હાઇડ્રોજન (hydrogen)

હાઇડ્રોજન (hydrogen) : આવર્તક કોષ્ટકમાંના 1લા (અગાઉના IA) સમૂહમાં આવેલું પ્રથમ તત્વ. સંજ્ઞા H. બ્રહ્માંડમાં તે સૌથી વધુ વિપુલતા ધરાવતું અને હલકામાં હલકું રાસાયણિક તત્વ છે. પૃથ્વીની સપાટી ઉપર આવેલાં તત્વોનાં પરમાણુઓની સંખ્યાની દૃષ્ટિએ તેની વિપુલતા ઑક્સિજન અને સિલિકન પછી આવે છે. તેના સંગલન(fusion)થી ઉદભવતી ઉષ્માનાભિકીય (thermonuclear) ઊર્જા એ સૂર્ય અને તારાઓ દ્વારા વિકિરિત થતી ઊર્જાનો મોટા ભાગનો સ્રોત છે.

1671માં રૉબર્ટ બૉઇલે દર્શાવ્યું કે લોખંડ ઉપર મંદ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડની પ્રક્રિયાથી સળગી ઊઠે તેવો વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે. 1766માં હેન્રી કેવેન્ડિશે લોખંડ, જસત, કલાઈ જેવી ધાતુઓ પર અનેક ઍસિડોની પ્રક્રિયા વડે આ વાયુ ઉત્પન્ન કર્યો અને જણાવ્યું કે તે હવા કરતાં હલકો હતો. 1781માં કેવેન્ડિશે દર્શાવ્યું કે આ વાયુ ઑક્સિજન સાથે વિસ્ફોટ પ્રક્રિયા કરી પાણી ઉત્પન્ન કરે છે. આમ પાણી એ તત્વ નથી તેવું તેમણે પુરવાર કર્યું. 1783માં લેવૉઝિયરે આ વાયુને માટે હાઇડ્રોજન (ગ્રીક : પાણી ઉત્પન્ન કરનાર) નામ સૂચવ્યું. 1810–15 દરમિયાન હમ્ફ્રી ડેવીએ હાઇડ્રોજન એ ઍસિડમાંનો આવશ્યક ઘટક હોવાનું જણાવ્યું. 1934માં મેકેએ હાઇડ્રોજન આર્થો અને પેરા – એમ બે પ્રકારનો હોય છે તેવું શોધી કાઢ્યું. 1932માં યુરે, બ્રિકવેડ્ડે અને મર્ફીએ ભારે હાઇડ્રોજન(ડ્યુટેરિયમ, ²H અથવા D)ની જ્યારે 1934માં ઓલિફન્ટ, ડાર્ટેક અને રૂધરફોર્ડે અન્ય સમસ્થાનિક, ટ્રિટિયમ(³H અથવા T)ની શોધ કરી હતી.

ઉપસ્થિતિ (occurrence) : વાતાવરણમાં હાઇડ્રોજન અલ્પ પ્રમાણમાં (દસ લાખ ભાગે એક ભાગ, 1 ppm) હોય છે. જ્વાળામુખીમાંથી નીકળતા, તેલના કૂવામાંથી તેમજ કોલસાની ખાણોમાંથી મળતા વાયુઓમાં પણ તે હોય છે. સેન્દ્રિય (organic) દ્રવ્યના વિઘટનથી પણ તે ઉત્પન્ન થાય છે. સંયોજિત રૂપે તે પૃથ્વીના પોપડાના વજનના 0.76 % જેટલો હોય છે. તેલ, ચરબી, પાણી, લાકડું વગેરેમાં તે એક ઘટક તરીકે રહેલો હોય છે. 18 ગ્રા. પાણીમાં 2 ગ્રા. હાઇડ્રોજન હોય છે.

બનાવવાની રીતો : હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદન માટે પાણી એ સૌથી મોટો સ્રોત છે. અન્ય પદાર્થોમાંથી પણ તે મેળવી શકાય છે. તેને બનાવવાની અને મોટા પાયા પરના ઉત્પાદનની મુખ્ય પદ્ધતિઓ નીચે પ્રમાણે છે :

(i) ધાતુ ઉપર પાણીની પ્રક્રિયા દ્વારા : આલ્કલી ધાતુઓ (દા. ત., સોડિયમ, પોટૅશિયમ) અને આલ્કલીય મૃદા (alkaline earth) ધાતુઓ (દા. ત., કૅલ્શિયમ) સામાન્ય તાપમાને પાણીનું વિઘટન કરી હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે.

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

આ પ્રક્રિયા ખૂબ ઝડપી અને ઉષ્માક્ષેપક હોવાથી ઉત્પન્ન થતાંની સાથે જ વાયુ વિસ્ફોટ સાથે સળગી ઊઠે છે, આથી સોડિયમ-સંરસ(sodium amalgam)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

(ii) જસત કે ઍલ્યુમિનિયમ જેવી ધાતુ સાથે મંદ ઍસિડ(દા. ત., HCl કે H₂SO₄)ની પ્રક્રિયાથી તેમજ ઍલ્યુમિનિયમ કે ફેરૉસિલિકન (મિશ્ર ધાતુ) સાથે જલીય સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડની પ્રક્રિયા દ્વારા પણ નાના પાયા પર તે મેળવી શકાય છે.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂.

ધાતુ-હાઇડ્રાઇડના જળવિભાજનથી પણ આ વાયુ મેળવી શકાય છે. લશ્કરી હેતુઓ માટે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.

CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂

(iii) મોટા પાયા પર હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદન માટે અગાઉ લોખંડની પાણીની વરાળ સાથેની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ થતો હતો [લેન(Lane)ની પદ્ધતિ]. તેનાં એક ઊભા ટાવરમાં લોખંડની ભૂકી ભરી, તેને તપાવી, તેના ઉપર પાણીની વરાળ નીચેથી ઉપરની તરફ દબાણ હેઠળ પસાર કરવામાં આવે છે. આથી લોખંડનું ઉપચયન થઈ તેનું ફેરૉસોફેરિક ઑક્સાઇડ(Fe₃O₄)માં રૂપાંતર થાય છે અને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત થાય છે.

3Fe + 4H₂O  ⇌ Fe₃O₄ + 4H₂ + 38,400 કૅલરી.

પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી અને ઉષ્માક્ષેપક છે; પરંતુ પાણીની વરાળનો પ્રવાહ સતત ચાલુ રાખવાથી પ્રક્રિયા ડાબી બાજુથી જમણી તરફની થાય છે. ઉપર્યુક્ત પ્રક્રિયા (ઉપચયન તબક્કો) દસ મિનિટ સુધી ચાલે તે પછી કક્ષમાં જળવાયુ(CO + H₂)નો પ્રવાહ વીસ મિનિટ માટે પસાર કરવામાં આવે છે. આથી Fe₃O₄નું અપચયન થાય છે (અપચયન તબક્કો). જળવાયુના બન્ને ઘટકો અપચયનમાં મદદરૂપ થાય છે :

Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O

Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂

આમ પાણીની વરાળ અને જળવાયુનો પ્રવાહ કક્ષમાં એકાંતરે પસાર કરવાથી હાઇડ્રોજનનો પુરવઠો મોટા પ્રમાણમાં મળે છે. તેમાં પાણીની વરાળ રહેલી હોય છે, જેને સંઘનન (condensation) દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. આ હાઇડ્રોજન ~~ 98 % જેટલો શુદ્ધ હોય છે અને તેને તેલના હાઇડ્રોજનીકરણ માટે ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. હાલ આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ ખાસ થતો નથી.

(iv) જળવાયુ(water gas)માંથી [બોશ (Bosch) પ્રવિધિ] : આ પદ્ધતિમાં કોક (coke) અને પાણીની વરાળ કાચાં (raw) દ્રવ્યો તરીકે વપરાય છે. લગભગ 1000° સે. તાપમાને કોક ઉપર પાણીની વરાળ પસાર કરવાથી જળવાયુ (CO + H₂) ઉત્પન્ન થાય છે :

C + H₂O ⇌ CO + H₂  29,000 કૅલરી.

જળવાયુમાં લગભગ 45 % CO, 45 % H₂ અને 10 % નાઇટ્રોજન હોય છે. વાયુમાંના COને દૂર કરવા જળવાયુ અને તેના કદથી ત્રણ ગણી પાણીની વરાળને આયર્ન ઑક્સાઇડ કે કોબાલ્ટ ઑક્સાઇડ ઉદ્દીપક ઉપરથી 400° સે. તાપમાને પસાર કરવામાં આવે છે. આથી COનું કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ(CO₂)માં રૂપાંતર થાય છે અને વધુ H₂ મળે છે :

આને જળવાયુ શિફ્ટ(shift)-પ્રક્રિયા કહે છે. પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી અને ઉષ્માક્ષેપક હોય છે. આ પ્રક્રિયામાં ઉદ્દીપક તરીકે Fe₃O₄ અને ઉત્તેજક તરીકે Cr₂O₃ પણ વપરાય છે. પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક હોવાથી તે શરૂ થયા પછી ગરમી આપવાની જરૂર પડતી નથી. પ્રાપ્ત થયેલ વાયુ-મિશ્રણમાં 65 % H₂, 30 % CO₂, 2 % CO અને 3 % N₂ હોય છે. CO₂ને ઠંડા પાણીમાં 25થી 30 વાતાવરણના દબાણ હેઠળ પસાર કરી દૂર કરવામાં આવે છે. COની સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરી દ્રાવ્ય સોડિયમ ફૉર્મેટ રૂપે દૂર કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિથી પ્રાપ્ત થતો હાઇડ્રોજન પ્રમાણમાં શુદ્ધ હોય છે.

(v) પાણીના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા : પાણીના વિદ્યુતવિભાજનથી અત્યંત શુદ્ધ (> 99.95 %) હાઇડ્રોજન મળે છે. આ ઉપરાંત તેમાં આડપેદાશ તરીકે ઑક્સિજન પ્રાપ્ત થાય છે :

2H₂O → 2H₂ + O₂

જ્યાં સસ્તી વીજળી પ્રાપ્ત થતી હોય ત્યાં આ પદ્ધતિ વાપરી શકાય છે. ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટેના કોષમાં નિકલનો ઢોળ ચઢાવેલા લોખંડના વીજધ્રુવ અને વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે આલ્કલાઇન (કે ઍસિડિક) પાણી વપરાય છે. મળતા H₂ અને O₂નું પ્રમાણ 2 : 1 હોય છે. આ કોષો સામાન્ય વાતાવરણના દબાણે [નોવલ્સ (Knowles) કોષો] અથવા 30 વાતાવરણ દબાણે [લોન્ઝા (Lonza) કોષો] વાપરી શકાય છે.

(vi) કુદરતી વાયુ અથવા તેલ–રિફાઇનરીના ફીડસ્ટૉક(feed-stock)માંથી : કુદરતી વાયુમાંના મિથેન અને પાણીની વરાળ વચ્ચે ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયા થઈ હાઇડ્રોજન થાય છે :

CH₄ + H₂O  CO + 3H₂

રિફાઇનરી ફીડસ્ટૉકમાંથી સલ્ફર દૂર કર્યા બાદ (જેથી ઉદ્દીપક નકામો ન જાય) તેને પાણીની વરાળ સાથે મિશ્ર કરી નિકલ-આધારિત ઉદ્દીપક પરથી 700°–1000° સે. તાપમાને પસાર કરવામાં આવે છે; દા. ત.,

C₃H₈ + 3H₂O 3CO + 7H₂

સાથે સાથે બે પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાઓ પણ થઈ H₂, CO, CO₂ અને પાણીની વરાળનું મિશ્રણ આપે છે :

CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂

CO + 3H₂ ⇌ CH₄ + H₂O

મિશ્રણને પ્રથમ ~350° સે. સુધી ઠંડું પાડી પછી ઊંચા તાપમાનવાળા પરિવર્તકમાં દાખલ કરવાથી વરાળ સાથેની પ્રક્રિયા દ્વારા COનો મોટો ભાગ CO₂ અને H₂માં ફેરવાય છે. બહાર આવતા વાયુને 200° સે. સુધી ઠંડો પાડી નીચા તાપમાનવાળા પરિવર્તક(convertor)માં લઈ જવાથી COનું પ્રમાણ 0.2 % (કદથી) જેટલું થઈ જાય છે. નીપજને વધુ ઠંડી પાડી CO₂ને પ્રવાહી સંપર્કક(contactor)માં શોષી લેવામાં આવે છે. આ પછી 350° સે.એ મિથેનીકરણ દ્વારા અવશેષી CO અને CO₂ને દૂર કરવામાં આવે છે. જો ફીડસ્ટૉકમાં નાઇટ્રોજન ન હોય તો 98 % શુદ્ધ નીપજ મળે છે. નીચા તાપમાનવાળી પ્રવિધિ અને મિથેનીકરણના વિકલ્પે એકલ (single) PSA (pressure swing absorption) પ્રણાલીનો ઉપયોગ થાય છે, જેમાં H₂ને આણ્વિક-ચાળણીઓ (molecular sieves) વડે શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. આ ચાળણીઓને સમોષ્મી (adiabatic) અવદાબન (depressurization) વડે પુન: કાર્યરત કરી શકાય છે. આથી મળતો વાયુ ≥ 99.9 % શુદ્ધ હોય છે.

હાલમાં લગભગ 77 % જેટલો ઔદ્યોગિક ઉપયોગ માટેનો હાઇડ્રોજન પેટ્રો-રસાયણોમાંથી, 18 % કોલસામાંથી, 4 % પાણીના વિદ્યુતવિભાજનથી અને 1 % જેટલો અન્ય સ્રોતોમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

આ ઉપરાંત દૂર આવેલાં હવામાન-મથકો માટે જોઈતો હાઇડ્રોજન મેળવવા માટે નાનાં પરિવહનીય (transportable) જનિત્રોનો ઉપયોગ થાય છે. મિથેનૉલ અને પાણીનું 1 : 1 પ્રમાણ ધરાવતા મિશ્રણનું બાષ્પીભવન કરી ‘બેઝ-ધાતુ-ક્રોમાઇટ’ પ્રકારના ઉદ્દીપક પરથી 400° સે.એ પસાર કરવામાં આવે છે. અહીં મિશ્રણનું હાઇડ્રોજન અને કાર્બન મૉનોક્સાઇડમાં વિખંડન થાય છે. તે પછી વરાળ COને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડમાં ફેરવે છે અને વધુ H₂ ઉત્પન્ન કરે છે :

MeOH + H₂O CO + 2H₂

CO + H₂O → CO₂ + H₂

આ પછી બધા વાયુઓને સ્ટેનલેસ સ્ટીલના ખોખામાં ચુસ્તપણે પૅક કરેલી પેલેડિયમ-સિલ્વર મિશ્રધાતુની નાના વ્યાસવાળી, પાતળી દીવાલની અસંખ્ય નળીઓમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે. પેલેડિયમ ધાતુ પોતાના કદ કરતાં 935 ગણા હાઇડ્રોજનનું અવશોષણ અથવા અધિધારણ (occlusion) કરી શકતી હોવાથી તેનું અલગન શક્ય બને છે. આ રીતે મળતો હાઇડ્રોજન ઠંડો, શુષ્ક અને માપન-પ્રયુક્તિ માટે વાપરી શકાય તેવો હોય છે.

સોડિયમ ક્લોરાઇડના વિદ્યુતવિભાજનથી કૉસ્ટિક સોડા પ્રાપ્ત કરતી વખતે તેમજ કૉસ્ટિક સોડામાંથી સોડિયમ ધાતુ મેળવતી વખતે આડપેદાશ તરીકે પણ હાઇડ્રોજન મળે છે.

ગુણધર્મો : હાઇડ્રોજન એ રંગવિહીન, ગંધવિહીન અને સ્વાદવિહીન વાયુ છે. બધાં રાસાયણિક તત્વોમાં તે સૌથી હલકું તત્વ છે. પાણીમાં અને અન્ય દ્રાવકોમાં તે લગભગ અદ્રાવ્ય છે. તે દહનશીલ છે પણ દહનપોષક નથી. લગભગ બધી ધાતુઓમાં તે શોષાઈ શકે છે પણ પેલેડિયમ તેને માટે સૌથી વધુ દ્રાવકશક્તિ (solvent power) ધરાવે છે. તેના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો સારણીમાં દર્શાવ્યા છે.

સારણી : હાઇડ્રોજનના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

ગુણધર્મ	મૂલ્ય
સાપેક્ષ પરમાણુભાર	1.007825
પરમાણુક્રમાંક	1
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	1s1
નાભિકીય પ્રચક્રણ ક્વૉન્ટમ અંક	1
ગ.બિં. (K)	13.975
ઉ.બિં. (K)	20.39
વાયુની ઘનતા (ગ્રા./લિ.) (0° સે., 1 વાતા. દબાણે)	0.08987
ગલનની ઉષ્મા (કિ.જુ./મોલ)	0.117
બાષ્પીભવનની ઉષ્મા (કિ.જુ./મોલ)	0.904
ક્રાંતિક તાપમાન (K)	33.19
ક્રાંતિક દબાણ (વાતાવરણ)	12.98
શૂન્ય બિંદુ (zero point) ઊર્જા (કિ.જુ./મોલ)	25.9
નાભિકીય (internuclear) અંતર (પિ.મી.)	74.14

ફ્લોરિન અને ક્લોરિન સાથે તે ઝડપથી સંયોજાય છે; જ્યારે બ્રોમીન, આયોડિન, સલ્ફર, સેલીનિયમ, ટેલ્યુરિયમ, નાઇટ્રોજન, ફૉસ્ફરસ અને કાર્બન સાથે ઓછી ઝડપથી સંયોજાય છે; દા. ત.,

H₂ + Cl₂ → 2HCl

હાઇડ્રોજનને પ્રબળ ધનવિદ્યુતીય (electropositive) ધાતુઓ સાથે ગરમ કરતાં હાઇડ્રાઇડ સંયોજનો ઉત્પન્ન થાય છે.

ઑક્સિજન કે ક્લોરિન જેવાં તત્વો સાથે H₂ ત્વરાથી સંયોજાતો હોઈ તે તત્વોનાં ઑક્સાઇડ કે ક્લોરાઇડ સંયોજનોનું અપચયન (reduction) કરે છે; દા. ત.,

CuO + H₂ → Cu + H₂O

અપચયનની આ પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે ઊંચા તાપમાને ઉદ્દીપકની હાજરીમાં કરવામાં આવે છે. સામાન્ય હાઇડ્રોજન કરતાં તાજો ઉત્પન્ન થયેલો (નવજાત, nascent) હાઇડ્રોજન વધારે સારો અપચયનકર્તા છે. ઔદ્યોગિક દૃષ્ટિએ ઘણાં કાર્બનિક સંયોજનોનું ઉદ્દીપકો(કોબાલ્ટનાં સંયોજનો)ની હાજરીમાં હાઇડ્રોજનીકરણ એ અગત્યની પ્રક્રિયા છે. ઊંચા તાપમાને અને દબાણે ઑલીફિન્સને તે આલ્ડિહાઇડોમાં અને આલ્કોહૉલમાં ફેરવે છે :

RCH = CH₂ + H₂ + CO → RCH₂CH₂CHO

RCH₂CH₂CHO + H₂ → RCH₂CH₂CH₂OH

પૃથક્કરણ : મુક્ત હાઇડ્રોજનને સળગાવતાં તે આછા વાદળી રંગની જ્યોતથી બળે છે. હાઇડ્રોજનને કૉપર ઑક્સાઇડ સાથે ગરમ કરતાં હાઇડ્રોજનનું ઉપચયન થઈ પાણી ઉત્પન્ન થાય છે, જેનું વજન કરવાથી સંયોજનમાંના હાઇડ્રોજનનું પ્રમાણ જાણી શકાય છે. વાયુઓના મિશ્રણમાં રહેલ હાઇડ્રોજનનું પેલેડિયમ ધાતુ વડે અવશોષણ થાય છે, જેને ગરમ કરવાથી વાયુ મુક્ત થાય છે. કાર્બનિક પદાર્થોમાં રહેલા હાઇડ્રોજનનું પ્રમાણ નક્કી કરવા પદાર્થને ઑક્સિજનના પ્રવાહમાં બાળી ઉત્પન્ન થતા પાણીને મૅગ્નેશિયમ પરક્લોરેટમાં શોષી લેવામાં આવે છે. પાણીના વજન પરથી હાઇડ્રોજનનું પ્રમાણ ગણી શકાય છે.

ઉપયોગ : હાઇડ્રોજનનો સૌથી વધુ ઉપયોગ હેબર(Haber)ની પ્રવિધિ દ્વારા એમોનિયાના ઉત્પાદનમાં તથા ખાદ્યતેલોના હાઇડ્રોજનીકરણ વડે વનસ્પતિ-ઘી બનાવવામાં થાય છે. મિથેનૉલ જેવાં કાર્બનિક રસાયણોના ઉત્પાદન માટે પણ તેનો ઉપયોગ થાય છે :

CO + 2H₂O CH₃OH

તે પ્રબળ અપચયનકર્તા હોવાથી ધાતુઓના ઑક્સાઇડ કે અન્ય ક્ષારોમાંથી ધાતુ મેળવવા તથા ભઠ્ઠીઓમાં અપચયનકારી વાતાવરણ પ્રાપ્ત કરવા તે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આડપેદાશ તરીકે મળતા હાઇડ્રોજન અને ક્લોરિનમાંથી હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ (HCl) બનાવવામાં આવે છે. ક્વાટર્ઝ, સિલિકા અને પ્લૅટિનમને પિગાળવા તથા ધાતુઓના વેલ્ડિંગ તથા કટિંગ (cutting) માટે ઑક્સિ-હાઇડ્રોજન ટૉર્ચનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રવાહી હાઇડ્રોજન રૉકેટોમાં ઇંધન તરીકે (ઑક્સિજન સાથે) તથા બબલ ચેમ્બર્સ(bubble chambers)માં નાભિકીય કણોને પારખવા વપરાય છે. નિમ્નતાપિકીય (cryogenic) સંશોધનમાં પણ હાઇડ્રોજન ઉપયોગમાં લેવાય છે. ભારે હાઇડ્રોજન (ડ્યુટેરિયમ તથા ટ્રિટિયમ) હાઇડ્રોજન બૉમ્બમાં તથા ઉષ્માનાભિકીય સંગલન (fusion) પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાય છે. યોગ્ય ટૅકનિક શોધાતાં અંતર્દહન એન્જિનોમાં તથા ઇંધનકોષો(fuel cells)માં પણ તેનો ઇંધન તરીકે ઉપયોગ થવાની સંભાવના છે. આમ થતાં પર્યાવરણનું પ્રદૂષણ ઓછું થશે.

અગાઉ બલૂનોમાં પણ તેનો ઉપયોગ થતો હતો, પણ હવે હિલિયમ વપરાય છે.

ઑર્થો અને પૅરા–હાઇડ્રોજન : નીચા તાપમાને હાઇડ્રોજન વાયુની ઘનતા વાયુના ગતિજ સિદ્ધાંત મુજબ હોવી જોઈએ તેના કરતાં ઘણી ઓછી જોવા મળે છે. તરંગગતિશાસ્ત્ર મુજબ સામાન્ય હાઇડ્રોજન એ ઑર્થો અને પૅરા-હાઇડ્રોજન એમ બે પ્રકારનું મિશ્રણ હોવાથી આમ બને છે. હાઇડ્રોજનનો અણુ બે પરમાણુનો બનેલો હોય છે. દરેક પરમાણુનું નાભિક (nucleus) પ્રચક્રણ કરતું હોય છે. જો બે પરમાણુઓ જોડાય ત્યારે તેમનાં પ્રચક્રણ એક જ દિશામાં (સમાંતર) હોય તો ઑર્થો અને જો બન્નેનાં પ્રચક્રણ વિરુદ્ધ દિશામાં હોય તો પૅરા-હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન થાય છે. આ બે સમાવયવીઓનું સમતોલન-મિશ્રણમાંનું પ્રમાણ તાપમાન પ્રમાણે બદલાય છે. નિરપેક્ષ શૂન્ય તાપમાન(0 K)ની નજીક તે લગભગ સંપૂર્ણત: પૅરારૂપમાં હોય છે, જ્યારે ઓરડાના તાપમાને 75 % ઑર્થો અને 25 % પૅરા-હાઇડ્રોજન ધરાવે છે. આ પ્રકારની સમઘટકતા હાઇડ્રોજનના સમસ્થાનિકો ડ્યુટેરિયમ (deuterium) અને ટ્રિટિયમ(tritium)માં પણ જોવા મળે છે. રૉકેટના ઇંધન તરીકે પૅરા-હાઇડ્રોજન પસંદ કરવામાં આવે છે.

ધાત્વિક હાઇડ્રોજન (metallic hydrogen) : અત્યંત ઊંચાં દબાણોની હાઇડ્રોજન ઉપર થતી અસર પણ સંશોધનનો વિષય છે. આ અસર તપાસવાનો એક ઉદ્દેશ એ છે કે કયા સંજોગોમાં હાઇડ્રોજન દ્વિપરમાણુક આણ્વીય ઘન મટી જઈ પારમાણ્વિક ધાત્વિક પ્રાવસ્થામાં ફેરવાય છે અને આલ્કલી ધાતુઓને સશ (analogue) એવું સ્વરૂપ ધારણ કરે છે. આવું ત્યારે જ બને કે જ્યારે દબાણ એટલું બધું ઊંચું હોય કે જેથી અંતરા-અણુક (intermolecular) અંતર બે હાઇડ્રોજન નાભિકો વચ્ચે હોય તેટલું થાય. એમ માનવામાં આવે છે કે 2 × 10⁶થી 7 × 10⁶ વાતા. (atm.) દબાણે આ શક્ય બની શકે. ગુરુ અને શનિ જેવા ગ્રહોનો મુખ્ય ઘટક તે હોવાનું સૂચન કરવામાં આવ્યું છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ