Wodór w warunkach ciśnienia atmosferycznego i temperatury pokojowej jest bezbarwnym i bezwonnym gazem. Najcześćiej występuje on jako dwuatomowa cząsteczka ${\text{H}}_2$. Atomy wodoru są najlżejszymi atomami wśród atomów pierwiastków układu okresowego. Atomy jego najpopularniejszego izotopu - protu - składają się tylko z jednego protonu i jednego elektronu, a cięższe izotopy zawierają dodatkowo jeden (deuter) lub dwa (tryt) neutrony. Jego niewielka w stosunku do innych składników powietrza gęstość tłumaczy, dlaczego w stanie wolny przy powierzchni Ziemi praktycznie nie występuje, a jedynie w górnych warstwach atmosfery oraz w gazach wydobywających się z wnętrza wulkanów.

Wodór na Ziemi występuje jako składnik związków chemicznych. W formie związanej występuje głównie w wodach morskich i lądowych (jako główny składnik wody – oksydanu), ale także w węglowodorach jako składnik gazu ziemnego czy ropy naftowej. Ten pierwiastek odgrywa równie istotną rolę w ludzkim organizmie jako składnik wielu substancji organicznych, odpowiadających za jego prawidłowe funkcjonowanie (np. białka i cukry). Szacuje się, że 61% atomów wchodzących w skład związków chemicznych, z których zbudowany jest nasz organizm, stanowi właśnie wodór, co w przeliczeniu daje około 7 kg wodoru w ciele człowieka (ok. 10% masy ciała).

Porównując wykresy występowania pierwiastków chemicznych na Ziemi i we Wszechświecie, możemy zauważyć pewną rozbieżność. Wodór na Ziemi występuje w nieznacznej ilości (0,14%), natomiast stanowi blisko ¾ masy wszystkich pierwiastków w Słońcu. Aby wyjaśnić tę różnicę, należy się cofnąć kilka miliardów lat wstecz – do Wielkiego WybuchuWielki WybuchWielkiego Wybuchu.

R1Jw1xocWQEDV

Ilustracja

Jądro najpopularniejszego izotopu wodoru - protu, składa się tylko z protonu, a to właśnie one stanowią pierwotną materię, która uformowała się najwcześniej – bo już w około jednej milionowej sekundy od Wielkiego Wybuchu. Protony składają się z kwarkówkwarkikwarków, które wiążąc się, tworzą protony, a dzięki temu otrzymuje się wodór. Nadmiar energii powstałej w wyniku Wielkiego Wybuchu wykorzystany był do syntezy neutronów, które miały wyższe energie niż protony. Z tego względu zmniejszała się ich stabilność, a okres półtrwania neutronu trwał zaledwie 10 min. Wspominając w tym miejscu, że znajdujemy się w swoich rozmyślaniach w pierwszych ułamkach sekundy istnienia Wszechświata, 10 minut wydaje się być nieskończenie długim czasem.

Obecne protony i neutrony zaczynają odbijać się od siebie, a kiedy z czasem się połączą, stworzą deuter. To jeden z izotopówizotopyizotopów wodoru Indeks górny 2²H, zawierający w swoim jądrze dodatkowy neutron. Obecny w układzie deuter również może napotkać na swojej drodze inny deuter i w wyniku tej reakcji powstanie hel. Obie powyżej opisane reakcje są reakcjami, w wyniku których wydzielana jest energia, przez co powstałe produkty są stabilne, a ich rozerwanie wymagałoby znacznych nakładów energii. Musisz jednak wiedzieć, że Wszechświat nie dysponuje już nadmiarową energią, ponieważ zaczyna się ochładzać, a powstałe pierwiastki znajdują się w większej objętości, przez co zderzają się z mniejszą energią. Poza deuterem i helem w tej reakcji powstały również inne lekkie pierwiastkipierwiastki lekkielekkie pierwiastki, takie jak lit (Z = 3) i beryl (Z = 4).

Pozostałe pierwiastki we Wszechświecie powstały w wyniku innych procesów zachodzących w gwiazdach.

Na chwilę obecną wodór stanowi znaczną część Wszechświata. Niemniej w kosmosie w dalszym ciągu biegną różnego rodzaju procesy, które go zużywają, np. synteza helu.

Czy kiedyś tego wodoru zabraknie?

Słownik

Bibliografia

Why Are Hydrogen And Helium The Most Abundant Elements In The Universe?, online:  https://www.forbes.com/sites/quora/2018/01/29/why‑are‑hydrogen‑and‑helium‑the‑most‑abundant‑elements‑in‑the‑universe/#2e530a04ae18 dostęp: 4.08.2020

Morgan J. W., Anders E., Chemical composition of Earth, Venus, and Mercury, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” 1980, t. 77, nr 12, s. 6973–6977.