ไฮโดรเจน : (Hydrogen) ธาตุที่เบาที่สุด
ไฮโดรเจน เป็นธาตุธาตุแรกในตารางธาตุ เป็นธาตุที่มีอะตอมเล็กที่สุด และเบาที่สุดด้วยเหตุนี้ไฮโดรเจนจึงเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาล (ออกซิเจนเป็นธาตุที่มามากที่สุดบนโลก แต่ทว่าโลกเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ในจักรวาล) นักดาราศาสตร์ต่างลงความเห็นว่าในจักรวาลมีไฮโดรเจนอยู่ถึง 90 ใน 100 แม้แต่ดวงอาทิตย์ก็มีไฮโดรเจนมากมายเช่นกัน บนโลกแม้ว่าจะมีไฮโดรเจนน้อย ถึงกระนั้นก็ยังมีปนอยู่ในชั้นบรรยากาศถึง 3% อะตอมของไฮโดรเจนคล้ายกับของออกซิเจนคือ ในโมเลกุลหนึ่งๆ จะประกอบขึ้นด้วย 2 อะตอมแต่โมเลกุลของไฮโดรเจนเล็กกว่า และเล็กกว่าโมเลกุลของธาตุทุกชนิดด้วย โมเลกุลของๆ แข็งจะยึดกันแน่นหนาแต่ในแต่ละโมเลกุลนั้นยังสั่นสะเทือนอยู่ตลอดเวลาโมเลกุลของๆ เหลว เคลื่อนที่ได้สะดวกขึ้นบ้าง ส่วนโมเลกุลของก๊าซเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ อุณหภูมิตามปกติ โมเลกุลของออกซิเจนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วไม่น้อยกว่านาทีละ 4 ไมล์ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นการเคลื่อนที่จะเร็วขึ้นด้วย โมเลกุลเล็กๆ เคลื่อนที่ได้เร็วกว่าโมเลกุลใหญ่ฉะนั้น ณ อุณหภูมิธรรมดาๆ โมเลกุลของไฮโดรเจนจึงเคลื่อนได้เร็วกว่าโมเลกุลของออกซิเจน คือมันจะเคลื่อนที่ได้เร็วถึงนาทีละ 7 ไมล์ (ความเร็วที่ได้นี้เป็นค่าความเร็วเฉลี่ย) ถ้าเราโยนก้อนหินขึ้นไปในอากาศ มันจะขึ้นไปได้สูงระดับหนึ่งแล้วในที่สุดก็ถูกแรงดึงดูดของโลกดึงให้ตกลงมา ถ้าเราโยนก้อนหินกลับขึ้นไปอีกด้วยความแรงที่มากกว่ามันก็จะขึ้นไปได้สูงกว่าครั้งแรกในทำนองเดียวกันถ้าเราใช้ปืนใหญ่ยิงมันขึ้นไปในอากาศ มันย่อมจะขึ้นไปได้สูงเป็นไมล์ๆ ก่อนที่จะตกลงมา ดังนั้นถ้าเราสามารถยิงก้อนหิน หรือวัตถุด้วยแรงพอเหมาะจำนวนหนึ่งแล้ววัตถุนั้นจะไม่กลับกลับตกลงมาบนผิวโลกอีกเลย แรงพอเหมาะดังกล่าวนี้ คือ แรงหนีแรงดึงดูด (Escape velocity) โมเลกุลของไฮโดรเจนมีการเคลื่อนที่ในอัตราใกล้เคียงกับแรงหนีแรงดึงดูดนี้มาก ฉะนั้นถ้ามีโมเลกุลของไฮโดรเจนอยู่ในบรรยากาศมันจึงเคลื่อนที่จากโลกออกไปสู่อวกาศ โลกเมื่อครั้งหลุดจากดวงอาทิตย์มาใหม่ๆ ยังร้อนอยู่ โมเลกุลของไฮโดรเจนในโลกขณะนั้น จึงเคลื่อนที่อย่างว่องไวและหนีไปจากโลกในเวลารวดเร็ว ดังนั้นโลกทุกวันนี้จึงไม่มีไฮโดรเจนอยู่ในบรรยากาศ แต่ที่เราพบไฮโดรเจนบนโลกนั้น เป็นเพราะว่ามันรวมอยู่ในโมเลกุลที่หนักกว่าของสารอื่นๆ ถึงอย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนที่พบก็มีเพียงจำนวนน้อยโมเลกุลของออกซิเจนหนักเป็น 16 เท่าของโมเลกุลของไฮโดรเจนทั้งออกซิเจนเคลื่อนที่ช้ากว่าด้วย ดังนั้นออกซิเจนจึงไม่หนีไปจากบรรยากาศ ดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่า และหนักกว่าโลกจะมีแรงดึงดูดมากกว่าโลกด้วย เช่น ดาวพฤหัส (Jupiter) จะมีแรงดึงดูดมากกว่าโลกสองเท่าครึ่ง ในบรรยากาศของดาวพฤหัส ไฮโดรเจนจึงมีความว่องไวน้อยกว่าในบรรยากาศของโลก ทั้งดาวพฤหัสก็เย็นกว่าโลกด้วย ดังนั้นในบรรยากาศของดาวพฤหัส จึงมีไฮโดรเจนอยู่หนาแน่นเช่นเดียวกับบรรยากาศของดาวเสาร์ (Saturn) ยูเรนัส (Uranus) และเนปจูน (Neptune) แต่ในดาวเคราะห์ที่เล็กกว่าโลก เช่นดาวพุธ (Mar) ซึ่งมีแรงดึงดูดเพียง 2 ใน 5 ส่วนของแรงดึงดูดของโลกบรรยากาศที่ห่อหุ้มดาวพุธจึงฟุ้งไปในอากาศเป็นส่วนมาก มีเหลือปกคลุมดาวพุธอยู่เพียงชั้นบางๆ ดวงจันทร์ของเราซึ่งเล็กกว่าดาวพุธมีแรงดึงดูดเพียง 1 ใน 6 ของแรงดึงดูดของโลก จึงไม่มีบรรยากาศห่อหุ้มอยู่เลย ที่อุณหภูมิปกติไฮโดรเจนเป็นก๊าซเช่นเดียวกับออกซิเจน แต่ถ้าจะทำให้เป็นของเหลวหรือของแข็งจะต้องลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่ทำให้ออกซิเจนเป็นของเหลวหรือของแข็งและเมื่อไฮโดรเจนเป็นของเหลวหรือของแข็งแล้วมันจะเบาที่สุด เบากว่าของแข็งทุกชนิด น้ำเหลว 1 ควอท หนัก 2 ปอนด์ แต่ไฮโดรเจนเหลว 1 ควอท หนักเพียง 2 ออนซ์ครึ่ง เท่านั้น ไม้ลอยน้ำได้เพราะว่ามันเบากว่าน้ำ ในทำนองเดียวกันสิ่งต่างๆ ที่เบากว่าอากาศ เช่น ไฮโดรเจน ก็ย่อมจะลอยอยู่เหนืออากาศได้ ถ้าเราเอาถุงหนังเบาๆ มาอัดก๊าซไฮโดรเจนเข้าไปจนเต็ม ถุงนี้จะลอยได้ ถุงยิ่งใหญ่ก็ยิ่งบรรจุไฮโดรเจนได้มาก เมื่อมีไฮโดรเจนมากมันจึงมีแรงลอยตัวมากขึ้น มากพอที่จะนำคนให้ลอยติดไปกับมันได้ เช่น บอลลูน เป็นต้น บอลลูนลูกแรกที่สามารถนำคนขึ้นไปได้ สร้างขึ้นสำเร็จเมื่อปี ค.ศ. 1783 โดยพี่น้องชาวฝรั่งเศสสองคนชื่อ Joseph กับ Jacques Montgolfier ตามธรรมดานั้นบอลลูนจะลอยไปทิศทางใดนั้นต้องแล้วแต่กระแสลม เหมือนอย่างท่อนไม้ในแม่น้ำจะลอยไปทิศทางใดขึ้นอยู่กับกระแสน้ำ แต่บอลลูนนั้นใหญ่พอที่จะติดตั้งเครื่องจักรควบคุม มันก็จะลอยไปได้ตามใจปรารถนาเหมือนอย่างเรือที่ติดเครื่องจักร บอลลูนที่ติดตั้งเครื่องจักรเช่นนี้เรียกว่า โพยมนาวา (Dirigible Balloon) โพยมนาวาลำแรกสร้างขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1900 โดยชาวเยอรมันชื่อ Count Ferdinand Von Zeppelin และแทนที่จะใช้ถุงหนังหรือใยสังเคราะห์ เขากลับใช้แผ่นอลูมิเนียมบางๆ ต่อเป็นรูปร่างคล้ายบุหรี่ซิการ์ภายในบรรจุถุงไฮโดรเจนเอาไว้ ต่อมาอีก 30 ปีกว่าๆ โพยมนาวารูปซิการ์นี้ก็กลายเป็นที่สนใจของประเทศสหรัฐฯ อังกฤษ ฝรั่งเศส อิตาลี และอีกหลายประเทศ สำหรับประเทศเยอรมัน นั้นสร้างขึ้นมากว่า 150 ลำ แต่ละลำยาวกว่าความสูงของตึก เอ็มไพร์ สเตท ใช้บรรทุกคนโดยสารและโพยมนาวาลำที่ประสบผลสำเร็จ คือ Garf Zeppelin (เป็นชื่อของผู้สร้างด้วย) ซึ่งชาวเยอรมันได้ใช้ในการเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกได้ให้ผลดีเท่าๆ กับใช้เดินทางรอบโลก โพยมนาวาลำที่ใหญ่ที่สุดของทั้งหมดที่สร้างกันมา คือลำที่ชื่อ Hindenburg สร้างโดยประเทศเยอรมัน และโพยมนาวาลำนี้ต้องพินาศลงด้วยไฮโดรเจนที่บรรจุอยู่ภายในนั่นเอง เนื่องจากไฮโดรเจนติดไฟแล้วเกิดระเบิดขึ้น ไฮโดรเจนเป็นธาตุว่องไวมากธาตุหนึ่ง โมเลกุลของมันชอบรวมตัวกับโมเลกุลของออกซิเจน เมื่อรวมกันแล้วจะให้พลังงานออกมาในรูปของความร้อน เมื่อไฮโดรเจนติดไฟในบรรยากาศของออกซิเจนจะให้เปลวสีน้ำเงิน ถ้านำเอาไฮโดรเจนบริสุทธิ์ผสมกับออกซิเจน เมื่อจุดไฟในอากาศ อากาศผสมนี้จะได้เปลวที่ให้ความร้อนสูงเรียกเปลวชนิดนี้ว่า "ออกซิเจนไฮโดรเจน" (Oxyhydrogen torch) เมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม ค.ศ. 1766 ขณะที่โพยมนาวา ฮินเดนเบิร์ก ลอยลำอยู่เหนือ เลคเฮอร์ท (Lakehurst) ในมนรัฐนิวเจอร์ซี่ไฮโดรเจนจากถุงรั่วเข้ามาในห้องพักผู้โดยสารจึงติดไฟขึ้น ให้ความร้อนออกมาและความร้อนนี้ไปทำให้โมเลกุลอื่นที่อยู่ใกล้เคียงลุกไหม้ปล่อยพลังงานออกมาอีก จนในที่สุดได้ความร้อนมหาศาล โพยมนาวา ฮินเดนเบริก์ จึงระเบิดพินาศลง ไฮโดรเจนเตรียมได้ครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 1766 โดยนักเคมีชาวอังกฤษชื่อ เฮนรี คาเวนดิช (Henry Cavendish) และเขาเรียกมันว่า "อากาศติดไฟ" (Inflammable air) แต่ชื่อว่า "ไฮโดรเจน" ที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ ลาวัวซิเออร์ผู้ตั้งชื่อออกซิเจนเป็นผู้ตั้งในปีต่อมา ซึ่งลาวัวซิเออร์เรียกตามภาษากรีกแปลว่า "ผู้ทำให้เกิดน้ำ" ชื่อไฮโดรเจนนี้เหมาะสมยิ่งนัก เพราะเมื่อไฮโดรเจนเผาไหม้จะได้น้ำ ถ้าเราเอาแก้วหรือภาชนะทนไฟ เย็นๆ ไปอังที่เปลวไฮโดรเจน จะสังเกตได้ว่ามีของเหลวเกิดขึ้นและเมื่อนำมาศึกษาพบว่ามันคือหยดน้ำบริสุทธิ์นั่นเอง เมื่อโมเลกุลของไฮโดรเจนรวมกับโมเลกุลของออกซิเจน จะเกิดโมเลกุลใหม่ขึ้นมา ซึ่งมีไฮโดรเจนอยู่ 2 อะตอม กับออกซิเจน 1 อะตอม โมเลกุลที่ได้ใหม่นี้คือโมเลกุลของน้ำ ไฮโดรเจนรวมตัวกับออกซิเจนกลายเป็นน้ำ โมเลกุลของน้ำก็สามารถแยกกลับมาเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนได้ กล่าวคือเมื่อจุ่มสายไฟฟ้าสองสายลงในน้ำ แล้วผ่านกระแสตรงไปตามสายนั้น ภายใต้ภาวะที่เหมาะสม ออกซิเจนจะเกิดรอบๆ สายไฟฟ้าที่หย่อนลงไปนี้เรียกขั้ว (Electrodes) และขบวนการแยกน้ำนี้เรียกว่า อีเลคโตรไลซิส (Electrolysis) โดยวิธีอีเลคโตรไลซิสนี้ ใช้แยกไฮโดรเจนออกจากกรด กรดทุกชนิดตัวมีอะตอมของไฮโดรเจนประกอบอยู่ด้วยเสมอ เมื่อใส่โลหะลงในกรด กรดจะรวมกับโลหะให้อะตอมของไฮโดรเจนออกมา ในหม้อแบตเตอรี่รถยนต์จะมีกรดกับแท่งโลหะ ดังนั้นมันจึงเกิดก๊าซไฮโดรเจนอยู่ตลอดเวลา ทีนี้เมื่อเราก้มลงไปสำรวจระดับน้ำในหม้อแขตเตอรี่ ถ้าคาบบุหรี่หรือจุดไม้ขีดอยู่ด้วยในขณะนั้นนับว่าเป็นการเสี่ยงต่อการระเบิดของไฮโดรเจนอยู่ไม่น้อยทีเดียว น้ำมิใช่เป็นเพียงสารประกอบที่เกิดจากไฮโดรเจนกับออกซิเจนเพียงอย่างเดียว ยังมีสารประกอบของไฮโดรเจนกับออกซิเจนอีกตัวหนึ่งคือ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งเป็นสารที่ไม่อยู่ตัว ประกอบด้วย ไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 2 อะตอม สามารถสลายตัวให้ออกซิเจนกับน้ำ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ คล้ายโอโซน มากในบางกรณี เช่นในเป็นตัว ฟอกจางสี ใช้ฆ่าแบคทีเรีย สลายตัวให้ออกซิเจน ได้เหมือนๆ กัน ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่มีขายตามร้านขายยานั้น มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์อยู่ 3% อีก 97% เป็นน้ำ นับว่าเป็นส่วนผสมพอเหมาะสำหรับการนำมาใช้ แสงและความร้อนทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวกลายเป็นน้ำได้อย่างดี ด้วยเหตุนี้ร้ายขายยาเขาจึงบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ไว้ในขวดทึบแสง และเขายังเติมสารบางอย่างเช่น แอลกอฮอล์ ลงไปเล็กน้อยเพื่อกันมิให้ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวเร็วเกินไปและมีป้ายติดไว้ข้างขวดเตือนให้ผู้ซื้อต้องเก็บไว้ในที่เย็น