Hidrogen
Adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu hidrogen adalah unsur teringan di dunia.
Hidrogen adalah atom yang paling melimpah di alam semesta. Namun, itu hanya tersedia dalam jumlah yang sangat kecil, dalam keadaan alaminya, di bumi. Jangan khawatir, ada beberapa cara untuk membuatnya. Apakah mereka? Bagaimana cara membuat hidrogen dan mengapa melakukannya?
Sifat Kimia
Kelarutan dan karakteristik hidrogen dengan berbagai macam logam merupakan subjek yang sangat penting dalam bidang metalurgi (karena perapuhan hidrogen dapat terjadi pada kebanyakan logam) dan dalam riset pengembangan cara yang aman untuk meyimpan hidrogen sebagai bahan bakar.
Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam disebabkan oleh distorsi setempat ataupun ketidakmurnian dalam kekisi hablur logam
Sifat atom
| Sifat atom | |
|---|---|
| Bilangan oksidasi | −1, +1 oksida amfoter |
| Elektronegativitas | Skala Pauling: 2,20 |
| Jari-jari atom | empiris: 25 pm perhitungan: 53 pm |
| Jari-jari kovalen | 37 pm |
| Jari-jari van der Waals | 120 pm |
Sifat fisika
| Sifat fisika | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Warna | tak berwarna | ||||||||||||||
| Fase | gas | ||||||||||||||
| Titik lebur | 13,99 K (−259,16 °C, −434,49 °F) | ||||||||||||||
| Titik didih | 20,271 K (−252,879 °C, −423,182 °F) | ||||||||||||||
| Kepadatan pada sts (0 °C dan 101,325 kPa) | 0,08988 g/L | ||||||||||||||
| saat cair, pada t.l. | 0,07 (0,0763 padat)[4] g/cm3 | ||||||||||||||
| Titik tripel | 13,8033 K, 7,041 kPa | ||||||||||||||
| Titik kritis | 32,938 K, 1,2858 MPa | ||||||||||||||
| Kalor peleburan | (H2) 0,117 kJ/mol | ||||||||||||||
| Kalor penguapan | (H2) 0,904 kJ/mol | ||||||||||||||
| Kapasitas kalor molar | (H2) 28,836 J/(mol·K) | ||||||||||||||
Tekanan uap
| |||||||||||||||
Bagaimana cara membuat hidrogen dan mengapa kita melakukannya?
Untuk waktu yang lama, ini hanya mungkin dengan menggunakan reformasi atau gasifikasi. Sayangnya, proses ini melibatkan penggunaan bahan bakar fosil (minyak, gas) atau kayu. Bahkan saat ini, 95% hidrogen diproduksi dengan cara ini. Untungnya, dengan elektrolisis, kontur masa depan di mana produksi hidrogen hijau akan menjadi norma secara bertahap mulai terbentuk…
1. Reformasi: mengubah metana menjadi hidrogen
Ini adalah proses yang saat ini disukai oleh produsen besar. Murah, namun dampak ekologisnya cukup besar.
Setelah kantong gas alam diidentifikasi, langkah pertama adalah melakukan hidrodesulfurisasi. Faktanya, di alam, selain metana (CH4), gas tersebut penuh dengan belerang, yang keberadaannya dapat membahayakan operasi selanjutnya.
Dimurnikan, metana ditempatkan di hadapan air yang sangat panas. Karena adanya atom air (H20) dan suhu yang tinggi, ikatan yang menyatukan atom karbon menjadi hancur. Mengambang bebas di atmosfer, mereka secara bertahap mengatur ulang untuk menghasilkan syngas yang terbuat dari karbon monoksida (CO) dan dihidrogen (H2). Dan itu baru permulaan…
Selanjutnya, uap air yang masih ada dalam medium bereaksi dengan gas tersebut menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan dihidrogen. Setelah beberapa menit, semua komponen yang ada telah bermutasi. Mulai sekarang, hanya campuran CO2 dan H2 yang tersisa, yang akan diklarifikasi untuk menyimpan hanya 99,99% H2.
2. Gasifikasi: menghasilkan hidrogen dari arang
Dari semua metode yang digunakan untuk menghasilkan hidrogen, ini adalah yang paling mencemari. Ditunjukkan oleh para pemerhati lingkungan, secara bertahap cenderung digantikan oleh pendekatan yang lebih ramah lingkungan.
Dalam reaktor suhu yang sangat tinggi, arang diatur untuk membakar. Tujuannya adalah untuk memutuskan berbagai ikatan yang menyatukan atom-atom metana (CH4) yang ada dalam senyawa tersebut. Dengan demikian, atom karbon dan H dapat bersatu dengan gas-gas yang ada dalam siphon.
Dari metana (CH4), kita akan memperoleh dihidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO).
Agar reaksi memberikan hasil yang diharapkan, suhu pemanasan harus berosilasi antara 1.200 dan 1.500 °C. Selain arang, gasifikasi dapat menarik kekuatannya dari biomassa. Bahkan dengan menggunakan sumber energi ini, prosesnya tetap tidak terlalu ekologis.
3. Elektrolisis: mengubah air menjadi hidrogen
Meliputi 70,1% dari permukaan bumi, air tidak diragukan lagi merupakan molekul yang paling melimpah di lingkungan. Bukan kebetulan bahwa Bumi menyandang julukan “planet biru kecil”.
Secara molekuler, air berbentuk dua atom hidrogen (H) yang terikat pada satu atom oksigen (O). Oleh karena itu rumusnya ditulis H2O. Untungnya, ikatan antara atom H dan O dapat dengan mudah dilarutkan dengan listrik.Jika dikenai arus listrik, molekul air kehilangan kohesinya. H2O menjadi ion hidroksida (OH)- dan proton H+. Ditempatkan berdampingan, proton bereaksi satu sama lain dan memberikan dihidrogen (H2).
Untuk menggunakan lebih sedikit energi, dimungkinkan untuk mengganti air cair dengan setara gasnya. Hanya membutuhkan suhu 700 hingga 1.000 °C untuk menghancurkan, uap air merupakan alternatif yang menarik bagi mereka yang ingin mempercepat laju reaksi.
Salah satu keuntungan terbesar dari proses ini adalah kemudahannya yang luar biasa. Lupakan reaktor Teflon atau instalasi titanic. Elektrolisis memungkinkan untuk mendapatkan hidrogen murni dengan mudah yang membingungkan. Selama Anda memiliki dua elektroda, menjadi mungkin untuk menghasilkan H2.
Dari sudut pandang ekologi, prosedur ini penuh dengan kualitas. Terlepas dari langkah prosesnya, tidak ada satu pun gas berbahaya yang dipancarkan. Inilah sebabnya, hingga saat ini, ini adalah satu-satunya cara untuk menghasilkan hidrogen hijau.
Jika Anda ingin tetap menggunakan pendekatan tanpa limbah, gunakan sumber energi terbarukan untuk memberi daya pada perangkat. Energi angin, biogas, solar… Anda dimanjakan dengan pilihan untuk membatasi produksi gas rumah kaca. Apa yang Anda tunggu untuk membiarkan diri Anda tergoda oleh hidrogen hijau?
4. Fotosintesis: menghasilkan hidrogen menggunakan mikroorganisme
Jelas, alam belum selesai mengejutkan kita… Selama ekspedisi ilmiah, para peneliti menemukan mikroorganisme yang mampu menghasilkan H2 dari cahaya dan air.
Setelah dianalisis, itu adalah ganggang hijau uniseluler atau cyanobacteria. Berukuran kecil, makhluk hidup ini tidak dalam kemampuannya. Mereka hanya membutuhkan air dan sinar cahaya untuk mensintesis gas ini secara alami yang sangat berharga bagi manusia.
Saat ini, banyak proyek penelitian telah menetapkan sendiri tugas untuk mengoptimalkan reaksi ini sebanyak mungkin. Dengan menelusuri model ini, telah dimungkinkan untuk membuat sel foto elektrokimia, yang mengelektrolisis air menjadi H2 di bawah pengaruh sinar matahari.
5. Termokimia: memecah air pada suhu yang sangat tinggi
Pada suhu yang sangat tinggi, air secara alami terurai menjadi H dan O. Namun, masih banyak yang harus dilakukan sebelum fenomena ini benar-benar terkendali.
Kegunaan hidrogen
Saat ini, hidrogen memiliki 2 kegunaan utama: di satu sisi, ia berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi amonia (pupuk) dan metanol; di sisi lain, digunakan sebagai reagen dalam proses penyulingan minyak mentah menjadi produk minyak bumi, bahan bakar dan biofuel. Penggunaan yang dapat dibuat darinya tetap banyak, dan hidrogen menjanjikan untuk mendekarbonisasi sejumlah sektor dan mendukung transisi energi.
Saat ini, hidrogen hampir secara eksklusif digunakan untuk keperluan industri dalam bahan kimia dan pemurnian. Besok, kapasitasnya sebagai vektor energi dapat memainkan peran utama di bidang transportasi, di sektor gas, dalam produksi listrik dan panas.
Sektor transportasi
Dalam dekarbonisasi sektor transportasi, yang sebagian besar berbahan bakar minyak, hidrogen menjadi salah satu vektor persaingan untuk menggantikan mesin panas konvensional.
Mobil hidrogen / Mesin hidrogen
Karakteristik fisiko-kimia hidrogen membuatnya menjadi kandidat yang baik untuk digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin penyalaan bunga api tipe “bensin”. Keuntungan utama terletak pada keseimbangan lingkungan: dikombinasikan dengan oksigen, pembakaran hidrogen pada dasarnya menghasilkan air dan panas dan hanya melepaskan nitrogen oksida (NOx). Namun, solusi ini memerlukan adaptasi khusus untuk mendapatkan efisiensi yang sangat tinggi dan emisi NOx yang sangat rendah. Secara khusus, perlu untuk mengeksploitasi sifat yang berbeda dari hidrogen, seperti kemampuannya untuk membakar dengan cepat dalam campuran yang sangat ramping.
Sel bahan bakar di mobil listrik
Untuk jangka panjang, produsen mobil juga tertarik dengan sel bahan bakar (atau Fuel Cell), sebagai pembangkit listrik untuk kendaraan listrik. Ini untuk melengkapi solusi kendaraan listrik bertenaga baterai, yang saat ini mengalami keterbatasan otonomi dan waktu pengisian ulang baterai ini. Hidrogen kemudian digunakan untuk menyalakan sel bahan bakar – yang menghasilkan listrik – untuk mengoperasikan motor listrik yang menggerakkan kendaraan. Hidrogen adalah salah satu pembawa energi terbaik untuk sel bahan bakar saat ini dalam hal kinerja energi dan emisi. Efisiensi mereka umumnya lebih besar dari 50% pada rentang operasi yang luas, yang merupakan keuntungan menarik dibandingkan dengan mesin bensin saat ini.
Didukung oleh campuran udara dan hidrogen, baterai mengubah energi kimia hidrogen menjadi energi listrik mengikuti prinsip kebalikan dari elektrolisis. Dengan mereaksikan hidrogen dengan oksigen dari udara pada elektroda (membran halus yang dilapisi katalis, platinum), sel bahan bakar memungkinkan untuk menghasilkan listrik tanpa emisi selain uap air. Prinsipnya sudah ada sejak tahun 1839! Ini telah lama digunakan untuk menghasilkan listrik di roket.
Kereta api dan pesawat hidrogen
Rencana di beberapa negara mendukung hidrogen termasuk di antara tujuannya commissioning kereta hidrogen pertama.
Pesawat hidrogen atau “pesawat bersih”, jika sudah memunculkan proyek ambisius, masih harus menjawab sejumlah pertanyaan dalam hal teknologi, lingkungan, dan keselamatan.
Untuk ruang angkasa
Dari asal mula industri luar angkasa, hidrogen segera memainkan peran penting sebagai bahan bakar roket. Ini adalah bahan bakar yang paling banyak mengkonsentrasikan energi: 1 kg hidrogen mengandung energi 3 kali lebih banyak daripada 1 kg bensin. Kriteria yang sangat penting ketika kita tahu bahwa peluncur luar angkasa harus seringan mungkin.
Saat ini, kombinasi hidrogen cair dan oksigen cair masih digunakan untuk meluncurkan roket Eropa Ariane 5. Pada tahap kriogenik utama Ariane 5, pembakaran hidrogen menghasilkan sejumlah besar uap air yang mengembang dengan kecepatan sangat tinggi melalui nosel mesin Vulcain. Pengeluaran gas dengan kecepatan tinggilah yang akan mendorong roket, sesuai dengan prinsip aksi reaksi.
Hidrogen untuk penyimpanan listrik dan injeksinya ke dalam jaringan power plant
Penyimpanan energi dalam bentuk hidrogen memungkinkan untuk mengatasi intermittency energi terbarukan (angin dan matahari) dengan mengoptimalkan kapasitas produksi listrik (power-to-power).
Sebagai bagian dari pengembangan campuran listrik terbarukan, elektrolisis memungkinkan, ketika jaringan memiliki surplus (yaitu ketika produksi listrik lebih besar dari konsumsinya), untuk menyimpan hidrogen dalam waktu singkat atau lama tergantung pada kebutuhan.
Dalam kasus jaringan defisit, sebaliknya, hidrogen yang tersedia dapat digunakan kembali dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik.
Hidrogen juga dapat disuntikkan langsung ke jaringan gas (power-to-gas):
- dengan injeksi langsung ke jaringan gas untuk pembakaran;
- dengan produksi metana sintetis (sesuai dengan prinsip metanasi): konversi karbon monoksida (CO) atau karbon dioksida (CO2) dengan adanya hidrogen, yang kemudian dapat diubah menjadi panas, listrik atau bahan bakar.
Hidrogen untuk mengurangi karbonisasi dalam sektor industri
Hidrogen dapat digunakan di sektor industri (power-to-industry):
- di satu sisi, untuk memasok energi bebas karbon ke unit-unit industri yang bersangkutan;
- di sisi lain untuk berkontribusi pada dekarbonisasi proses industri yang bersangkutan dengan mengganti bahan bakar fosil yang saat ini digunakan: ini adalah kasus, misalnya, pembuatan baja yang dihasilkan dari reduksi bijih besi. Pengurangan yang dilakukan hari ini melalui batubara dapat dilakukan besok dengan menggunakan hidrogen terdekarbonasi.
Tabel Periodik Kimia – Lengkap Dengan Daftar Unsur Kimia Berdasarkan Nama, Warna Dan Jenis
Tabel periodik adalah tampilan unsur-unsur kimia dalam bentuk tabel. Unsur-unsur tersebut disusun berdasarkan nomor atom (jumlah proton dalam inti atom), konfigurasi elektron dan keberulangan sifat kimia. Klik disini untuk membaca tabel periodik yang komplit.
Bacaan Lainnya
- 5 Samudra Di Dunia: Arktik, Atlantik, Hindia, Pasifik dan Selatan Raya (Antartika)
- Peradaban Maya: Sejarah, Situs, Daerah Peradaban dan Bangsa Maya
- Seperti Apa Psikopat Itu Sebenarnya?
- Cara Membeli Tiket Pesawat Murah Secara Online Untuk Liburan Atau Bisnis
- Tulisan Menunjukkan Kepribadian Anda & Bagaimana Cara Anda Menulis?
- Kepalan Tangan Menandakan Karakter Anda & Kepalan nomer berapa yang Anda miliki?
- 10 Kebiasaan Baik Yang Dapat Mengasah Otak Menjadi Lebih Efektif
- Top 10 Cara Menjadi Kaya Dan Sudah Terbukti Nyata
- Tes Ketelitian: Semua Penguin Identik Kecuali 1 – Beserta Fakta Tentang Penguin: Spesies & Habitat
- Jarak Matahari Ke Bumi Yang Paling Tepat Adalah 149.597.870.700 Meter
- Arti Mimpi ~ Tafsir, Definisi, Penjelasan Mimpi Secara Psikologi
- Tempat Wisata Yang Harus Dikunjungi Di Jakarta – Top 10 Obyek Wisata Yang Harus Anda Kunjungi
Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai
Respons “Ooo begitu ya…” akan sering terdengar jika Anda memasang applikasi kita!
Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!
Sumber bacaan: Cleverly Smart, Wikipedia
Sumber foto: Wikimedia Commons
Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya | Business & Marketing
