Vesinik – kergeim aine

Meile teada-tuntud maailmaruumi osast moodustavad vesiniku aatomid umbes 95%. Suhteliselt „suur“ on veel ka heeliumi aatomite osakaal. Vaid 0,03% jääb ülejäänud keemiliste elementide aatomitele ning mitmesugustele aatomi koostisosadele, näiteks prootonitele. Vesinikku esineb rohkesti meie Päikesesüsteemi kõige suuremal ja ilmselt ka kõige heledamal planeedil Jupiteril. Seal on vesinik arvatavasti sula metalli meenutav vedelik.

Päikesel täidab vesinik aga meie emakese Maa „ahjukütja“ rolli. On kindlaks tehtud, et ühe grammi vesiniku aatomituumade „põletamisel“ saadud energia ületab 20 miljonit korda ühe grammi söe põletamisel saadud energia. Hirmu selle pärast, et Päikesel olevad kütusevarud lähiajal otsa lõpevad, ei ole. Teadlaste arvates jätkub Päikesel vesinikuvarusid veel mitmeks miljardiks aastaks! Nii kõrgeid temperatuure kui Päikesel (u 5500 °C) ei esine Maal kunagi, sest siin puuduvad vastavad tingimused.

Kahjuks tunneme isegi praegusel arenenud tehnika ajastul lõpmatu maailmaruumi koostisest vaid 4–5%. Valdava enamuse moodustavad meile tundmatu aine ja tundmatu energia. Teadlased nimetavad neid selletõttu tumeaineks ja tumeenergiaks.

Maa atmosfääris leidub vesinikku lihtainena väga vähe – tublisti alla sajandiku protsendi. Kõige kergema gaasina on vesinik hajunud maailmaruumi. Veeauruks seotuna on vesiniku sisaldus atmosfääris suurem, seda hinnatakse umbes 4%-le. Maal esineb vesinikku lihtainena tühisel määral vulkaanigaasides ja looduslikus gaasis. Rohkesti leidub vesinikku aga paljude liitainete koostises. Vesi on looduses kõige levinum aine, mis katab ligemale 3/4 meie planeedi pinnast. Ka inimorganismis on vett ja inimese massist moodustab vesinik umbes 10%. Kui siia lisada veel sellised elutähtsad ained nagu kütused, toidu­ained, elu­sorganismides­se kuu­lu­vad rasvad, valgud ja süsi­vesikud, siis võib julgesti väita, et vesinik on Maal üks levinuimaid keemilisi elemente.

Laboris saadakse vesinikku tavaliselt väikestes kogustes metallide reageerimisel hapetega. Metallina kasutatakse enamasti tsinki, happena soolhapet.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Protsess toimub Kippi aparaadiks nimetatavas katseseadmes. Koolis katseid tehes kasutatakse Kippi aparaadi lihtsustatud varianti, mille peamiseks koostisosaks on kat­se­­klaas.

Tööstuses toodetakse vesinikku enamasti veest, lagundades seda elektrivooluga.

Reaktsioonil eraldub olulise „lisasaadusena“ ka hapnik. Arvestatavates kogustes saadakse vesinikku ka loodusliku gaasi lagundamisel.

Vesinik on kõige kergem, värvuseta, lõhnata, maitseta mittemürgine vees lahustumatu gaas. Vesinik on õhust 14,5 korda kergem. Antud asjaolu tuleb arvestada vesiniku kogumisel keemiakatsetel. Katseklaas, kuhu kogutakse vesinikku, peab olema põhjaga ülespoole.

Põlemine

Vesiniku üks olulisemaid keemilisi omadusi on tema põlemine, mille ainsa saadusena tekib veeaur.

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Seejuures tõuseb temperatuur kuni 2000 °C. Et vesiniku põlemise ainus saadus on veeaur, võib vesinikku pidada kõige puhtamaks kütuseks. Ent ettevaatust! Vesinik moodustab koos õhu või hapnikuga ääretult plahvatusohtlikke segusid. Plahvatusohu tekitab juba 4%-line vesiniku­sisaldus õhus. Seepärast tuleb enne vesiniku süütamist alati kontrollida selle puhtust.

Vesiniku äärmiselt suur plahvatusohtlikkus tegi lõpu ka tsepeliinide ajastule. Nimelt süttis 6. mail 1937. aastal maandumisel Lakehursti lennuväljal New Jerseys USA-s maailma suurim õhulaev „Hindenburg“. Hukkus 36 inimest. Arvatavasti oli põhjuseks tugev äike, mis saatis kogu lendu üle Atlandi ookeani.

Redutseerija

Vesiniku teine tähtsam omadus on seotud tema redutseerivate omadustega. Vesinik on nimelt tugev redutsee­rija. Seda vesiniku omadust kasutatakse metallide toot­misel oksiidsetest maakidest, kusjuures redutseerimisel vesinikuga saadakse enamasti väga puhtad metallid.

Vask(II)oksiidi redutseerib vesinik metalliliseks vaseks. H₂ on redutseerija, selle oksüdatsiooniaste kasvab ↑.

Cu⁺² oksüdatsiooniaste kahaneb ehk väheneb ↓.

Vesiniku rakendusi kohtame tänapäeval sõna otseses mõttes igal sammul. Tihti nimetatakse vesinikku tule­viku­kütuseks. Keskkonnasõbralikkus, kergesti trans­pordi­tavus ning kõrge kütteväärtus on need omadused, mis lubavad vesinikku just nii nimetada. Vesiniku kasutamise tuleviku muudab optimistlikuks ka asjaolu, et tooret on vesiniku saamiseks vee ja loodusliku gaasi näol piisavalt. Juba sõidavadki meie tänavatel vesinikuautod, on ehitatud esimesed vesinikutanklad, Hamburgis näiteks isegi laevadele.

Kosmoselaevade kütuseelementide üheks toiteaineks on samuti vesinik. Vesiniku kõrge põlemistemperatuuri tõttu kasutatakse seda protsessi roostevaba terase lõikamiseks ja keevitamiseks. Ohutuse tagamiseks tehakse seda väärisgaas argooni atmosfääris. Arvestades vesiniku häid redutseerivaid omadusi, kasutatakse seda ka mitmete harul­daste metallide tootmisel.

Meie toidulauale jõuavad vesiniku abil õlidest tahkeks muudetud võided ja margariinid. Vesinik hoolitseb meie tervise eest ka teisel moel, selle abil valmivad paljud ravimid. Iseenesestki mõista ei saa ilma vesinikuta läbi ükski keemialabor ega uurimisasutus.

Kui varem kasutati vesiniku põlemisel saadud kõrget temperatuuri ka metallide lõikamisel ning keevitamisel, siis nüüd on see rakendusala asendatud laser- ja plasmalõikamise ning keevitamisega atsetüleen-hapniku leegis (seda õpid edaspidi).