đơn giản vì không có cách nào để chúng liên kết với nhau; các đám mây H₂ tạo thành và được liên kết trong quá trình hình thành các ngôi sao.

Nguyên tố này đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng prôton-prôton và chu trình cacbon - nitơ. (Chúng là các phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng khổng lồ thông qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành một nguyên tử hêli.)

Lịch sử

Hiđrô (trong tiếng Pháp hay tiếng Hy Lạp có nghĩa là "sinh ra nước") lần đầu tiên được Henry Cavendish phát hiện như một chất riêng biệt năm 1766. Cavendish tình cờ tìm ra nó khi thực hiện các thí nghiệm với thủy ngân và các axít. Mặc dù ông đã sai lầm khi cho rằng hiđrô là hợp chất của thủy ngân (và không phải của axít), nhưng ông đã có thể miêu tả rất nhiều thuộc tính của hiđrô rất cẩn thận. Antoine Lavoisier đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hiđrô và ôxy. Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là khinh khí cầu. Hiđrô thu được bằng cách cho axít sulfuric loãng tác dụng với sắt. Đơteri, một trong các đồng vị của hiđrô, được Harold C. Urey phát hiện bằng cách chưng cất một mẫu nước nhiều lần. Urey nhận giải Nobel cho phát minh của mình năm 1934. Trong cùng năm đó, đồng vị thứ ba, triti, đã được phát hiện.

Đồng vị

Hiđrô là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các đồng vị của nó. (Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu phóng xạ, các đồng vị phóng xạ nặng khác nhau cũng được đặt tên, nhưng các tên gọi này không được sử dụng, mặc dù một nguyên tố, radon, có tên gọi mà nguyên thủy được dùng chỉ cho một đồng vị của nó). Các ký hiệu D và T (thay vì H² và H³) đôi khi được sử dụng để chỉ đơteri và triti, mặc dù điều này không được chính thức phê chuẩn. (Ký hiệu P đã được sử dụng cho phốtpho và không thể sử dụng để chỉ proti.)

• H¹: Đồng vị phổ biến nhất của hiđrô, đồng vị ổn định này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất một prôton; vì thế trong miêu tả (mặc dù ít) gọi là proti.

• H²: Đồng vị ổn định có tên là đơteri, với thêm một nơtron trong hạt nhân. Nó chiếm khoảng 0,0184-0,0082% của toàn bộ hiđrô (IUPAC); tỷ lệ của nó tới proti được xác định liên quan với nước tham chiếu tiêu chuẩn của VSMOW.

• H³: Đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên là triti. Hạt nhân của nó có hai nơtron và một prôton. Nó phân rã theo phóng xạ bêta và chu kỳ bán rã là 12,32 năm.

• H⁴: Hiđrô-4 được tổng hợp bằng cách tấn công triti với hạt nhân đơteri chuyển động cực nhanh. Nó phân rã thông qua bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 9,93696x10^-23 giây.

• H⁵: Năm 2001 các nhà khoa học phát hiện ra hiđrô-5 bằng cách tấn công các mục tiêu hiđrô bằng các ion nặng. Nó phân rã thông qua bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 8,01930x10^-23 giây.

• H⁶: Hiđrô-6 phân rã thông qua ba bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 3,26500x10^-22 giây.

• H⁷: Năm 2003 hiđrô-7 đã được tạo ra (bài báo [1]) tại phòng thí nghiệm RIKEN ở Nhật Bản bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử hêli-8 cao năng lượng với mục tiêu hiđrô lạnh và phát hiện ra các triton - hạt nhân của nguyên tử triti - và các nơtron từ sự phá vỡ của hiđrô-7, giống như phương pháp sử dụng để sản xuất và phát hiện hiđrô-5.
  
  Cảnh báo

  Hiđrô là một chất khí dễ bắt cháy, nó cháy khi mật độ chỉ có 4%. Nó có phản ứng cực mạnh với clo và flo, tạo thành các axít hiđrôhalic có thể gây tổn thương cho phổi và các bộ phận khác của cơ thể. Khi trộn với ôxy, hiđrô nổ khi bắt lửa.