ไฮโดรเจน ปฐมธาตุแห่งเอกภพ
ย้อนกลับไปใน ปี ค.ศ. 1937 เรือเหาะลำหนึ่งเดินทางจากประเทศเยอรมนีมายังสหรัฐอเมริกา การเดินทางในวันนั้นเป็นไปราบรื่น แต่เมื่อเรือเหาะกำลังจะลงจอดกลับเกิดไฟลุกและระเบิดอย่างรุนแรง ส่งผลให้ผู้โดยสารและลูกเรือจำนวนมากเสียชีวิตกลางอากาศ อุบัติเหตุครั้งนี้มีชื่อว่า วินาศภัยฮินเดินบวร์ก (Hindenburg disaster) ซึ่งภายในเรือเหาะลำนั้นบรรจุแก๊สความหนาแน่นต่ำกว่าอากาศที่มีชื่อว่า ไฮโดรเจน
ราว 350 ปีก่อน นักเคมีผู้ยิ่งใหญ่นาม โรเบิร์ต บอยล์ พบว่าเมื่อนำเหล็กจุ่มลงไปในกรดจะเกิดฟองแก๊สขึ้นที่ผิวเหล็ก หลังจากนั้นไม่นาน เฮนรี คาเวนดิช นักฟิสิกส์และนักเคมีพบว่าฟองแก๊สที่เกิดขึ้นเป็นแก๊สชนิดใหม่ ซึ่งสามารถลุกติดไฟอย่างรุนแรง และเมื่อเผาในอากาศจะทำให้เกิดน้ำออกมาได้ แก๊สดังกล่าวจึงถูกตั้งชื่อว่า ไฮโดรเจน ที่แปลว่า ผู้สร้างน้ำ
สังกะสีจุ่มในกรด เกิดเป็นฟองแก๊สไฮโด
ทุกวันนี้นักเคมีรู้ดีว่าแก๊สไฮโดรเจนเกิดจากธาตุไฮโดรเจนสองธาตุมารวมกัน ซึ่งธาตุไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุด เรียบง่ายที่สุด ในตารางธาตุ เพราะโดยทั่วไปมันประกอบด้วยโปรตอน 1 อนุภาค และ อิเล็กตรอน 1 อนุภาค
ความเรียบง่ายนี้ทำให้นักฟิสิกส์สามารถคำนวณระดับพลังงานของอิเล็กตรอนไฮโดรเจนได้อย่างละเอียดด้วยกลศาสตร์ควอนตัม หรืออันที่จริงควรจะกล่าวว่าความเรียบง่ายของมันทำให้นักฟิสิกส์ศึกษามันได้ง่ายกว่าธาตุอื่นๆ จนค้นพบกลศาสตร์ควอนตัมมากกว่า (ส่วนธาตุอื่นๆ การคำนวณทางฟิสิกส์จะซับซ้อนมากจนไม่สามารถทำได้โดยตรงแบบนี้)
ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของธาตุไฮโดรเจน
ความเรียบง่ายของไฮโดรเจนทำให้มันเป็นธาตุแรกที่เกิดขึ้นในเอกภพ และกลายเป็นธาตุที่กระจายอยู่ทั่วไปในเอกภพจนถึงปัจจุบัน ซึ่งนักดาราศาสตร์พบว่าการกระจายตัวของไฮโดรเจนเป็นข้อมูลสำคัญที่ใช้ศึกษาโครงสร้างของกาแล็กซีและตัวแปรอื่นๆทางดาราศาสตร์ได้
ที่สำคัญที่สุด คือ ไฮโดรเจน เป็นองค์ประกอบหลักของดาวฤกษ์ รวมทั้งดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งไฮโดรเจนคิดเป็น 73% ของมวลดวงอาทิตย์
แม้มันจะเป็นธาตุที่เบาที่สุด แต่ด้วยปริมาณที่มีอยู่มหาศาลทำให้มันดึงดูดกันด้วยแรงโน้มถ่วงจนเป็นกลุ่มก้อน แรงอัดที่ใจกลางมีค่ามหาศาลทำให้บริเวณนั้นมีความดันสูงมาก ความดันที่สูงส่งผลให้อุณหภูมิสูงตามไปด้วยในลักษณะเดียวกับการอัดกระบอกสูบลมจักรยานแรงๆจนยางล้อจักรยานร้อนขึ้น
อุณหภูมิที่สูงทำให้โปรตอนซึ่งเป็นนิวเคลียสของไฮโดรเจนวิ่งด้วยความเร็วสูงมาก ซึ่งในสภาวะปกติ โปรตอนแทบจะไม่มีทางวิ่งมาชนกันได้เพราะทั้งสองมีประจุบวกเหมือนกันจึงผลักกัน แต่ในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูงมากๆ ความเร็วของการวิ่งสามารถเอาชนะแรงผลักนั้นได้ทำให้มันมีโอกาสชนกันจนเกิดการหลอมรวมกันจนกลายเป็นธาตุใหม่ แล้วปลดปล่อยพลังงานออกมา
ส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาฟิวชั่น
ปฏิกิริยาที่ธาตุเบาหลอมรวมกันกลายเป็นธาตุใหม่ที่หนักขึ้นนี้ เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ซึ่งนักฟิสิกส์ทุกวันนี้ปรารถนาจะสร้างมันขึ้นมาในห้องทดลองให้ได้ แต่ปัญหาที่ต้องฟันฝ่านั้นมีมากมาย ตั้งแต่การสร้างสภาวะที่มีอุณหภูมิที่สูงมากๆ โดยที่เตาปฏิกรณ์ต้องทนอุณหภูมิที่สูงขนาดนั้นได้ รวมทั้งการพยายามควบคุมปฏิกิริยาให้เกิดอย่างต่อเนื่องและได้พลังงานมากกว่าที่ใส่เข้าไป ซึ่งเป็นเรื่องยากสาหัสจนยังไม่มีใครทำได้ในเชิงพาณิชย์
แต่ถ้าทำได้ เราย่อมดึงเทพเจ้าดวงอาทิตย์ให้มาอยู่ในห้องทดลองและได้แหล่งพลังงานใหม่ที่ทรงประสิทธิภาพ โดยใช้ไฮโดรเจนซึ่งเป็นแก๊สราคาถูกเป็นสารตั้งต้น
เซลล์เชื้อเพล
แต่อีกทางเลือกหนึ่งที่มาได้ไกลกว่านั้นคือ เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel cell) ซึ่งนำแก๊สไฮโดรเจนมาทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนที่มีอยู่อย่างมากมายในอากาศ ผลลัพธ์ที่ได้คือ ไฟฟ้า ที่ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆหรือแม้แต่นำมาขับเคลื่อนยานพาหนะ โดยของเสียที่ได้จากปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวคือ น้ำบริสุทธิ์ ปัจจุบันมียานพาหนะหลายอย่าง ตั้งแต่รถยนต์ เรือ ใช้เทคโนโลยีนี้บ้างแล้ว
วินาศภัยฮินเดินบวร์ก
ทว่าการลุกไหม้อย่างรุนแรงของแก๊สไฮโดรเจน เมื่อครั้งที่เกิดวินาศภัยฮินเดินบวร์ก กลายเป็นสิ่งที่เหล่าหลายคนกังวลเกี่ยวกับการระเบิดที่อาจรุนแรงมากเมื่อรถยนต์ชนกันในอุบัติเหตุ การออกแบบเพื่อป้องกันสถานการณ์นี้จึงสำคัญมาก
เราอาจกล่าวได้ว่า ไฮโดรเจนเป็นธาตุเล็กที่สุด แต่กลับรวมกันจนสร้างสรรค์พลังงานให้ทุกชีวิตบนโลกของเราได้
ย้อนกลับไปเล็กน้อย
เมื่อนิวเคลียสไฮโดรเจนรวมกันจะได้เป็นนิวเคลียสของฮีเลียม
นั่นทำให้ธาตุฮีเลียมมีอยู่มากเป็นอันดับสองในดวงอาทิตย์ ซึ่งจะเล่าเรื่องของมันให้ฟังครั้งถัดๆไปครับ
- 36
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
