Kjemiske egenskaper av hydrogen. Betydningen av hydrogen i naturen

Den har sin egen spesifikke posisjon i det periodiske systemet, som gjenspeiler egenskapene den viser og snakker om dens elektroniske struktur. Men blant dem alle er det ett spesielt atom som okkuperer to celler samtidig. Det er plassert i to grupper av elementer som er helt motsatte i egenskapene deres. Dette er hydrogen. Slike funksjoner gjør den unik.

Hydrogen er ikke bare et element, men også et enkelt stoff, så vel som en integrert del av mange komplekse forbindelser, et biogent og organogent element. La oss derfor vurdere dens egenskaper og egenskaper mer detaljert.

Hydrogen som et kjemisk grunnstoff

Hydrogen er et element i den første gruppen av hovedundergruppen, samt den syvende gruppen i hovedundergruppen i den første mindre perioden. Denne perioden består av bare to atomer: helium og grunnstoffet vi vurderer. La oss beskrive hovedtrekkene til posisjonen til hydrogen i det periodiske systemet.

1. Atomnummeret til hydrogen er 1, antallet elektroner er det samme, og følgelig er antallet protoner det samme. Atommasse - 1,00795. Det er tre isotoper av dette elementet med massenummer 1, 2, 3. Egenskapene til hver av dem er imidlertid svært forskjellige, siden en økning i massen selv med en for hydrogen umiddelbart er det dobbelte.
2. Det faktum at den inneholder bare ett elektron på den ytre overflaten gjør at den med hell kan vise både oksiderende og reduserende egenskaper. I tillegg, etter å ha donert et elektron, forblir det med en fri orbital, som deltar i dannelsen av kjemiske bindinger i henhold til donor-akseptormekanismen.
3. Hydrogen er et sterkt reduksjonsmiddel. Derfor anses hovedstedet for å være den første gruppen av hovedundergruppen, der den leder de mest aktive metallene - alkali.
4. Men når det interagerer med sterke reduksjonsmidler, som metaller, kan det også være et oksidasjonsmiddel som aksepterer et elektron. Disse forbindelsene kalles hydrider. I henhold til denne funksjonen leder den undergruppen av halogener som den ligner.
5. På grunn av sin svært lille atommasse regnes hydrogen som det letteste grunnstoffet. I tillegg er dens tetthet også veldig lav, så den er også en målestokk for letthet.

Dermed er det åpenbart at hydrogenatomet er et helt unikt grunnstoff, i motsetning til alle andre grunnstoffer. Følgelig er dens egenskaper også spesielle, og de enkle og komplekse stoffene som dannes er svært viktige. La oss vurdere dem videre.

Enkel substans

Hvis vi snakker om dette elementet som et molekyl, må vi si at det er diatomisk. Det vil si at hydrogen (et enkelt stoff) er en gass. Den empiriske formelen vil bli skrevet som H2, og dens grafiske formel vil bli skrevet gjennom et enkelt sigma H-H-forhold. Mekanismen for bindingsdannelse mellom atomer er kovalent ikke-polar.

1. Steam metan reformering.
2. Kullforgassing - prosessen involverer oppvarming av kull til 1000 0 C, noe som resulterer i dannelse av hydrogen og høykarbonkull.
3. Elektrolyse. Denne metoden kan bare brukes til vandige løsninger av forskjellige salter, siden smeltene ikke fører til utslipp av vann ved katoden.

Laboratoriemetoder for å produsere hydrogen:

1. Hydrolyse av metallhydrider.
2. Effekten av fortynnede syrer på aktive metaller og middels aktivitet.
3. Interaksjon av alkali- og jordalkalimetaller med vann.

For å samle opp det produserte hydrogenet må du holde reagensrøret opp ned. Denne gassen kan tross alt ikke samles opp på samme måte som for eksempel karbondioksid. Dette er hydrogen, det er mye lettere enn luft. Det fordamper raskt, og i store mengder eksploderer det når det blandes med luft. Derfor bør reagensrøret snus. Etter å ha fylt den, må den lukkes med en gummipropp.

For å sjekke renheten til det oppsamlede hydrogenet, bør du ta med en tent fyrstikk til halsen. Hvis klappen er kjedelig og stille, betyr det at gassen er ren, med minimale lufturenheter. Er det høyt og plystrer, er det skittent, med en stor andel fremmedkomponenter.

Bruksområder

Når hydrogen brennes frigjøres en så stor mengde energi (varme) at denne gassen regnes som det mest lønnsomme drivstoffet. Dessuten er det miljøvennlig. Til dags dato er imidlertid bruken på dette området begrenset. Dette skyldes dårlig gjennomtenkte og uløste problemer med å syntetisere rent hydrogen, som ville være egnet for bruk som brensel i reaktorer, motorer og bærbare enheter, samt boligvarmekjeler.

Tross alt er metodene for å produsere denne gassen ganske dyre, så først er det nødvendig å utvikle en spesiell syntesemetode. En som lar deg få produktet i store volumer og til minimale kostnader.

Det er flere hovedområder der gassen vi vurderer brukes på.

1. Kjemiske synteser. Hydrogenering brukes til å produsere såper, margariner og plast. Med deltakelse av hydrogen syntetiseres metanol og ammoniakk, samt andre forbindelser.
2. I næringsmiddelindustrien - som tilsetning E949.
3. Luftfartsindustri (rakettvitenskap, flyproduksjon).
4. Elektrisk kraftindustri.
5. Meteorologi.
6. Miljøvennlig drivstoff.

Naturligvis er hydrogen like viktig som det er rikelig i naturen. De ulike forbindelsene den danner spiller en enda større rolle.

Hydrogenforbindelser

Dette er komplekse stoffer som inneholder hydrogenatomer. Det finnes flere hovedtyper av slike stoffer.

1. Hydrogenhalogenider. Den generelle formelen er HHal. Av spesiell betydning blant dem er hydrogenklorid. Det er en gass som løses opp i vann og danner en løsning av saltsyre. Denne syren er mye brukt i nesten alle kjemiske synteser. Dessuten både organisk og uorganisk. Hydrogenklorid er en forbindelse med den empiriske formelen HCL og er en av de største som produseres i vårt land årlig. Hydrogenhalogenider inkluderer også hydrogenjodid, hydrogenfluorid og hydrogenbromid. De danner alle de tilsvarende syrene.
2. Flyktige Nesten alle av dem er ganske giftige gasser. For eksempel hydrogensulfid, metan, silan, fosfin og andre. Samtidig er de svært brannfarlige.
3. Hydrider er forbindelser med metaller. De tilhører klassen av salter.
4. Hydroksider: baser, syrer og amfotere forbindelser. De inneholder nødvendigvis hydrogenatomer, ett eller flere. Eksempel: NaOH, K 2, H 2 SO 4 og andre.
5. Hydrogenhydroksid. Denne forbindelsen er bedre kjent som vann. Et annet navn er hydrogenoksid. Den empiriske formelen ser slik ut - H 2 O.
6. Hydrogenperoksid. Dette er et sterkt oksidasjonsmiddel, hvis formel er H 2 O 2.
7. Tallrike organiske forbindelser: hydrokarboner, proteiner, fett, lipider, vitaminer, hormoner, essensielle oljer og andre.

Det er åpenbart at variasjonen av forbindelser av grunnstoffet vi vurderer er veldig stor. Dette bekrefter nok en gang dens høye betydning for naturen og mennesker, så vel som for alle levende vesener.

- Dette er det beste løsningsmidlet

Som nevnt ovenfor er det vanlige navnet for dette stoffet vann. Består av to hydrogenatomer og ett oksygen, forbundet med kovalente polare bindinger. Vannmolekylet er en dipol, dette forklarer mange av egenskapene det viser. Spesielt er det et universelt løsemiddel.

Det er i vannmiljøet at nesten alle kjemiske prosesser skjer. Interne reaksjoner av plast- og energimetabolisme i levende organismer utføres også ved bruk av hydrogenoksid.

Vann regnes med rette som det viktigste stoffet på planeten. Det er kjent at ingen levende organisme kan leve uten den. På jorden kan den eksistere i tre aggregeringstilstander:

• flytende;
• gass ​​(damp);
• fast (is).

Avhengig av isotopen av hydrogen som er inkludert i molekylet, skilles tre typer vann.

1. Lys eller protium. En isotop med massenummer 1. Formel - H 2 O. Dette er den vanlige formen som alle organismer bruker.
2. Deuterium eller tung, formelen er D 2 O. Inneholder isotopen 2 H.
3. Supertung eller tritium. Formelen ser ut som T 3 O, isotop - 3 H.

Reservene av ferskt protiumvann på planeten er svært viktige. Det er allerede mangel på det i mange land. Det utvikles metoder for å behandle saltvann for å produsere drikkevann.

Hydrogenperoksid er et universelt middel

Denne forbindelsen, som nevnt ovenfor, er et utmerket oksidasjonsmiddel. Men med sterke representanter kan han også oppføre seg som en gjenoppretter. I tillegg har den en uttalt bakteriedrepende effekt.

Et annet navn for denne forbindelsen er peroksid. Det er i denne formen det brukes i medisin. En 3% løsning av krystallinsk hydrat av den aktuelle forbindelsen er en medisinsk medisin som brukes til å behandle små sår med det formål å desinfisere dem. Det er imidlertid bevist at dette øker sårhelingstiden.

Hydrogenperoksid brukes også i rakettdrivstoff, i industrien for desinfeksjon og bleking, og som et skummiddel for produksjon av passende materialer (for eksempel skum). I tillegg hjelper peroksid med å rense akvarier, bleke hår og bleke tenner. Imidlertid forårsaker det skade på vev, så det anbefales ikke av spesialister for disse formålene.

• Betegnelse - H (hydrogen);
• Latinsk navn - Hydrogenium;
• Periode - I;
• Gruppe - 1 (la);
• Atommasse - 1,00794;
• Atomnummer - 1;
• Atomradius = 53 pm;
• Kovalent radius = 32 pm;
• Elektronfordeling - 1s 1;
• smeltetemperatur = -259,14°C;
• kokepunkt = -252,87°C;
• Elektronegativitet (ifølge Pauling/ifølge Alpred og Rochow) = 2,02/-;
• Oksidasjonstilstand: +1; 0; -1;
• Densitet (antall) = 0,0000899 g/cm3;
• Molar volum = 14,1 cm 3 /mol.

Binære forbindelser av hydrogen med oksygen:

Hydrogen («å føde vann») ble oppdaget av den engelske forskeren G. Cavendish i 1766. Det er det enkleste grunnstoffet i naturen - et hydrogenatom har en kjerne og ett elektron, og det er sannsynligvis grunnen til at hydrogen er det mest tallrike grunnstoffet i universet (som står for mer enn halvparten av massen til de fleste stjerner).

Om hydrogen kan vi si at "spolen er liten, men dyr." Til tross for sin "enkelhet", gir hydrogen energi til alle levende vesener på jorden - en kontinuerlig termonukleær reaksjon finner sted på solen hvor ett heliumatom dannes fra fire hydrogenatomer, denne prosessen er ledsaget av frigjøring av en kolossal mengde energi (for flere detaljer, se Kjernefysisk fusjon).

I jordskorpen er massefraksjonen av hydrogen bare 0,15 %. I mellomtiden inneholder det overveldende flertallet (95%) av alle kjente kjemiske stoffer på jorden ett eller flere hydrogenatomer.

I forbindelser med ikke-metaller (HCl, H 2 O, CH 4 ...) gir hydrogen fra seg sitt eneste elektron til mer elektronegative elementer, og viser en oksidasjonstilstand på +1 (oftere), og danner kun kovalente bindinger (se Kovalent bånd).

I forbindelser med metaller (NaH, CaH 2 ...) aksepterer hydrogen, tvert imot, et annet elektron i sin eneste s-orbital, og prøver dermed å fullføre det elektroniske laget, og viser en oksidasjonstilstand på -1 (sjeldnere), danner ofte en ionisk binding (se Ionebinding), fordi forskjellen i elektronegativitet til hydrogenatomet og metallatomet kan være ganske stor.

H 2

I gassform eksisterer hydrogen i form av diatomiske molekyler, og danner en ikke-polar kovalent binding.

Hydrogenmolekyler har:

• stor mobilitet;
• stor styrke;
• lav polariserbarhet;
• liten størrelse og vekt.

Egenskaper til hydrogengass:

• den letteste gassen i naturen, fargeløs og luktfri;
• dårlig løselig i vann og organiske løsemidler;
• løses i små mengder i flytende og faste metaller (spesielt platina og palladium);
• vanskelig å gjøre flytende (på grunn av dens lave polariserbarhet);
• har den høyeste varmeledningsevnen av alle kjente gasser;
• når det oppvarmes, reagerer det med mange ikke-metaller, og viser egenskapene til et reduksjonsmiddel;
• ved romtemperatur reagerer det med fluor (det oppstår en eksplosjon): H 2 + F 2 = 2HF;
• reagerer med metaller for å danne hydrider, og viser oksiderende egenskaper: H 2 + Ca = CaH 2;

I forbindelser viser hydrogen sine reduserende egenskaper mye sterkere enn sine oksiderende egenskaper. Hydrogen er det kraftigste reduksjonsmidlet etter kull, aluminium og kalsium. De reduserende egenskapene til hydrogen er mye brukt i industrien for å oppnå metaller og ikke-metaller (enkle stoffer) fra oksider og gallider.

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Reaksjoner av hydrogen med enkle stoffer

Hydrogen aksepterer et elektron, og spiller en rolle reduksjonsmiddel, i reaksjoner:

• Med oksygen(når tent eller i nærvær av en katalysator), i forholdet 2:1 (hydrogen:oksygen) dannes en eksplosiv detonasjonsgass: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• Med grå(ved oppvarming til 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Med klor(når tent eller bestrålt med UV-stråler): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• Med fluor: H20+F2 = 2H+1F
• Med nitrogen(ved oppvarming i nærvær av katalysatorer eller ved høyt trykk): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Hydrogen donerer et elektron, og spiller en rolle oksidasjonsmiddel, i reaksjoner med alkalisk Og jordalkali metaller for å danne metallhydrider - saltlignende ioniske forbindelser som inneholder H-hydridioner - disse er ustabile hvite krystallinske stoffer.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Det er ikke typisk at hydrogen har en oksidasjonstilstand på -1. Når de reagerer med vann, brytes hydridene ned og reduserer vann til hydrogen. Reaksjonen av kalsiumhydrid med vann er som følger:

CaH2-1 +2H2+10 = 2H20 +Ca(OH)2

Reaksjoner av hydrogen med komplekse stoffer

• ved høye temperaturer reduserer hydrogen mange metalloksider: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• metylalkohol oppnås ved omsetning av hydrogen med karbonmonoksid (II): 2H 2 + CO → CH 3 OH
• I hydrogeneringsreaksjoner reagerer hydrogen med mange organiske stoffer.

Ligningene for kjemiske reaksjoner av hydrogen og dets forbindelser diskuteres mer detaljert på siden "Hydrogen og dets forbindelser - ligninger av kjemiske reaksjoner som involverer hydrogen."

Anvendelser av hydrogen

• i kjernekraft brukes hydrogenisotoper - deuterium og tritium;
• i den kjemiske industrien brukes hydrogen til syntese av mange organiske stoffer, ammoniakk, hydrogenklorid;
• i næringsmiddelindustrien brukes hydrogen til produksjon av fast fett gjennom hydrogenering av vegetabilske oljer;
• for sveising og skjæring av metaller brukes den høye forbrenningstemperaturen til hydrogen i oksygen (2600°C);
• i produksjonen av noen metaller brukes hydrogen som reduksjonsmiddel (se ovenfor);
• siden hydrogen er en lett gass, brukes den i luftfart som fyllstoff for ballonger, aerostater og luftskip;
• Hydrogen brukes som drivstoff blandet med CO.

Nylig har forskere vært mye oppmerksom på søket etter alternative kilder til fornybar energi. Et av de lovende områdene er "hydrogen" energi, der hydrogen brukes som drivstoff, hvis forbrenningsprodukt er vanlig vann.

Metoder for å produsere hydrogen

Industrielle metoder for å produsere hydrogen:

• metankonvertering (katalytisk reduksjon av vanndamp) med vanndamp ved høy temperatur (800°C) på en nikkelkatalysator: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• omdannelse av karbonmonoksid med vanndamp (t=500°C) på en Fe 2 O 3 katalysator: CO + H 2 O = CO 2 + H 2;
• termisk dekomponering av metan: CH 4 = C + 2H 2;
• gassifisering av fast brensel (t=1000°C): C + H2O = CO + H2;
• elektrolyse av vann (en svært kostbar metode som produserer veldig rent hydrogen): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Laboratoriemetoder for å produsere hydrogen:

• virkning på metaller (vanligvis sink) med saltsyre eller fortynnet svovelsyre: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2;
• interaksjon av vanndamp med varmt jernspon: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

Når du begynner å vurdere de kjemiske og fysiske egenskapene til hydrogen, bør det bemerkes at i sin vanlige tilstand er dette kjemiske elementet i gassform. Fargeløs hydrogengass er luktfri og smakløs. For første gang ble dette kjemiske elementet kalt hydrogen etter at forskeren A. Lavoisier utførte eksperimenter med vann, som et resultat av at verdensvitenskapen lærte at vann er en multikomponent væske som inneholder hydrogen. Denne hendelsen skjedde i 1787, men lenge før denne datoen var hydrogen kjent for forskere under navnet "brennbar gass".

Hydrogen i naturen

Ifølge forskere finnes hydrogen i jordskorpen og i vann (omtrent 11,2 % av det totale volumet av vann). Denne gassen er en del av mange mineraler som menneskeheten har utvunnet fra jordens tarm i århundrer. Noen av egenskapene til hydrogen er karakteristiske for olje, naturgasser og leire, og for dyre- og planteorganismer. Men i sin rene form, det vil si ikke kombinert med andre kjemiske elementer i det periodiske systemet, er denne gassen ekstremt sjelden i naturen. Denne gassen kan komme til jordoverflaten under vulkanutbrudd. Fritt hydrogen er tilstede i atmosfæren i ubetydelige mengder.

Kjemiske egenskaper av hydrogen

Siden de kjemiske egenskapene til hydrogen er heterogene, tilhører dette kjemiske elementet både gruppe I i Mendeleev-systemet og gruppe VII i systemet. Som medlem av den første gruppen er hydrogen i hovedsak et alkalimetall som har en oksidasjonstilstand på +1 i de fleste forbindelsene det finnes i. Den samme valensen er karakteristisk for natrium og andre alkalimetaller. På grunn av disse kjemiske egenskapene regnes hydrogen som et grunnstoff som ligner på disse metallene.

Hvis vi snakker om metallhydrider, har hydrogenionet en negativ valens - oksidasjonstilstanden er -1. Na+H- er bygget etter samme skjema som Na+Cl-klorid. Dette faktum er grunnen til å tilordne hydrogen til gruppe VII i det periodiske systemet. Hydrogen, som er i tilstanden til et molekyl, forutsatt at det er i et vanlig miljø, er inaktivt og kan utelukkende kombineres med ikke-metaller som er mer aktive for det. Disse metallene inkluderer fluor i nærvær av lys, hydrogen kombineres med klor. Hvis hydrogen varmes opp, blir det mer aktivt, og reagerer med mange elementer i det periodiske systemet til Mendeleev.

Atomisk hydrogen viser mer aktive kjemiske egenskaper enn molekylært hydrogen. Oksygenmolekyler danner vann - H2 + 1/2O2 = H2O. Når hydrogen interagerer med halogener, dannes hydrogenhalogenider H2 + Cl2 = 2HCl, og hydrogen går inn i denne reaksjonen i fravær av lys og ved ganske høye negative temperaturer - opp til -252°C. De kjemiske egenskapene til hydrogen gjør det mulig å bruke det til reduksjon av mange metaller, siden når det reagerer, absorberer hydrogen oksygen fra metalloksider, for eksempel CuO + H2 = Cu + H2O. Hydrogen deltar i dannelsen av ammoniakk ved å interagere med nitrogen i reaksjonen ZH2 + N2 = 2NH3, men forutsatt at en katalysator brukes og temperaturen og trykket økes.

En kraftig reaksjon oppstår når hydrogen reagerer med svovel i reaksjonen H2 + S = H2S, noe som resulterer i hydrogensulfid. Interaksjonen mellom hydrogen og tellur og selen er litt mindre aktiv. Hvis det ikke er noen katalysator, reagerer den med rent karbon, hydrogen bare under forutsetning av at det skapes høye temperaturer. 2H2 + C (amorf) = CH4 (metan). Under aktiviteten av hydrogen med noen alkalier og andre metaller oppnås hydrider, for eksempel H2 + 2Li = 2LiH.

Fysiske egenskaper til hydrogen

Hydrogen er et veldig lett kjemikalie. I det minste sier forskere at det for øyeblikket ikke finnes noe lettere stoff enn hydrogen. Massen er 14,4 ganger lettere enn luft, dens tetthet er 0,0899 g/l ved 0°C. Ved temperaturer på -259,1 °C er hydrogen i stand til å smelte - dette er en svært kritisk temperatur, som ikke er typisk for transformasjonen av de fleste kjemiske forbindelser fra en tilstand til en annen. Bare et grunnstoff som helium overgår de fysiske egenskapene til hydrogen i denne forbindelse. Flytendegjøring av hydrogen er vanskelig, siden dens kritiske temperatur er (-240°C). Hydrogen er den mest varmeledende gassen kjent for menneskeheten. Alle egenskapene beskrevet ovenfor er de viktigste fysiske egenskapene til hydrogen som brukes av mennesker til spesifikke formål. Disse egenskapene er også de mest relevante for moderne vitenskap.

Hydrogen ble oppdaget i andre halvdel av 1700-tallet av den engelske vitenskapsmannen innen fysikk og kjemi G. Cavendish. Han klarte å isolere stoffet i sin rene tilstand, begynte å studere det og beskrev dets egenskaper.

Dette er historien om oppdagelsen av hydrogen. Under forsøkene slo forskeren fast at det er en brennbar gass, hvis forbrenning i luften produserer vann. Dette førte til bestemmelsen av den kvalitative sammensetningen av vann.

Hva er hydrogen

Den franske kjemikeren A. Lavoisier annonserte først hydrogen som et enkelt stoff i 1784, siden han bestemte at molekylet inneholder atomer av samme type.

Navnet på det kjemiske elementet på latin høres ut som hydrogenium (les "hydrogenium"), som betyr "vanngivende." Navnet refererer til forbrenningsreaksjonen som produserer vann.

Kjennetegn på hydrogen

Betegnelse på hydrogen N. Mendeleev tildelte det første atomnummeret til dette kjemiske elementet, og plasserte det i hovedundergruppen til den første gruppen og den første perioden og betinget i hovedundergruppen til den syvende gruppen.

Atomvekten (atommassen) til hydrogen er 1,00797. Molekylvekten til H2 er 2a. e. Molarmassen er numerisk lik den.

Det er representert av tre isotoper som har et spesielt navn: det vanligste protium (H), tungt deuterium (D), radioaktivt tritium (T).

Det er det første elementet som kan deles helt opp i isotoper på en enkel måte. Det er basert på den høye forskjellen i masse av isotoper. Prosessen ble først utført i 1933. Dette forklares med at det først i 1932 ble oppdaget en isotop med masse 2.

Fysiske egenskaper

Under normale forhold er det enkle stoffet hydrogen i form av diatomiske molekyler en gass, fargeløs, smakløs og luktfri. Lite løselig i vann og andre løsemidler.

Krystallisasjonstemperatur - 259,2 o C, kokepunkt - 252,8 o C. Diameteren til hydrogenmolekyler er så liten at de har evnen til å sakte diffundere gjennom en rekke materialer (gummi, glass, metaller). Denne egenskapen brukes når det er nødvendig å rense hydrogen fra gassformige urenheter. Når n. u. hydrogen har en tetthet på 0,09 kg/m3.

Er det mulig å omdanne hydrogen til et metall analogt med elementene i den første gruppen? Forskere har funnet ut at hydrogen, under forhold når trykket nærmer seg 2 millioner atmosfærer, begynner å absorbere infrarøde stråler, noe som indikerer polariseringen av molekylene til stoffet. Kanskje, ved enda høyere trykk, vil hydrogen bli et metall.

Dette er interessant: det er en antagelse om at på de gigantiske planetene, Jupiter og Saturn, finnes hydrogen i form av et metall. Det antas at metallisk fast hydrogen også er tilstede i jordens kjerne, på grunn av det ultrahøye trykket som skapes av jordkappen.

Kjemiske egenskaper

Både enkle og komplekse stoffer inngår kjemisk interaksjon med hydrogen. Men den lave aktiviteten til hydrogen må økes ved å skape passende forhold - øke temperaturen, bruke katalysatorer, etc.

Ved oppvarming reagerer enkle stoffer som oksygen (O 2), klor (Cl 2), nitrogen (N 2), svovel (S) med hydrogen.

Hvis du tenner rent hydrogen i enden av et gassutløpsrør i luft, vil det brenne jevnt, men knapt merkbart. Hvis du plasserer gassutløpsrøret i en atmosfære av rent oksygen, vil forbrenningen fortsette med dannelse av vanndråper på karets vegger, som et resultat av reaksjonen:

Forbrenningen av vann er ledsaget av frigjøring av en stor mengde varme. Dette er en eksoterm sammensatt reaksjon der hydrogen oksideres av oksygen for å danne oksidet H 2 O. Det er også en redoksreaksjon hvor hydrogen oksideres og oksygen reduseres.

Reaksjonen med Cl 2 skjer på samme måte for å danne hydrogenklorid.

Samspillet mellom nitrogen og hydrogen krever høy temperatur og høyt trykk, samt tilstedeværelse av en katalysator. Resultatet er ammoniakk.

Som et resultat av reaksjonen med svovel dannes hydrogensulfid, hvis gjenkjennelse lettes av den karakteristiske lukten av råtne egg.

Oksydasjonstilstanden til hydrogen i disse reaksjonene er +1, og i hydridene beskrevet nedenfor - 1.

Ved reaksjon med noen metaller dannes det hydrider, for eksempel natriumhydrid - NaH. Noen av disse komplekse forbindelsene brukes som drivstoff for raketter, så vel som i termonukleær kraft.

Hydrogen reagerer også med stoffer fra komplekskategorien. For eksempel med kobber(II)oksid, formel CuO. For å utføre reaksjonen føres kobberhydrogen over oppvarmet pulverisert kobber(II)oksid. Under interaksjonen endrer reagenset farge og blir rødbrun, og vanndråper legger seg på de kalde veggene i reagensrøret.

Hydrogen oksideres under reaksjonen, og danner vann, og kobber reduseres fra oksid til et enkelt stoff (Cu).

Søknader

Hydrogen er av stor betydning for mennesker og brukes på en rekke områder:

1. I kjemisk produksjon er det råvarer, i andre næringer er det drivstoff. Petrokjemiske og oljeraffineringsbedrifter kan ikke klare seg uten hydrogen.
2. I elkraftindustrien fungerer dette enkle stoffet som et kjølemiddel.
3. I jernholdig og ikke-jernholdig metallurgi spiller hydrogen rollen som et reduksjonsmiddel.
4. Dette bidrar til å skape et inert miljø når du pakker produkter.
5. Farmasøytisk industri - bruker hydrogen som reagens i produksjonen av hydrogenperoksid.
6. Værballonger er fylt med denne lette gassen.
7. Dette elementet er også kjent som en drivstoffredusering for rakettmotorer.

Forskere spår enstemmig at hydrogendrivstoff vil ta ledelsen i energisektoren.

Kvittering i industrien

I industrien produseres hydrogen ved elektrolyse, som utsettes for klorider eller hydroksider av alkalimetaller oppløst i vann. Det er også mulig å få hydrogen direkte fra vann ved hjelp av denne metoden.

Omdannelsen av koks eller metan med vanndamp brukes til disse formålene. Nedbryting av metan ved høye temperaturer gir også hydrogen. Flytendegjøring av koksovnsgass ved fraksjoneringsmetoden brukes også til industriell produksjon av hydrogen.

Fås i laboratoriet

I laboratoriet brukes et Kipp-apparat for å produsere hydrogen.

Reagensene er salt- eller svovelsyre og sink. Reaksjonen gir hydrogen.

Finne hydrogen i naturen

Hydrogen er mer vanlig enn noe annet grunnstoff i universet. Hovedtyngden av stjerner, inkludert solen, og andre kosmiske kropper er hydrogen.

I jordskorpen er det bare 0,15 %. Det er tilstede i mange mineraler, i alle organiske stoffer, så vel som i vann, som dekker 3/4 av overflaten på planeten vår.

Spor av rent hydrogen kan finnes i den øvre atmosfæren. Det finnes også i en rekke brennbare naturgasser.

Gassformig hydrogen er det minst tette, og flytende hydrogen er det tetteste stoffet på planeten vår. Ved hjelp av hydrogen kan du endre klangfargen på stemmen din hvis du inhalerer den og snakker mens du puster ut.

Den kraftigste hydrogenbomben er basert på spaltningen av det letteste atomet.

Hydrogen H er et kjemisk grunnstoff, et av de vanligste i universet vårt. Massen av hydrogen som et element i sammensetningen av stoffer er 75% av det totale innholdet av atomer av andre typer. Det er en del av den viktigste og mest vitale forbindelsen på planeten - vann. Et særtrekk ved hydrogen er også at det er det første elementet i DI Mendeleevs periodiske system av kjemiske elementer.

Oppdagelse og utforskning

Den første omtalen av hydrogen i skriftene til Paracelsus dateres tilbake til det sekstende århundre. Men dens isolasjon fra gassblandingen av luft og studiet av brennbare egenskaper ble utført allerede på det syttende århundre av forskeren Lemery. Hydrogen ble grundig studert av en engelsk kjemiker, fysiker og naturforsker som eksperimentelt beviste at massen av hydrogen er den minste i sammenligning med andre gasser. I påfølgende stadier av utviklingen av vitenskapen jobbet mange forskere med ham, spesielt Lavoisier, som kalte ham "vannets fødsel."

Kjennetegn etter stilling i PSHE

Grunnstoffet som åpner det periodiske systemet til D.I. Mendeleev er hydrogen. De fysiske og kjemiske egenskapene til atomet viser en viss dualitet, siden hydrogen samtidig klassifiseres som tilhørende den første gruppen, hovedundergruppen, hvis det oppfører seg som et metall og gir fra seg et enkelt elektron i prosessen med en kjemisk reaksjon, og til den syvende - i tilfelle av fullstendig fylling av valensskallet, det vil si aksept negativ partikkel, som karakteriserer den som lik halogener.

Funksjoner av den elektroniske strukturen til elementet

Egenskapene til de komplekse stoffene det er inkludert i, og til det enkleste stoffet H2, bestemmes først og fremst av den elektroniske konfigurasjonen av hydrogen. Partikkelen har ett elektron med Z= (-1), som roterer i sin bane rundt en kjerne som inneholder ett proton med masseenhet og positiv ladning (+1). Dens elektroniske konfigurasjon er skrevet som 1s 1, som betyr tilstedeværelsen av en negativ partikkel i den aller første og eneste s-orbitalen for hydrogen.

Når et elektron fjernes eller gis opp, og et atom av dette grunnstoffet har en slik egenskap at det er relatert til metaller, får man et kation. I hovedsak er hydrogenionet en positiv elementær partikkel. Derfor kalles hydrogen fratatt et elektron ganske enkelt et proton.

Fysiske egenskaper

For å beskrive hydrogen kort, er det en fargeløs, lett løselig gass med en relativ atommasse på 2, 14,5 ganger lettere enn luft, med en flytende temperatur på -252,8 grader Celsius.

Av erfaring kan du enkelt bekrefte at H 2 er den letteste. For å gjøre dette er det nok å fylle tre baller med forskjellige stoffer - hydrogen, karbondioksid, vanlig luft - og samtidig slippe dem fra hånden din. Den som er fylt med CO 2 vil nå bakken raskest, etter den vil den som er blåst opp med luftblandingen synke, og den som inneholder H 2 vil stige til taket.

Den lille massen og størrelsen på hydrogenpartikler rettferdiggjør dens evne til å trenge gjennom ulike stoffer. Ved å bruke eksemplet med den samme kulen er det lett å verifisere dette etter et par dager, siden gassen vil passere gjennom gummien. Hydrogen kan også akkumuleres i strukturen til noen metaller (palladium eller platina), og fordampe fra det når temperaturen stiger.

Egenskapen til lav løselighet av hydrogen brukes i laboratoriepraksis for å isolere det ved å fortrenge hydrogen (tabellen vist nedenfor inneholder hovedparametrene) for å bestemme omfanget av dets anvendelse og produksjonsmetoder.

Parameter for et atom eller molekyl av et enkelt stoff	Betydning
Atommasse (molar masse)	1,008 g/mol
Elektronisk konfigurasjon	1s 1
Krystallgitter	Sekskantet
Termisk ledningsevne	(300 K) 0,1815 W/(m K)
Tetthet ved n. u.	0,08987 g/l
Kokepunkt	-252,76 °C
Spesifikk forbrenningsvarme	120,9 106 J/kg
Smeltepunkt	-259,2 °C
Løselighet i vann	18,8 ml/l

Isotopisk sammensetning

Som mange andre representanter for det periodiske systemet av kjemiske elementer, har hydrogen flere naturlige isotoper, det vil si atomer med samme antall protoner i kjernen, men et annet antall nøytroner - partikler med null ladning og enhetsmasse. Eksempler på atomer med lignende egenskap er oksygen, karbon, klor, brom og andre, inkludert radioaktive.

De fysiske egenskapene til hydrogen 1H, den vanligste av representantene for denne gruppen, skiller seg betydelig fra de samme egenskapene til sine kolleger. Spesielt er egenskapene til stoffene de inneholder forskjellige. Dermed er det vanlig og deuterert vann, som inneholder, i stedet for et hydrogenatom med et enkelt proton, deuterium 2 H - dets isotop med to elementære partikler: positive og uladede. Denne isotopen er dobbelt så tung som vanlig hydrogen, noe som forklarer den dramatiske forskjellen i egenskapene til forbindelsene de utgjør. I naturen finnes deuterium 3200 ganger sjeldnere enn hydrogen. Den tredje representanten er tritium 3H den har to nøytroner og ett proton i kjernen.

Metoder for produksjon og isolasjon

Laboratorie- og industrielle metoder er ganske forskjellige. Dermed produseres gass i små mengder hovedsakelig gjennom reaksjoner som involverer mineralske stoffer, mens storproduksjon bruker organisk syntese i større grad.

Følgende kjemiske interaksjoner brukes i laboratoriet:

For industrielle formål produseres gass ved følgende metoder:

1. Termisk dekomponering av metan i nærvær av en katalysator til dens enkle stoffer (verdien av en slik indikator når temperaturen når 350 grader) - hydrogen H2 og karbon C.
2. Å føre dampende vann gjennom koks ved 1000 grader Celsius for å danne karbondioksid CO 2 og H 2 (den vanligste metoden).
3. Konvertering av metangass på en nikkelkatalysator ved temperaturer som når 800 grader.
4. Hydrogen er et biprodukt fra elektrolyse av vandige løsninger av kalium- eller natriumklorider.

Kjemiske interaksjoner: generelle bestemmelser

De fysiske egenskapene til hydrogen forklarer i stor grad dets oppførsel i reaksjonsprosesser med en bestemt forbindelse. Valensen til hydrogen er 1, siden den er lokalisert i den første gruppen i det periodiske systemet, og graden av oksidasjon varierer. I alle forbindelser, unntatt hydrider, er hydrogen i d.o. = (1+), i molekyler av typen CN, CN 2, CN 3 - (1-).

Hydrogengassmolekylet, dannet ved å lage et generalisert elektronpar, består av to atomer og er ganske stabilt energimessig, derfor er det under normale forhold noe inert og reagerer når normale forhold endres. Avhengig av graden av oksidasjon av hydrogen i sammensetningen av andre stoffer, kan det fungere som både et oksidasjonsmiddel og et reduksjonsmiddel.

Stoffer som hydrogen reagerer og dannes med

Elementære interaksjoner for å danne komplekse stoffer (ofte ved forhøyede temperaturer):

1. Alkali og jordalkalimetall + hydrogen = hydrid.
2. Halogen + H 2 = hydrogenhalogenid.
3. Svovel + hydrogen = hydrogensulfid.
4. Oksygen + H 2 = vann.
5. Karbon + hydrogen = metan.
6. Nitrogen + H 2 = ammoniakk.

Interaksjon med komplekse stoffer:

1. Produksjon av syntesegass fra karbonmonoksid og hydrogen.
2. Reduksjon av metaller fra deres oksider ved hjelp av H 2.
3. Metning av umettede alifatiske hydrokarboner med hydrogen.

Hydrogenbinding

De fysiske egenskapene til hydrogen er slik at de tillater det, i kombinasjon med et elektronegativt element, å danne en spesiell type binding med samme atom fra nabomolekyler som har ensomme elektronpar (for eksempel oksygen, nitrogen og fluor). Det klareste eksemplet der det er bedre å vurdere dette fenomenet er vann. Det kan sies å være sydd med hydrogenbindinger, som er svakere enn kovalente eller ioniske, men på grunn av at det er mange av dem, har de en betydelig innvirkning på stoffets egenskaper. I hovedsak er hydrogenbinding en elektrostatisk interaksjon som binder vannmolekyler til dimerer og polymerer, noe som gir opphav til dets høye kokepunkt.

Hydrogen i mineralforbindelser

Alle inneholder et proton, en kation av et atom som hydrogen. Et stoff hvis sure rest har en oksidasjonstilstand større enn (-1) kalles en flerbasisk forbindelse. Den inneholder flere hydrogenatomer, noe som gjør dissosiasjon i vandige løsninger flertrinns. Hvert påfølgende proton blir vanskeligere og vanskeligere å fjerne fra syreresten. Det kvantitative innholdet av hydrogen i mediet bestemmer surheten.

Anvendelse i menneskelige aktiviteter

Sylindre med stoffet, samt beholdere med andre flytende gasser, for eksempel oksygen, har et spesifikt utseende. De er malt mørkegrønne med ordet "hydrogen" skrevet i knallrødt. Gass pumpes inn i en sylinder under et trykk på ca. 150 atmosfærer. De fysiske egenskapene til hydrogen, spesielt lettheten til den gassformige aggregeringstilstanden, brukes til å fylle ballonger, ballonger osv. med det blandet med helium.

Hydrogen, de fysiske og kjemiske egenskapene som folk lærte å bruke for mange år siden, brukes i dag i mange bransjer. Hovedtyngden av det går til produksjon av ammoniakk. Hydrogen deltar også i (hafnium, germanium, gallium, silisium, molybden, wolfram, zirkonium og andre) oksider, som fungerer i reaksjonen som et reduksjonsmiddel, blåsyre og saltsyre, samt kunstig flytende brensel. Matindustrien bruker den til å omdanne vegetabilske oljer til fast fett.

De kjemiske egenskapene og bruken av hydrogen i ulike prosesser for hydrogenering og hydrogenering av fett, kull, hydrokarboner, oljer og fyringsolje ble bestemt. Det brukes til å produsere edelstener, glødelamper og smi og sveise metallprodukter under påvirkning av en oksygen-hydrogenflamme.