Kemikali mali ya hidrojeni. Umuhimu wa hidrojeni katika asili

Ina nafasi yake maalum katika meza ya mara kwa mara, ambayo inaonyesha mali inayoonyesha na inazungumzia muundo wake wa elektroniki. Walakini, kati ya zote kuna atomi moja maalum ambayo inachukua seli mbili mara moja. Iko katika makundi mawili ya vipengele ambavyo ni kinyume kabisa katika mali zao. Hii ni hidrojeni. Vipengele kama hivyo hufanya iwe ya kipekee.

Hydrojeni sio tu kipengele, bali pia ni dutu rahisi, pamoja na sehemu muhimu ya misombo mingi tata, kipengele cha biogenic na organogenic. Kwa hiyo, hebu tuangalie sifa na mali zake kwa undani zaidi.

Hidrojeni kama kipengele cha kemikali

Hidrojeni ni kipengele cha kikundi cha kwanza cha kikundi kikuu, pamoja na kikundi cha saba cha kikundi kikuu katika kipindi kidogo cha kwanza. Kipindi hiki kinajumuisha atomi mbili tu: heliamu na kipengele tunachozingatia. Wacha tueleze sifa kuu za nafasi ya hidrojeni kwenye jedwali la upimaji.

Nambari ya atomiki ya hidrojeni ni 1, idadi ya elektroni ni sawa, na, ipasavyo, idadi ya protoni ni sawa. Uzito wa atomiki - 1.00795. Kuna isotopu tatu za kipengele hiki na namba za molekuli 1, 2, 3. Hata hivyo, mali ya kila mmoja wao ni tofauti sana, kwani ongezeko la wingi hata kwa moja kwa hidrojeni ni mara mbili mara mbili.
Ukweli kwamba ina elektroni moja tu kwenye uso wake wa nje inaruhusu kuonyesha kwa mafanikio mali zote za vioksidishaji na kupunguza. Kwa kuongeza, baada ya kutoa elektroni, inabaki na orbital ya bure, ambayo inashiriki katika malezi ya vifungo vya kemikali kulingana na utaratibu wa wafadhili-kukubali.
Hidrojeni ni wakala wa kupunguza nguvu. Kwa hiyo, nafasi yake kuu inachukuliwa kuwa kundi la kwanza la kikundi kikuu, ambapo huongoza metali nyingi za kazi - alkali.
Walakini, wakati wa kuingiliana na mawakala wenye nguvu wa kinakisishaji, kama vile metali, inaweza pia kuwa wakala wa vioksidishaji, ikikubali elektroni. Misombo hii inaitwa hidridi. Kulingana na kipengele hiki, inaongoza kikundi kidogo cha halojeni ambacho ni sawa.
Kwa sababu ya misa yake ndogo ya atomiki, hidrojeni inachukuliwa kuwa nyenzo nyepesi zaidi. Kwa kuongeza, wiani wake pia ni mdogo sana, kwa hiyo pia ni alama ya wepesi.

Kwa hivyo, ni dhahiri kwamba atomi ya hidrojeni ni kipengele cha pekee kabisa, tofauti na vipengele vingine vyote. Kwa hiyo, mali zake pia ni maalum, na vitu rahisi na ngumu vinavyotengenezwa ni muhimu sana. Hebu tuzifikirie zaidi.

Dutu rahisi

Ikiwa tunazungumza juu ya kipengele hiki kama molekuli, basi lazima tuseme kwamba ni diatomic. Hiyo ni, hidrojeni (dutu rahisi) ni gesi. Fomula yake ya majaribio itaandikwa kama H2, na fomula yake ya picha itaandikwa kupitia uhusiano mmoja wa sigma H-H. Utaratibu wa kuunda dhamana kati ya atomi ni covalent nonpolar.

Marekebisho ya methane ya mvuke.
Gasification ya makaa ya mawe - mchakato unahusisha inapokanzwa makaa ya mawe hadi 1000 0 C, na kusababisha kuundwa kwa hidrojeni na makaa ya juu-kaboni.
Electrolysis. Njia hii inaweza kutumika tu kwa ufumbuzi wa maji ya chumvi mbalimbali, kwani kuyeyuka hakusababisha kutokwa kwa maji kwenye cathode.

Njia za maabara za kutengeneza hidrojeni:

Hydrolysis ya hidridi za chuma.
Athari za asidi ya dilute kwenye metali hai na shughuli za kati.
Mwingiliano wa madini ya alkali na alkali ya ardhini na maji.

Ili kukusanya hidrojeni inayozalishwa, lazima ushikilie bomba la majaribio juu chini. Baada ya yote, gesi hii haiwezi kukusanywa kwa njia sawa na, kwa mfano, dioksidi kaboni. Hii ni hidrojeni, ni nyepesi zaidi kuliko hewa. Huvukiza haraka, na kwa kiasi kikubwa hupuka wakati wa kuchanganywa na hewa. Kwa hiyo, tube ya mtihani inapaswa kupinduliwa. Baada ya kuijaza, lazima imefungwa na kizuizi cha mpira.

Kuangalia usafi wa hidrojeni iliyokusanywa, unapaswa kuleta mechi iliyowaka kwenye shingo. Ikiwa kupiga makofi ni mwanga mdogo na utulivu, inamaanisha kuwa gesi ni safi, na uchafu mdogo wa hewa. Ikiwa ni kubwa na kupiga filimbi, ni chafu, na sehemu kubwa ya vipengele vya kigeni.

Maeneo ya matumizi

Wakati hidrojeni inapochomwa, kiasi kikubwa cha nishati (joto) hutolewa kwamba gesi hii inachukuliwa kuwa mafuta yenye faida zaidi. Aidha, ni rafiki wa mazingira. Hata hivyo, hadi sasa matumizi yake katika eneo hili ni mdogo. Hii ni kutokana na matatizo ambayo hayajafikiriwa vizuri na ambayo hayajatatuliwa ya kuunganisha hidrojeni safi, ambayo inaweza kutumika kama mafuta katika mitambo, injini na vifaa vinavyobebeka, pamoja na boilers za kupokanzwa makazi.

Baada ya yote, mbinu za kuzalisha gesi hii ni ghali kabisa, hivyo kwanza ni muhimu kuendeleza njia maalum ya awali. Moja ambayo itawawezesha kupata bidhaa kwa kiasi kikubwa na kwa gharama ndogo.

Kuna maeneo kadhaa kuu ambayo gesi tunayozingatia hutumiwa.

Mchanganyiko wa kemikali. Hidrojeni hutumika kutengeneza sabuni, majarini na plastiki. Kwa ushiriki wa hidrojeni, methanoli na amonia, pamoja na misombo mingine, huunganishwa.
Katika tasnia ya chakula - kama nyongeza E949.
Sekta ya anga (sayansi ya roketi, utengenezaji wa ndege).
Sekta ya umeme.
Hali ya hewa.
Mafuta rafiki kwa mazingira.

Kwa wazi, hidrojeni ni muhimu kama ilivyo kwa wingi katika asili. Michanganyiko mbalimbali inayounda ina jukumu kubwa zaidi.

Misombo ya hidrojeni

Hizi ni vitu changamano vyenye atomi za hidrojeni. Kuna aina kadhaa kuu za vitu vile.

Halidi za hidrojeni. Fomula ya jumla ni HHal. Ya umuhimu hasa kati yao ni kloridi hidrojeni. Ni gesi ambayo hupasuka katika maji ili kuunda suluhisho la asidi hidrokloric. Asidi hii hutumiwa sana katika karibu mchanganyiko wote wa kemikali. Aidha, wote kikaboni na isokaboni. Kloridi ya hidrojeni ni kiwanja kilicho na fomula ya majaribio ya HCL na ni mojawapo ya kubwa zaidi zinazozalishwa katika nchi yetu kila mwaka. Halidi za hidrojeni pia ni pamoja na iodidi hidrojeni, floridi hidrojeni na bromidi hidrojeni. Wote huunda asidi zinazofanana.
Tete Karibu zote ni gesi zenye sumu. Kwa mfano, sulfidi hidrojeni, methane, silane, phosphine na wengine. Wakati huo huo, huwaka sana.
Hydrides ni misombo yenye metali. Wao ni wa darasa la chumvi.
Hydroksidi: besi, asidi na misombo ya amphoteric. Lazima zina atomi za hidrojeni, moja au zaidi. Mfano: NaOH, K 2, H 2 SO 4 na wengine.
Hidroksidi hidrojeni. Mchanganyiko huu unajulikana zaidi kama maji. Jina lingine ni oksidi ya hidrojeni. Fomula ya majaribio inaonekana kama hii - H 2 O.
Peroxide ya hidrojeni. Hii ni wakala wa oksidi kali, fomula yake ambayo ni H 2 O 2.
Misombo mingi ya kikaboni: hidrokaboni, protini, mafuta, lipids, vitamini, homoni, mafuta muhimu na wengine.

Ni dhahiri kwamba aina mbalimbali za misombo ya kipengele tunachozingatia ni kubwa sana. Hii kwa mara nyingine inathibitisha umuhimu wake wa juu kwa asili na wanadamu, na pia kwa viumbe vyote vilivyo hai.

- hii ni kutengenezea bora

Kama ilivyoelezwa hapo juu, jina la kawaida la dutu hii ni maji. Inajumuisha atomi mbili za hidrojeni na oksijeni moja, iliyounganishwa na vifungo vya polar covalent. Molekuli ya maji ni dipole, hii inaelezea mali nyingi zinazoonyesha. Hasa, ni kutengenezea kwa ulimwengu wote.

Ni katika mazingira ya majini kwamba karibu michakato yote ya kemikali hutokea. Athari za ndani za kimetaboliki ya plastiki na nishati katika viumbe hai pia hufanyika kwa kutumia oksidi ya hidrojeni.

Maji yanazingatiwa kwa usahihi kuwa dutu muhimu zaidi kwenye sayari. Inajulikana kuwa hakuna kiumbe hai kinachoweza kuishi bila hiyo. Duniani inaweza kuwepo katika majimbo matatu ya mkusanyiko:

kioevu;
gesi (mvuke);
imara (barafu).

Kulingana na isotopu ya hidrojeni iliyojumuishwa kwenye molekuli, aina tatu za maji zinajulikana.

Mwanga au protini. Isotopu yenye namba ya molekuli 1. Mfumo - H 2 O. Hii ndiyo fomu ya kawaida ambayo viumbe vyote hutumia.
Deuterium au nzito, fomula yake ni D 2 O. Ina isotopu 2 H.
Super nzito au tritium. Fomula inaonekana kama T 3 O, isotopu - 3 H.

Akiba ya maji safi ya protium kwenye sayari ni muhimu sana. Tayari kuna uhaba wake katika nchi nyingi. Mbinu zinatengenezwa kwa ajili ya kutibu maji ya chumvi ili kuzalisha maji ya kunywa.

Peroxide ya hidrojeni ni dawa ya ulimwengu wote

Kiwanja hiki, kama ilivyotajwa hapo juu, ni wakala bora wa oksidi. Walakini, akiwa na wawakilishi hodari anaweza pia kuishi kama mrejeshaji. Kwa kuongeza, ina athari iliyotamkwa ya baktericidal.

Jina lingine la kiwanja hiki ni peroxide. Ni katika fomu hii ambayo hutumiwa katika dawa. Suluhisho la 3% la hidrati ya fuwele ya kiwanja kinachohusika ni dawa ya matibabu ambayo hutumiwa kutibu majeraha madogo kwa madhumuni ya kuwaangamiza. Hata hivyo, imethibitishwa kuwa hii huongeza muda wa uponyaji wa jeraha.

Peroxide ya hidrojeni pia hutumiwa katika mafuta ya roketi, katika viwanda kwa ajili ya disinfection na blekning, na kama wakala wa kutoa povu kwa ajili ya uzalishaji wa vifaa vinavyofaa (povu, kwa mfano). Zaidi ya hayo, peroksidi husaidia kusafisha aquariums, bleach nywele, na meno meupe. Hata hivyo, husababisha madhara kwa tishu, kwa hiyo haipendekezi na wataalam kwa madhumuni haya.

Uteuzi - H (Hidrojeni);
Jina la Kilatini - Hydrogenium;
Kipindi - mimi;
Kikundi - 1 (Ia);
Uzito wa atomiki - 1.00794;
Nambari ya atomiki - 1;
Radi ya atomiki = 53 pm;
Radi ya Covalent = 32 pm;
Usambazaji wa elektroni - 1s 1;
joto la kuyeyuka = -259.14 ° C;
kiwango cha kuchemsha = -252.87 ° C;
Electronegativity (kulingana na Pauling/kulingana na Alpred na Rochow) = 2.02/-;
Hali ya oksidi: +1; 0; -1;
Uzito (no.) = 0.0000899 g/cm 3;
Kiasi cha molar = 14.1 cm 3 / mol.

Mchanganyiko wa binary wa hidrojeni na oksijeni:

Hydrojeni ("kuzaa maji") iligunduliwa na mwanasayansi wa Kiingereza G. Cavendish mwaka wa 1766. Ni kipengele rahisi zaidi katika asili - atomi ya hidrojeni ina kiini na elektroni moja, ambayo labda ndiyo sababu hidrojeni ni kipengele kikubwa zaidi katika Ulimwengu (uhasibu kwa zaidi ya nusu ya wingi wa nyota nyingi).

Kuhusu hidrojeni tunaweza kusema kwamba "spool ni ndogo, lakini ni ghali." Licha ya "unyenyekevu" wake, hidrojeni hutoa nishati kwa viumbe vyote vilivyo hai Duniani - mmenyuko unaoendelea wa nyuklia hufanyika kwenye Jua wakati ambapo chembe moja ya heliamu huundwa kutoka kwa atomi nne za hidrojeni, mchakato huu unaambatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati. (kwa maelezo zaidi, angalia muunganisho wa Nyuklia).

Katika ukoko wa dunia, sehemu kubwa ya hidrojeni ni 0.15% tu. Wakati huo huo, idadi kubwa mno (95%) ya dutu zote za kemikali zinazojulikana duniani zina atomi moja au zaidi ya hidrojeni.

Katika misombo na zisizo za metali (HCl, H 2 O, CH 4 ...), hidrojeni hutoa elektroni yake pekee kwa vipengele vya elektroni zaidi, kuonyesha hali ya oxidation ya +1 (mara nyingi zaidi), na kutengeneza vifungo vya ushirikiano tu (tazama Covalent dhamana).

Katika misombo na metali (NaH, CaH 2 ...), hidrojeni, kinyume chake, inakubali elektroni nyingine kwenye s-orbital yake pekee, na hivyo kujaribu kukamilisha safu yake ya elektroniki, kuonyesha hali ya oxidation ya -1 (mara chache), mara nyingi huunda kifungo cha ionic (tazama dhamana ya Ionic), kwa sababu tofauti ya elektronegativity ya atomi ya hidrojeni na atomi ya chuma inaweza kuwa kubwa kabisa.

H 2

Katika hali ya gesi, hidrojeni iko katika mfumo wa molekuli za diatomiki, na kutengeneza dhamana isiyo ya polar covalent.

Molekuli za hidrojeni zina:

uhamaji mkubwa;
nguvu kubwa;
polarizability ya chini;
ukubwa mdogo na uzito.

Tabia za gesi ya hidrojeni:

gesi nyepesi zaidi katika asili, isiyo na rangi na harufu;
mumunyifu hafifu katika maji na vimumunyisho vya kikaboni;
hupasuka kwa kiasi kidogo katika metali kioevu na imara (hasa platinamu na palladium);
vigumu kuyeyusha (kutokana na polarizability yake ya chini);
ina conductivity ya juu ya mafuta ya gesi zote zinazojulikana;
inapokanzwa, humenyuka na mengi yasiyo ya metali, kuonyesha mali ya wakala wa kupunguza;
kwa joto la kawaida humenyuka na florini (mlipuko hutokea): H 2 + F 2 = 2HF;
humenyuka na metali ili kuunda hidridi, kuonyesha mali ya vioksidishaji: H 2 + Ca = CaH 2;

Katika misombo, hidrojeni huonyesha mali yake ya kupunguza kwa nguvu zaidi kuliko sifa zake za vioksidishaji. Hidrojeni ni wakala wa kupunguza nguvu zaidi baada ya makaa ya mawe, alumini na kalsiamu. Sifa za kupunguza hidrojeni hutumiwa sana katika tasnia kupata metali na zisizo za metali (vitu rahisi) kutoka kwa oksidi na galidi.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Matendo ya hidrojeni na vitu rahisi

Hydrojeni inakubali elektroni, ikicheza jukumu wakala wa kupunguza, katika majibu:

Na oksijeni(ikiwashwa au mbele ya kichocheo), kwa uwiano wa 2: 1 (hidrojeni:oksijeni) gesi ya kulipuka inayolipuka hutengenezwa: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ.
Na kijivu(inapokanzwa hadi 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
Na klorini(inapowashwa au kuwashwa na miale ya UV): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
Na florini: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
Na nitrojeni(inapokanzwa mbele ya vichocheo au kwa shinikizo la juu): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Haidrojeni hutoa elektroni, ikicheza jukumu wakala wa oksidi, katika majibu na alkali Na ardhi ya alkali metali zilizo na uundaji wa hidridi za chuma - misombo ya ioni ya chumvi-kama chumvi iliyo na ioni za hidridi H - hizi ni dutu nyeupe za fuwele zisizo na msimamo.

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

Sio kawaida kwa hidrojeni kuonyesha hali ya oxidation ya -1. Wakati wa kukabiliana na maji, hidridi hutengana, kupunguza maji kwa hidrojeni. Mwitikio wa hidridi ya kalsiamu na maji ni kama ifuatavyo.

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Matendo ya hidrojeni na dutu tata

kwa joto la juu, hidrojeni hupunguza oksidi nyingi za chuma: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
pombe ya methyl hupatikana kwa mmenyuko wa hidrojeni na monoksidi kaboni (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
Katika athari za hidrojeni, hidrojeni humenyuka pamoja na vitu vingi vya kikaboni.

Milinganyo ya athari za kemikali ya hidrojeni na misombo yake inajadiliwa kwa undani zaidi kwenye ukurasa "Hidrojeni na misombo yake - milinganyo ya athari za kemikali inayohusisha hidrojeni."

Maombi ya hidrojeni

katika nishati ya nyuklia, isotopu za hidrojeni hutumiwa - deuterium na tritium;
katika sekta ya kemikali, hidrojeni hutumiwa kwa ajili ya awali ya vitu vingi vya kikaboni, amonia, kloridi hidrojeni;
katika sekta ya chakula, hidrojeni hutumiwa katika uzalishaji wa mafuta imara kwa njia ya hidrojeni ya mafuta ya mboga;
kwa kulehemu na kukata metali, joto la juu la mwako wa hidrojeni katika oksijeni (2600 ° C) hutumiwa;
katika utengenezaji wa baadhi ya metali, hidrojeni hutumiwa kama wakala wa kupunguza (tazama hapo juu);
kwa kuwa hidrojeni ni gesi nyepesi, hutumika katika angani kama kichungio cha puto, aerostati na vyombo vya anga;
Haidrojeni hutumika kama mafuta yaliyochanganywa na CO.

Hivi karibuni, wanasayansi wamekuwa wakizingatia sana utafutaji wa vyanzo mbadala vya nishati mbadala. Moja ya maeneo ya kuahidi ni nishati ya "hidrojeni", ambayo hidrojeni hutumiwa kama mafuta, bidhaa ya mwako ambayo ni maji ya kawaida.

Njia za kutengeneza hidrojeni

Njia za viwandani za kutengeneza hidrojeni:

ubadilishaji wa methane (kupunguza kichocheo cha mvuke wa maji) na mvuke wa maji kwenye joto la juu (800 ° C) kwenye kichocheo cha nikeli: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
ubadilishaji wa monoksidi kaboni na mvuke wa maji (t=500°C) kwenye kichocheo cha Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2;
mtengano wa joto wa methane: CH 4 = C + 2H 2;
gasification ya mafuta imara (t = 1000 ° C): C + H 2 O = CO + H 2;
electrolysis ya maji (njia ya gharama kubwa sana ambayo hutoa hidrojeni safi sana): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Njia za maabara za kutengeneza hidrojeni:

hatua juu ya metali (kawaida zinki) na hidrokloriki au kuondokana na asidi ya sulfuriki: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
mwingiliano wa mvuke wa maji na vichungi vya chuma vya moto: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

Wakati wa kuanza kuzingatia mali ya kemikali na kimwili ya hidrojeni, ni lazima ieleweke kwamba katika hali yake ya kawaida, kipengele hiki cha kemikali ni katika fomu ya gesi. Gesi ya hidrojeni isiyo na rangi haina harufu na haina ladha. Kwa mara ya kwanza, kipengele hiki cha kemikali kiliitwa hidrojeni baada ya mwanasayansi A. Lavoisier kufanya majaribio ya maji, kama matokeo ambayo sayansi ya dunia ilijifunza kwamba maji ni kioevu cha multicomponent ambacho kina hidrojeni. Tukio hili lilitokea mwaka wa 1787, lakini muda mrefu kabla ya tarehe hii, wanasayansi walijulikana kwa hidrojeni chini ya jina "gesi inayoweza kuwaka."

Haidrojeni katika asili

Kulingana na wanasayansi, hidrojeni iko kwenye ukoko wa dunia na ndani ya maji (takriban 11.2% ya jumla ya kiasi cha maji). Gesi hii ni sehemu ya madini mengi ambayo ubinadamu umekuwa ukichimba kutoka kwenye matumbo ya dunia kwa karne nyingi. Baadhi ya sifa za hidrojeni ni tabia ya mafuta, gesi asilia na udongo, na viumbe vya wanyama na mimea. Lakini katika hali yake safi, ambayo ni, si pamoja na vipengele vingine vya kemikali vya meza ya mara kwa mara, gesi hii ni nadra sana katika asili. Gesi hii inaweza kuja kwenye uso wa dunia wakati wa milipuko ya volkeno. Hidrojeni ya bure iko katika angahewa kwa kiasi kidogo.

Kemikali mali ya hidrojeni

Kwa kuwa mali ya kemikali ya hidrojeni ni tofauti, kipengele hiki cha kemikali ni cha kundi la I la mfumo wa Mendeleev na kundi la VII la mfumo. Kama mwanachama wa kikundi cha kwanza, hidrojeni kimsingi ni chuma cha alkali ambacho kina hali ya oksidi ya +1 katika misombo mingi ambayo hupatikana. Valency sawa ni tabia ya sodiamu na metali nyingine za alkali. Kutokana na mali hizi za kemikali, hidrojeni inachukuliwa kuwa kipengele sawa na metali hizi.

Ikiwa tunazungumzia kuhusu hidridi za chuma, basi ioni ya hidrojeni ina valency hasi - hali yake ya oxidation ni -1. Na+H- imejengwa kulingana na mpango sawa na Na+Cl- kloridi. Ukweli huu ndio sababu ya kugawa hidrojeni kwa kikundi VII cha mfumo wa upimaji. Hydrojeni, ikiwa katika hali ya molekuli, mradi iko katika mazingira ya kawaida, haifanyi kazi, na inaweza tu kuchanganya na zisizo za metali ambazo zinafanya kazi zaidi kwa ajili yake. Metali hizi ni pamoja na fluorine mbele ya mwanga, hidrojeni inachanganya na klorini. Ikiwa hidrojeni inapokanzwa, inakuwa kazi zaidi, ikijibu na vipengele vingi vya jedwali la mara kwa mara la Mendeleev.

Hidrojeni ya atomiki huonyesha mali amilifu zaidi ya kemikali kuliko hidrojeni ya molekuli. Molekuli za oksijeni huunda maji - H2 + 1/2O2 = H2O. Wakati hidrojeni inapoingiliana na halojeni, halidi za hidrojeni H2 + Cl2 = 2HCl huundwa, na hidrojeni huingia kwenye mmenyuko huu kwa kukosekana kwa mwanga na kwa joto la juu hasi - hadi -252 ° C. Sifa za kemikali za hidrojeni hufanya iwezekanavyo kuitumia kwa kupunguzwa kwa metali nyingi, kwani inapoguswa, hidrojeni inachukua oksijeni kutoka kwa oksidi za chuma, kwa mfano, CuO + H2 = Cu + H2O. Hidrojeni inashiriki katika uundaji wa amonia kwa kuingiliana na nitrojeni katika mmenyuko ZH2 + N2 = 2NH3, lakini mradi kichocheo kinatumiwa na joto na shinikizo huongezeka.

Mmenyuko mkali hutokea wakati hidrojeni humenyuka na sulfuri katika majibu H2 + S = H2S, ambayo husababisha sulfidi hidrojeni. Mwingiliano wa hidrojeni na tellurium na selenium ni chini ya kazi kidogo. Ikiwa hakuna kichocheo, basi humenyuka na kaboni safi, hidrojeni tu chini ya hali ya kuwa joto la juu linaundwa. 2H2 + C (amofasi) = CH4 (methane). Wakati wa shughuli ya hidrojeni na baadhi ya alkali na metali nyingine, hidridi hupatikana, kwa mfano, H2 + 2Li = 2LiH.

Mali ya kimwili ya hidrojeni

Hidrojeni ni kemikali nyepesi sana. Angalau, wanasayansi wanasema kwamba kwa sasa, hakuna dutu nyepesi kuliko hidrojeni. Uzito wake ni mara 14.4 nyepesi kuliko hewa, wiani wake ni 0.0899 g/l kwa 0 ° C. Katika joto la -259.1 ° C, hidrojeni ina uwezo wa kuyeyuka - hii ni joto muhimu sana, ambalo si la kawaida kwa mabadiliko ya misombo ya kemikali nyingi kutoka hali moja hadi nyingine. Kipengele tu kama vile heliamu kinazidi mali ya kimwili ya hidrojeni katika suala hili. Liquefaction ya hidrojeni ni vigumu, kwa kuwa joto lake muhimu ni (-240 ° C). Hidrojeni ndiyo gesi inayopitisha joto zaidi inayojulikana kwa wanadamu. Sifa zote zilizoelezwa hapo juu ni mali muhimu zaidi ya kimwili ya hidrojeni ambayo hutumiwa na wanadamu kwa madhumuni maalum. Pia, mali hizi ni muhimu zaidi kwa sayansi ya kisasa.

Hydrojeni iligunduliwa katika nusu ya pili ya karne ya 18 na mwanasayansi wa Kiingereza katika uwanja wa fizikia na kemia G. Cavendish. Aliweza kutenganisha dutu hii katika hali yake safi, akaanza kuisoma na kuelezea mali zake.

Hii ni hadithi ya ugunduzi wa hidrojeni. Wakati wa majaribio, mtafiti aliamua kuwa ni gesi inayowaka, mwako ambao katika hewa hutoa maji. Hii ilisababisha uamuzi wa muundo wa ubora wa maji.

hidrojeni ni nini

Mwanakemia Mfaransa A. Lavoisier alitangaza kwa mara ya kwanza hidrojeni kuwa dutu sahili mnamo 1784, kwa kuwa aliamua kwamba molekuli yake ina atomi za aina moja.

Jina la kipengele cha kemikali katika Kilatini husikika kama hidrojeni (soma "hydrogenium"), ambayo inamaanisha "kutoa maji." Jina linamaanisha mmenyuko wa mwako ambao hutoa maji.

Tabia za hidrojeni

Uteuzi wa hidrojeni N. Mendeleev alitoa nambari ya kwanza ya atomiki kwa kipengele hiki cha kemikali, akiiweka katika kikundi kikuu cha kikundi cha kwanza na kipindi cha kwanza na kwa masharti katika kikundi kikuu cha kikundi cha saba.

Uzito wa atomiki (misa ya atomiki) ya hidrojeni ni 1.00797. Uzito wa molekuli ya H2 ni 2 a. e. Uzito wa molar ni sawa na idadi yake.

Inawakilishwa na isotopu tatu ambazo zina jina maalum: protium ya kawaida (H), deuterium nzito (D), tritium ya mionzi (T).

Ni kipengele cha kwanza ambacho kinaweza kutengwa kabisa katika isotopu kwa njia rahisi. Inategemea tofauti kubwa katika wingi wa isotopu. Mchakato huo ulifanyika kwa mara ya kwanza mnamo 1933. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba tu mwaka wa 1932 isotopu yenye molekuli 2 iligunduliwa.

Tabia za kimwili

Katika hali ya kawaida, dutu rahisi ya hidrojeni katika mfumo wa molekuli za diatomiki ni gesi, isiyo na rangi, isiyo na ladha na isiyo na harufu. Kidogo mumunyifu katika maji na vimumunyisho vingine.

Joto la Crystallization - 259.2 o C, kiwango cha kuchemsha - 252.8 o C. Kipenyo cha molekuli za hidrojeni ni ndogo sana kwamba zina uwezo wa kuenea polepole kupitia idadi ya vifaa (mpira, kioo, metali). Mali hii hutumiwa wakati ni muhimu kusafisha hidrojeni kutoka kwa uchafu wa gesi. Wakati n. u. hidrojeni ina wiani wa 0.09 kg/m3.

Je, inawezekana kubadilisha hidrojeni kuwa chuma kwa mlinganisho na vipengele vilivyo katika kundi la kwanza? Wanasayansi wamegundua kuwa hidrojeni, chini ya hali wakati shinikizo linakaribia anga milioni 2, huanza kunyonya mionzi ya infrared, ambayo inaonyesha polarization ya molekuli ya dutu. Pengine, kwa shinikizo la juu zaidi, hidrojeni itakuwa chuma.

Hii inavutia: kuna dhana kwamba kwenye sayari kubwa, Jupiter na Zohali, hidrojeni hupatikana kwa namna ya chuma. Inachukuliwa kuwa hidrojeni ngumu ya metali pia iko kwenye msingi wa dunia, kwa sababu ya shinikizo la juu-juu linaloundwa na vazi la dunia.

Tabia za kemikali

Dutu zote mbili rahisi na ngumu huingia katika mwingiliano wa kemikali na hidrojeni. Lakini shughuli ya chini ya hidrojeni inahitaji kuongezeka kwa kuunda hali zinazofaa - kuongeza joto, kwa kutumia vichocheo, nk.

Inapokanzwa, vitu rahisi kama vile oksijeni (O 2), klorini (Cl 2), nitrojeni (N 2), salfa (S) humenyuka pamoja na hidrojeni.

Ikiwa utawasha hidrojeni safi mwishoni mwa bomba la gesi kwenye hewa, itawaka sawasawa, lakini kwa urahisi sana. Ikiwa utaweka bomba la gesi kwenye anga ya oksijeni safi, basi mwako utaendelea na malezi ya matone ya maji kwenye kuta za chombo, kama matokeo ya majibu:

Mwako wa maji unafuatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto. Huu ni mmenyuko wa kiwanja exothermic ambapo hidrojeni hutiwa oksidi na oksijeni kuunda oksidi H 2 O. Pia ni mmenyuko wa redox ambapo hidrojeni hutiwa oksidi na oksijeni hupunguzwa.

Mwitikio na Cl 2 hutokea vile vile kuunda kloridi hidrojeni.

Kuingiliana kwa nitrojeni na hidrojeni inahitaji joto la juu na shinikizo la juu, pamoja na kuwepo kwa kichocheo. Matokeo yake ni amonia.

Kama matokeo ya mmenyuko na sulfuri, sulfidi hidrojeni huundwa, utambuzi wa ambayo inawezeshwa na harufu ya tabia ya mayai yaliyooza.

Hali ya oxidation ya hidrojeni katika athari hizi ni +1, na katika hidridi iliyoelezwa hapa chini - 1.

Wakati wa kukabiliana na metali fulani, hidridi huundwa, kwa mfano, hidridi ya sodiamu - NaH. Baadhi ya misombo hii changamano hutumiwa kama mafuta ya roketi, na pia katika nishati ya nyuklia.

Hidrojeni pia humenyuka pamoja na dutu kutoka kwa jamii changamano. Kwa mfano, na oksidi ya shaba (II), formula CuO. Ili kutekeleza majibu, hidrojeni ya shaba hupitishwa juu ya oksidi ya shaba iliyotiwa joto (II). Wakati wa mwingiliano, reagent hubadilisha rangi yake na inakuwa nyekundu-kahawia, na matone ya maji hukaa kwenye kuta za baridi za tube ya mtihani.

Hidrojeni hutiwa oksidi wakati wa mmenyuko, kutengeneza maji, na shaba hupunguzwa kutoka kwa oksidi hadi dutu rahisi (Cu).

Maombi

Haidrojeni ni muhimu sana kwa wanadamu na hutumiwa katika nyanja mbalimbali:

Katika uzalishaji wa kemikali ni malighafi, katika viwanda vingine ni mafuta. Makampuni ya kusafisha mafuta na mafuta hayawezi kufanya bila hidrojeni.
Katika tasnia ya nguvu ya umeme, dutu hii rahisi hufanya kama wakala wa baridi.
Katika madini ya feri na zisizo na feri, hidrojeni ina jukumu la wakala wa kupunguza.
Hii husaidia kuunda mazingira ya ajizi wakati wa kufunga bidhaa.
Sekta ya dawa - hutumia hidrojeni kama kitendanishi katika utengenezaji wa peroksidi ya hidrojeni.
Puto za hali ya hewa hujazwa na gesi hii nyepesi.
Kipengele hiki pia kinajulikana kama kipunguza mafuta kwa injini za roketi.

Wanasayansi wanatabiri kwa kauli moja kwamba mafuta ya hidrojeni yataongoza katika sekta ya nishati.

Risiti katika sekta

Katika sekta, hidrojeni huzalishwa na electrolysis, ambayo inakabiliwa na kloridi au hidroksidi za metali za alkali kufutwa katika maji. Inawezekana pia kupata hidrojeni moja kwa moja kutoka kwa maji kwa kutumia njia hii.

Uongofu wa coke au methane na mvuke wa maji hutumiwa kwa madhumuni haya. Mtengano wa methane katika joto la juu pia hutoa hidrojeni. Liquefaction ya gesi ya tanuri ya coke kwa njia ya sehemu pia hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa hidrojeni.

Imepatikana katika maabara

Katika maabara, kifaa cha Kipp kinatumika kuzalisha hidrojeni.

Vitendanishi ni asidi hidrokloriki au sulfuriki na zinki. Mmenyuko huzalisha hidrojeni.

Kupata hidrojeni katika asili

Hidrojeni ni ya kawaida zaidi kuliko kipengele kingine chochote katika Ulimwengu. Wingi wa nyota, pamoja na Jua, na miili mingine ya ulimwengu ni hidrojeni.

Katika ukoko wa dunia ni 0.15% tu. Ipo katika madini mengi, katika vitu vyote vya kikaboni, na pia katika maji, ambayo inashughulikia 3/4 ya uso wa sayari yetu.

Athari za hidrojeni safi zinaweza kupatikana katika anga ya juu. Pia hupatikana katika idadi ya gesi asilia zinazoweza kuwaka.

Hidrojeni ya gesi ndiyo mnene zaidi, na hidrojeni kioevu ndio dutu mnene zaidi kwenye sayari yetu. Kwa msaada wa hidrojeni, unaweza kubadilisha sauti ya sauti yako ikiwa utaivuta na kuzungumza unapopumua.

Bomu la hidrojeni lenye nguvu zaidi linatokana na mgawanyiko wa atomi nyepesi zaidi.

Hidrojeni H ni kipengele cha kemikali, mojawapo ya kawaida zaidi katika Ulimwengu wetu. Wingi wa hidrojeni kama kipengele katika utungaji wa dutu ni 75% ya jumla ya maudhui ya atomi za aina nyingine. Ni sehemu ya kiwanja muhimu na muhimu zaidi kwenye sayari - maji. Kipengele tofauti cha hidrojeni pia ni kipengele cha kwanza katika mfumo wa mara kwa mara wa D.I.

Ugunduzi na uchunguzi

Kutajwa kwa kwanza kwa hidrojeni katika maandishi ya Paracelsus kulianza karne ya kumi na sita. Lakini kutengwa kwake na mchanganyiko wa gesi ya hewa na utafiti wa mali zinazowaka ulifanyika tayari katika karne ya kumi na saba na mwanasayansi Lemery. Haidrojeni ilichunguzwa kwa kina na mwanakemia wa Kiingereza, mwanafizikia na mwanasayansi wa asili ambaye alithibitisha kwa majaribio kwamba wingi wa hidrojeni ni mdogo zaidi kwa kulinganisha na gesi nyingine. Katika hatua zilizofuata za maendeleo ya sayansi, wanasayansi wengi walifanya kazi naye, haswa Lavoisier, ambaye alimwita "mzalishaji wa maji."

Sifa kwa nafasi katika PSHE

Kipengele kinachofungua jedwali la mara kwa mara la D.I. Sifa za kimwili na kemikali za atomi zinaonyesha uwili fulani, kwani hidrojeni huainishwa wakati huo huo kuwa ya kikundi cha kwanza, kikundi kikuu, ikiwa hufanya kama chuma na kutoa elektroni moja katika mchakato wa mmenyuko wa kemikali, na. hadi ya saba - katika kesi ya kujazwa kamili kwa ganda la valence, ambayo ni, kukubalika kwa chembe hasi, ambayo ni sifa ya kuwa sawa na halojeni.

Makala ya muundo wa elektroniki wa kipengele

Mali ya dutu ngumu ambayo imejumuishwa, na ya dutu rahisi H2, kimsingi imedhamiriwa na usanidi wa elektroniki wa hidrojeni. Chembe ina elektroni moja yenye Z= (-1), ambayo huzunguka katika obiti yake kuzunguka kiini kilicho na protoni moja yenye uzito wa kitengo na chaji chanya (+1). Usanidi wake wa kielektroniki umeandikwa kama 1s 1, ambayo inamaanisha uwepo wa chembe moja hasi katika s-orbital ya kwanza na ya pekee ya hidrojeni.

Wakati elektroni inapoondolewa au kutolewa, na atomi ya kipengele hiki ina mali hiyo ambayo inahusiana na metali, cation inapatikana. Kwa asili, ioni ya hidrojeni ni chembe chanya ya msingi. Kwa hiyo, hidrojeni iliyonyimwa elektroni inaitwa tu protoni.

Tabia za kimwili

Ili kuelezea hidrojeni kwa ufupi, ni gesi isiyo na rangi, mumunyifu kidogo na molekuli ya atomiki ya jamaa ya 2, 14.5 mara nyepesi kuliko hewa, na joto la liquefaction ya -252.8 digrii Celsius.

Kutokana na uzoefu unaweza kuthibitisha kwa urahisi kuwa H 2 ndiyo nyepesi zaidi. Ili kufanya hivyo, inatosha kujaza mipira mitatu na vitu mbalimbali - hidrojeni, dioksidi kaboni, hewa ya kawaida - na wakati huo huo kutolewa kutoka kwa mkono wako. Ile iliyojazwa na CO 2 itafikia ardhi kwa kasi zaidi, baada yake ile iliyochangiwa na mchanganyiko wa hewa itashuka, na ile iliyo na H 2 itapanda hadi dari.

Uzito mdogo na ukubwa wa chembe za hidrojeni huhalalisha uwezo wake wa kupenya vitu mbalimbali. Kutumia mfano wa mpira huo huo, ni rahisi kudhibitisha hii baada ya siku kadhaa itapungua yenyewe, kwani gesi itapita tu kwenye mpira. Hidrojeni pia inaweza kujilimbikiza katika muundo wa baadhi ya metali (palladium au platinamu), na kuyeyuka kutoka humo joto linapoongezeka.

Mali ya umumunyifu mdogo wa hidrojeni hutumiwa katika mazoezi ya maabara ili kuitenga kwa kuondoa hidrojeni (meza iliyoonyeshwa hapa chini ina vigezo kuu) ili kuamua upeo wa matumizi yake na mbinu za uzalishaji.

Parameta ya atomi au molekuli ya dutu rahisi	Maana
Uzito wa atomiki (molar molekuli)	1.008 g/mol
Usanidi wa kielektroniki	1 kis 1
Latisi ya kioo	Hexagonal
Conductivity ya joto	(K300) 0.1815 W/(m K)
Msongamano katika n. u.	0.08987 g/l
Kiwango cha kuchemsha	-252.76 °C
Joto maalum la mwako	120.9 10 6 J/kg
Kiwango myeyuko	-259.2 °C
Umumunyifu katika maji	18.8 ml/l

Muundo wa isotopiki

Kama wawakilishi wengine wengi wa mfumo wa upimaji wa vitu vya kemikali, hidrojeni ina isotopu kadhaa za asili, ambayo ni, atomi zilizo na idadi sawa ya protoni kwenye kiini, lakini idadi tofauti ya neutroni - chembe zilizo na malipo ya sifuri na misa ya kitengo. Mfano wa atomi zilizo na mali sawa ni oksijeni, kaboni, klorini, bromini na zingine, pamoja na zile za mionzi.

Mali ya kimwili ya hidrojeni 1H, ya kawaida ya wawakilishi wa kundi hili, hutofautiana kwa kiasi kikubwa kutokana na sifa sawa za wenzao. Hasa, sifa za vitu vilivyomo hutofautiana. Kwa hivyo, kuna maji ya kawaida na yaliyopunguzwa, ambayo yana, badala ya atomi ya hidrojeni yenye protoni moja, deuterium 2 H - isotopu yake yenye chembe mbili za msingi: chanya na isiyo na malipo. Isotopu hii ni nzito mara mbili kuliko hidrojeni ya kawaida, ambayo inaelezea tofauti kubwa katika mali ya misombo wanayounda. Kwa asili, deuterium hupatikana mara 3200 chini ya mara kwa mara kuliko hidrojeni. Mwakilishi wa tatu ni tritium 3H ina nyutroni mbili na protoni moja katika kiini chake.

Mbinu za uzalishaji na kutengwa

Njia za maabara na viwanda ni tofauti kabisa. Kwa hivyo, gesi huzalishwa kwa kiasi kidogo hasa kwa njia ya athari zinazohusisha dutu za madini, wakati uzalishaji mkubwa hutumia awali ya kikaboni kwa kiasi kikubwa.

Mwingiliano wa kemikali ufuatao hutumiwa katika maabara:

Kwa madhumuni ya viwanda, gesi hutolewa kwa njia zifuatazo:

Mtengano wa joto wa methane mbele ya kichocheo kwa vitu vyake rahisi (thamani ya kiashiria kama joto hufikia digrii 350) - hidrojeni H2 na kaboni C.
Kupitisha maji yenye mvuke kupitia koka kwa nyuzijoto 1000 za Selsiasi ili kuunda kaboni dioksidi CO 2 na H 2 (njia inayojulikana zaidi).
Ubadilishaji wa gesi ya methane kwenye kichocheo cha nikeli kwa joto linalofikia digrii 800.
Hidrojeni ni bidhaa kutoka kwa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya kloridi ya potasiamu au sodiamu.

Mwingiliano wa kemikali: masharti ya jumla

Sifa za kimwili za hidrojeni kwa kiasi kikubwa huelezea tabia yake katika michakato ya majibu na kiwanja fulani. Valency ya hidrojeni ni 1, kwa kuwa iko katika kundi la kwanza katika meza ya mara kwa mara, na kiwango cha oxidation kinatofautiana. Katika misombo yote, isipokuwa hidridi, hidrojeni katika d.o = (1+), katika molekuli za aina CN, CN 2, CN 3 - (1-).

Molekuli ya gesi ya hidrojeni, inayoundwa kwa kuunda jozi ya elektroni ya jumla, ina atomi mbili na ni imara kabisa kwa nguvu, ndiyo sababu katika hali ya kawaida ni ajizi kwa kiasi fulani na humenyuka wakati hali ya kawaida inabadilika. Kulingana na kiwango cha oxidation ya hidrojeni katika utungaji wa vitu vingine, inaweza kufanya kama wakala wa vioksidishaji na wakala wa kupunguza.

Dutu ambazo hidrojeni humenyuka na kuunda

Mwingiliano wa kimsingi kuunda vitu ngumu (mara nyingi kwa joto la juu):

Alkali na chuma cha alkali duniani + hidrojeni = hidridi.
Halojeni + H 2 = halidi hidrojeni.
Sulfuri + hidrojeni = sulfidi hidrojeni.
Oksijeni + H 2 = maji.
Kaboni + hidrojeni = methane.
Nitrojeni + H 2 = amonia.

Mwingiliano na vitu ngumu:

Uzalishaji wa gesi ya awali kutoka kwa monoksidi kaboni na hidrojeni.
Kupunguza metali kutoka kwa oksidi zao kwa kutumia H 2.
Kueneza kwa hidrojeni ya hidrokaboni za aliphatic zisizojaa.

Dhamana ya hidrojeni

Sifa za kimwili za hidrojeni ni kwamba huiruhusu, wakati inapojumuishwa na kipengele cha elektroni, kuunda aina maalum ya dhamana na atomi sawa kutoka kwa molekuli za jirani ambazo zina jozi za elektroni pekee (kwa mfano, oksijeni, nitrojeni na fluorine). Mfano wazi zaidi ambao ni bora kuzingatia jambo hili ni maji. Inaweza kusema kuwa imeunganishwa na vifungo vya hidrojeni, ambazo ni dhaifu zaidi kuliko zile za covalent au ionic, lakini kutokana na ukweli kwamba kuna wengi wao, wana athari kubwa juu ya mali ya dutu. Kimsingi, uunganishaji wa hidrojeni ni mwingiliano wa kielektroniki ambao hufunga molekuli za maji kuwa dimers na polima, na kusababisha kiwango chake cha juu cha kuchemka.

Hidrojeni katika misombo ya madini

Vyote vina protoni - cation ya atomi kama vile hidrojeni. Dutu ambayo mabaki ya asidi yana hali ya oksidi kubwa kuliko (-1) inaitwa kiwanja cha polibasic. Ina atomi kadhaa za hidrojeni, ambayo hufanya kutengana katika ufumbuzi wa maji kwa hatua nyingi. Kila protoni inayofuata inakuwa ngumu zaidi na zaidi kuondoa kutoka kwa mabaki ya asidi. Maudhui ya kiasi cha hidrojeni katikati huamua asidi yake.

Maombi katika shughuli za kibinadamu

Mitungi yenye dutu hii, pamoja na vyombo vilivyo na gesi iliyoyeyuka, kama vile oksijeni, vina mwonekano maalum. Zimepakwa rangi ya kijani kibichi na neno "Hydrojeni" limeandikwa kwa rangi nyekundu. Gesi hutupwa kwenye silinda kwa shinikizo la angahewa 150 hivi. Sifa za kimaumbile za hidrojeni, haswa wepesi wa hali ya mkusanyiko wa gesi, hutumiwa kujaza puto, puto, n.k. nayo ikichanganywa na heliamu.

Hidrojeni, mali ya kimwili na kemikali ambayo watu walijifunza kutumia miaka mingi iliyopita, kwa sasa hutumiwa katika viwanda vingi. Wingi wake huenda kwa uzalishaji wa amonia. Hidrojeni pia inashiriki katika (hafnium, germanium, gallium, silicon, molybdenum, tungsten, zirconium na wengine) oksidi, ikitenda kama wakala wa kupunguza, asidi ya hydrocyanic na hidrokloriki, pamoja na mafuta ya kioevu ya bandia. Sekta ya chakula hutumia kubadilisha mafuta ya mboga kuwa mafuta ngumu.

Sifa za kemikali na matumizi ya hidrojeni katika michakato mbalimbali ya hidrojeni na hidrojeni ya mafuta, makaa, hidrokaboni, mafuta na mafuta ya mafuta yalitambuliwa. Inatumika kuzalisha mawe ya thamani, taa za incandescent, na kutengeneza na kulehemu bidhaa za chuma chini ya ushawishi wa moto wa oksijeni-hidrojeni.