ہاٸیڈروجن
تعارف#
ہاٸڈروجن ایلیمنٹ کاٸنات میں سب سے زیادہ مقدار میں پایا جانے والا ایلیمنٹ ہے۔یہ ایک بے رنگ,بے بو اور بے ذاٸقہ گیس ہے۔اسکا اٹامک نمبر ایک جبکہ اٹامک ماس 1.08 ہے۔یہ ہمشہ کمپاٶنڈ کی حالت میں ہی پایا جاتا ہے۔یہ جس کمپاٶنڈ میں سب سے زیادہ پایا جاتا ہے وہ پانی ہے۔پانی کا ہر مالیکیول دو ہاٸیڈروجن اور ایک آکسیجن ایٹم پر مشتمل ہوتا ہے۔
دریافت#
ہاٸڈروجن گیس کی دریافت 1671ء میں دریافت ہوٸ جب ایک برطانوی کیمسٹ رابرٹ بواٸل نے ایسڈ اور میٹل(لوہا) کو آپس میں ملایا یعنی ان کا ری ایکشن ہوا تو اسکے نتیجہ میں ایک گیس خارج ہوٸ اور آج ہم اس گیس کو ہاٸڈروجن گیس کہتے ہیں۔ہاٸڈروجن ہمیشہ گیس ہی کی حالت میں پایا جاتا ہے اسکی وجہ یہ ہے کہ ہاٸیڈروجن ایٹم بہت زیادہ انسٹیبل ہوتا ہے اور پیریاڈک ٹیبل میں موجود زیادہ تر ایلیمنٹ کے ساتھ ری ایکٹ کرکے کپماٶنڈ بناتا ہے جیسا کہ ناٸیٹروجن کے ساتھ مل کر امونیا بناتا ہے۔اور اسکی دوسری وجہ یہ ہے کہ ہاٸیڈروجن گیس چونکہ دو ہاٸڈروجن ایٹمز پر مشتمل ہوتی ہے اور یہ ایٹم آپس میں اس قدر مضبوطی سے جڑے ہوتے ہیں کہ ایک مول ہاٸڈروجن گیس کو ایٹمز میں تبدیل کرنے کے لیے 435.7کلوجول انرجی مطلوب ہوگی جو کہ بہت زیادہ ہے۔یا یوں سمجھیں کہ اگر ہاٸڈروجن گیس کے ایک مول کو 5000K ٹمپریچر دیا جاۓ تب جاکر یہ ایٹمز میں تبدیل ہوگی،یہی وجہ ہے کہ ہاٸڈروجن گیس روم ٹمپریچر پر انرٹ ہوتی ہے۔
اگرچہ رابرٹ بواٸل نے اسے دریافت تو کرلیا لیکن اس وقت اس کو ایک علیحدہ عنصر نہیں سمجھا جاتا تھا۔اس پر جب مزید تحقیق ہوٸ تو معلوم ہوا کہ یہ ایک آتش گیر گیس ہے یعنی جب اسکو جلایا جاتا ہے تو یہ آگ کے شعلے پیدا کرتی ہے لیکن یہ آکسیجن کی طرح جلنے کے عمل کو تیز تو نہیں کرتی یعنی اگر آپ کے پاس ایک گلاس ٹیسٹ ٹیوب ہو اور اس میں آکسیجن گیس بھری ہو اور اس کے قریب ایک موم پتی لاٸیں،تو موم پتی کے روشنی پہلے کی نسبت بڑھ جاۓ گی۔اس کے برعکس اگر ٹیسٹ ٹیوب میں ہاٸڈروجن بھری ہو تو کمبسشن کے عمل کو تیز کرنے کی بجاۓ اسکے جلنے کے نتیجہ میں نہ صرف آگ کا شعلہ نکلے گا بلکہ ایک پٹاخے کی آواز بھی سناٸ دے گی جبکہ آکسیجن کے کیس میں ایسا نہیں ہوگا۔
1766ء میں سب سے پہلے ایک ساٸنسدان جسکا نام ہینری کیونڈش تھا،اس نے ہاٸیڈروجن کی علیحدہ عنصر حیثیت کو پہچانا۔اسکے کچھ سال بعد ایک اور ساٸنسدان انٹونی لیوٸزیر(Antoni Lavoisier)نے اس گیس کا نام ہاٸڈروجن رکھا۔ہاٸڈروجن دو یونانی الفاظ ”ہاٸیڈرو“ اور ”جن“ کا ماخذ ہے۔ہاڈرو کا مطلب ہے پانی جبکہ جن کا مطلب ہے پید کرنے والا،یوں ہاٸیڈروجن کا مطلب ہوا پانی پیداکرنے والا کیونکہ اس کے جلنے سے پانی اور ہیٹ پیدا ہوتی ہے۔یعنی
2H2+O2⇒2H2O+Heat
استعمالات#
ہاٸڈروجن دوسرے عناصر کے ساتھ مل کر مرکبات(کپماٶنڈ) بناتا ہے جس میں پانی(H2O)،امونیا(NH3)،ٹیبل شوگر(C12H22O11)،ہاٸیڈوکلورک ایسڈ(HCl) اور ہاٸیڈروجن پیروآکساٸیڈ(H2O2) وغیرہ شامل ہیں۔ہاٸیڈروجن کھاد بنانے کے علاوہ راکٹ ایدھن،ویلڈنگ،اور غبارے وغیرہ بھرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے،اور الیکٹرونکس کے شعبہ میں اسے سلیکن تیار کرنے کے عمل میں استعمال کیا جاتا ہے۔اسکے علاوہ اور بھی بہت سی جگہ پر ہاٸیڈروجن استعمال کی جاتی ہے۔
ہائیڈروجن کا سب سے اہم واحد استعمال امونیا (NH 3) کی تیاری میں ہے۔ امونیا ہائیڈروجن اور نائٹروجن کو ایک کیٹالسٹ کی موجودگی میں ہائی پریشر اور درجہ حرارت پر ملا کر بنایا جاتا ہے۔ ایک کیٹالسٹ ایک مادہ ہے جو کیمیائی رد عمل کو تیز یا سست کرنے کے لئے استعمال ہوتا ہے۔ کیٹالسٹ رد عمل کے دوران کوئی تبدیلی نہیں کرتا ہے۔
ہائیڈروجن کا ایک اور اہم استعمال خالص دھاتوں کی پیداوار میں ہے۔ ہائیڈروجن گیس خالص دھات پیدا کرنے کے لیے گرم دھاتی آکسائیڈ کے اوپر سے گزرتی ہے۔ مثال کے طور پر، مولیبڈینم کو ہائیڈروجن کو گرم مولیبڈینم آکسائیڈ پر منتقل کر کے تیار کیا جا سکتا ہے:
بہتات#
ہائیڈروجن پوری کائنات میں دو شکلوں میں پائی جاتی ہے۔ سب سے پہلے، یہ ستاروں میں ہوتا ہے. ستارے ہائیڈروجن کو بطور ایندھن استعمال کرتے ہیں جس سے توانائی پیدا ہوتی ہے۔ وہ عمل جس کے ذریعے ستارے ہائیڈروجن استعمال کرتے ہیں اسے فیوژن کہا جاتا ہے۔ فیوژن وہ عمل ہے جس میں دو چھوٹے ایٹمز مل کر بڑا ایٹم تشکیل دیتے ہیں۔جیسا کہ ستاروں میں جب دو ہاٸٸڈروجن ایٹمز آپس میں ملتے ہیں تو اس کے نتیجہ میں ہیلیم ایٹم وجود میں آتا ہے اس عمل کو فیوزن کہتے ہیں اور اس کے نتیجہ میں بہت زیادہ ہیٹ اور لاٸٹ پیدا ہوتی ہے۔
ہائیڈروجن ستاروں کے درمیان "خالی" جگہوں پر بھی پایا جاتا ہے۔ ایک زمانے میں سائنس دانوں کا خیال تھا کہ یہ جگہ واقعی خالی ہے، اس میں کسی قسم کا کوئی ایٹم نہیں ہے۔ لیکن، حقیقت میں، اس انٹرسٹیلر اسپیس (ستاروں کے درمیان کی جگہ) میں ایٹموں کی ایک چھوٹی سی تعداد ہے، جن میں سے زیادہ تر ہائیڈروجن ایٹم ہیں۔ ایک کیوبک میل انٹرسٹیلر اسپیس میں عام طور پر مٹھی بھر ہائیڈروجن اور دیگر ایٹموں سے زیادہ نہیں ہوتا ہے۔
ہائیڈروجن زمین پر بنیادی طور پر پانی کی شکل میں ہوتی ہے۔ پانی کے ہر مالیکیول (H 2 O) میں دو ہائیڈروجن ایٹم اور ایک آکسیجن ایٹم ہوتا ہے۔ہائیڈروجن بہت سی چٹانوں اور معدنیات میں بھی پائی جاتی ہے۔ اس کی کثرت کا تخمینہ تقریباً 1500 حصے فی ملین ہے۔ یہ ہائیڈروجن کو زمین کی پرت میں دسواں سب سے زیادہ وافر عنصر بناتا ہے۔ ہائیڈروجن بھی زمین کے ماحول میں بہت کم مقدار میں پائی جاتی ہے۔ وہاں اس کی کثرت تقریباً 0.000055 فیصد بتائی گئی ہے۔ ہائیڈروجن فضا میں وافر نہیں ہے کیونکہ اس کی کثافت اتنی کم ہے۔ زمین کی کشش ثقل ہائیڈروجن ایٹموں کو اچھی طرح سے پکڑنے کے قابل نہیں ہے۔ وہ بہت آسانی سے بیرونی خلا میں تیرتے ہیں۔ زیادہ تر ہائیڈروجن جو کبھی فضا میں تھی اب باہر نکل گئی ہے۔
آٸسوٹوپس
ہاٸروجن کے تین آٸسوٹوپس ہوتے ہیں،پروٹیم یعنی اگر ہاٸڈروجن میں صرف ایک ہی الیکٹرون اور ایک ہی پروٹون موجود ہو تو اسکو پروٹیم کہتے ہیں،اسکے بعد ڈیوٹریم جس میں ایک ایک الکٹرون کے علاوہ یک نیوٹران بھی پایا جاتا ہے اور ٹریٹیم یعنی جس میں دو نیٹوٹران جبکہ ایک الکٹران اور ایک پروٹان پایا جاتا ہے۔اگر اسکی طبعی خصوصیات کی بات کی جاٸے تو یہ بے رنگ،بے بو گیس ہوتی ہے۔اسکا میلٹنگ پواٸینٹ 259.16C-جبکہ بواٸلنگ پواٸینٹ 252.879C- ہوتا ہے۔اسکے علاوہ ہاٸڈروجن ایک نان میٹالک ایلمنٹ ہے۔
ماحولیاتی اثرات#
آلودگی سے پاک ایندھن کی صلاحیت کی بنا پر محقیقین برسوں سے ہاٸڈروجن کا بڑی دلچسپی کے ساتھ مطالعہ کررہے ہیں۔اگرچہ ہاٸڈروجن کو بطور فیول استعمال کر کے آلودگی سے بچا جاسکتا ہے کیونکہ اس کے جلنے کے نتیجہ میں CO2 یا کوٸ دوسری مضر گیس پیدا نہیں ہوتی بلکہ صرف پانی پیدا ہوتا ہے۔لیکن ہاٸڈروجن کے ساتھ مسٸلہ یہ ہے کہ یہ دوسری گیس کی نسبت مہنگی ہے،اسکا اندازہ یوں لگاٸیے کہ ایک ٹینک ہاٸڈروجن گیس کی لاگت 50 ڈالر سے بھی زیادہ ہوسکتی ہے۔ہاٸیڈروجن ایندھن کے ایک اور مسٸلہ یہ ہے کہ ہاٸیڈروجن تیار کرنے کا عمل اتنا صاف نہیں ہے کیونکہ زیادہ تر ہاٸیڈروجن قدرتی گیس سے نکلتی ہے جوکہ کاربن ڈاٸ آکساٸیڈ پیدا کرتے ہیں۔اس لیے محقیقین ہاٸیڈروجن گیس کے متبادل ایسے دوست طریقوں کی تلاش میں ہیں جن کو استعمال کرکے آلودگی سے بچاجاسکے۔
تحریر:محمد شاہ رخ
