Brint

Hydrogen
Farveløs gas
Periodiske system
Generelt
Atomtegn	H
Atomnummer	1
Elektronkonfiguration	1
Gruppe	1
Periode	1
Blok	s
CAS-nummer	1333-74-0
E-nummer	E-949
Atomare egenskaber
Atommasse	1,00794(7)
Atomradius	25pm
Kovalent radius	37pm
Van der Waals-radius	120pm
Elektronkonfiguration	1s1
Elektroner i hver skal	1
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin	1,−1
Elektronegativitet	2,20 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
Tilstandsform	gas
Krystalstruktur	hexagonal
Massefylde(gas)	0,08988 g/L
Smeltepunkt	−259,14 °C
Kogepunkt	−252,87 °C
Kritisk punkt	−240,18 °C, 1,239 MPa
Smeltevarme	(H2) 0.117kJ/mol
Fordampningsvarme	(H2) 0.904 kJ/mol
Varmefylde	(H2)28.836 J·mol–1K–1
Varmeledningsevne	0,1805 W/(m·K)

Tre naturligt forekommende isotoper af hydrogen. Da alle tre har énprotoner de alle hydrogen (brint).

Brintellerhydrogen(græskhydōr"vand" oggenes"skaber" ) er etgrundstofmedatomnummer1 idet periodiske system.

Brint er luftformigt vedatmosfærisktryk.Fri brint optræder som brintmolekyler, H₂.Brint er brændbart. Brint kan også bruges sombrændstoffor f.eks.biler.

Brint er et af de få brændstoffer, der har højere brændværdi endolieogbenzin,og det bruges derfor som raketbrændstof i bl.a. de amerikanskerumfærgersinterne hovedmotorer. Brint indgår også som væsentlig bestanddel i demolekyler,somolieogbenzinbestår af. Vedforbrændingaf brint dannesvand.

Det er blevet anslået, at brint udgør omkring 3/4 af den kendte del af universets masse. PåJordenfindes brint primært bundet til andre grundstoffer som i vand ogorganisk materiale.Der findes en lille smule fri brint iJordens atmosfære(ca. 1ppmefter volumen). Fri brint fremstilles bl.a. vedelektrolyseaf vand.

Det danske navnbrinter dannet i1814afH.C. Ørstedaf ordetbrænde,ældre ogdial.ogsåbrinne(sammenlignilt). Tidligere blev det kaldtvandstof,der ligesom tyskWasserstoffer en direkte oversættelse af det græsk-latinskehydrogenium.

Brintatomet

Brintatometer det simpleste af alleatomerog har derfor spillet en nøglerolle iatomfysikkensudvikling.

Brintatomet består af enprotonog enelektron.Brintatomets kappe rummer altså kun én eneste elektron – større atomer indeholder flere elektroner, hvilket komplicerer den fysiske beskrivelse betydeligt. Brintatometskernekan udover protonen indeholde op til toneutroner,men deres eventuelle tilstedeværelse ændrer kun brintatomets egenskaber marginalt.

Hydrogen Spectrum Test

Brintatomet holdes sammen af denelektrisketiltrækning mellem den positivt ladede proton og den negativt ladede elektron. Størrelsen af den tiltrækkende kraft er givet vedCoulombs lov:$F={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {e^{2}}{r^{2}}}$,hvor$e$er elementarladningen,$r$er afstanden mellem elektron og proton, og$\varepsilon$ervakuumpermittiviteten.Da elektronen er næsten 2000 gange lettere end protonen, kan man med god tilnærmelse antage, at protonen ligger stille, eller rettere at elektronen følger protonen i den bevægelse, som brintatomet som helhed måtte udføre. Problemet er altså at bestemme, hvordan elektronen bevæger sig i forhold til kernen. Brintatomets stabilitet er imidlertid uforklarlig, hvis man holder sig inden for rammerne af den klassiskeelektromagnetisme.I planetmodellen for brintatomet antages elektronen at udføre enjævn cirkelbevægelseom kernen, men daaccelerationeni en sådan bevægelse er forskellig fra nul, ville elektronen udsende elektromagnetisk stråling og gradvis spiralere ind i kernen.

Bohrs model for brintatomet

Uddybende artikel:Bohrs atommodel

Visualisering af elektronskyen om brintatomets kerne. Brintatomet har diskrete energiniveauer (voksende nedefter:n= 1, 2, 3,...). Elektronens impulsmoment er også kvantiseret (voksende mod højre:s,p,d,...). Lyse områder svarer til stor sandsynlighedstæthed.

Niels Bohrløste problemet i 1913 ved at gøre noglekvantiseringsantagelser.Ifølge hans model kan brintatomet kun befinde sig i såkaldte stationære tilstande svarende til et diskret sæt af energiniveauer. Man kan beregne energien i den$n$'te stationære tilstand vha. formlen$E_{n}=-{\frac {E_{0}}{n^{2}}}$, hvor$E_{0}$er lig 13,6elektronvolt(eV), og$n$er etnaturligt tal.Heraf følger bl.a. at brintatomets energi i grundtilstanden svarende til$n=1$er$-13,6$eV. Man skal altså tilføre brintatomet 13,6 eV for ationiseredet.

I hver af de stationære tilstande antager den gennemsnitlige afstand fra elektronen til kernen en bestemt værdi. Man kan beregne brintatomets radius i den '$n$'te tilstand vha. formlen$r_{n}=n^{2}a_{0}$,hvor$a_{0}$er lig 0,529ångstrøm(Å). I grundtilstanden er den gennemsnitlige afstand fra elektronen til kernen altså 0,529 Å.

Ikke alene erenergienkvantiseret, men elektronensimpulsmomenter det også. Det viser sig, at der i den$n$'te stationære tilstand er$n$mulige værdier af impulsmomentet, nemlig$L={\frac {lh}{2\pi }}$,hvor$h$erPlancks konstant,og$l=0,\ldots,n-1$.I større atomer svarer forskellige værdier af$l$til forskellige energiniveauer, men i brintatomet afgøres energien alene af hovedkvantetallet$n$.Impulsmomentet har imidlertid betydning for, hvor man kan forvente at antræffe elektronen, hvis man foretager en måling af dens position.$l=0$svarer tilsfærisk symmetri.I denne tilstand er der endda en vis sandsynlighed for at elektronen befinder sig inde i kernen.

Brintatomets linjespektrum

Bohrs atommodel forudsiger korrektbølgelængderneaf detlys,som findes i brintatometslinjespektrum.Brintatomet kan overgå fra en stationær tilstand ($n$) til en anden ($m$) vedabsorption af strålingellerspontan emissionaf elektromagnetisk stråling, hvis fotonenergi er lig forskellen mellem atomets energi i hver af de to stationære tilstande:$\varepsilon =E_{n}-E_{m}$.IfølgePlanckskvantehypotese er fotonenergien lig$h\nu$hvor$\nu$er strålingens frekvens. Det følger heraf at strålingens bølgelængde er givet ved

${\frac {1}{\lambda }}={\frac {\nu }{c}}={\frac {E_{n}-E_{m}}{hc}}={\frac {-{\frac {E_{0}}{n^{2}}}-\left(-{\frac {E_{0}}{m^{2}}}\right)}{hc}}={\frac {E_{0}\left({\frac {1}{m^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)}{hc}}=R\left({\frac {1}{m^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)$

med$m<n$hvor$c$erlysets hastighedi vakuum, og$R={\frac {E_{0}}{hc}}$er Rydbergs konstant. Til hver værdi af$m$svarer en serie af spektrallinjer opkaldt efter fysikere som har ydet bidrag tilspektralanalysen:

$m$	Serie	Karakteristik
1	Lymans	alleultraviolette
2	Balmer	overvejende synlige
3	Paschen	alleinfrarøde
4	Brackett	alle infrarøde
5	Pfund	alle infrarøde

Brint-ioner

Den vigtigste ion af hydrogen er den positivehydrogenion${\ce {H+}}$,der typisk er en proton, men som isyre-basereaktionerkaldes for enhydron.Dertil kommer ionen af hydrogen-molekyletdihydrogen-kationen${\ce {H2+}}$,der dog mest er af teoretisk interesse.

Isotoper

BrintHhar tre kendteisotoper:

1. Det stabileprotium( "almindelig hydrogen" ) (¹H) med énnukleon;enproton.
2. Det stabiledeuteriumD(²H) med to nukleoner; en proton og enneutron.Kaldes ogsåtung brint.
3. DetradioaktivetritiumT(³H) med tre nukleoner; én proton og to neutroner. Kaldessupertung brint.

Se også

• Brintbombe
• Brintpille
• Brændselscelle
• Kernefusion
• Metallisk hydrogen

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commonshar medier relateret til: Brint

• Danske forskere er i front med brint-energi. Videnskab.dk 2011
• Hvad er brændselsceller? Partnerskabet for brint og brændselsceller
• Brint. Den langsigtede planlægning. NOAH's klimasider
• Brint i bryggerset giver dronningebesøg. Folket på den flade øArkiveret14. september 2013 hosWayback Machine
• Brint - Brændselsceller. Verdens første brintlandsby. Lolland Kommune(Webside ikke længere tilgængelig)
• Science Daily, 2003-06-30, New Catalyst Paves Way For Cheap, Renewable Hydrogen
• Number 611 #1, October 29, 2002, Physics News Update: The Internal States of Anti-HydrogenArkiveret20. december 2003 hosWayback Machine
• 10 April 2002, PhysicsWeb: Hydrogen metal on the horizonCitat: "...Now an experimental study of solid hydrogen at pressures up to 320 GPa predicts that it will become metallic at a pressure of 450 GPa – over four million times atmospheric pressure...."