Brint (H): Grundstof, egenskaber og forekomst i universet

Brint er klassificeret som et reaktivt ikke-metal i modsætning til de andre grundstoffer i det periodiske systems første kolonne, som er klassificeret som alkalimetaller. Den faste form af brint forventes dog at opføre sig som et metal.

Når hydrogen er alene, binder det normalt sig selv til dihydrogen (H₂ ), som er meget stabilt på grund af dets høje bindingsdissociationsenergi på 435,7 kJ/mol. Ved standardtemperatur og -tryk har denne brintgas (H₂ ) ingen farve, lugt eller smag. Den er ikke giftig. Det er et ikke-metal og brænder meget let.

Forbrænding

Molekylær brint er brandfarlig og reagerer med ilt:

2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂ O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Ved temperaturer over 500 grader Celsius antændes brint spontant i luften.

Forbindelser

Selv om brintgas i ren form ikke er reaktiv, danner den forbindelser med mange grundstoffer, især halogener, som er meget elektronegative. Brint danner også store grupper med kulstofatomer og danner kulbrinter. Studiet af kulbrinternes egenskaber er kendt som organisk kemi.

H^- anionen (negativt ladet atom) kaldes et hydrid, selv om udtrykket ikke er almindeligt anvendt. Et eksempel på et hydrid er lithiumhydrid (LiH), der anvendes som "tændrør" i atomvåben.

Syrer

Syrer opløst i vand indeholder typisk et højt indhold af hydrogenioner, med andre ord frie protoner. Niveauet af disse bruges normalt til at bestemme pH, hvilket grundlæggende betyder indholdet af hydrogenioner i et bestemt volumen. For eksempel kan saltsyre, der findes i menneskers maver, dissocieres i en kloridanion og en fri proton, og den frie protons egenskab er, hvordan den kan fordøje mad ved at æde den.

Selv om H₃⁺ -kationen er sjælden på Jorden, er den en af de mest almindelige ioner i universet.

Isotoper

Hovedartikel: isotoper af brint

Brint har 7 kendte isotoper, hvoraf to er stabile (¹ H og² H), som almindeligvis kaldes protium og deuterium. Isotopen³ H er kendt som tritium og har en halveringstid på 12,33 år, og den produceres i små mængder af kosmisk stråling. De resterende 4 isotoper har en halveringstid i størrelsesordenen yoktosekunder.

I sin rene form på Jorden er brint normalt en gas. Brint er også en af de dele, der udgør et vandmolekyle. Brint er vigtigt, fordi det er det brændstof, der driver Solen og andre stjerner. Brint udgør ca. 74 % af hele universet. Brintets symbol i det periodiske system af grundstoffer er H.

Ren brint består normalt af to brintatomer, der er forbundet med hinanden. Forskere kalder disse toatomige molekyler for diatomare molekyler. Brint vil have en kemisk reaktion, når det blandes med de fleste andre grundstoffer. Det har ingen farve eller lugt.

Ren brint er meget sjældent i Jordens atmosfære, fordi næsten al oprindelig brint ville være sluppet ud i rummet på grund af sin vægt. I naturen findes det normalt i vand. Brint findes også i alle levende væsener som en del af de organiske forbindelser, som levende væsener er lavet af. Desuden kan hydrogenatomer kombinere sig med kulstofatomer for at danne kulbrinter. Petroleum og andre fossile brændstoffer er fremstillet af disse kulbrinter og anvendes almindeligvis til at skabe energi til menneskelig brug.

Nogle andre fakta om brint:

• Det er en gas ved stuetemperatur
• Det opfører sig som et metal, når det er fast.
• Det er det letteste grundstof i universet.
• Det er det mest almindelige grundstof i universet.
• Det brænder eller eksploderer over 528 °C / 1000 °F, f.eks. i brand.
• lyser lilla, når den er i plasmatilstand.

Brint blev først adskilt i 1671 af Robert Boyle. I 1776 identificerede Henry Cavendish det som sit eget grundstof og kaldte det "brændbar luft". Han indså i 1781, at man ved at brænde det kunne lave vand.

Antoine Lavoisier gav brint sit navn til brint, fra det græske ord for vand, 'υδορ (udtales /HEEW-dor/) og gennen, der betyder "generere", da det danner vand i en kemisk reaktion med ilt.

De vigtigste anvendelser er i olieindustrien og til fremstilling af ammoniak ved Haber-processen. En del anvendes også andre steder i den kemiske industri. En smule af det anvendes som brændstof, f.eks. i raketter til rumfartøjer. Det meste af den brint, som folk bruger, kommer fra en kemisk reaktion mellem naturgas og damp.

Nuklear fusion

Nuklear fusion er en meget kraftig energikilde. Den er baseret på at tvinge atomer sammen for at skabe helium og energi, præcis som det sker i en stjerne som Solen eller i en brintbombe. Det kræver en stor mængde energi at komme i gang, og det er ikke let at gøre endnu. En stor fordel i forhold til kernespaltning, som anvendes i de nuværende atomkraftværker, er, at den giver mindre atomaffald og ikke bruger et giftigt og sjældent brændstof som uran. Mere end 600 millioner tons brint fusionerer hvert sekund på Solen.

Brug af brint

Brint bruges mest i olieindustrien til at omdanne tunge oliefraktioner til lettere, mere anvendelige fraktioner. Det bruges også til at fremstille ammoniak. Mindre mængder forbrændes som brændstof. Det meste brint fremstilles ved en reaktion mellem naturgas og damp.

Ved elektrolyse af vand opdeles vand i brint og ilt ved hjælp af elektricitet. Brændt brint kombineres med iltmolekyler for at danne damp (ren vanddamp). I en brændselscelle kombineres brint med et iltmolekyle, hvorved der frigives en elektron som elektricitet. Af disse grunde mener mange, at brintkraft på sigt vil erstatte andre syntetiske brændstoffer.

Brint kan også forbrændes til at lave varme til dampturbiner eller forbrændingsmotorer. Ligesom andre syntetiske brændstoffer kan brint fremstilles af naturlige brændstoffer som kul eller naturgas eller af elektricitet og er derfor et værdifuldt supplement til elnettet, i samme rolle som naturgas. Et sådant net og en sådan infrastruktur med brændselscellekøretøjer er nu planlagt af en række lande, herunder Japan, Korea og mange europæiske lande. Det giver disse lande mulighed for at købe mindre olie, hvilket er en økonomisk fordel. Den anden fordel er, at motoren, når den anvendes i en brændselscelle eller forbrændes i en forbrændingsmotor som i en brintbil, ikke forurener. Der dannes kun vand og en lille mængde nitrogenoxider.