हायड्रोजन : हायड्रोजन हे आवर्त सारणी तील (मूलद्रव्यांच्या विशिष्ट पद्धतीने केलेल्या कोष्टकरूप मांडणीतील) पहिले मूलद्रव्य असून त्याचा अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) एक आहे. त्याचे गुणधर्म असाधारण स्वरूपाचे आहेत. त्याच्या काही विक्रियांमध्ये हायड्रोजन अल्कली धातूंप्रमाणे वर्तन करतो तर इतर काही विक्रियांमधील त्याचे वर्तन हॅलोजनांच्या वर्तनाशी अगदी जवळचे असल्याचे आढळते. हे एकमेव मूलद्रव्य असे आहे की, ते एखाद्या विशिष्ट गटातील मूलद्रव्य आहे असे म्हणता येत नाही. त्यामुळे त्याचा स्वतंत्रपणे विचार केला जातो.

 

 हायड्रोजन हे आकाशगंगा या आपल्या दीर्घिकेतील सर्वांत विपुल असलेले मूलद्रव्य आहे. त्याच्या खालोखाल विपुल असणाऱ्या हीलियमया मूलद्रव्यापेक्षा ते दहापट विपुल आहे. मात्र, भूकवचातील त्याचे वजनी प्रमाण फक्त ०.१४% एवढेच आहे. अर्थात महासागर, हिमस्तर, नद्या, सरोवरे आणि वातावरण यांतील (पाण्यामधील) त्याचे प्रमाण प्रचंड आहे. असंख्य कार्बनी संयुगांतील घटक म्हणून हायड्रोजन प्राणी व वनस्पती यांच्या सर्व ऊतकांत (समान रचना व कार्य असणाऱ्या कोशिकांच्या– पेशींच्या – समूहांत) व खनिज तेलात असते. इतर कोणत्याही मूलद्रव्या-पेक्षा कार्बनाची संयुगे अधिक माहीत आहेत असे म्हटले जात असले तरी, हायड्रोजन बहुतेक सर्व कार्बनयुक्त संयुगांत असून काही अभिजात वायू वगळता इतर सर्व मूलद्रव्यांबरोबरची हायड्रोजनाची हजारो संयुगे होतात. यामुळे हायड्रोजनाच्या संयुगांची संख्या अधिक असू शकेल.

 

 हायड्रोजन वायू रंगहीन, रुचिहीन, गंधहीन असून ते वजनाला सर्वांत हलके (वि.गु. सु. ०.०९) व सर्वांत साधे मूलद्रव्य आहे. हायड्रोजनअणूचे रासायनिक चिन्ह क आहे. अणुकेंद्रात एक प्रोटॉन (धन विद्युत् भारित द्रव्याचा कण असून यावरील विद्युत् भार इलेक्ट्रॉन या विरुद्ध ऋण विद्युत् भारित कणावरील विद्युत् भाराएवढा असतो) व त्याभोवती फिरणारा इलेक्ट्रॉन असे हायड्रोजन अणूचे स्वरूप असते. सर्वसाधारण परिस्थितीत हायड्रोजन वायू हा हायड्रोजन अणूंचा सैलसर समुदाय असतो. हायड्रोजन रेणू (H2) द्वि-आणवीय म्हणजे दोन अणूंची जोडी असलेला असतो. हायड्रोजन ऑक्सिजनाबरोबर सहजपणे जळून पाणी (H2O) तयार होते, हा सर्वांत आधी लक्षात आलेला हायड्रोजनाचा महत्त्वाचा रासायनिक गुणधर्म आहे. ‘जलनिर्माता’ या अर्थाच्या ग्रीक शब्दावरून हायड्रोजन हा शब्द तयार करण्यात आला आहे.

 

 हायड्रोजन व नायट्रोजन यांचे संयुग असलेल्या अमोनिया वायूचे (NH3) उत्पादन आणि कार्बन मोनॉक्साइड व कार्बनी संयुगे यांचे हायड्रोजनीकरण हे मूलद्रव्य रूपातील हायड्रोजनाचे मुख्य औद्योगिक उपयोग आहेत.

 

 हायड्रोजनाचे माहीत असलेले तीन समस्थानिक (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न द्रव्यमानांक असलेले त्याच मूलद्रव्याचे प्रकार) असून त्यांचे द्रव्यमानांक १, २ व ३ आहेत. यांपैकी १ द्रव्यमानांकाचा समस्थानिक सर्वांत विपुल असून त्याला सर्वसाधारणपणे हायड्रोजन (रासायनिक चिन्ह क किंवा १क) म्हणतात. मात्र, त्याला प्रोटियम असेही म्हणतात. द्रव्यमानांक २ असलेल्या समस्थानिकाच्या अणुकेंद्रात एक प्रोटॉन व एक न्यूट्रॉन असून त्याला ड्यूटेरियम (रासायनिक चिन्ह D) किंवा जड हायड्रोजन (रासायनिक चिन्ह 2H) म्हणतात. द्रव्यमानांक ३ असलेल्या समस्थानिकाच्या अणुकेंद्रात एक प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन असून त्याला ट्रिटियम (रासायनिक चिन्ह T किंवा 3H) म्हणतात. हायड्रोजनाच्यासामान्य मिश्रणात ड्यूटेरियमाचे शेकडा प्रमाण ०.०१५६ तर ट्रिटियमाचे शेकडा प्रमाण सु. १०-¹⁵  ते १०-¹⁶ एवढे असते. या समस्थानिकांच्या गुणधर्मांत लक्षणीय फरक असल्याने त्यांना वेगवेगळी नावे दिली आहेत. [→ ड्यूटेरियम, ट्रिटियम व जड पाणी ].

 

 फिलिपस ऑरीओलस पॅरासेल्सस या शरीरक्रियावैज्ञानिक व किमया-गारांनी सोळाव्या शतकात नकळत हायड्रोजन विषयक प्रयोग केला होता. धातू अम्लात विरघळविण्यात आल्यावर ज्वालाग्राही वायू निर्माण झाल्याचे त्यांना आढळले. तथापि, या वायूची कार्बन मोनॉक्साइड व हायड्रोकार्बने यांसारख्या ज्वालाग्राही वायूंशी गल्लत करण्यात आली. १७६६ मध्ये इंग्रज रसायनशास्त्रज्ञ व भौतिकीविद हेन्री कॅव्हेंडिश हायड्रोजनाला ज्वालाग्राही हवा, फ्लॉजिस्टॉन किंवा ज्वालाग्राही तत्त्व असे म्हणत असत तेव्हा हायड्रोजन इतर ज्वलनशील वायूंपेक्षा वेगळा असल्याचे दाखविले. हायड्रोजनाची घनता आणि अम्ल व धातू यांच्या दिलेल्या प्रमाणातूनत्याचे निर्माण होणारे प्रमाण ही यामागील कारणे त्यांनी दिली होती. १७८१ मध्ये कॅव्हेंडिश यांनी हायड्रोजनाच्या ज्वलनातून पाणी निर्माण होते, या पूर्वीच्या निरीक्षणाची खातरजमा केली आणि आधुनिक रसायनशास्त्राचे जनक आंत्वान लॉरां लव्हॉयझर यांनी यासाठी हायड्रोजिनी हा फ्रेंच शब्द तयार केला व त्यावरून त्याचे हायड्रोजन हे इंग्रजी नाव आले. १९२९ मध्ये जर्मन भौतिकीय रसायनशास्त्रज्ञ कार्ल फ्रीड्रिख बॉनहॉफर आणि ऑस्ट्रियन रसायनशास्त्रज्ञ पॉल हार्टेक या दोघांनी आधीच्या सैद्धांतिक संशोधनाच्या आधारे सर्वसाधारण हायड्रोजन हे दोन प्रकारच्या रेणूंचेम्हणजे ऑर्थो-हायड्रोजन व पॅरा-हायड्रोजन यांचे मिश्रण असल्याचे दाखविले. हायड्रोजनाच्या साध्या संरचनेमुळे त्याचे गुणधर्म सैद्धांतिकरीतीने सापेक्षतः सहजपणे आकडेमोड करून काढता येतात. म्हणून हायड्रोजन अधिक जटिल अणूंसाठी सैद्धांतिक प्रतिकृती (नमुना) म्हणून पुष्कळदा वापरतात आणि मिळणारी फले गुणात्मक रीतीने इतर अणूंसाठी वापरण्यात येतात.

 

 भौतिक व रासायनिक गुणधर्म : हायड्रोजनाचा अणुक्रमांक १ व अणुभार १.००८० आहे. रेणवीय हायड्रोजनाच्या (H2) घनरूपाची घनता दर घ.सेंमी.ला ०.०८६७१, वितळबिंदू -२५९.२०° से., उकळबिंदू -२५२.७७° से. द्रवीभवनाची उष्णता २८ कॅ./मोल, बाष्पी-करणाची उष्णता २१६ कॅ./मोल, ज्वलनाची उष्णता ?५७.७९६किकॅ./मोल, क्रांतिक तापमान -२४०° से., क्रांतिक दाब १३ वा. दा., क्रांतिक घनता दर घ. सेंमी.ला ०.०३१० ग्रॅ. हे हायड्रोजनाचे महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत. हायड्रोजन रेणूंमधील आकर्षण प्रेरणा दुर्बल असल्याने उकळबिंदू व वितळबिंदू अतिशय कमी आहेत. उच्च ते नीच दाबहोताना कोठी तापमानाला हायड्रोजन वायू प्रसरण पावतो. त्याचे तापमान वाढते मात्र इतर बहुतेक वायूंचे तापमान अशा स्थितीत कमी होते. या वस्तुस्थितीमुळेही हायड्रोजन रेणूंच्या अंतर्गत असलेल्या प्रेरणा दुर्बल असल्याचे उघड होते. ऊष्मागतिकी य तत्त्वांनुसार कोठी तापमानाला हायड्रोजन रेणूंमधील प्रतिसारक प्रेरणा आकर्षण प्रेरणांपेक्षा जास्त असतात, असा याचा अर्थ होतो. अन्यथा प्रसरणाने हायड्रोजन थंड होईल. वस्तुतः -६८.६° से. तापमानाला आकर्षण प्रेरणा प्रभावी असतात व म्हणूनया तापमानाखाली हायड्रोजनाला प्रसरण पावू दिले, तर तो थंड होतो.द्रवरूप नायट्रोजनाच्या तापमानाच्या (-१९६° से.) खालील तापमानाला शीतलीकरण परिणाम इतका प्रभावी होतो की, हा परिणाम खुद्द हायड्रोजन वायूचे द्रवीकरण तापमान मिळविण्यासाठी वापरतात.

 

 दृश्य प्रकाश, अवरक्त प्रकाश व १,८०० Å पेक्षा कमी तरंगलांबीचा जंबुपार प्रकाश यांना हायड्रोजन वायू पारदर्शक आहे. इतर कोणत्याही वायूपेक्षा हायड्रोजनाचा रेणुभार कमी असल्याने एका दिलेल्या तापमानाला हायड्रोजन रेणूंना इतर वायूंच्या रेणूंपेक्षा उच्चतर वेग असतो आणि इतर कोणत्याही वायूपेक्षा त्याचे विसरण अधिक जलद होते. परिणामी इतर कोणत्याही वायूपेक्षा हायड्रोजनामार्फत गतिज ऊर्जा अधिक जलदपणे वितरित होते. उदा., त्याची उष्णता संवाहकता सर्वाधिक आहे.


 

 हायड्रोजनाचा रेणू शक्य कोटीत असलेला सर्वांत साधा रेणू आहे. त्याच्यात दोन प्रोटॉन व दोन इलेक्ट्रॉन विद्युत् स्थितिक प्रेरणांनी एकत्र धरून ठेवलेले असतात. आणवीय हायड्रोजनाप्रमाणे त्याचा रेणवीय समुदाय अनेक ऊर्जा पातळ्यांत अस्तित्वात असू शकतो.

 

 ऑर्थो-हायड्रोजन व पॅरा-हायड्रोजन : रेणवीय हायड्रोजनाचे ऑर्थो व पॅरा हे दोन प्रकार माहीत आहेत. प्रोटॉनांच्या परिवलन गतीमुळे प्रोटॉनांच्या चुंबकीय आंतरक्रियांच्या बाबतीत हे प्रकार भिन्न आहेत. ऑर्थो-हायड्रोजनात दोन्ही प्रोटॉनांचे परिवलन एकाच दिशेत संरेखित झालेले असते. याचा अर्थ ती समांतर असतात. पॅरा-हायड्रोजनात परिवलने विरुद्ध दिशांत संरेखित झालेले असतात व म्हणून ती प्रतिसमांतरअसतात. परिवलन संरेखनाच्या परस्परसंबंधाद्वारे अणूंचे चुंबकीय गुणधर्म ठरतात. नियमाबरहुकूम एका प्रकाराचे दुसऱ्या प्रकारातील रूपांतरण (ऑर्थो व पॅरा रेणूंदरम्यान होणारे परिवर्तन) घडत नाही आणि ऑर्थो–हायड्रोजन व पॅरा-हायड्रोजन ही हायड्रोजनाचे दोन स्पष्टपणे वेगळी म्हणता येतील अशी रूपांतरे आहेत. तथापि, विशिष्ट परिस्थितीत ही दोन रूपे आंतरपरिवर्तित होऊ शकतात. या दोन रूपांमधील समतोल अनेक प्रकारे प्रस्थापित करता येतो. सक्रियित लोणारी कोळसा किंवा विविध समचुंबकीय द्रव्यांसारखे उत्प्रेरक [→ उत्प्रेरण] अंतर्भूत करणे हायांपैकी एक प्रकार आहे. वायूला विद्युत् विसर्जन लावून किंवा वायू उच्च तापमानापर्यंत तापवून हे साध्य करण्याची दुसरी पद्धत आहे.

 

 द्रवरूप हायड्रोजनाच्या तापमानाला या दोन्हींचे (ऑर्थो-पॅरा) मिश्रण लोणारी कोळशाच्या संपर्कात आणून शुद्ध पॅरा-हायड्रोजन तयार करता येतो यामुळे सर्व ऑर्थो-हायड्रोजनाचे पॅरा-हायड्रोजनात परिवर्तन होते.याउलट ऑर्थो-हायड्रोजन ऑर्थो-पॅरा मिश्रणापासून सरळ तयार करता येत नाही. कारण पॅरा-हायड्रोजनाची संहती (प्रमाण) कधीच २५ टक्क्यांपेक्षाकमी नसते.

 

 हायड्रोजनाच्या या दोन प्रकारांचे भौतिक गुणधर्म किंचित वेगळे असतात. पॅरा-हायड्रोजनाचा वितळबिंदू ऑर्थो-हायड्रोजन व पॅरा–हायड्रोजन यांच्या ३:१ या प्रमाणातील मिश्रणाच्या वितळबिंदूपेक्षा ०.१०° से.ने कमी असतो. -२५२.७७° से. तापमानाला द्रवरूपपॅरा-हायड्रोजनावर बाष्पाचा पडणारा दाब १.०३५ वा. दा.एवढा असतो, तर याच्या तुलनेत १:३ ऑर्थो-पॅरा मिश्रणाचा बाष्पदाब १००० वा. दा.एवढा असतो.

 

 पॅरा-हायड्रोजन व ऑर्थो-हायड्रोजन यांच्या भिन्न बाष्पदाबांच्या परिणामी हायड्रोजनाची ही रूपे नीच-तापमान वायुवर्णलेखनाद्वारे अलग करतायेऊ शकतात. वायुवर्णलेखन ही वैश्लेषिक प्रक्रिया असून भिन्न आणवीय व रेणवीय जाती त्यांच्या भिन्न बाष्पनशीलतेच्या आधारे या प्रक्रियेनेअलग करता येतात.

 

 हायड्रोजनाची विक्रियाशीलता : रेणूतील अणू एकत्र धरून ठेवणारा बंध तोडण्यासाठी लागणाऱ्या ऊर्जेच्या राशीला विच्छेदन ऊर्जा म्हणतात. जेव्हा विच्छेदन ऊर्जेएवढी किंवा अधिक ऊर्जा पुरविलीजाते, तेव्हा हायड्रोजनाच्या एका रेणूचे विच्छेदन होऊन दोन अणूतयार होतात (H22H). रेणवीय हायड्रोजनाच्या विच्छेदनाची ऊर्जादर मोलला १,०४,००० कॅलरी असून ती १०४ किकॅ./मोल अशी लिहितात (येथे मोल म्हणजे ग्रॅममध्ये व्यक्त केलेला रेणुभार असून हायड्रोजनाचा रेणुभार २ ग्रॅ. आहे). जेव्हा हायड्रोजन वायू शुभ्र-तप्त टंगस्टन तंतूच्या संपर्कात येतो किंवा जेव्हा हायड्रोजन वायूत विद्युत् विसर्जन प्रस्थापित होते, तेव्हा पुरेशी ऊर्जा प्राप्त होते. एखाद्या प्रणालीत जर आणवीय हायड्रोजन नीच (कमी) तापमानाला निर्माण झाला, तर अशा अणूंचे आयुर्मान लक्षणीय (उदा.,०.५ मिमी. पाऱ्याच्या दाबाला ०.३सेकंद) असते. आणवीय हायड्रोजन अतिशय विक्रियाशील असून बहुतेक मूलद्रव्यांबरोबर त्याचा संयोग होऊन हायड्राइडे तयार होतात. उदा., सोडियम हायड्राइड (NaH). हायड्रोजनाने धातवीय ऑक्साइडांचे क्षपण होते या विक्रियेत धातू मूलद्रव्याच्या स्थितीत तयार होते.धातूंचे जे पृष्ठभाग हायड्रोजनाशी संयोग पावून स्थिर हायड्राइडे तयारकरीत नाहीत (उदा., प्लॅटिनम) ते पृष्ठभाग हायड्रोजनाच्या अणूंच्या पुनःसंयोगाचे उत्प्रेरण करून हायड्रोजन रेणू तयार होतात आणि या विक्रियेतून मुक्त झालेल्या ऊर्जेने ते प्रदीप्त होईपर्यंत तापतात.

 

 रेणवीय हायड्रोजनाची अनेक मूलद्रव्यांशी व संयुगांशी विक्रियाहोऊ शकते परंतु कोठी तापमानाला विक्रियेची त्वरा अगदी मंद म्हणजे नगण्य असते. या भासमान निष्क्रियतेचा वा अक्रियतेचा अंशतः संबंध रेणूच्या अतिउच्च विच्छेदन ऊर्जेशी आहे. वाढविलेल्या तापमानांना मात्र विक्रियेच्या त्वरा उच्च असतात.

 

 ठिणग्या किंवा विशिष्ट प्रारणे यांच्यामुळे हायड्रोजन व क्लोरीन यांच्या मिश्रणात स्फोटक विक्रिया घडू शकते व तिच्यातून हायड्रोजन क्लोराइड पुढील सूत्राप्रमाणे मिळते.

 

 H2 + Cl2 → 2HCl

 

 हायड्रोजन व ऑक्सिजन यांच्या मिश्रणात केवळ ३००° से. पेक्षा अधिक तापमानाला पुढील समीकरणाप्रमाणे विक्रिया होते.

 

 2H2 + O2 → 2H2O

 

 ४–९४% हायड्रोजन असलेली अशी मिश्रणे ५५०°– ६००° से. पर्यंत तापविल्यास किंवा ठिणगी (ज्योत) यांसारख्या उत्प्रेरकाच्या संपर्कात आल्यास प्रज्वलित होतात. विशेषतः २:१ प्रमाणातील हायड्रोजन व ऑक्सिजन मिश्रणाचा स्फोट जोराने होतो. उच्च तापमानांना बहुतेक धातू व अधातूंची हायड्रोजनाशी विक्रिया होते. उदा., हायड्रोजन वायू व फेरस ऑक्साइड यांच्यात क्षपण होऊन लोखंड धातू व पाणी तयार होतात.

 

 H2 + FeO → Fe + H2O

 

 हायड्रोजन वायूने पॅलॅडियम क्लोराइडाचे क्षपण होऊन पॅलॅडियम धातू व हायड्रोजन क्लोराइड तयार होतात.

 

 H2 + PdCl2 → Pd + 2HCL


 

उच्च तापमानांना अनेक संक्रमणी मूलद्रव्यांकडून (उदा., स्कँडियम, तांबे, इट्रियम, चांदी, हाफ्नियम, सोने) तसेच ॲक्टिनाइड( उदा., ॲक्टिनियम, लॉरेन्सियम) व लँथॅनाइड (उदा., लँथॅनम,ल्युटेशियम) मालांमधील धातूंकडून हायड्रोजनाचे शोषण होऊन मिश्रधातूंसारखी हायड्राइडे तयार होतात. यांना पुष्कळदा अंतराली हायड्राइडे म्हणतात. कारण पुष्कळ बाबतींत धातवीय स्फटिक जालक केवळप्रसरण पावून इतर कोणताही बदल न होता विरघळलेला हायड्रोजनसामावून घेते.

 

 हायड्रोजन बंध : काही सहसंयुजी बंधाने बद्ध झालेल्या हाय-ड्राइडांतील एक हायड्रोजन अणू एकाच वेळी दोन अलग विद्युत् ऋणअणूंना बद्ध झालेला असून त्यांना हायड्रोजनाने बद्ध झालले अणूम्हणतात. फ्ल्युओरीन (F), ऑक्सिजन व नायट्रोजन या लहान, विद्युत् ऋण अणूंदरम्यान सर्वांत तीव्र प्रबल हायड्रोजन बंध अस्तित्वात असतो. बायफ्ल्युओराइड आयनात (HF2) हायड्रोजन अणू दोन फ्ल्युओरीन अणूंना जोडलेला असतो. हिमाच्या स्फटिक संरचनेत प्रत्येक ऑक्सिजन अणूभोवती इतर चार ऑक्सिजन अणू असतात व हायड्रोजन अणू त्यांच्या दरम्यान असतात. जेव्हा हिम वितळते तेव्हा काही हायड्रोजन बंध भंग पावतात आणि संरचना कोसळून पडते व घनतेत वाढ होते. जीवविज्ञानात हायड्रोजन बंधन महत्त्वाचे असते. कारण रेणूंच्या विन्यासनिश्चितीमध्येत्याचे कार्य मुख्य स्वरूपाचे असते. प्रथिनांमध्ये असणाऱ्या विशिष्ट प्रचंड रेणवीय शृंखलांचा मळसूत्राकार (सर्पिल) विन्यास हायड्रोजन बंधांनी एकत्र धरून ठेवलेले असतात. द्रवरूपातील विस्तीर्ण हायड्रोजन बंधनाद्वारे हायड्रोजन फ्ल्युओराइड (HF), पाणी (H2O) व अमोनिया (NH3) यांचा उकळबिंदू हायड्रोजन क्लोराइड (HCl), हायड्रोजन सल्फाइड (H2S)व फॉस्फाइन (PH2) या त्यांच्याहून अधिक जड सदृश संयुगांच्या उकळ-बिंदूपेक्षा पुष्कळच उच्चतर असतो, याचे स्पष्टीकरण द्रवरूपातील विस्तृत हायड्रोजन बंधनाद्वारे मिळते. उच्चतर उकळबिंदू तापमानांना हायड्रोजनबंध भंग करण्यासाठी व बाष्पीकरण शक्य होण्यासाठी ऊष्मीय ऊर्जा उपलब्ध असते.

 

 हायड्रोक्लोरिक (HCl) किंवा नायट्रिक (HNO3) यांसारख्या तीव्र अम्लातील हायड्रोजनाचे वर्तन पुष्कळच वेगळे असते. जेव्हा ही अम्ले पाण्यात विरघळतात, तेव्हा प्रोटॉनाच्या रूपातील हायड्रोजन (H+) ऋण विद्युत् भारित आयनापासून (Cl किंवा NO3) पूर्णपणे अलग होतो व त्याची पाण्याच्या रेणूंशी आंतरक्रिया होते. हा प्रोटॉन पाण्याच्या एका रेणूला प्रबलपणे जोडला जातो (सजल होतो) व ऑक्सोनियम आयन (H3O+) तयार होतो आणि नंतर तो पर्यायाने पाण्याच्या इतर रेणूंना हायड्रोजन बंधाने बद्ध होतो. यातून H(H2O)n+यांसारखी सूत्रे असलेल्या (संयुगांच्या) जाती तयार होतात (येथे n अक्षराने H2O रेणूंची संख्या दर्शविली जाते). ऑक्सिडीभवन या रासायनिक बदलात अणू एक वा अनेक इलेक्ट्रॉन गमावतो. हायड्रोजनाचे ऑक्सिडीभवन पुढील प्रकारे अर्धी विक्रिया म्हणून दाखविता येते.

 

 ही विक्रिया घडवून आणण्यासाठी लागणारी ऊर्जा ऑक्सिडीभवन वर्चस् म्हणून व्यक्त करता येते. हायड्रोजनासाठीचे ऑक्सिडीभवन वर्चस् संकेतानुसार शून्य धरले जाते. धन ऑक्सिडीभवन वर्चस् असलेल्याम्हणजे अधिक सहजपणे ऑक्सिडीभूत होणाऱ्या सर्व धातू (उदा., जस्त Zn → Zn2+ +2e, ०.७६३ व्होल्ट) तत्त्वतः तीव्र अम्ल विद्रावातून हायड्रोजन विस्थापित करू शकतात.

 

 ऋण ऑक्सिडीभवन वर्चस् असलेल्या धातू (उदा., चांदी Ag → Ag+ +E, ०.७९९५ व्होल्ट) जलीय हायड्रोजन आयनाच्या बाबतीत अक्रिय असतात.

 

 उत्पादन : हायड्रोजन वायू तयार करण्यासाठी अनेक पद्धती वापरता येतात. किती हायड्रोजन पाहिजे, त्याची आवश्यक असलेली शुद्धता तसेच कच्च्या मालाची उपलब्धता व किंमत यांसारख्या बाबींनी कोणती पद्धती वापरावयाची ते ठरते. धातूंच्या पाण्याबरोबरच्या किंवा अम्लांबरोबरच्या विक्रिया, पाण्याचे विद्युत् विच्छेदन, हायड्रोकार्बने किंवा इतर कार्बनी द्रव्यांबरोबर होणारी वाफेची विक्रिया आणि हायड्रोकार्बनांचे ऊष्मीय अपघटन (विघटन) या हायड्रोजननिर्मितीच्या वरचेवर वापरण्यात येणाऱ्या प्रक्रिया आहेत. नैसर्गिक वायू , खनिज तेल परिष्करण (शुद्धीकरण), कारखान्यातील वायू , गॅसोलीन, इंधन तेल व कच्चे खनिज तेल यांसारखी हायड्रोकार्बने हा हायड्रोजननिर्मितीसाठी लागणारा मुख्य कच्चा माल आहे.

 

हायड्रोजनाचे जगातील बहुतेक उत्पादन १९४० सालापूर्वी दगडी कोळसा किंवा कोक यावर आधारलेल्या प्रक्रियांनी होत असे. वाफव अतितप्त कोक यांच्यातील विक्रिया ही तेव्हा हायड्रोजननिर्मितीसाठीवापरली जाणारी मुख्य पद्धत होती.

 

 H2O + C → CO +H2

 

 तथापि, १९७० च्या सुमारास अशा प्रक्रियेने थोडाच हायड्रोजन तयार करीत. अनेक वर्षे थोड्या प्रमाणातील हायड्रोजनाचे उत्पादन मीठ किंवा सोडियम हायड्रॉक्साइड यांच्या विद्रावांच्या विद्युत् विच्छेदनाद्वारे करीत, तेव्हा विद्युत् अग्राजवळ पुढील विक्रिया घडते.

 

 प्रयोगशाळेत हायड्रोजन तयार करण्यासाठी सल्फ्यूरिक किंवा हायड्रो-क्लोरिक अम्ल आणि जस्तासारखी क्रियाशील धातू यांमध्ये विक्रिया घडवून आणतात. मात्र, अशा हायड्रोजनात बहुधा अर्साइन (AsH3) व फॉस्फाइन (PH3) यांसारखी हायड्राइडे लेशमात्र रूपात असतात. ही हायड्राइडे धातूमधील अशुद्धींमुळे निर्माण होतात. या वाफेच्या रूपातउडून जाणाऱ्या बाष्पनशील अशुद्धी काढून टाकण्यासाठी वायूंचे असेमिश्रण पोटॅशियम परमँगनेटासारख्या तीव्र ऑक्सिडीकारकाच्या विद्रावातून बुडबुड्यांच्या रूपात जाऊ देतात.

 

 उत्प्रेरकी वाफ-हायड्रोकार्बन प्रक्रिया हायड्रोजन उत्पादनाची सर्वांत महत्त्वाची औद्योगिक पद्धत आहे. या प्रक्रियेत उच्च दाबाला निकेल उत्प्रेरकावरून ६५०°– ९५०° से. तापमानाला वायुरूप वा बाष्पीकृत हायड्रोकार्बने जाऊ देतात. यामुळे कार्बन ऑक्साइडे व हायड्रोजननिर्माण होतात. ही प्रक्रिया ऊष्माग्राही (उष्णता शोषणारी) आहे.

 

 हायड्रोजनाच्या इच्छित उपयोगानुसार प्राथमिक विक्रियेतून तयार होणाऱ्या पदार्थांवर विविध रीतीने आणखी प्रक्रिया करतात.

 

 वाढविलेल्या दाबाखाली हायड्रोकार्बनांचे उत्प्रेरकाशिवाय अंशतः ऑक्सिडीभवन करणे ही हायड्रोजन उत्पादनाची दुसरी महत्त्वाचीप्रक्रिया आहे.

 

वरील प्रक्रियेसाठी पुढील तरतुदींची आवश्यकता असते. इंधन व ऑक्सिजन यांचा अचूक त्वरेने पुरवठा करणारी प्रणाली, विक्रियाकारकांचे जलदपणे मिश्रण होण्यासाठी खास अभिकल्पाचे ज्वालक, उच्चतापसह पदार्थाचे अस्तर असलेले विक्रियाकारक पात्र आणि बाहेर पडणाऱ्या निःसरण वायूंमधील उष्णता परत मिळविण्यासाठी शीतलीकरण प्रणालीया त्या आवश्यक तरतुदी होत. ही प्रक्रिया ऊष्मादायी (उष्णता निर्माण करणारी) आहे.


 

 दाब उत्प्रेरकी अंशतः ऑक्सिडीभवन या तिसऱ्या पद्धतीत वरील दोन प्रक्रियांचा संयोग केला आहे. यामुळे उत्प्रेरकाचा थर बाहेरून न तापविता आवश्यक विक्रिया तापमान टिकवून ठेवले जाते. अतितप्त वाफ व हायड्रोकार्बने यांचे मिश्रण करून ते आधी तापवितात आणि उत्प्रेरकी विक्रियाकारकाच्या माथ्यावरील विसारकातील तापविलेल्या ऑक्सिजना-बरोबर या मिश्रणाचे संमिश्रण करतात. उत्प्रेरकावरील मोकळ्या जागेत ऑक्सिजनाची हायड्रोकार्बनांशी विक्रिया होते. नंतर विक्रिया घटक उत्प्रेरक निकेल थरातून जातात. या उत्प्रेरकात वाफ-हायड्रोकार्बन यांच्या विक्रिया समतोलनिर्मितीपर्यंत पुढे चालू राहतात.

 

 प्रयोगशाळेत वैज्ञानिक कधीकधी पाण्याच्या विद्युत् विच्छेदनाने हायड्रोजन तयार करतात. पाण्यातून विद्युत् प्रवाह गेला म्हणजे त्याचे हायड्रोजन व ऑक्सिजन वायूंत विभाजन होते. अतिशय खाऱ्या पाण्यातून विद्युत् प्रवाह पाठवून सोडियम हायड्रॉक्साइडाचे उत्पादन करताना मोठ्या प्रमाणात हायड्रोजन वायू तयार होतो. सोडियम व इतर रासायनिक दृष्ट्या क्रियाशील धातूंची पाण्याशी थेट विक्रिया होऊन अगदी कोठी तापमानालाही हायड्रोजन निर्माण होतो.

 

 विसरणाद्वारे संश्लेषण वायूमधील कार्बन मोनॉक्साइडापासून हायड्रोजन वेगळा करणारी व्यापारी पद्धत विकसित झाली आहे. हा वायू दाबाखाली सूक्ष्म पोकळ पॉलिएस्टर तंतूंच्या गुच्छांतून वाहतो. या तंतूंच्या छिद्रातून हायड्रोजन वायू जातो.

 

 साध्या पाण्यात कमी प्रमाणात जड पाणी नैसर्गिक रीत्या आढळते. हे (D2O) अलग करून व त्याचे विद्युत् विच्छेदन करूनमुख्यत्वे ड्यूटेरियम तयार करतात. पृथ्वीच्या वातावरणातील वरच्या भागात ट्रिटियम नैसर्गिक रीत्या आढळते. मात्र, ते अत्यल्प प्रमाणातच आढळते. बहुतेक ट्रिटियम अणुकेंद्रीय विक्रियकांत (अणुभट्ट्यांत) तयार केले जाते.

 

 संयुगे : हायड्रोजन असंख्य संयुगांतील घटक असून त्यांत एक वा अधिक इतर मूलद्रव्ये असतात. पाणी, अम्ले, क्षार, बहुतेक कार्बनी संयुगे व अनेक खनिजे ही अशी संयुगे होत. दुसऱ्या एका मूलद्रव्याबरोबरच्या हायड्रोजनाच्या संयुगांना सामान्यपणे हायड्राइडे म्हणतात. [→ हायड्राइड].

 

 विविध प्रकारच्या नैसर्गिक व कृत्रिम रासायनिक संयुगांत हायड्रोजन असतो. एथेनॉल, मिथेनॉल यांसारखी अल्कोहॉले आणि ईथरे, एस्टरे यांसारख्या कार्बनी संयुगांत हायड्रोजन हा महत्त्वाचा घटक असतो. प्रथिने, वसा व डीएनए (डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्ल हे जीवातील जननिक द्रव्य) यांसारख्या जीवविज्ञानाच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या असलेल्या बहुतेक संयुगांत हायड्रोजन असतो. हायड्रोकार्बने ही कार्बनी संयुगे पूर्णपणे हायड्रोजन व कार्बन यांची बनलेली आहेत. उदा., मिथेन, एथिलीन, ॲसिटिलीन व प्रोपेन. गॅसोलीन, डीझेल इंधन तसेच तेले व वायू यांमध्ये जटिल हायड्रो-कार्बने असतात. प्लॅस्टिक व इतर बहुवारिके (अधिक लहान रेणूंच्या शृंखलांपासून बनलेले दीर्घ रेणू) यांच्यातही हायड्रोजन असतो.

 

 हायड्रोक्लोरिक अम्ल व सल्फ्यूरिक अम्ल यांसारख्या अम्लांमध्ये दुर्बलपणे बद्ध झालेले हायड्रोजन अणू असतात. हे अम्ल विरघळलेम्हणजे विद्रावात हायड्रोजनाचे धन विद्युत् भारित आयन (H+) मुक्त होतात. H+ आयनामुळे विद्रावाला त्याची अम्लता प्राप्त होते. अम्लता मोजण्या-साठी वापरण्यात येणारे पीएच मूल्य हे विद्रावातील विरघळलेल्या क? ची संहती दर्शविते. बहुतेक क्षारकांत (उदा., सोडियम हायड्रॉक्साइड छरजक) ऑक्सिजन अणूला बद्ध झालेला हायड्रोजन अणू असतो. सोडियम बायकार्बोनेट किंवा बेकिंग चूर्ण यांसारख्या काही लवणसदृश संयुगांतही हायड्रोजन असतो.

 

 आढळ : तारे मुख्यतः हायड्रोजनाचे बनलेले असतात. हायड्रोजनाच्या अणुकेंद्रांचा संयोग होऊन हीलियमाची अणुकेंद्रे बनतात. या एका प्रकारच्या अणुकेंद्रांच्या संयोगाच्या प्रक्रियेतून प्रचंड ऊर्जा निर्माण होते व ती तारे बाहेर टाकतात. ताऱ्यांच्या अंतरंगांत आणि त्यांच्या भोवतीच्या ऊर्जायुक्त प्रदेशांत हायड्रोजन अणूंतून एक इलेक्ट्रॉन बाहेर पडून हायड्रोजन आयन (H+) तयार होतात. सूर्यासहित काही ताऱ्यांच्या वातावरणांत हायड्रोजनामध्ये एक इलेक्ट्रॉन समाविष्ट होऊ शकतो आणि हायड्रोजनाचाऋण विद्युत् भारित आयन (H+) तयार होतो.

 

 ताऱ्यांदरम्यानच्या अवकाशात आढळणाऱ्या वायू व धूळ यांच्या आंतरतारकीय ढगांमध्येही मोठ्या प्रमाणात हायड्रोजन आढळतो. हा हायड्रोजन बहुधा विद्युत् भाररहित हायड्रोजन अणूंचा (H) बनलेला असतो. आपल्या आकाशगंगा या दीर्घिकेच्या इतर भागांतील संरचना व परिस्थिती यांची अधिक माहिती जाणून घेण्यासाठी आंतरतारकीय ढगांतील H, H2H3+ यांच्या संहतींचा ज्योतिर्विद अभ्यास करतात.


 

 आपल्या सूर्यकुलातील ग्रहांचाही हायड्रोजन हा महत्त्वाचा घटक आहे. गुरू, शनी, प्रजापती व वरुण हे राक्षसी वायुरूप ग्रह मुख्यतः हायड्रो-जनाचे बनलेले आहेत. त्यामानाने पृथ्वीवर हायड्रोजन विपुल प्रमाणात आढळत नाही. कारण पृथ्वीचे गुरुत्व हायड्रोजन वायू येथेच धरूनठेवण्यास पुरेसे प्रबल नाही. त्यामुळे तो अवकाशात निसटून जाण्याला ते प्रतिबंध करीत नाही. तथापि, अणूंच्या संख्येच्या बाबतीत हायड्रोजन हे पृथ्वीवरील ऑक्सिजन व सिलिकॉन यांच्यानंतरचे तिसऱ्या क्रमांकाचेसर्वांत विपुल मूलद्रव्य आहे. तथापि, हायड्रोजन हे इतके हलकेमूलद्रव्य आहे की, भूकवचाच्या एकूण वजनाच्या तुलनेत हायड्रोजनाचे वजन फक्त ०.१४% एवढेच आहे. या बाबतीत हायड्रोजन हे दहाव्या क्रमांकाचे मूलद्रव्य आहे. पृथ्वीवर राहिलेला बहुतेक हायड्रोजन संयुगांच्या रूपात आढळतो. पाणी, खनिज तेल व नैसर्गिक वायू यांच्यातील हायड्रोकार्बने आणि सजीवांच्या कोशिकांतील कार्बनी संयुगे यांच्यात बहुतेक हायड्रोजन आढळतो.

 

 उपयोग : हायड्रोजनाचा जगातील एक सर्वांत मोठा उपयोग म्हणजे अमोनियानिर्मिती हा होय. अमोनियाच्या उत्पादनात जगातील उत्पादित हायड्रोजनापैकी दोन तृतीयांश हायड्रोजन वापरला जातो. तथाकथित हाबर प्रक्रियेने अमोनिया तयार करतात. या प्रक्रियेत सु. १,००० वातावरणीय दाबाला (वा. दा.) व सु. ५००? से. तापमानाला उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत हायड्रोजन व नायट्रोजन यांची विक्रिया होऊन अमोनिया तयार होतो.

 

 N2 + 3H2 → 2NH3

 

 कार्बन मोनॉक्साइड व हायड्रोजन यांच्यातील विक्रियेद्वारे मिथेनॉल उत्पादनात मोठ्या प्रमाणात हायड्रोजन वापरतात.

 

 CO + 2H2 → CH3OH

 

 ही प्रक्रिया झिंक ऑक्साइड व क्रोमियम ऑक्साइड असलेल्या विशिष्टमिश्र उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत ३००°– ३७५° से. तापमानादरम्यान व २७५–३५० वातावरणीय दाबादरम्यान घडून येते.

 

 कार्बनी संयुगांच्या उत्प्रेरकी हायड्रोजनीकरणासाठीही हायड्रोजन वापरतात. असंतृप्त वनस्पतिज आणि प्राणिज तेले व वसा यांचे हायड्रो-जनीकरण करून मार्गारीन, वनस्पती तूप इ. तयार करतात. आल्डिहाइडे, वसाम्ले व एस्टरे यांचे हायड्रोजनाने क्षपण करून तदनुरूप अल्कोहॉल तयार करतात. हायड्रोजनाने ॲरोमॅटिक संयुगांचे क्षपण करून तदनुरूप संतृप्त संयुगे तयार करता येतात. उदा., बेंझिनाचे सायक्लोहेक्झेनातील आणि फिनॉलाचे सायक्लोहेक्झेनातील परिवर्तन तसेच हायड्रोजनाने नायट्रोसंयुगांचे सहज क्षपण करून अमाइने तयार करता येतात.

 

 ऑक्सिजन किंवा फ्ल्युओरीन याबरोबर ज्वलनाद्वारे प्राथमिक रॉकेट इंधन म्हणून हायड्रोजन वापरला होता. अणुकेंद्रीय ऊर्जेने चालविण्यात येणारी रॉकेटे व अवकाशयाने यांच्यासाठी प्रणोदक म्हणून हायड्रोजन वापरतात. लोह धातुकांचे (कच्च्या रूपातील धातूचे) थेट क्षपण करून धातुरूप लोखंड मिळविण्यासाठी आणि टंगस्टन व मॉलिब्डेनम ऑक्साइडांचे क्षपण करून त्या धातू मिळविण्यासाठी होणारा हायड्रोजनाचा वापर वाढत आहे. विशेष प्रकारच्या ओतिवांच्या ओतकामात, मॅग्नेशियम उत्पादनात, धातूंच्या तापानुशीतनात आणि मोठ्या विद्युत् चलित्रांच्या शीतलीकरणासाठीहायड्रोजनाचे क्षपणकारक वातावरण वापरतात. बलून, वातनौका [विमानापेक्षा हलके आणि नियंत्रित उड्डाणासाठी प्रचालन व दिशानियंत्रण यांच्या साधनांची सोय (तरतूद) असलेले वाहन → वातयान] यांसारखी हवेपेक्षा हलकी वाहने फुगविण्यासाठी एके काळी हायड्रोजन वापरीतअसत. मात्र, याऐवजी बहुधा हीलियम वापरतात कारण हीलियम ज्वलन-शील नाही. मात्र, दुसऱ्या महायुद्धात इंग्लंडमध्ये वापरलेल्या बराज बलूनमध्ये हायड्रोजन भरलेला होता. हे बलून मुक्तपणे उडू नये म्हणून ते केबलींनी जमिनीला बांधलेले असे. हवाई हल्ल्यापासून संरक्षण करण्या-साठी वापरण्यात येणाऱ्या तारा वा जाळे यांना आधार देण्यासाठी असेबराज बलून वापरीत. प्रयोगशाळेत नीच तापमाने निर्माण करण्यासाठी द्रवरूप हायड्रोजन वापरतात. हायड्रोजन पेरॉक्साइड, विविध बहुवारिके, विद्रावक इ. इतर रसायनांच्या उत्पादनात हायड्रोजन कच्चा माल म्हणून वापरतात. विशिष्ट औषधांची निर्मिती, खनिज तेलाचे परिष्करण तसेच संगणक व इतर इलेक्ट्रॉनीय सामग्रीत वापरण्यात येणारी संकलित मंडले यांमध्ये उत्पादक हायड्रोजन वापरतात. मोटारगाड्या व इतर वाहनांतील सुधारित अंतर्ज्वलन एंजिनां त पेट्रोलऐवजी हायड्रोजन वापरतात. इंधन-विद्युत् घटांत हायड्रोजनाची ऑक्सिजनाशी विक्रिया होऊन पाणी निर्माण होताना विद्युत् ऊर्जा निर्माण होते.

 

 काही तज्ञांनी दगडी कोळसा, खनिज तेल व नैसर्गिक वायू या जीवाश्म इंधनांऐवजी हायड्रोजनाचा अधिक व्यापक उपयोग व्हावा असे सुचविले आहे. कारण हायड्रोजन परत निर्माण करता येण्याजोगे इंधन असून त्यामुळे थोडेच प्रदूषण होते. तथापि, हायड्रोजन उत्पादनासाठी लागणारी ऊर्जा जीवाश्म इंधन जाळून मिळते. म्हणून यासाठी सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा वा जलविद्युत् यांसारखे पर्याय वापरल्यास जीवाश्म इंधनांचा वापर कमीहोऊ शकेल. तसेच हायड्रोजन साठविण्याच्या व वाहतुकीच्या सुरक्षित व परवडण्याजोग्या पद्धती उपलब्ध व्हायला हव्यात.

 

अणुसंघटक विक्रियक (अणुभट्ट्या) विकसित करण्याचेही प्रयत्न संशोधक करीत आहेत. या विक्रियकांत ताऱ्यांमध्ये जशी ऊर्जा निर्माणहोते त्याचप्रमाणे हायड्रोजन अणूंच्या संयोगातून ऊर्जानिर्मिती होते.आयनद्रायूच्या रूपात हायड्रोजनाचे अणुसंघटन होते (आयनद्रायूतविद्युत् भारित कण असतात). वैज्ञानिक व अभियंते एक प्रकारचा विक्रियक उभारण्याचे प्रयत्न करीत आहेत. या विक्रियकात हायड्रोजन आयनद्रायू उच्च तापमानाला व घनतेला असू शकेल. अणुसंघटन क्रिया टिकवून ठेवण्यासाठी उच्च तापमान व घनता आवश्यक असतात. अर्थात यात आयनद्रायू तयार करणे व टिकवून ठेवणे यांसाठी लागणारी ऊर्जा अणुसंघटनातून निर्माण होणाऱ्या ऊर्जेपेक्षा जास्त असता कामा नये. अन्यथा असा विक्रियक व्यवहार्य ठरणार नाही.

 

 पहा : इंधन ड्यूटेरियम, ट्रिटियम व जड पाणी पाणी पीएच मूल्य प्राणवायु मूलद्रव्ये हायड्राइड हायड्रेट हायड्रोकार्बने हायड्रोजनीकरण.

 

 संदर्भ : 1. Bassani, G. F. Inguscio, M. Hansch, T. W. Eds., The Hydrogen Atom, 1989.

            2. Cotton, F. A. and others, Advanced Inorganic Chemistry, 1999.

            3. Emsley, J. The Elements, 1991.

           4. Hamper, C. A., Ed., The Encyclopedia of the Chemical Elements, 1968.

           5. Rigden, J. S. Hydrogen : The Essential Element, 2003. 

ठाकूर, अ. ना.

Close Menu
Skip to content