Grundstof: Brint

Brint er grundstof nummer et i det periodiske system og opnår denne status af en række årsager: sammen med helium og litium var det et af de første tre grundstoffer, der blev produceret under Big Bang; er det mest udbredte grundstof i universet, der tegner sig for 88 procent af alle atomer; og det er det letteste af alle grundstofferne med kun én proton (hvorfor den er nummer 1 i det periodiske system) og én elektron.

Brint er livgivende på mange forskellige måder. Det er brændstoffet, der holder vores sol og andre stjerner brændende, hver gang du solbader eller ser skønheden i en glødende solnedgang, nyder du resultatet af en massiv atomreaktion. I Solens kerne er temperaturen omkring 15 millioner °C, og vægtfylden er 200 kg pr. liter. Under sådanne forhold vil brint begynde at brænde i en nuklear proces og danne heliumkerner, der udsender enorme mængder energi.

Ved standard temperatur og tryk er brint en farveløs og lugtfri gas, der findes i diatomisk form H₂, (“diatomisk” betyder, at den består af to atomer). I denne form er brint meget brændbart og danner let forbindelser med andre grundstoffer. Kombineret med ilt danner brint det vand, der fylder havene, floder, søer og skyer. Allieret med kulstof hjælper det med at binde levende væseners celler.

Brint er også til overmål i jordskorpen, i de kulbrinter, der er blevet dannet fra forrådnende organismer. Disse er blevet vores moderne brændstoffer, såsom råolie og naturgas. Nu mener forskere, at kulbrinter også kan dannes i dybt nede i Jorden, fra metan, der er udsat for ekstreme tryk og temperaturer.

Brint er et nøgleelement i syrer, og det var dette aspekt af dets kemi, der førte til dets opdagelse. I 1766 observerede Henry Cavendish, en velhavende britisk mand med interesse for videnskab, bobler af gas, der steg op fra en reaktion af jernspåner i fortyndet svovlsyre. Han opsamlede gassen og fandt, at den var meget brandfarlig og meget let: egenskaber, der fik gassen til at virke usædvanlig for Cavendish. Han var også den første person, der beviste, at når brint brændte, dannede det vand, hvilket viste, at vand kunne laves af et andet stof og dermed modbeviste Aristoteles’ teori om, at der var fire grundelementer, hvoraf vand var en.

Brint er lettere end luft og blev som et resultat brugt i ballonflyvning, som blev populær i løbet af det 19. århundrede, og i luftskibe, der krydsede Europa på ruteflyvning i begyndelsen af 1900-tallet. Under Første Verdenskrig blev zeppelinere brugt til rekognosceringsmissioner og bombeangreb på London – deres lette vægt holdt dem uden for rækkevidde af jagerfly. Hindenburg-styrtet i 1937 (da en Zeppelin brød i flammer, mens han forsøgte at lande) afsluttede luftskibsæraen, selvom dette ikke var forårsaget af en brintlækage, som antaget på det tidspunkt.

I dag produceres der omkring 55 millioner tons brint årligt, og store mængder går til gødningsproduktion. Nitrogen og brint bruges som led i Haber-Bosch processen, som bruger naturgas og luft til at skabe ammoniak som et vigtigt råstof i gødningsproduktionen. Fritz Haber vandt Nobelprisen i kemi i 1918 for denne opdagelse, og hans kollega Carl Bosch vandt en Nobelpris i 1931 for udviklingen af højtryk.

Brint er nøgleelementet i den termonukleare bombe, som producerer tilstrækkelig eksplosiv energi, gennem atomfusion mellem brintisotoperne deuterium og tritium, til at udslette hele byer. Sådanne våben kræver i øjeblikket en nuklear fissionseksplosion for at sætte gang i fusionsprocessen. Forskning er nu fokuseret på at producere et termonuklear våben, der ikke ville kræve en fissionsreaktion for at aktivere det. En proces kaldet Inertial Confinement Fusion ville bruge en højenergi laserstråle til at kondensere brint til en temperatur og tæthed, der ville antænde en fusionsreaktion.

Brints tilstedeværelse i vand bekræfter dens nummer en status i det periodiske system. Det forklarer også noget af den mærkelige kemi bag vand og is. Hvis du nogensinde har undret dig over, hvorfor isterninger flyder i vand, og store dele af is flyder på overfladen af have og oceaner, ligger svaret i brint. Faste stoffer er normalt tættere end væsker, da de fleste væsker afkøles, sænker molekylerne farten og kommer tættere på hinanden, da de til sidst danner et fast stof. Dette har en tendens til at få faste stoffer til at være mere tætte end væsker, så du ville forvente, at is synker i vand. Dog efterhånden som vandet afkøles til 4°C og molekylerne bremser, opstår brintbindinger, som tillader et molekyle at forbinde med fire andre vand molekyler. Dette skaber et åbent, krystallinsk gitter, hvor molekylerne er spredt ud og mindre tætte i et givet rum. Derfor er is mindre tæt end vand og vil flyde på overfladen.

Der er en lignende forklaring bag irritationen ved sprængte vandrør om vinteren. Hvis vandtemperaturen er meget lav, får molekylernes gitterværk i isen det til at udvide sig, og den resulterende opbygning af tryk mod rørets sider får det til at briste.

Vanddamp er vandets usynlige gasform tilstand og er særlig vigtig for at regulere temperaturen på Jorden. Som en potent drivhusgas regulerer vanddamp jordens temperatur, så den er varm nok til at understøtte mennesker, dyr og planteliv. Det fjernes fra luften via kondens, og erstattes af fordampning og transpiration (vandtab fra planter). Det er et nøgleaspekt ved Jordens vandkredsløb og er afgørende for dannelsen af skyer og nedbør (regn, slud og sne).

Vanddamp forklarer, hvorfor der dannes dug på planter, og hvorfor sarte silkegardiner af edderkoppespind bliver synlige om morgenen efter en kold, tåget nat. Efterhånden som den eksponerede overflade afkøles, kondenserer vanddamp med en større hastighed, end den kan fordampe, hvilket resulterer i dannelsen af vanddråber. Hvis temperaturerne er lave nok, vil dug blive iskolde ånde.