Hidrogen adalah unsur kimia bernomor atom 1 dan diberi simbol H pada tabel berkala unsur kimia.

Sifat Kimia dan Fisika Atom Hidrogen.

Hidrogen merupakan unsur kimia paling ringan, yang hanya memiliki berat atom 1,008. Bentuk mono-atomiknya (H) merupakan zat kimia yang paling banyak di alam semesta. Pada suhu dan tekanan standar, atom H tidak memiliki warna, tidak berbau, tak berasa dan tak beracun, dan dalam bentuk diatomik (H2) gas hidrogen sangat mudah terbakar.

Unsur kimia H sangat mudah membentuk senyawa kovalen, sehingga sebagian besar dari unsur kimia ini membentuk molekul dengan unsur-unsur kimia lainnya (contohnya dengan oksigen membentuk molekul air H2O).

Hidrogen memiliki peranan yang sangat penting dalam reaksi asam dan basa.

Dalam senyawa ionik, H dapat mengambil bentuk muatan negatif saat sebagai hibrida (OH), atau bermuatan positif yang dilambangkan dengan simbol H+.

Gas H2 buatan pertama kali diproduksi pada awal abad ke-16, melalui pencampuran logam dan asam. Henry Cavendish adalah orang pertama yang menyadari bahwa gas hidrogen adalah zat diskrit, yang menghasilkan air ketika dibakar, sifat yang kemudian diberi nama “hidrogen”, yang dalam bahasa Yunani memiliki arti “bekas air”.

Molekul gas hidrogen (H2) sangat mudah terbakar dan akan terbakar di udara pada rentang yang sangat luas dari konsentrasi antara 4% dan 75% volume. Entalpi dari proses pembakaran hidrogen adalah -286 kJ / mol :

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ / mol)

Konsentrasi gas hidrogen di udara yang berpotensi menghasilkan ledakan antara 4-74%, dan konsentrasi H2 dalam gas klorin yang mampu menghasilkan ledakan antara 5 – 95%. Ledakan terjadi bisa dipicu oleh percikan api, panas, atau sinar matahari. Suhu pengapian hidrogen di udara berkisar 500 °C (932 °F). H2 bereaksi dengan semua oksidator.

Pada suhu kamar hidrogen bereaksi secara spontan dan keras terhadap gas klorin (Cl2) dan fluorin (F2), membentuk senyawa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida, yang merupakan senyawa asam berbahaya.

Tabel 1. Sifat Kimia dan Fisika Atom Hidrogen

Nama, Simbol, WarnaHidrogen, H, Tak berwarna
Nomor Atom1
Golongan, BlokGolongan 1, blok S
PeriodaPerioda 1
Kategori Unsur KimiaNon logam (metalloid)
Massa Atom1,008
Konfigurasi Elektron1S1
Fase Standar (suhu kamar)Gas
Bilangan Oksidasi+1
Elektronegativitas2.20 Skala Pauling
Energi ionisasi1: 520,2 kJ / mol
2: 7.298,1 kJ / mol
3: 11.815,0 kJ / mol
Panas Peleburan(H2) 0,117 kJ / mol
Panas Penguapan(H 2) 0,904 kJ / mol
Kapasitas Panas Molar(H 2) 28,836 J / (mol • K)
Titik didih20,271K (-252,879 °C, -423,182 F)
Titik Lebur13,99 K (-259,16°C, -434,49 °F)
Energi ionisasi1: 1.312,0 kJ / mol
Jari-jari kovalen31 ± 5 pm
Jari-jari Van der Waals120 pm
Kecepatan suara1310 m / s (gas, 27 ° C)
Konduktivitas termal0,1805 W / (m • K)
Sifat MagnetikDiamagnetik

Aplikasi Sifat Kimia dan Fisika Atom Hidrogen

Senyawa Kovalen dan senyawa organik

Dalam kondisi yang standar H2 tidak terlalu reaktif, sehingga mampu membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur kimia. Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan unsur-unsur yang lebih elektronegatif, seperti halogen (misalnya, F, Cl, Br, I), atau oksigen; dalam senyawa ini hidrogen memiliki muatan positif parsial.

Atom ini juga membentuk senyawa dengan unsur yang kurang elektronegatif seperti logam dan metaloid, di mana hidrogen bermuatan negatif parsial. Senyawa ini sering dikenal sebagai hidrida.

Rantai panjang senyawa antara hidrogen dan karbon disebut hidrokarbon, dan karena senyawa hidrokarbon berkaitan erat dengan mahluk hidup, maka senyawa hidrokarbon disebut juga dengan istilah senyawa organik.

Proton dan asam

Oksidasi atom hidrogen berarti menghilangkan elektron dan memberikan kation H+, yang tidak mengandung elektron dan inti yang biasanya terdiri dari satu proton. Itulah sebabnya Hsering disebut proton. Spesies ini merupakan pusat pembahasan tentang asam.

Berdasarkan teori Bronsted-Lowry, asam adalah donor proton, sedangkan basa adalah akseptor proton.
Isotop Hidrogen

Hidrogen memiliki tiga isotop alami, ditandai 1H, 2H dan 3H. Isotop lainnya yang tidak stabil (4H ke 7H) telah disintesis di laboratorium tetapi tidak ditemukan di alam.

– 1H adalah isotop hidrogen yang paling umum dengan persentase temuan yang lebih dari 99,98%.

Karena inti dari isotop ini hanya terdiri dari satu proton, maka terkadang diberi nama protium.

– 2H, isotop stabil hidrogen lainnya, dikenal dengan istilah deuterium, yang mengandung satu proton dan satu neutron pada intinya.

Pada dasarnya semua deuterium di alam semesta diperkirakan telah diproduksi pada saat terjadinya proses Big Bang, dan terus bertahan sejak saat itu.

Deuterium bukanlah zat radioaktif, dan tidak memiliki bahaya toksisitas yang signifikan. Air diperkaya dengan molekul yang mencakup deuterium disebut air berat. Air berat digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin pada reaktor nuklir. Deuterium juga merupakan bahan bakar potensial untuk reaktor fusi nuklir komersial.

– 3H dikenal sebagai tritium, yaitu atom hidrogen yang mengandung satu proton dan dua neutron pada intinya.

Isotop ini adalah radioaktif, meluruh menjadi helium-3 melalui peluruhan beta dengan waktu paruh 12,32 tahun.

Metode Produksi Hidrogen

H2 diproduksi di laboratorium kimia dan biologi, sering dihasilkan sebagai produk sampingan dari reaksi lainnya; antara lain hasil sampingan dalam industri untuk hidrogenasi dari substrat jenuh.

– Produksi H2 melalui Reaksi Logam-asam

Di laboratorium, H2 biasanya dihasilkan oleh reaksi dari asam encer dengan beberapa logam reaktif seperti seng.

Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2
Aluminium juga dapat menghasilkan H2 pada pengolahan menggunakan basa :

2 Al + 6 H2O + 2OH → 2 Al(OH)4 + 3 H2

Proses elektrolisa air adalah metode sederhana untuk menghasilkan gas H2. Sebuah arus listrik searah bertegangan rendah dilewatkan melalui air.

Adanya aliran arus membuat air terdisosiasi, dimana akhirnya kation hidrogen tereduksi menjadi gas H2 di katoda, dan oksigen teroksidasi menjadi gas oksigen di anoda.

2 H2O (aq) → 2 H2 (g) + O2 (g)

– Produksi H2 Menggunakan Reformasi Uap

H2 dapat dibuat dengan beberapa cara yang berbeda, tetapi proses produksi secara ekonomis adalah pemisahan gas hidrogen dari senyawa hidrokarbon.

Produksi massal gas H2 biasanya menggunakan metoda steam reforming dari gas alam. Pada suhu tinggi (1000-1400 K, 700-1100 ° C atau 1300-2000 ° F), uap (uap air) bereaksi dengan metana untuk menghasilkan karbon monoksida dan H2.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Reaksi ini bisa dilakukan pada tekanan rendah, tetapi lebih baik jika dilakukan pada tekanan tinggi (2,0 MPa, 20 atm atau 600 inHg), karena pada tekanan tinggi sistem pemurnian bekerja lebih baik.

Campuran produk ini dikenal sebagai “gas sintesis” karena sering digunakan secara langsung untuk produksi metanol dan senyawa terkait. Hidrokarbon selain metana dapat digunakan untuk menghasilkan gas sintesis dengan berbagai rasio produk.

Salah satu dari banyak kegunaan teknologi ini adalah proses pembuatan karbon dari gas metana.

CH4 → C + 2 H2

Aplikasi Pemakaian Hidrogen

Gas H2 dibutuhkan dalam industri minyak dan industri kimia. Pengguna terbesar dari gas H2 adalah untuk pengolahan (“upgrade”) bahan bakar fosil dan produksi amonia.

Konsumen utama dari H2 adalah pabrik petrokimia, dimana H2 digunakan untuk proses hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi, dan hydrocracking. H2 memiliki beberapa kegunaan penting lainnya.

H2 digunakan sebagai agen hidrogenasi, terutama dalam meningkatkan tingkat kejenuhan lemak tak jenuh dan minyak (ditemukan di barang-barang seperti margarin), dan dalam produksi metanol. Hal ini sama dengan sumber H2 dalam pembuatan asam klorida. H2 juga digunakan sebagai reduktor bijih logam pada batuannya.