Idrogeni elettroni e protoni non sono legati insieme in quale stato?
doc-7672
In tutto l' universo, l' idrogeno si trova soprattutto negli stati atomici e plasmatici le cui proprietà sono molto diverse dall' idrogeno molecolare. Come plasma, l' elettrone e il protone dell' idrogeno non sono legati tra loro, con conseguente elevatissima conducibilità elettrica ed elevata emissività (producendo la luce dal Sole e da altre stelle). Le particelle cariche sono fortemente influenzate da campi magnetici ed elettrici. Ad esempio, nel vento solare interagiscono con la magnetosfera terrestre dando origine alle correnti di Birkeland e all' aurora. L' idrogeno si trova nello stato atomico neutro nel mezzo interstellare. Si ritiene che la grande quantità di idrogeno neutro presente nei sistemi Lyman-alfa smorzati domini la densità barionica cosmologica dell' Universo fino al redshift z=4.
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doc-7658
L' ossidazione dell' idrogeno rimuove il suo elettrone e dà H+, che non contiene elettroni e un nucleo che di solito è composto da un protone. Ecco perché H+ è spesso chiamato protone. Questa specie è al centro della discussione sugli acidi. Secondo la teoria Bronsted-Lowry, gli acidi sono donatori di protoni, mentre le basi sono accettatori di protoni.
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doc-7650
I livelli di energia dell' idrogeno possono essere calcolati in modo abbastanza preciso usando il modello Bohr dell' atomo, che concettualizza l' elettrone come "orbitante" del protone in analogia con l' orbita terrestre del Sole. Tuttavia, la forza elettromagnetica attira gli elettroni e i protoni l' uno all' altro, mentre i pianeti e gli oggetti celesti sono attratti l' uno dall' altro per gravità. A causa della discretizzazione del momento angolare postulato nella meccanica quantistica precoce da Bohr, l' elettrone nel modello Bohr può occupare solo certe distanze consentite dal protone, e quindi solo certe energie consentite.
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doc-7651
Una descrizione più accurata dell' atomo di idrogeno deriva da un trattamento puramente quantistico meccanico che utilizza l' equazione di Schrödinger, l' equazione di Dirac o anche la formulazione integrale del percorso Feynman per calcolare la densità di probabilità dell' elettrone intorno al protone. I trattamenti più complicati permettono i piccoli effetti di relatività speciale e polarizzazione sotto vuoto. Nel trattamento meccanico quantistico, l' elettrone in un atomo di idrogeno allo stato di terra non ha alcun momento angolare: un' illustrazione di come la concezione "orbita planetaria" del moto dell' elettrone differisce dalla realtà.
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doc-7659
Un protone nudo, H+, non può esistere in soluzione o in cristalli ionici, a causa della sua inarrestabile attrazione ad altri atomi o molecole con elettroni. Tranne che alle alte temperature associate ai plasmi, tali protoni non possono essere rimossi dalle nuvole di elettroni di atomi e molecole, e rimarranno attaccati ad esse. Tuttavia, il termine "protone" è talvolta usato in modo debole e metaforico per riferirsi all' idrogeno caricato positivamente o cationico attaccato ad altre specie in questo modo, e come tale è indicato con il termine "H+" senza che sia implicito che ogni singolo protone esista liberamente come specie.
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doc-7694
L' H2 è un prodotto di alcuni tipi di metabolismo anaerobico ed è prodotto da diversi microrganismi, solitamente attraverso reazioni catalizzate da enzimi contenenti ferro o nichel chiamati idrogenosi. Questi enzimi catalizzano la reazione redox reversibile tra H2 e i suoi componenti due protoni e due elettroni. La creazione di idrogeno gassoso avviene nel trasferimento in acqua degli equivalenti riducenti prodotti durante la fermentazione piruvata. Il ciclo naturale della produzione e del consumo di idrogeno da parte degli organismi è chiamato ciclo dell' idrogeno.
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doc-14780
I processi chimici solari utilizzano l' energia solare per produrre reazioni chimiche. Questi processi producono energia di compensazione che altrimenti verrebbe da una fonte di combustibili fossili e possono anche convertire l' energia solare in combustibili immagazzinabili e trasportabili. Le reazioni chimiche indotte dal sole possono essere suddivise in reazioni chimiche termochimiche o fotochimiche. La fotosintesi artificiale può produrre una varietà di combustibili. La chimica catalitica multielettronica coinvolta nella produzione di combustibili a base di carbonio (come il metanolo) dalla riduzione dell' anidride carbonica è impegnativa; un' alternativa praticabile è la produzione di idrogeno dai protoni, anche se l' uso dell' acqua come fonte di elettroni (come fanno le piante) richiede padroneggiare l' ossidazione multielettronica di due molecole di acqua per l' ossigeno molecolare. Alcuni prevedono che entro il 2050 saranno operativi impianti solari nelle aree metropolitane costiere - la scissione dell' acqua di mare che fornisce idrogeno da far passare attraverso le adiacenti centrali elettriche a celle a combustibile e il sottoprodotto puro dell' acqua che entra direttamente nel sistema idrico comunale. Un' altra visione riguarda tutte le strutture umane che ricoprono la superficie terrestre (cioè strade, veicoli ed edifici) facendo la fotosintesi in modo più efficiente rispetto alle piante.
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doc-7695
La scissione dell' acqua, in cui l' acqua è decomposta nei suoi protoni componenti, elettroni e ossigeno, si verifica nelle reazioni di luce in tutti gli organismi fotosintetici. Alcuni di questi organismi, tra cui l' alga Chlamydomonas reinhardtii e cianobatteri, si sono evoluti un secondo passo nelle reazioni oscure in cui protoni ed elettroni sono ridotti a formare gas H2 da idrogenosi specializzate nel cloroplasto. Sono stati compiuti sforzi per modificare geneticamente le idrogenasi cianobatteriche per sintetizzare efficacemente il gas H2 anche in presenza di ossigeno. Sono stati compiuti sforzi anche con alghe geneticamente modificate in un bioreattore.
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doc-7644
L' emergere universale dell' idrogeno atomico si è verificato per la prima volta durante l' epoca della ricombinazione. A temperatura e pressione standard, l' idrogeno è un gas diatomico incolore, inodore, insapore, non tossico, non metallico, altamente combustibile con formula molecolare H2. Poiché l' idrogeno forma facilmente composti covalenti con la maggior parte degli elementi non metallici, la maggior parte dell' idrogeno sulla Terra esiste in forma molecolare, ad esempio sotto forma di acqua o composti organici. L' idrogeno svolge un ruolo particolarmente importante nelle reazioni acido-base, in quanto molte reazioni acido-base comportano lo scambio di protoni tra molecole solubili. Nei composti ionici, l' idrogeno può assumere la forma di una carica negativa (cioè anione) quando è noto come idruro, o come specie a carica positiva (cioè catione) indicata dal simbolo H+. Il catione idrogeno è scritto come se fosse composto da un protone nudo, ma in realtà, i cationi di idrogeno nei composti ionici sono sempre specie più complesse di quanto ciò suggerirebbe. Come unico atomo neutro per il quale l' equazione di Schrödinger può essere risolta analiticamente, lo studio dell' energia e del legame dell' atomo di idrogeno ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo della meccanica quantistica.
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doc-7671
L' idrogeno, come l' atomo H, è l' elemento chimico più abbondante dell' universo, costituendo il 75% della materia normale per massa e oltre il 90% per numero di atomi (la maggior parte della massa dell' universo, tuttavia, non è in forma di materia di tipo chimico-elemento, ma piuttosto si presume si verifichi come forme di massa non ancora rilevate, come la materia oscura e l' energia scura). Questo elemento si trova in grande abbondanza nelle stelle e nei pianeti giganti del gas. Le nuvole molecolari di H2 sono associate alla formazione della stella. L' idrogeno svolge un ruolo vitale nell' alimentare le stelle attraverso la reazione protoni-protone e la fusione nucleare del ciclo CNO.
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doc-7652
Esistono due isomeri di spin diversi delle molecole diatomiche dell' idrogeno che differiscono per lo spin relativo dei loro nuclei. Nella forma ortoidrogeno, le rotazioni dei due protoni sono parallele e formano uno stato di terzina con un quantico di spin molecolare di 1 (1?2+1?2?2); nella forma paraidrogeno le rotazioni sono antiparallele e formano una singola con un quantico di spin molecolare di 0 (1?2-1?2?2). A temperatura e pressione standard, l' idrogeno gassoso contiene circa il 25% della forma para e il 75% dell' orto, detta anche "forma normale". Il rapporto di equilibrio tra ortoidrogeno e paraidrogeno dipende dalla temperatura, ma poiché la forma dell' orto è uno stato eccitato e ha un' energia maggiore della forma para, è instabile e non può essere purificata. A temperature molto basse, lo stato di equilibrio è composto quasi esclusivamente dalla forma para. Le proprietà termiche della fase liquida e gassosa del paraidrogeno puro differiscono significativamente da quelle della forma normale a causa delle differenze nelle capacità termiche di rotazione, come discusso più ampiamente negli isomeri di spin dell' idrogeno. La distinzione orto/para si verifica anche in altre molecole o gruppi funzionali contenenti idrogeno, come l' acqua e il metilene, ma è di scarsa importanza per le loro proprietà termiche.
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