Hidrogen: Unsur kimia dengan nombor atom 1

Hidrogen merupakan unsur pertama dan unsur yang paling ringan dalam jadual berkala. Hidrogen berada dalam kumpulan 1 dan kala 1.

Hidrogen,  ₁H

Bercahaya ungu dalam keadaan plasma
Garis spektrum bagi hidrogen
Ciri-ciri umum
Sebutan	/ˈhaɪdrədʒən/ HY-drə-jən
Rupa	gas tidak berwarna
Hidrogen dalam jadual berkala
– ↑ H ↓ Li – ← hidrogen → helium
Nombor atom (Z)	1
Kumpulan, kala	kumpulan 1, kala 1
Blok	Blok s
Kategori unsur	diatomik bukan logam
Berat atom piawai (Ar)	[1.00784, 1.00811] biasa: 1.008
Konfigurasi elektron	1s1
Bil. elektron per petala/cengkerang	1
Ciri-ciri fizikal
Warna	tidak berwarna
Fasa	gas
Takat lebur	13.99 K ​(−259.16 °C, ​−434.49 °F)
Takat didih	20.271 K ​(−252.879 °C, ​−423.182 °F)
Ketumpatan pada stp (0 °C dan 101.325 kPa)	0.08988 g/L
apabila cecair, pada t.l.	0.07 g/cm3 (pejal: 0.0763 g/cm3)
apabila cecair, pada t.d.	0.07099 g/cm3
Takat tigaan	13.8033 K, ​7.041 kPa
Titik genting	32.938 K, 1.2858 MPa
Haba pelakuran	(H2) 0.117 kJ/mol
Haba pengewapan	(H2) 0.904 kJ/mol
Muatan haba molar	(H2) 28.836 J/(mol·K)
Tekanan wap T (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada S (K) 15 20
Ciri-ciri atom
Keadaan pengoksidaan	−1, +1 ​(amfoterik oksida)
Keelektronegatifan	Skala Pauling: 2.20
Tenaga pengionan	pertama: 1312.0 kJ/mol
Jejari kovalen	31±5 pm
Jejari van der Waals	120 pm
Rampaian
Struktur hablur	​heksagon
Kelajuan bunyi	1310 m/s (gas, 27 °C)
Daya pengaliran terma	0.1805 W/(m·K)
Sifat kemagnetan	diamagnet
Kerentanan magnet (χmol)	−3.98·10−6 cm3/mol (298 K)
Nombor CAS	12385-13-6 1333-74-0 (H2)
Sejarah
Penemuan	Henry Cavendish (1766)
Dinamakan oleh	Antoine Lavoisier (1783)
Isotop utama bagi hidrogen
Iso­top Kelim­pahan Separuh hayat Mod reputan Pro­duk 1H 99.98% adalah stabil dengan 0 neutron 2H 0.02% adalah stabil dengan 1 neutron 3H jejak 12.32 y β− 3He
lihat bincang sunting | rujukan | dalam Wikidata

Hidrogen wujud secara bebas, dan juga sebagai sebahagian daripada air, bahan galian, dan bahan organik. Hidrogen dibebaskan semula melalui elektrolisis air dan melalui pemprosesan petroleum. Hidrogen tidak terbakar, tetapi meletup apabila bercampur dengan oksigen dan didedahkan kepada api.

Gas hidrogen (juga dikenali sebagai H₂) diwujudkan dalam makmal pada awal kurun ke-16 melalui campuran logam dengan asid kuat. Pada 1766–81, Henry Cavendish merupakan orang pertama yang menyifatkan gas hidrogen sebagai bahan diskret, dan menghasilkan air apabila dibakar, sifat yang memberikan namanya yang bermaksud penghasil air dalam bahasa Yunani. Pada suhu dan tekanan piawai, hidrogen bersifat lutsinar, tidak berbau, bukan logam, tiada rasa, bukan toksik dan mudah terbakar.

Hidrogen digunakan dalam proses penghasilan metanol, ammonia, dan asid hidroklorik. Hidrogen pernah digunakan untuk mengisi kapal udara tetapi sifatnya yang mudah meletup apabila bercampur dengan oksigen dan terkena api menyebabkan hidrogen digantikan dengan gas helium.

Nama unsur hidrogen diberikan oleh Antoine Lavoisier pada 1783 daripada dua perkataan Yunani, hidro (ὑδρο, air) dan genes (γενής, pencipta).

Sebelum bermulanya Perang Dunia Kedua, pada pukul 7:25 p.m. 6 Mei 1937, Jerman pernah kehilangan kapal udara Hindenburg apabila gas hidrogen yang digunakan untuk mengisi kapal udara tersebut meletup dan terbakar.

Hidrogen sebagai atom ialah unsur kimia paling banyak wujud di alam semesta; atom hidrogen merangkumi 75% jisim barion (seperti proton dan neutron) dan 90% jumlah atom. Hidrogen banyak dijumpai dalam bintang dan planet gergasi gas. Awan-awan molekul hidrogen, H₂ berkait rapat dengan pembentukan bintang.

Di angkasa lepas, hidrogen lazimnya wujud dalam bentuk atom dan plasma. Dalam bentuk plasma, proton dan elektron atom hidrogen tidak terikat, menyebabkan atom memiliki kekonduksian dan keamatan cahaya yang tinggi.

Di medium antara najam, sejenis ion hidrogen, molekul hidrogen terproton, H₃⁺ boleh dijumpai, dan terhasil melalui pengionan molekul hidrogen di sinar kosmos. Ion ini agak stabil di kawasan angkasa lepas disebabkan oleh ketumpatan dan suhu yang rendah, dan merupakan salah satu ion yang paling kerap dijumpai di alam semesta. Ion ini adalah penting dalam kimia medium antara najam. Ion ini juga telah dijumpai di kawasan atasan atmosfera Musytari.

Triatom hidrogen neutral, H₃ hanya boleh wujud dalam keadaan teruja dan tidak stabil. Ion hidrogen molekul, H₂⁺ pula jarang dijumpai di dalam alam semesta.

Di Bumi, hidrogen wujud sebagai molekul, H₂, tetapi jarang untuk dijumpai di atmosfera Bumi dengan kepekatan serendah satu bahagian per juta. Hal ini kerana molekul hidrogen memiliki jisim yang rendah, menyebabkan molekul hidrogen lebih mudah terlepas daripada graviti Bumi berbanding dengan unsur-unsur gas lain. Di permukaan Bumi, hidrogen ialah unsur ketiga paling banyak, lazimnya dalam sebatian-sebatian seperti air dan hidrokarbon. Gas hidrogen dihasilkan oleh sesetengah bakteria dan alga.

Hidrogen membentuk tiga isotop, protium, deuterium, dan tritium yang mengandungi sifar, satu, dan dua neutron masing-masing. Beberapa isotop hidrogen yang tidak stabil pernah dihasilkan dalam makmal, tetapi tidak wujud dalam persekitaran, yakni isotop ⁴H ke ⁷H.

Isotop-isotop hidrogen merupakan satu-satunya kumpulan isotop yang diberikan nama khusus yang masih digunakan ada masa kini.

Meskipun H₂ tidak begitu reaktif, hidrogen masih dapat bertindak balas dengan hampir kesemua unsur. Hidrogen biasanya bertindak balas dengan unsur-unsur dengan keelektronegatifan tinggi, terutamanya unsur-unsur halogen seperti fluorin dan klorin, di mana hidrogen wujud sebagai ion bercas positif.

Hidrogen bergabung dengan atom-atom karbon untuk membentuk hidrokarbon, dan seterusnya sebatian organik. Kajian tentang kumpulan sebatian ini dikenali sebagai kimia organik.

Hidrida

Sebatian-sebatian hidrogen dipanggil sebagai hidrida, meskipun penggunaan bagi istilah hidrida adalah agak longgar. Istilah hidrida bermakna bahawa hidrogen membentuk ion bercas negatif, H^-, dan berlaku apabila hidrogen bertindak balas dengan unsur-unsur elektropositif.

Molekul hidrogen dihasilkan di makmal-makmal kimia dan biologi, lazimnya sebagai hasil sampingan suatu tindak balas. Dalam bidang industri, molekul ini biasanya terhasil melalui penghidrogenan substrat tak tepu. Dalam alam sekitar, molekul ini terhasil melalui penurunan dalam tindak balas biokimia.

Elektrolisis air

Kaedah elektrolisis air merupakan kaedah mudah untuk menghasilkan gas hidrogen, di mana arus elektrik bervoltan rendah dilalukan terhadap air, menyebabkan gas oksigen terhasil di anod dan gas hidrogen terhasil di katod. Kecekapan penghasilan gas hidrogen melalui cara ini (berdasarkan nilai tenaga hidrogen jika dibandingkan dengan nilai tenaga elektrik digunakan) adalah dalam julat 80–94%. Persamaan elektrolisis air ialah seperti di bawah:

${\displaystyle {\ce {2 H2O -> 2 H2 + O2}}}$ 

Tindak balas asid dan logam

Dalam makmal, gas hidrogen dapat dihasilkan melalui tindak balas asid bukan pengoksida dengan logam-logam reaktif seperti zink, di mana persamaan ionnya ditunjukkan di bawah.

${\displaystyle {\ce {Zn + 2H+ -> Zn^2+ + H2}}}$ 

Logam aluminium juga dapat menghasilkan gas hidrogen jika ditindak balas dengan suatu bes, seperti di bawah:

${\displaystyle {\ce {2 Al + 6 H2O + 2 OH^- -> 2 Al(OH)^4- + 3 H2}}}$ 

Selain itu, suatu pelet aloi aluminium dan galium boleh dituang kepada air untuk menghasilkan hidrogen. Proses ini menghasilkan aluminium oksida, tetapi galium akan menghalang pengoksidaan di permukaan pelet dan oleh itu, boleh digunakan semula. Kaedah ini membolehkan hidrogen dihasilkan terus di tempat yang diperlukan tanpa perlu diangkut, dan boleh membawa kesan terhadap ekonomi gas hidrogen. Namun begitu, galium ialah suatu unsur yang mahal.

Hidrogen digunakan dalam bidang petroleum dan industri kimia dalam jumlah yang besar. Kegunaan terbesar hidrogen ialah dalam pemprosesan bahan api fosil dan penghasilan ammonia. Selain itu, hidrogen juga digunakan dalam penghidrogenan, biasanya dalam meningkatkan tahap ketepuan lemak dan minyak tak tepu, serta dalam penghasilan metanol. Hidrogen juga digunakan sebagai agen penurunan dalam pemprosesan bijih logam.

Gas hidrogen juga digunakan dengan meluas dalam bidang fizik dan kejuruteraan. Gas hidrogen digunakan sebagai gas pelindung dalam sesetengah kaedah kimpalan seperti kimpalan hidrogen gas. Gas hidrogen digunakan sebagai penyejuk dalam penjana elektrik kerana gas ini mempunyai kekonduksian haba tertinggi dalam kalangan gas yang wujud. Gas hidrogen pernah digunakan secara meluas sebagai gas pengangkat belon dan kapal udara.

Hidrogen

Bahaya
Piktogram GHS
Perkataan isyarat GHS	Danger
Penyata bahaya GHS	H220
Penyata pencegahan GHS	P202, P210, P271, P403, P377, P381
NFPA 704 (berlian api)	4 0 0
Kecuali jika dinyatakan sebaliknya, data diberikan untuk bahan-bahan dalam keadaan piawainya (pada 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Rujukan kotak info

Hidrogen memiliki beberapa bahaya keselamatan kepada manusia seperti bahaya letupan dan kebakaran apabila bercampur dengan udara, dan bahaya gas hidrogen sebagai gas asfiksia dalam bentuk tulen (tanpa gas oksigen). Cecair hidrogen ialah cecair kriogenik dan membawa bahaya yang berkait dengan cecair-cecair bersuhu sejuk. Hidrogen larut dalam kebanyakan logam-logam, dan boleh menyebabkan kebocoran serta kerapuhan logam yang membawa kepada rekahan dan letupan. Gas hidrogen boleh terbakar dengan spontan di dalam udara persekitaran. Tambahan pula, gas hidrogen panas tidak dapat dilihat, dan boleh menyebabkan kelecuran.

Sifat-sifat keselamatan gas hidrogen sebenar seperti suhu dan tekanan genting letupan mungkin tidak sama dengan maklumat yang diberi dalam data-data keselamatan, dan bergantung kepada geometri bekas gas.

• Antihidrogen
• Ion hidrogen
• Kitar hidrogen

•   Kategori berkenaan Hidrogen di Wiki Commons