Vety | kemiallinen alkuaine

Ominaisuudet

Vety luokitellaan reaktiiviseksi epämetalliksi, toisin kuin muut jaksollisen järjestelmän ensimmäisessä sarakkeessa olevat alkuaineet, jotka luokitellaan alkalimetalleiksi. Vedyn kiinteän muodon odotetaan kuitenkin käyttäytyvän metallin tavoin.

Yksin ollessaan vety sitoutuu yleensä itseensä muodostaen divetyä (H₂ ), joka on hyvin stabiili, koska sen sidosdissosiaatioenergia on korkea, 435,7 kJ/mol. Vetykaasulla (H₂ ) ei ole vakiolämpötilassa ja -paineessa väriä, hajua tai makua. Se ei ole myrkyllistä. Se on epämetalli ja palaa hyvin helposti.

Palaminen

Molekyylivety on syttyvää ja reagoi hapen kanssa:

2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂ O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Yli 500 celsiusasteen lämpötiloissa vety syttyy itsestään ilmassa.

Yhdisteet

Vaikka vetykaasu ei ole puhtaassa muodossaan reaktiivinen, se muodostaa yhdisteitä monien alkuaineiden kanssa, erityisesti halogeenien kanssa, jotka ovat hyvin elektronegatiivisia. Vety muodostaa myös laajoja yhteyksiä hiiliatomien kanssa muodostaen hiilivetyjä. Hiilivetyjen ominaisuuksien tutkiminen tunnetaan nimellä orgaaninen kemia.

H^- anionia (negatiivisesti varautunutta atomia) kutsutaan hydridiksi, vaikka termiä ei käytetäkään yleisesti. Esimerkki hydridistä on litiumhydridi (LiH), jota käytetään "sytytystulppana" ydinaseissa.

Hapot

Veteen liuenneissa hapoissa on tyypillisesti runsaasti vetyioneja eli vapaita protoneja. Niiden määrää käytetään yleensä pH:n määrittämiseen, mikä tarkoittaa periaatteessa vetyionien pitoisuutta tietyssä tilavuudessa. Esimerkiksi suolahappo, jota esiintyy ihmisten vatsassa, voi dissosioitua kloridianioniksi ja vapaaksi protoniksi, ja vapaan protonin ominaisuuden ansiosta se voi sulattaa ruokaa syövyttämällä sitä.

Vaikka H₃⁺ on maapallolla harvinainen, se on yksi maailmankaikkeuden yleisimmistä ioneista.

Isotoopit

Tärkein artikkeli: vedyn isotoopit

Vetyä tunnetaan 7 isotooppia, joista kaksi on stabiileja (¹ H ja² H), joita kutsutaan yleisesti protiumiksi ja deuteriumiksi. Isotooppi³ H tunnetaan nimellä tritium, ja sen puoliintumisaika on 12,33 vuotta, ja sitä syntyy pieniä määriä kosmisen säteilyn vaikutuksesta. Muiden neljän isotoopin puoliintumisaika on luokkaa yoctosekuntia.

Vety luonnossa

Maassa vety on puhtaassa muodossaan yleensä kaasua. Vety on myös yksi vesimolekyylin muodostavista osista. Vety on tärkeää, koska se on polttoaine, joka antaa voimaa auringolle ja muille tähdille. Vety muodostaa noin 74 prosenttia koko maailmankaikkeudesta. Vedyn symboli alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä on H.

Puhdas vety koostuu tavallisesti kahdesta toisiinsa yhdistetystä vetyatomista. Tutkijat kutsuvat näitä kaksiatomisiksi molekyyleiksi. Vety reagoi kemiallisesti, kun se sekoittuu useimpien muiden alkuaineiden kanssa. Sillä ei ole väriä eikä hajua.

Puhdas vety on hyvin harvinaista Maan ilmakehässä, koska lähes kaikki alkuvaiheen vety olisi painonsa vuoksi karannut avaruuteen. Luonnossa se on yleensä vedessä. Vetyä on myös kaikissa elävissä olentoissa osana orgaanisia yhdisteitä, joista elävät olennot koostuvat. Lisäksi vetyatomit voivat yhdistyä hiiliatomien kanssa muodostaen hiilivetyjä. Öljyä ja muita fossiilisia polttoaineita valmistetaan näistä hiilivedyistä, ja niitä käytetään yleisesti energian tuottamiseen ihmisten käyttöön.

Joitakin muita faktoja vedystä:

• Se on kaasu huoneenlämmössä
• Kiinteänä se käyttäytyy kuin metalli.
• Se on maailmankaikkeuden kevyin alkuaine.
• Se on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine.
• Se palaa tai räjähtää yli 528 °C:n lämpötilassa, esimerkiksi tulipalossa.
• hehkuu violettina, kun se on plasmatilassa.

Vedyn historia

Robert Boyle erotti vedyn ensimmäisen kerran vuonna 1671. Vuonna 1776 Henry Cavendish tunnisti sen omaksi alkuaineekseen ja kutsui sitä "syttyväksi ilmaksi". Hän tajusi vuonna 1781, että sen polttaminen tuottaa vettä.

Antoine Lavoisier antoi nimensä vedylle kreikankielisestä sanasta υδορ (lausutaan /HEEW-dor/), joka tarkoittaa vettä, ja sanasta gennen, joka tarkoittaa "synnyttää", koska se muodostaa vettä kemiallisessa reaktiossa hapen kanssa.

Vetyä käytetään

Tärkeimmät käyttökohteet ovat öljyteollisuus ja ammoniakin valmistus Haberin prosessissa. Jonkin verran sitä käytetään myös muualla kemianteollisuudessa. Jonkin verran sitä käytetään polttoaineena esimerkiksi avaruusalusten raketeissa. Suurin osa ihmisten käyttämästä vedystä on peräisin maakaasun ja höyryn välisestä kemiallisesta reaktiosta.

Ydinfuusio

Ydinfuusio on erittäin voimakas energianlähde. Se perustuu atomien pakottamiseen yhteen heliumin ja energian tuottamiseksi, aivan kuten tapahtuu auringon kaltaisessa tähdessä tai vetypommissa. Tämä vaatii suuren määrän energiaa, eikä sitä ole vielä helppo toteuttaa. Suuri etu verrattuna ydinfissioon, jota käytetään nykyisissä ydinvoimaloissa, on se, että siinä syntyy vähemmän ydinjätettä eikä siinä käytetä myrkyllistä ja harvinaista polttoainetta, kuten uraania. Auringossa fuusioituu joka sekunti yli 600 miljoonaa tonnia vetyä.

Vedyn käyttö

Vetyä käytetään pääasiassa öljyteollisuudessa raskaiden öljyjakeiden muuttamiseksi kevyemmiksi ja käyttökelpoisemmiksi. Sitä käytetään myös ammoniakin valmistukseen. Pienempiä määriä poltetaan polttoaineena. Suurin osa vedystä valmistetaan maakaasun ja höyryn välisessä reaktiossa.

Veden elektrolyysi hajottaa veden vedyksi ja hapeksi sähkön avulla. Palava vety yhdistyy happimolekyylien kanssa höyryksi (puhtaaksi vesihöyryksi). Polttokennossa vety yhdistyy happimolekyyliin, jolloin elektroni vapautuu sähköksi. Näistä syistä monet uskovat, että vetyenergia korvaa lopulta muut synteettiset polttoaineet.

Vetyä voidaan myös polttaa höyryturbiinien tai polttomoottoreiden lämmöntuotannossa. Muiden synteettisten polttoaineiden tapaan vetyä voidaan valmistaa luonnon polttoaineista, kuten hiilestä tai maakaasusta, tai sähköstä, ja se on siten arvokas lisä sähköverkkoon; samassa roolissa kuin maakaasu. Useat maat, kuten Japani, Korea ja monet Euroopan maat, suunnittelevat nyt tällaista verkkoa ja infrastruktuuria polttokennoajoneuvojen kanssa. Näin nämä maat voivat ostaa vähemmän öljyä, mikä on taloudellinen etu. Toinen etu on se, että polttokennossa käytettynä tai polttomoottorissa poltettuna, kuten vetyautoissa, moottori ei aiheuta saasteita. Vain vettä ja pieni määrä typen oksideja muodostuu.