Vodik je prvi element na periodnom sustavu i najzastupljenija je kemijska tvar u svemiru. Obuhvaćajući otprilike 75% ukupne barionske mase, vodik se nalazi u velikim količinama u zvijezdama i plinovitim divovskim planetima.
Vodik je kemijski element sa simbolom H i atomskim brojem 1 . Kao najlakši element, vodik se sastoji od jednog protona i, u svom najčešćem obliku, jednog elektrona. Obično se nalazi kao plin, točnije kao dvoatomna molekula ( \(H_2\) ), na sobnoj temperaturi.
Plin vodik ( \(H_2\) ) je bez boje, mirisa, okusa, netoksičan i vrlo zapaljiv. Ima gustoću od približno \(0.08988 \, \textrm{g/L}\) na standardnoj temperaturi i tlaku, što ga čini manje gustoćom od zraka. Ovaj plin nastaje kada se dva atoma vodika povežu zajedno i dijele svoje elektrone.
Plinoviti vodik može se proizvesti različitim metodama, uključujući parno-metanski reforming i elektrolizu . Reforming para-metan trenutno je najisplativija metoda i uključuje reakciju metana s parom visoke temperature. Elektroliza, s druge strane, uključuje korištenje električne energije za razdvajanje vode na vodik i kisik.
Vodik ima širok raspon primjena. Koristi se u kemijskoj industriji za proizvodnju amonijaka (postupkom Haber) koji je ključni sastojak gnojiva. Vodik se također koristi u rafiniranju nafte, obradi metala i proizvodnji klorovodične kiseline. Štoviše, kao čisto gorivo, vodik obećava za pogon vozila i proizvodnju električne energije, proizvodeći samo vodu kao nusprodukt.
Vodik igra ključnu ulogu u svemiru kao najzastupljeniji element. To je primarno gorivo za nuklearnu fuziju u zvijezdama, uključujući naše Sunce. U jezgri zvijezda atomi vodika spajaju se u helij, oslobađajući pritom ogromne količine energije. Ova nuklearna fuzija osvjetljava zvijezde i daje energiju koja podržava život na Zemlji.
Vodik ima tri primarna izotopa: protij ( \(^1H\) ), deuterij ( \(^2H\) ) i tricij ( \(^3H\) ). Procij, bez neutrona, je najčešći oblik. Deuterij, ili teški vodik, sadrži jedan neutron i koristi se u nuklearnim reaktorima i za proizvodnju teške vode. Tricij, s dva neutrona, je radioaktivan i ima primjenu u nuklearnom oružju i kao tragač u znanstvenim istraživanjima.
Jednostavnim pokusima mogu se pokazati svojstva i reakcije plinovitog vodika. Jedan klasični eksperiment je reakcija metala s kiselinom, koja proizvodi plin vodik. Na primjer, reakcija cinka s klorovodičnom kiselinom ( \(Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\) ) sigurno stvara plin vodik, koji se zatim može testirati prinošenjem plamene udlage blizu plina i promatranjem karakterističnog zvuka 'puk', što ukazuje prisustvo vodika.
Iako je vodik čisto gorivo, njegova proizvodnja i skladištenje predstavljaju izazove. Većina vodika trenutno se proizvodi iz fosilnih goriva, što pridonosi emisiji stakleničkih plinova. Međutim, u tijeku su napori da se poveća uporaba zelenog vodika, proizvedenog elektrolizom napajanom obnovljivom energijom, kako bi se ublažio ovaj utjecaj. Štoviše, zbog svoje zapaljivosti vodik zahtijeva pažljivo rukovanje i skladištenje kako bi se izbjegle eksplozije.
Vodik je temeljni element, bitan i za industriju i za prirodne procese u svemiru. Njegova jednostavna atomska struktura dovodi u pitanje njegovu složenu ulogu u kemijskim reakcijama, proizvodnji energije i potencijal kao čistog izvora goriva. Napredak u njegovoj održivoj proizvodnji i korištenju mogao bi imati značajne ekološke i gospodarske koristi.
