1 H هيدروجين 1.008
لافلز المستوى الفرعي s الدورة 1 المجموعة 1

هيدروجين

H · العنصر 1 · لافلز

اطبع أو احفظ بصيغة PDF ضمّنه في موقعك

أبسط ذرة موجودة — بروتون واحد وإلكترون واحد — وتشكل نحو 90% من كل ذرة في الكون.

الحالة عند 20°C غاز
الكتلة الذرية 1.008 u
التوزيع الإلكتروني1s¹
كل العناصر الـ118 2He

البنية

ذرة هيدروجين

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع هيدروجين بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 8.99e-5 g/cm³ 0%
نقطة الانصهار 14 K 1%
نقطة الغليان 20.3 K 1%
الحرارة النوعية 14.304 J/g·K
الموصلية الحرارية 0.18 W/m·K 11%

الذرية

نصف القطر الذري 53 pm 3%
نصف القطر التساهمي 31 pm
نصف قطر فان دير فالس 120 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 2.2 78%
طاقة التأين 1312.2 kJ/mol 94%
الألفة الإلكترونية 72.4 kJ/mol 57%

الوجود

الوفرة في القشرة 1400 mg/kg 91%

الهوية

الرمزH
العدد الذري1
الكتلة الذرية1.008 u
الفئةلافلز
المستوى الفرعيs
البنية البلوريةسداسي
حالات الأكسدة-1, +1
سنة الاكتشاف1766
اكتشفهHenry Cavendish

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

العنصر نفسه، بعدد مختلف من النيوترونات

نظائر هيدروجين

لجميع ذرات هيدروجين العدد نفسه من البروتونات، وهو 1، ولا تختلف إلا في عدد النيوترونات: وهذه الأنواع هي نظائره. أكثرها شيوعًا هو H-1، وعدد نيوتروناته 0، ويشكّل 99.9855‎%‎ من العنصر في الطبيعة.

نظائر هيدروجين الموجودة في الطبيعة ونسبتها في العنصر الطبيعي، ونظائر مشعة معروفة
نظير نيوترونات الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال
H-1 الأكثر شيوعًا 0 99.9855‎%‎ مستقر —
H-2 1 0.0145‎%‎ مستقر —
H-3 2 — 12.32 سنة β⁻

هنا تعطي الطريقة المدرسية المختصرة، أي الكتلة الذرية مقرَّبة (1.008) ناقص العدد الذري، الإجابة نفسها: 0.

أنماط الاضمحلال

β⁻
اضمحلال بيتا السالب

البيانات: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides، تقييمات الحالات الأرضية، تاريخ الاسترجاع 10 أكتوبر 2026. الوفرة هي نسبة الذرات في العنصر الطبيعي؛ وتعني الشرطة أن النظير ليس له وفرة طبيعية معيارية.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة هيدروجين؟

نصف القطر 53 pm — أي 0.053 nm، ولذلك فإن نحو 9.43 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون هيدروجين سائلًا ضمن مجال 6 K، من 14 K إلى 20 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع هيدروجين في الدورة 1، والمجموعة 1. تشترك جميع العناصر في المجموعة 1 في العدد نفسه من الإلكترونات الخارجية، ولذلك تتصرف بطريقة متشابهة جدًا.

عناصر اللافلزات الأخرى

6C 7N 8O 15P 16S 34Se
جميع عناصر اللافلزات

القصة

ماهيّة هيدروجين وكيف اكتشفناه

الهيدروجين (H) هو العنصر رقم 1، وأخف العناصر وأبسطها: تتكون ذرة الهيدروجين النموذجية من بروتون واحد وإلكترون واحد. وهو أكثر العناصر وفرة في الكون، إذ يشكّل نحو ثلاثة أرباع المادة العادية من حيث الكتلة، ونحو تسع ذرات من كل عشر. ويقع في أعلى المجموعة 1 من الجدول الدوري، لكنه لافلز وليس فلزًا قلويًا.

في درجة حرارة الغرفة، يكون الهيدروجين غازًا عديم اللون والرائحة يتكون من جزيئات H₂. وتبلغ كثافته 0.08988 g/L عند 0 °م والضغط العادي، أي أقل من كثافة الهواء بنحو 14 مرة. ويتكثف إلى سائل عند −252.87 °م (20.28 كلفن)، ويتجمد عند −259.14 °م (14.01 كلفن).

حدّد هنري كافنديش الهيدروجين بوصفه مادة مستقلة عام 1766، وسمّاه «الهواء القابل للاشتعال»؛ وكان مجرّبون سابقون مثل روبرت بويل قد حضّروا هذا الغاز من الفلزات والأحماض دون أن يدركوا أنه عنصر. وفي عام 1783 أطلق عليه أنطوان لافوازييه اسم hydrogène، المشتق من الكلمة اليونانية التي تعني «مكوِّن الماء»، لأنه يحترق في الأكسجين مكوّنًا الماء.

البنية الذرية والنظائر

يشغل الإلكترون الوحيد للهيدروجين الغلاف الأول والوحيد (التوزيع الإلكتروني 1s¹). ويمكن للذرة أن تفقد هذا الإلكترون لتكوّن H⁺، أو تتشاركه في روابط تساهمية كما في الماء والميثان، أو تكتسب إلكترونًا ثانيًا لتكوّن أيون الهيدريد H⁻.

للهيدروجين ثلاثة نظائر. البروتيوم (الهيدروجين-1) لا يحتوي على نيوترون، ويشكّل نحو 99.985% من الهيدروجين الطبيعي. والديوتيريوم (الهيدروجين-2) يحتوي على نيوترون واحد، ويشكّل نحو 0.015%. أما التريتيوم (الهيدروجين-3) فيحتوي على نيوترونين، وهو مشع بعمر نصف يبلغ 12.3 سنة، ولا يوجد إلا بكميات ضئيلة.

الاستخدامات

استخدامات هيدروجين

الأمونيا والتكرير والميثانول

يُستخدم معظم الهيدروجين في أماكن إنتاجه، أي في المصانع الكيميائية ومصافي النفط. وأكبر استخداماته هي إنتاج الأمونيا للأسمدة بعملية هابر-بوش (N₂ + 3H₂ → 2NH₃)، وتكرير النفط الخام بالتكسير الهيدروجيني وبإزالة الكبريت من الوقود، وإنتاج الميثانول. ووفقًا للوكالة الدولية للطاقة، يقترب الطلب العالمي من 100 مليون طن سنويًا، ولا يزال كله تقريبًا يُنتَج من الوقود الأحفوري.

استخدامات صناعية أخرى

  • الغذاء: تحوّل الهدرجة بوجود محفز من النيكل الزيوت النباتية السائلة إلى دهون صلبة.
  • الفلزات والزجاج: تمنع أجواء الهيدروجين الأكسدة في المعالجة الحرارية للفلزات وفي إنتاج الزجاج العائم، ويمكن للهيدروجين اختزال خامات الفلزات إلى فلزات؛ وتستخدمه مصانع تجريبية لإنتاج الحديد من دون فحم الكوك.
  • الإلكترونيات: يُستخدم الهيدروجين عالي النقاء غازًا تشغيليًا في تصنيع أشباه الموصلات.

الطاقة ورحلات الفضاء

  • وقود الصواريخ: يُستخدم الهيدروجين السائل وقودًا لنظام الإطلاق الفضائي التابع لناسا، بينما تستخدم مركبة ستارشيب من SpaceX الميثان السائل والأكسجين السائل.
  • خلايا الوقود: تجمع خلايا الوقود الهيدروجين مع أكسجين الهواء لتوليد الكهرباء، ولا يخرج منها سوى الماء. وهي تشغّل عددًا قليلًا من السيارات والحافلات والشاحنات والرافعات الشوكية.
  • تخزين الطاقة: يمكن للهيدروجين المنتَج بتفكيك الماء بالكهرباء المتجددة (التحليل الكهربائي) أن يخزّن الطاقة للصناعة أو لتوليد الكهرباء، وإن كانت حصته من الإمدادات لا تزال صغيرة.

مصدره

الوجود الطبيعي

1400 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 91% من العناصر

في الكون

تكوّن الهيدروجين في الدقائق الأولى بعد الانفجار العظيم، ولا يزال المكوّن الرئيسي للنجوم والغاز بين النجمي. وتسطع النجوم، ومنها الشمس، بدمج الهيدروجين وتحويله إلى هيليوم، ويتكوّن الكوكبان العملاقان المشتري وزحل في معظمهما من الهيدروجين.

على الأرض

غاز الهيدروجين الحر نادر على الأرض. فهو خفيف جدًا إلى درجة أنه يفلت من الغلاف الجوي العلوي، ولا يحتوي الهواء إلا على نحو 0.5 جزء في المليون منه. ويرتبط كل هيدروجين الأرض تقريبًا في مركبات: الماء (11% من كتلته هيدروجين)، والغاز الطبيعي، والنفط والفحم، والمعادن الطينية، وكل الكائنات الحية. ويشكّل نحو 0.14% من كتلة القشرة الأرضية. وتُعرف بضعة تجمعات طبيعية لغاز الهيدروجين تحت الأرض، مثل تجمع يُستغل عبر بئر في مالي، ويبحث الجيولوجيون عن المزيد منها.

كيف يُنتَج

تُنتج الصناعة الهيدروجين أساسًا بإصلاح الغاز الطبيعي بالبخار (CH₄ + H₂O → CO + 3H₂، يليه تفاعل إزاحة الغاز المائي) وبتغويز الفحم؛ ويأتي بعضه ناتجًا ثانويًا لتكرير النفط. أما التحليل الكهربائي للماء، الذي يمكن تشغيله بالكهرباء المتجددة، فيوفّر أقل بكثير من 1% من الإنتاج (الوكالة الدولية للطاقة).

التعامل

السلامة

الحريق والانفجار

الهيدروجين شديد القابلية للاشتعال. فهو يحترق في الهواء عند أي تركيز يتراوح بين نحو 4% و75% من حيث الحجم، وهو أحد أوسع النطاقات بين جميع الغازات، ويكفي قدر ضئيل جدًا من الطاقة لإشعاله. ولهبه أزرق باهت لا يكاد يُرى في ضوء النهار، لذا قد يصعب رؤية حريق الهيدروجين.

التأثيرات الصحية

الهيدروجين غير سام، ولا يوجد حد للتعرض المهني محدد له. وفي الأماكن المغلقة يمكن أن يزيح الأكسجين ويسبب الاختناق. ويسبب الهيدروجين السائل، الذي تبلغ حرارته نحو −253 °م، حروقًا باردة شديدة عند ملامسته.

المناولة والتخزين

  • خزّن الأسطوانات في وضع قائم ومثبّتة، في أماكن جيدة التهوية بعيدًا عن الحرارة والشرر والمواد المؤكسدة.
  • يتسرب الهيدروجين بسهولة عبر الفجوات الصغيرة ويرتفع إلى أعلى؛ ركّب أجهزة كشف الهيدروجين قرب الأسقف، واجعل التهوية من الأعلى.
  • يمكن أن يجعل الهيدروجين بعض أنواع الفولاذ هشة بمرور الوقت (التقصّف الهيدروجيني)، لذا يجب صنع الأنابيب والخزانات من مواد متوافقة معه.
  • إذا تعذّر إيقاف لهب الهيدروجين عند مصدره، فاتركه يحترق وبرّد المعدات القريبة، لأن إطفاءه قد يسمح بتكوّن سحابة متفجرة.

واصل الاستكشاف

استخدم هيدروجين في الأدوات

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن هيدروجين

ما هو هيدروجين؟

هيدروجين (رمزه H) هو العنصر 1 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لافلز في الدورة 1 والمجموعة 1. أبسط ذرة موجودة — بروتون واحد وإلكترون واحد — وتشكل نحو 90% من كل ذرة في الكون. في درجة حرارة الغرفة، يكون غازاً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ هيدروجين؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـهيدروجين هو 1s¹، ويشغل 1 مستوى من مستويات الطاقة بتوزيع 1.

ما نقطتا انصهار وغليان هيدروجين؟

ينصهر هيدروجين عند 14 K (-259.1 °C) ويغلي عند 20.3 K (-252.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ هيدروجين؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ هيدروجين ‏1.008 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

كم عدد النيوترونات في هيدروجين؟

عدد النيوترونات في ذرة هيدروجين الأكثر شيوعًا، H-1، هو 0: العدد الكتلي 1 ناقص العدد الذري 1. ويشكّل هذا النظير 99.9855‎%‎ من العنصر في الطبيعة. وتعطي الطريقة المدرسية المختصرة، أي الكتلة الذرية مقرَّبة (1.008) ناقص العدد الذري، العدد نفسه: 0.

ما كثافة هيدروجين؟

هيدروجين غاز في درجة حرارة الغرفة؛ وتبلغ كثافته نحو 0.09 g/L عند 0 °C وضغط 1 atm — وهو أخف من الهواء تقريباً.

ما الكهروسلبية لـ هيدروجين؟

تبلغ كهروسلبية هيدروجين وفق مقياس باولنغ 2.2. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف هيدروجين ومتى؟

اكتُشف هيدروجين في 1766 على يد Henry Cavendish. سُمّي على اسم اليونانية hydro + genes، «مكوّن الماء».

ما مدى وفرة هيدروجين على الأرض؟

يشكّل هيدروجين حوالي 0.14% من قشرة الأرض — وهو شائع بما يكفي لاستخراجه على نطاق واسع.

التالي ← He هيليوم العنصر 2 · غاز نبيل