हायड्रोजन
हायड्रोजन
उदजन (हायड्रोजन) (अणुक्रमांक: १)
हे एक रासायनिक मूलद्रव्य आहे. रसायनशास्त्रात उदजन H ह्या चिन्हाने दर्शवितात. सामान्य तापमानाला आणि दाबाला उदजन वायुरूपात असतो. उदजन हा रंगहीन, गंधहीन, चवरहित व अतिशय ज्वलनशील वायू आहे. स्थिर स्वरूपात असताना उदजनचे रेणू प्रत्येकी २ अणूंनी बनलेले असतात. १.००७९४ ग्रॅ/मोल एवढा अणुभार असणारे उदजन हे सर्वांत हलके मूलद्रव्य आहे. उदजन हे विश्वात सर्वाधिक आढळणारे मूलद्रव्य आहे. विश्वात आढळणाऱ्या सर्व पदार्थांच्या वजनापैकी ७५ टक्के वजन उदजनचे आहे. विश्वातील बहुतेक ताऱ्यांमध्ये मुख्यत्वे उदजन हेच मूलद्रव्य प्लाज्मा ह्या स्वरूपात सापडते. पृथ्वीवर उदजन क्वचित मूलद्रव्य स्वरूपात आढळतो. उदजनचे औद्योगिकरीत्या उत्पादन मिथेनसारख्या कर्बोदकपासून केले जाते. बहूतकरून या मूलद्रव्य स्वरूपात तयार केलेल्या उदजनचा वापर संरक्षित पद्धतीने उत्पादनाच्या स्थळीच केला जातो. अशा उदजनचा वापर मुख्यत्वे खनिज- इंधनांच्या श्रेणीवाढीसाठी व अमोनियाच्या उत्पादनासाठी केला जातो. इलेक्ट्रॉलिसिस पद्धतीने पाण्यापासूनही उदजन तयार करता येतो, पण नैसर्गिक वायूपासून उदजन मिळवण्यापेक्षा ही पद्धत खूपच जास्त महाग पडते.
आम्ल-अल्कली यांच्या रसायनशास्त्रात उदजनची प्रमुख भूमिका असते. त्यामधील बऱ्याच रासायनिक प्रक्रियांमधे रेणूंमधील प्राणु कणांची देवाणघेवाण उदजनच्या अणुकेंद्रातील प्राणुच्या स्वरूपात होते.
अनेक धातू उदजनच्या शोषणामुळे ठिसूळ होत असल्याने उदजनचे विद्रवण आणि शोषण ह्यांचे गुणधर्म धातुशास्त्राच्या, आणि त्याला सुरक्षित पद्धतीने साठवून ठेवण्याच्या दृष्टीने अतिशय महत्त्वाचे असतात. उदजन वायू संक्रमणी धातूंमधे व विरळा मृद्धातूंमधे अतिशय सहज विरघळू शकतो. तसेच तो स्फटिक धातूंमधे व अस्फटिक धातूंमध्येही विरघळतो.
उदजनची विरघळण्याची क्षमता ह्या धातूंच्या स्फटिकां स्थानिक विकृती आणि अशुद्धतेमुळे वाढते.
• ज्वलनहवेमध्ये उदजन अतिशय जलदपणे पेट घेऊ शकतो. मे ६ , इ.स. १९३७ चा हिंडेनबर्ग अपघात त्यातील उदजनने असा जलद पेट घेतल्याने झाला. उदजन वायू इतका ज्वलनशील असतो की एकूण हवेमध्ये तो ४ टक्के इतका कमी असला तरी पेट घेऊ शकतो. त्याच्या ज्वलनाची ऊर्जाशक्ती २८६ किलोजूल/मोल एवढी आहे. उदजनच्या ज्वलनाचे रासायनिक समीकरण पुढीलप्रमाणे मांडता येते.
2 H 2 (g) + O 2 (g) → 2 H 2 O(l) +
५७२ किलोजूल (२८६ किलोजूल/मोल)
प्राणवायू बरोबर वेगवेगळ्या प्रमाणात मिसळून पेटवला असता उदजनचा स्फोट होतो. हवेमध्ये तो अतिशय जोरदार पेटतो. उदजन- प्राणवायूच्या ज्वाला अतिनील ऊर्जालहरी असतात आणि त्या साध्या डोळ्यांना जवळजवळ अदृश्य असतात. त्यामुळे उदजनची गळती आणि ज्वलन नुसते बघून ओळखणे अवघड असते. बाजूच्या चित्रातील "हिंडेनबर्ग झेपेलिन" हवाई जहाजाच्या ज्वाला दिसत आहेत कारण त्याच्या आवरणातील कार्बन आणि पायरोफोरिक अॅल्युमिनियमच्या चूर्णामुळे त्या ज्वालांना वेगळा रंग आला होता.
उदजनच्या ज्वलनाचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे त्याच्या ज्वाला अतिशय जलदपणे हवेत वर जातात, त्यामुळे हायड्रोकार्बनच्या आगीपेक्षा त्यातून कमी नुकसान होते. हिंडेनबर्ग अपघातातील दोन-तृतीयांश लोक उदजनच्या आगीतून वाचले.
• H2 चा शोध-H 2 स्वरूपातील उदजन वायू पॅरासेल्सस (इ.स. १४९३ - इ.स. १५४१ ) ह्या स्विस अल्केमिस्टने प्रथम तयार केला. त्याने धातू आणि तीव्र आम्ल ह्यांच्या प्रक्रयेमधून हा ज्वलनशील वायू तयार केला. त्याला त्या वेळेस उदजन हे एक रासायनिक मूलद्रव्य आहे ह्याची कल्पना नव्हती. इ.स. १६७१ मध्ये रॉबर्ट बॉइल ह्या आयरिश रसायनशास्त्रज्ञाने उदजनचा पुन्हा शोध लावला व सौम्य आम्ल आणि लोखंडाच्या चूर्णाच्या प्रक्रियेतून उदजन वायूच्या उत्पादनाचा तपशील दिला.[७] इ.स. १७६६ मध्ये हेन्री कॅव्हेंडिश ह्या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने उदजनला एक स्वतंत्र पदार्थ म्हणून मान्यता दिली.
धातू आणि आम्ल यांच्या प्रक्रियेतून निर्माण होणाऱ्या या वायूस त्याने "ज्वलनशील हवा" असे नाव दिले आणि ह्या वायूच्या ज्वलनातून पाणी तयार होते हे त्याने शोधले. अर्थात त्याने उदजन हा आम्लामधून मुक्त झालेला नसून पाऱ्यामधून मुक्त झालेला घटक आहे असा चुकीचा निष्कर्ष काढला. पण उदजनच्या अनेक कळीच्या गुणधर्मांचे त्याने अचूक वर्णन दिले. असे असले तरी, मूलद्रव्य म्हणून उदजनचा शोध लावण्याचे श्रेय सर्वसाधारणपणे त्यालाच दिले जाते. इ.स. १७८३ मध्ये आंत्वॉन लवॉसिए ह्या फ्रेंच रसायनशास्त्रज्ञाने या वायूच्या ज्वलनामुळे पाणी तयार होते, म्हणून त्या वायूला उदजन असे नाव दिले.
सुरुवातीस उदजनचा उपयोग मुख्यत्वे फुगे आणि हवाई जहाजे बनवण्यासाठी होत असे. H 2 हा वायू सल्फ्यूरिक आम्ल आणि लोह ह्यांच्या प्रक्रियेतून मिळवला जात असे. हिंडेनबर्ग हवाईजहाजातही H 2 वायूच होता, त्यास हवेमध्येच आग लागून त्याचा नाश झाला. नंतर H 2 च्या ऐवजी हवाई जहाजांमध्ये आणि फुग्यांमध्ये हळूहळू हेलियम हा उदासीन वायू वापरण्यास सुरुवात झाली.
• पुंजवादाच्या इतिहासातील भूमिका-उदजनच्या अणूची रचना अतिशय साधी असते. त्याच्या अणुकेंद्रात फक्त एक प्राणु असतो व त्याभोवती एक विजाणू फिरत असतो. उदजन अणूच्या अतिशय साध्या रचनेमुळे आणि अणूपासून निघणाऱ्या व शोषल्या जाणाऱ्या प्रकाशपटलाच्या अभ्यासामुळे
अणुरचनेचा सिद्धान्त बनवण्याच्या कामात उदजनची खूप मदत झाली. तसेच, उदजनचा रेणू H 2 ह्याची व त्याचा कॅटआयन H 2 + ह्याचीही रचना एकदम साधी असल्याने रासायनिक बंधाचे गुणधर्म पूर्णपणे समजून घ्यायलाही त्याचा उपयोग झाला. उदजन अणूचा पुंज-भौतिकी अभ्यास इ.स.च्या १९२० च्या दशकाच्या मध्यास झाला, त्यानंतर वरील सिद्धान्तांचाही विस्तार केला गेला.
• सुरुवातीस अभ्यासल्या गेलेल्या पुंज-भौतिकी परिणामांपैकी एक परिणाम मॅक्सवेलने , पूर्ण पुंज-भौतिकी सिद्धान्त मांडण्याच्या जवळजवळ अर्धे शतक अगोदर उदजन अणूच्या संदर्भातच लक्षात आणून दिला होता, पण त्या वेळेस त्याचे पूर्णपणे स्पष्टीकरण सापडले नव्हते. मॅक्सवेलच्या निरीक्षणाप्रमाणे उदजनची विशिष्ट उष्णता क्षमता [श ११] साधारण तापमानच्या खाली इतर द्वि-अणू वायूंपेक्षा बरीच वेगळी होती, आणि ती क्रायोजेनिक तापमानांना एक-अणू वायूंच्या उष्णता क्षमतेच्या जवळ जात होती.
•पुंजवादानुसार ही वर्तणूकउदजनच्या फिरणाऱ्या (पुंजित) ऊर्जा पातळींमधील अंतरामुळे झालेली आहे. उदजनच्या अतिशय कमी भारामुळे त्यातील ऊर्जा पातळ्या जास्तच दूर असतात. अधिक भारांच्या द्वि-अणू वायूंमध्ये ऊर्जा पातळ्या एवढ्या अलग नसतात, आणि त्यांच्यात वरील परिणाम पहायला मिळत नाही . उदजन हे खनिज तेलापेक्षा ऊर्जा निर्मितीच्या बाबतीत सर्वात कार्यक्षम इंधन ठरते. पेट्रोल दर लिटरमध्ये ४२००० बी. टी. यु.(ब्रिटिश थर्मल युनिट) तर द्रव उदजन दर लिटरला १,३४,५०० बी. टी. यु. एवढी उष्णता निर्माण करतो. परंतु याच्या निर्मितीचा खर्च परवडत नसल्यामुळे उदजन हे प्रचलित साधन होण्यात अडचण येत आहे.
• हायड्रोजनच्या नावाची उत्पत्ती-प्राचीन ग्रीक भाषेतील हायडॉर (ग्रीक: ὕδωρ (हीद्र)) म्हणजे पाणी, तर जेनेस म्हणजे तयार करणे या शब्दांच्या संयोगातून झाली आहे. हायड्रोजनच्या ज्वलनातून पाणी तयार होते म्हणून 'पाणी तयार करणारा' अर्थात 'हायड्रोजन' असे त्याचे नामकरण 'आंत्वॉन लवॉसिए' ह्या फ्रेंच रसायनशास्त्रज्ञाने केले.
