คุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจน ความสำคัญของไฮโดรเจนในธรรมชาติ

มีตำแหน่งเฉพาะของตัวเองในตารางธาตุ ซึ่งสะท้อนถึงคุณสมบัติที่จัดแสดงและพูดถึงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตามในบรรดาทั้งหมดนี้มีอะตอมพิเศษหนึ่งอะตอมที่ครอบครองสองเซลล์ในคราวเดียว ตั้งอยู่ในองค์ประกอบสองกลุ่มที่มีคุณสมบัติตรงข้ามกันโดยสิ้นเชิง นี่คือไฮโดรเจน คุณสมบัติดังกล่าวทำให้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

ไฮโดรเจนไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบ แต่ยังเป็นสารอย่างง่าย เช่นเดียวกับเป็นส่วนสำคัญของสารประกอบเชิงซ้อนหลายชนิด ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพและออร์แกนิก ดังนั้นให้เราพิจารณาลักษณะและคุณสมบัติของมันโดยละเอียดยิ่งขึ้น

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมี

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มแรกของกลุ่มย่อยหลัก เช่นเดียวกับกลุ่มที่เจ็ดของกลุ่มย่อยหลักในช่วงรองแรก ช่วงนี้ประกอบด้วยอะตอมเพียงสองอะตอมเท่านั้น: ฮีเลียมและองค์ประกอบที่เรากำลังพิจารณา ให้เราอธิบายคุณสมบัติหลักของตำแหน่งของไฮโดรเจนในตารางธาตุ

1. เลขอะตอมของไฮโดรเจนคือ 1 จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน ดังนั้นจำนวนโปรตอนจึงเท่ากัน มวลอะตอม - 1.00795 องค์ประกอบนี้มีไอโซโทปสามไอโซโทปที่มีมวล 1, 2, 3 อย่างไรก็ตามคุณสมบัติของแต่ละไอโซโทปนั้นแตกต่างกันมากเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของมวลแม้ทีละหนึ่งสำหรับไฮโดรเจนจะเพิ่มเป็นสองเท่าในทันที
2. ความจริงที่ว่ามันมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวบนพื้นผิวด้านนอกทำให้สามารถแสดงคุณสมบัติทั้งออกซิไดซ์และรีดิวซ์ได้สำเร็จ นอกจากนี้หลังจากบริจาคอิเล็กตรอนแล้วจะยังคงอยู่ในวงโคจรอิสระซึ่งมีส่วนในการก่อตัวของพันธะเคมีตามกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ
3. ไฮโดรเจนเป็นตัวรีดิวซ์ที่รุนแรง ดังนั้นสถานที่หลักจึงถือเป็นกลุ่มแรกของกลุ่มย่อยหลักซึ่งเป็นโลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด - อัลคาไล
4. อย่างไรก็ตาม เมื่อทำปฏิกิริยากับสารรีดิวซ์ที่แรง เช่น โลหะ ก็อาจเป็นตัวออกซิไดซ์ที่รับอิเล็กตรอนได้เช่นกัน สารประกอบเหล่านี้เรียกว่าไฮไดรด์ ตามคุณลักษณะนี้ จะเป็นหัวหน้ากลุ่มย่อยของฮาโลเจนที่มีความคล้ายคลึงกัน
5. เนื่องจากมีมวลอะตอมที่เล็กมาก ไฮโดรเจนจึงถือเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุด นอกจากนี้ความหนาแน่นยังต่ำมาก ดังนั้นจึงเป็นเกณฑ์มาตรฐานด้านความสว่างด้วย

ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าอะตอมไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวไม่เหมือนองค์ประกอบอื่นทั้งหมด ด้วยเหตุนี้จึงมีคุณสมบัติพิเศษเช่นกัน และสารที่เกิดขึ้นง่ายและซับซ้อนก็มีความสำคัญมาก ลองพิจารณาเพิ่มเติม

สารง่ายๆ

ถ้าเราพูดถึงองค์ประกอบนี้ว่าเป็นโมเลกุล เราต้องบอกว่ามันเป็นไดอะตอมมิก นั่นคือไฮโดรเจน (สารเชิงเดี่ยว) ก็คือก๊าซ สูตรเชิงประจักษ์ของมันจะเขียนเป็น H2 และสูตรกราฟิกของมันจะเขียนผ่านความสัมพันธ์ซิกมา H-H เดียว กลไกการเกิดพันธะระหว่างอะตอมเป็นแบบโควาเลนต์ไม่มีขั้ว

1. การปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ
2. การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน - กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนถ่านหินถึง 1,000 0 C ส่งผลให้เกิดไฮโดรเจนและถ่านหินคาร์บอนสูง
3. กระแสไฟฟ้า วิธีนี้สามารถใช้ได้กับสารละลายน้ำที่มีเกลือต่างๆ เท่านั้น เนื่องจากการละลายจะไม่ทำให้น้ำไหลออกที่แคโทด

วิธีการผลิตไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ:

1. การไฮโดรไลซิสของโลหะไฮไดรด์
2. ผลของกรดเจือจางต่อโลหะออกฤทธิ์และกิจกรรมปานกลาง
3. ปฏิกิริยาระหว่างโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทกับน้ำ

ในการรวบรวมไฮโดรเจนที่ผลิตได้ คุณต้องคว่ำหลอดทดลองลง ท้ายที่สุดแล้ว ก๊าซนี้ไม่สามารถรวบรวมได้ในลักษณะเดียวกับ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ นี่คือไฮโดรเจน เบากว่าอากาศมาก มันระเหยอย่างรวดเร็วและระเบิดในปริมาณมากเมื่อผสมกับอากาศ ดังนั้นควรกลับด้านหลอดทดลอง หลังจากเติมแล้วจะต้องปิดด้วยจุกยาง

หากต้องการตรวจสอบความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนที่รวบรวมมา คุณควรนำไม้ขีดไฟติดไว้ที่คอ หากการตบมือทื่อและเงียบ แสดงว่าก๊าซสะอาดและมีสิ่งสกปรกในอากาศน้อยที่สุด หากเสียงดังและผิวปากก็สกปรกโดยมีส่วนประกอบแปลกปลอมเป็นสัดส่วนมาก

พื้นที่ใช้งาน

เมื่อไฮโดรเจนถูกเผา พลังงาน (ความร้อน) จำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาจนก๊าซนี้ถือเป็นเชื้อเพลิงที่ทำกำไรได้มากที่สุด นอกจากนี้ยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบันการใช้งานในพื้นที่นี้ยังมีจำกัด นี่เป็นเพราะปัญหาของการสังเคราะห์ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ที่คิดไม่ถึงและยังไม่ได้รับการแก้ไข ซึ่งจะเหมาะสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องยนต์ และอุปกรณ์พกพา เช่นเดียวกับหม้อต้มน้ำร้อนที่อยู่อาศัย

ท้ายที่สุดแล้ววิธีการผลิตก๊าซนี้มีราคาค่อนข้างแพง ดังนั้นก่อนอื่นจึงจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการสังเคราะห์พิเศษก่อน สิ่งหนึ่งที่จะช่วยให้คุณได้รับผลิตภัณฑ์ในปริมาณมากและมีต้นทุนน้อยที่สุด

มีหลายประเด็นหลักที่ใช้ก๊าซที่เรากำลังพิจารณาอยู่

1. การสังเคราะห์ทางเคมี การเติมไฮโดรเจนใช้ในการผลิตสบู่ มาการีน และพลาสติก ด้วยการสังเคราะห์ไฮโดรเจนเมทานอลและแอมโมเนียรวมถึงสารประกอบอื่น ๆ
2. ในอุตสาหกรรมอาหาร - เป็นสารเติมแต่ง E949
3. อุตสาหกรรมการบิน (วิทยาศาสตร์จรวด การผลิตเครื่องบิน)
4. อุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า.
5. อุตุนิยมวิทยา.
6. เชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

แน่นอนว่าไฮโดรเจนมีความสำคัญพอๆ กับที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ สารประกอบต่างๆ ที่ก่อตัวขึ้นมีบทบาทมากยิ่งขึ้น

สารประกอบไฮโดรเจน

เหล่านี้เป็นสารเชิงซ้อนที่มีอะตอมไฮโดรเจน สารดังกล่าวมีหลายประเภทหลัก

1. ไฮโดรเจนเฮไลด์ สูตรทั่วไปคือ HHal สิ่งที่สำคัญที่สุดในหมู่พวกเขาคือไฮโดรเจนคลอไรด์ เป็นก๊าซที่ละลายในน้ำจนเกิดเป็นสารละลายกรดไฮโดรคลอริก กรดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์ทางเคมีเกือบทั้งหมด นอกจากนี้ทั้งอินทรีย์และอนินทรีย์ ไฮโดรเจนคลอไรด์เป็นสารประกอบที่มีสูตรเชิงประจักษ์ HCL และเป็นหนึ่งในสารประกอบที่ผลิตที่ใหญ่ที่สุดในประเทศของเราทุกปี ไฮโดรเจนเฮไลด์ยังรวมถึงไฮโดรเจนไอโอไดด์ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ และไฮโดรเจนโบรไมด์ พวกมันทั้งหมดก่อตัวเป็นกรดที่สอดคล้องกัน
2. ระเหยง่าย เกือบทั้งหมดเป็นก๊าซพิษค่อนข้างมาก ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ มีเทน ไซเลน ฟอสฟีน และอื่นๆ ขณะเดียวกันก็มีสารไวไฟมาก
3. ไฮไดรด์เป็นสารประกอบกับโลหะ พวกมันอยู่ในกลุ่มเกลือ
4. ไฮดรอกไซด์: เบส กรด และสารประกอบแอมโฟเทอริก พวกมันจำเป็นต้องมีอะตอมของไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งอะตอม ตัวอย่าง: NaOH, K 2, H 2 SO 4 และอื่นๆ
5. ไฮโดรเจน ไฮดรอกไซด์. สารประกอบนี้เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อน้ำ อีกชื่อหนึ่งคือไฮโดรเจนออกไซด์ สูตรเชิงประจักษ์มีลักษณะดังนี้ - H 2 O
6. ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ นี่คือสารออกซิไดซ์ที่แรงซึ่งมีสูตรคือ H 2 O 2
7. สารประกอบอินทรีย์มากมาย: ไฮโดรคาร์บอน โปรตีน ไขมัน ไขมัน วิตามิน ฮอร์โมน น้ำมันหอมระเหย และอื่นๆ

เห็นได้ชัดว่าสารประกอบต่างๆ ของธาตุที่เรากำลังพิจารณานั้นมีความหลากหลายมาก นี่เป็นการยืนยันความสำคัญอย่างสูงอีกครั้งต่อธรรมชาติและมนุษย์ตลอดจนต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

- นี่คือตัวทำละลายที่ดีที่สุด

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ชื่อสามัญของสารนี้คือน้ำ ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ โมเลกุลของน้ำเป็นแบบไดโพล ซึ่งอธิบายคุณสมบัติหลายประการที่น้ำแสดงออกมา โดยเฉพาะมันเป็นตัวทำละลายสากล

อยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำที่กระบวนการทางเคมีเกือบทั้งหมดเกิดขึ้น ปฏิกิริยาภายในของการเผาผลาญพลาสติกและพลังงานในสิ่งมีชีวิตยังดำเนินการโดยใช้ไฮโดรเจนออกไซด์

น้ำถือเป็นสารที่สำคัญที่สุดในโลกอย่างถูกต้อง เป็นที่รู้กันว่าไม่มีสิ่งมีชีวิตใดสามารถอยู่ได้โดยปราศจากมัน บนโลกสามารถดำรงอยู่ได้ในสามสถานะการรวมตัว:

• ของเหลว;
• แก๊ส (ไอน้ำ);
• ของแข็ง (น้ำแข็ง)

น้ำสามประเภทมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับไอโซโทปไฮโดรเจนที่รวมอยู่ในโมเลกุล

1. แสงหรือโปรเทียม ไอโซโทปที่มีมวลเลข 1 สูตร - H 2 O นี่เป็นรูปแบบปกติที่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดใช้
2. ดิวเทอเรียมหรือหนัก มีสูตรคือ D 2 O มีไอโซโทป 2 H
3. หนักมากหรือไอโซโทป สูตรดูเหมือน T 3 O, ไอโซโทป - 3 H

ปริมาณน้ำโปรเทียมสดบนโลกมีความสำคัญมาก มีปัญหาการขาดแคลนอยู่แล้วในหลายประเทศ ได้มีการพัฒนาวิธีการบำบัดน้ำเค็มเพื่อผลิตน้ำดื่ม

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นวิธีการรักษาแบบสากล

สารประกอบนี้ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นเป็นสารออกซิไดซ์ที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ด้วยตัวแทนที่เข้มแข็ง เขาก็สามารถทำหน้าที่เป็นผู้ซ่อมแซมได้เช่นกัน นอกจากนี้ยังมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่เด่นชัด

ชื่ออื่นของสารประกอบนี้คือเปอร์ออกไซด์ ในรูปแบบนี้ใช้ในการแพทย์ สารละลายผลึกไฮเดรต 3% ของสารประกอบที่เป็นปัญหาคือยาทางการแพทย์ที่ใช้รักษาบาดแผลเล็กๆ เพื่อฆ่าเชื้อ อย่างไรก็ตาม ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าวิธีนี้จะทำให้แผลหายเร็วขึ้น

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังใช้ในเชื้อเพลิงจรวด ในอุตสาหกรรมสำหรับการฆ่าเชื้อและการฟอกขาว และเป็นสารทำให้เกิดฟองสำหรับการผลิตวัสดุที่เหมาะสม (เช่น โฟม) นอกจากนี้เปอร์ออกไซด์ยังช่วยทำความสะอาดตู้ปลา ฟอกสีผม และทำให้ฟันขาวขึ้น อย่างไรก็ตาม มันก่อให้เกิดอันตรายต่อเนื้อเยื่อ ดังนั้นจึงไม่แนะนำโดยผู้เชี่ยวชาญสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้

• การกำหนด - H (ไฮโดรเจน);
• ชื่อละติน - ไฮโดรเจน;
• ระยะเวลา - ฉัน;
• กลุ่ม - 1 (Ia);
• มวลอะตอม - 1.00794;
• เลขอะตอม - 1;
• รัศมีอะตอม = 53 น.;
• รัศมีโควาเลนต์ = 15.00 น.;
• การกระจายอิเล็กตรอน - 1 วินาที 1;
• อุณหภูมิหลอมละลาย = -259.14°C;
• จุดเดือด = -252.87°C;
• อิเลคโตรเนกาติวีตี้ (อ้างอิงจาก Pauling/อ้างอิงจาก Alpred และ Rochow) = 2.02/-;
• สถานะออกซิเดชัน: +1; 0; -1;
• ความหนาแน่น (หมายเลข) = 0.0000899 กรัม/ซม. 3 ;
• ปริมาตรฟันกราม = 14.1 ซม. 3 /โมล

สารประกอบไบนารี่ของไฮโดรเจนกับออกซิเจน:

ไฮโดรเจน (“การให้กำเนิดน้ำ”) ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ G. Cavendish ในปี 1766 มันเป็นองค์ประกอบที่เรียบง่ายที่สุดในธรรมชาติ - อะตอมไฮโดรเจนมีนิวเคลียสและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ซึ่งอาจเป็นสาเหตุว่าทำไมไฮโดรเจนจึงเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาล (ซึ่งมีมวลมากกว่าครึ่งหนึ่งของมวลดาวฤกษ์ส่วนใหญ่)

เกี่ยวกับไฮโดรเจน เราสามารถพูดได้ว่า “แกนม้วนเล็กแต่มีราคาแพง” แม้จะมี "ความเรียบง่าย" ไฮโดรเจนก็ให้พลังงานแก่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก - ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์อย่างต่อเนื่องเกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ในระหว่างที่อะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอมถูกสร้างขึ้นจากอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอม กระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม ดูนิวเคลียร์ฟิวชัน)

ในเปลือกโลก สัดส่วนมวลของไฮโดรเจนมีเพียง 0.15% ในขณะเดียวกัน สารเคมีทั้งหมดที่รู้จักบนโลกส่วนใหญ่ (95%) มีอะตอมไฮโดรเจนตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไป

ในสารประกอบที่มีอโลหะ (HCl, H 2 O, CH 4 ... ) ไฮโดรเจนจะปล่อยอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวให้กับองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้น โดยแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +1 (บ่อยกว่า) ทำให้เกิดพันธะโควาเลนต์เท่านั้น (ดูโควาเลนต์ พันธบัตร)

ในสารประกอบที่มีโลหะ (NaH, CaH 2 ...) ในทางกลับกัน ไฮโดรเจนจะรับอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งเข้าไปใน s-orbital ของมันเท่านั้น ดังนั้นจึงพยายามทำให้ชั้นอิเล็กทรอนิกส์ของมันสมบูรณ์ โดยแสดงสถานะออกซิเดชันที่ -1 (บ่อยน้อยกว่า) มักจะสร้างพันธะไอออนิก (ดูพันธะไอออนิก) เนื่องจากความแตกต่างในอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมไฮโดรเจนและอะตอมของโลหะอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่

เอช 2

ในสถานะก๊าซ ไฮโดรเจนมีอยู่ในรูปของโมเลกุลไดอะตอมมิก ก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้ว

โมเลกุลไฮโดรเจนมี:

• ความคล่องตัวที่ดี
• ความแข็งแกร่ง;
• โพลาไรซ์ต่ำ
• ขนาดและน้ำหนักที่เล็ก

คุณสมบัติของก๊าซไฮโดรเจน:

• ก๊าซที่เบาที่สุดในธรรมชาติ ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น
• ละลายได้ไม่ดีในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์
• ละลายในปริมาณเล็กน้อยในของเหลวและโลหะแข็ง (โดยเฉพาะแพลตตินัมและแพลเลเดียม)
• ยากที่จะทำให้เป็นของเหลว (เนื่องจากความสามารถในการโพลาไรซ์ต่ำ)
• มีค่าการนำความร้อนสูงสุดในบรรดาก๊าซที่รู้จักทั้งหมด
• เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยากับอโลหะหลายชนิดโดยแสดงคุณสมบัติของตัวรีดิวซ์
• ที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน (เกิดการระเบิด): H 2 + F 2 = 2HF;
• ทำปฏิกิริยากับโลหะเพื่อสร้างไฮไดรด์โดยแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์: H 2 + Ca = CaH 2 ;

ในสารประกอบ ไฮโดรเจนแสดงคุณสมบัติรีดิวซ์ได้แรงกว่าคุณสมบัติออกซิไดซ์มาก ไฮโดรเจนเป็นสารรีดิวซ์ที่ทรงพลังที่สุดรองจากถ่านหิน อลูมิเนียม และแคลเซียม คุณสมบัติรีดิวซ์ของไฮโดรเจนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเพื่อให้ได้โลหะและอโลหะ (สารธรรมดา) จากออกไซด์และแกลไลด์

เฟ 2 O 3 + 3H 2 = 2เฟ + 3H 2 โอ

ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับสารเชิงเดี่ยว

ไฮโดรเจนรับอิเล็กตรอนและมีบทบาท สารรีดิวซ์ในปฏิกิริยา:

• กับ ออกซิเจน(เมื่อติดไฟหรือมีตัวเร่งปฏิกิริยา) ในอัตราส่วน 2:1 (ไฮโดรเจน:ออกซิเจน) จะเกิดก๊าซระเบิดขึ้น: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• กับ สีเทา(เมื่อถูกความร้อนถึง 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• กับ คลอรีน(เมื่อถูกจุดหรือฉายรังสี UV): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• กับ ฟลูออรีน: ส 2 0 +ฟ 2 = 2H +1 ฟ
• กับ ไนโตรเจน(เมื่อถูกความร้อนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาหรือที่ความดันสูง): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

ไฮโดรเจนบริจาคอิเล็กตรอนโดยมีบทบาท ตัวออกซิไดซ์ในการทำปฏิกิริยากับ อัลคาไลน์และ ดินอัลคาไลน์โลหะที่ทำให้เกิดโลหะไฮไดรด์ - สารประกอบไอออนิกคล้ายเกลือที่มีไอออน H ไฮไดรด์ - เหล่านี้เป็นสารผลึกสีขาวที่ไม่เสถียร

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

ไม่ใช่เรื่องปกติที่ไฮโดรเจนจะมีสถานะออกซิเดชันที่ -1 เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ ไฮไดรด์จะสลายตัว ทำให้น้ำกลายเป็นไฮโดรเจน ปฏิกิริยาของแคลเซียมไฮไดรด์กับน้ำมีดังนี้:

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

ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับสารเชิงซ้อน

• ที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนจะรีดิวซ์ออกไซด์ของโลหะจำนวนมาก: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• เมทิลแอลกอฮอล์ได้มาจากปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับคาร์บอนมอนอกไซด์ (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• ในปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์หลายชนิด

สมการของปฏิกิริยาเคมีของไฮโดรเจนและสารประกอบของมันจะกล่าวถึงโดยละเอียดในหน้า “ไฮโดรเจนและสารประกอบของมัน - สมการของปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจน”

การประยุกต์ไฮโดรเจน

• ในพลังงานนิวเคลียร์จะใช้ไอโซโทปไฮโดรเจน - ดิวทีเรียมและไอโซโทป
• ในอุตสาหกรรมเคมี ไฮโดรเจนใช้สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์หลายชนิด แอมโมเนีย ไฮโดรเจนคลอไรด์
• ในอุตสาหกรรมอาหาร ไฮโดรเจนถูกใช้ในการผลิตไขมันแข็งผ่านการเติมไฮโดรเจนของน้ำมันพืช
• สำหรับการเชื่อมและตัดโลหะ จะใช้อุณหภูมิการเผาไหม้สูงของไฮโดรเจนในออกซิเจน (2,600°C)
• ในการผลิตโลหะบางชนิดจะใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวรีดิวซ์ (ดูด้านบน)
• เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นก๊าซเบา จึงถูกนำมาใช้ในการบินเป็นสารตัวเติมสำหรับบอลลูน เครื่องบิน และเรือบิน
• ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงผสมกับ CO

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสนใจเป็นอย่างมากกับการค้นหาแหล่งพลังงานหมุนเวียนทางเลือก หนึ่งในพื้นที่ที่มีแนวโน้มดีคือพลังงาน "ไฮโดรเจน" ซึ่งไฮโดรเจนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง ซึ่งผลผลิตจากการเผาไหม้คือน้ำธรรมดา

วิธีการผลิตไฮโดรเจน

วิธีการผลิตไฮโดรเจนทางอุตสาหกรรม:

• การแปลงมีเทน (การลดตัวเร่งปฏิกิริยาของไอน้ำ) ด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิสูง (800°C) บนตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• การแปลงคาร์บอนมอนอกไซด์ด้วยไอน้ำ (t=500°C) บนตัวเร่งปฏิกิริยา Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• การสลายตัวทางความร้อนของมีเทน: CH 4 = C + 2H 2;
• การแปรสภาพเป็นแก๊สของเชื้อเพลิงแข็ง (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• อิเล็กโทรไลซิสของน้ำ (วิธีการที่มีราคาแพงมากซึ่งผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์มาก): 2H 2 O → 2H 2 + O 2

วิธีการผลิตไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ:

• การกระทำกับโลหะ (โดยทั่วไปคือสังกะสี) ด้วยกรดไฮโดรคลอริกหรือกรดซัลฟิวริกเจือจาง: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; สังกะสี + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• ปฏิกิริยาของไอน้ำกับตะไบเหล็กร้อน: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2

เมื่อเริ่มพิจารณาคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของไฮโดรเจนควรสังเกตว่าในสถานะปกติองค์ประกอบทางเคมีนี้จะอยู่ในรูปก๊าซ ก๊าซไฮโดรเจนไม่มีสีไม่มีกลิ่นและไม่มีรส เป็นครั้งแรกที่องค์ประกอบทางเคมีนี้ได้รับการตั้งชื่อว่าไฮโดรเจนหลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ A. Lavoisier ทำการทดลองกับน้ำ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่วิทยาศาสตร์โลกได้เรียนรู้ว่าน้ำเป็นของเหลวหลายองค์ประกอบที่มีไฮโดรเจน เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2330 แต่นานก่อนวันนี้นักวิทยาศาสตร์รู้จักไฮโดรเจนภายใต้ชื่อ "ก๊าซไวไฟ"

ไฮโดรเจนในธรรมชาติ

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ ไฮโดรเจนบรรจุอยู่ในเปลือกโลกและในน้ำ (ประมาณ 11.2% ของปริมาตรน้ำทั้งหมด) ก๊าซนี้เป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุหลายชนิดที่มนุษยชาติสกัดออกมาจากบาดาลของโลกมานานหลายศตวรรษ คุณสมบัติบางประการของไฮโดรเจนเป็นคุณลักษณะของน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และดินเหนียว ตลอดจนของสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืช แต่ในรูปแบบบริสุทธิ์ซึ่งไม่รวมกับองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ของตารางธาตุ ก๊าซนี้จึงมีน้อยมากในธรรมชาติ ก๊าซนี้สามารถขึ้นสู่พื้นผิวโลกได้ในระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ ไฮโดรเจนอิสระมีอยู่ในชั้นบรรยากาศในปริมาณเล็กน้อย

คุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจน

เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจนมีความแตกต่างกัน องค์ประกอบทางเคมีนี้จึงเป็นของทั้งกลุ่ม I ของระบบ Mendeleev และกลุ่ม VII ของระบบ ในฐานะสมาชิกของกลุ่มแรก ไฮโดรเจนเป็นโลหะอัลคาไลโดยพื้นฐานแล้วซึ่งมีสถานะออกซิเดชันที่ +1 ในสารประกอบส่วนใหญ่ที่พบ ความจุเดียวกันนี้เป็นคุณลักษณะของโซเดียมและโลหะอัลคาไลอื่นๆ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีเหล่านี้ ไฮโดรเจนจึงถือเป็นองค์ประกอบที่คล้ายกับโลหะเหล่านี้

หากเรากำลังพูดถึงโลหะไฮไดรด์ ไฮโดรเจนไอออนจะมีความจุเป็นลบ โดยมีสถานะออกซิเดชันคือ -1 Na+H- ถูกสร้างขึ้นตามรูปแบบเดียวกันกับ Na+Cl- คลอไรด์ ความจริงข้อนี้คือเหตุผลในการกำหนดไฮโดรเจนให้กับกลุ่มที่ 7 ของระบบธาตุ ไฮโดรเจนซึ่งอยู่ในสถานะของโมเลกุลโดยมีเงื่อนไขว่ามันอยู่ในสภาพแวดล้อมปกติจะไม่ใช้งานและสามารถรวมเข้ากับอโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าเท่านั้น โลหะเหล่านี้ประกอบด้วยฟลูออรีน เมื่อมีแสง ไฮโดรเจนจะรวมตัวกับคลอรีน หากไฮโดรเจนถูกให้ความร้อน มันจะมีความกระฉับกระเฉงมากขึ้น โดยทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบหลายอย่างในตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ

ไฮโดรเจนอะตอมมีคุณสมบัติทางเคมีที่ออกฤทธิ์มากกว่าโมเลกุลไฮโดรเจน โมเลกุลออกซิเจนก่อตัวเป็นน้ำ - H2 + 1/2O2 = H2O เมื่อไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน จะเกิดไฮโดรเจนเฮไลด์ H2 + Cl2 = 2HCl และไฮโดรเจนจะเข้าสู่ปฏิกิริยานี้หากไม่มีแสงและที่อุณหภูมิติดลบค่อนข้างสูง - สูงถึง - 252°C คุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจนทำให้สามารถใช้เพื่อรีดักชันโลหะหลายชนิดได้ เนื่องจากเมื่อทำปฏิกิริยา ไฮโดรเจนจะดูดซับออกซิเจนจากออกไซด์ของโลหะ เช่น CuO + H2 = Cu + H2O ไฮโดรเจนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของแอมโมเนียโดยการทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนในปฏิกิริยา ZH2 + N2 = 2NH3 แต่มีเงื่อนไขว่าต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาและเพิ่มอุณหภูมิและความดัน

ปฏิกิริยารุนแรงเกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ในปฏิกิริยา H2 + S = H2S ซึ่งส่งผลให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับเทลลูเรียมและซีลีเนียมมีฤทธิ์น้อยกว่าเล็กน้อย หากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา มันจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนบริสุทธิ์ ไฮโดรเจนเฉพาะภายใต้สภาวะที่สร้างอุณหภูมิสูงเท่านั้น 2H2 + C (อสัณฐาน) = CH4 (มีเทน) ในระหว่างการทำงานของไฮโดรเจนกับอัลคาไลและโลหะอื่น ๆ จะได้รับไฮไดรด์เช่น H2 + 2Li = 2LiH

คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นสารเคมีที่เบามาก อย่างน้อยที่สุด นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าขณะนี้ไม่มีสสารที่เบากว่าไฮโดรเจนแล้ว มวลเบากว่าอากาศ 14.4 เท่า ความหนาแน่น 0.0899 กรัม/ลิตร ที่ 0°C ที่อุณหภูมิ -259.1°C ไฮโดรเจนสามารถละลายได้ ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่วิกฤตมาก ซึ่งไม่ใช่เรื่องปกติสำหรับการเปลี่ยนแปลงของสารประกอบเคมีส่วนใหญ่จากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง มีเพียงองค์ประกอบเช่นฮีเลียมเท่านั้นที่มีคุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจนเกินกว่าในเรื่องนี้ การทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นของเหลวเป็นเรื่องยาก เนื่องจากมีอุณหภูมิวิกฤติอยู่ที่ (-240°C) ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่นำความร้อนได้มากที่สุดที่มนุษย์รู้จัก คุณสมบัติทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญที่สุดของไฮโดรเจนที่มนุษย์ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ นอกจากนี้คุณสมบัติเหล่านี้ยังเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่มากที่สุดอีกด้วย

ไฮโดรเจนถูกค้นพบในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 18 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในสาขาฟิสิกส์และเคมี G. Cavendish เขาสามารถแยกสารออกจากสถานะบริสุทธิ์ได้ เริ่มศึกษาและอธิบายคุณสมบัติของสารนั้น

นี่คือเรื่องราวของการค้นพบไฮโดรเจน ในระหว่างการทดลองผู้วิจัยระบุว่าเป็นก๊าซไวไฟซึ่งการเผาไหม้ในอากาศทำให้เกิดน้ำ สิ่งนี้นำไปสู่การกำหนดองค์ประกอบเชิงคุณภาพของน้ำ

ไฮโดรเจนคืออะไร

นักเคมีชาวฝรั่งเศส A. Lavoisier ได้ประกาศไฮโดรเจนเป็นสารอย่างง่ายเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2327 เนื่องจากเขาพิจารณาแล้วว่าโมเลกุลของมันมีอะตอมประเภทเดียวกัน

ชื่อขององค์ประกอบทางเคมีในภาษาละตินฟังดูเหมือนไฮโดรเจนเนียม (อ่านว่า "ไฮโดรเจน") ซึ่งแปลว่า "การให้น้ำ" ชื่อนี้หมายถึงปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ผลิตน้ำ

ลักษณะของไฮโดรเจน

การกำหนดไฮโดรเจน N. Mendeleev กำหนดเลขอะตอมแรกให้กับองค์ประกอบทางเคมีนี้โดยวางไว้ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มแรกและคาบแรกและตามเงื่อนไขในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่เจ็ด

น้ำหนักอะตอม (มวลอะตอม) ของไฮโดรเจนคือ 1.00797 น้ำหนักโมเลกุลของ H2 คือ 2 a จ. มวลโมลมีค่าเท่ากับตัวเลข

มันถูกแสดงด้วยไอโซโทปสามชนิดที่มีชื่อพิเศษ: โปรเทียมที่พบมากที่สุด (H), ดิวเทอเรียมหนัก (D), ทริเทียมกัมมันตภาพรังสี (T)

เป็นองค์ประกอบแรกที่สามารถแยกออกเป็นไอโซโทปได้อย่างสมบูรณ์ด้วยวิธีง่ายๆ ขึ้นอยู่กับมวลไอโซโทปที่แตกต่างกันสูง กระบวนการนี้เริ่มดำเนินการครั้งแรกในปี พ.ศ. 2476 สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในปี 1932 มีการค้นพบไอโซโทปที่มีมวล 2 เท่านั้น

คุณสมบัติทางกายภาพ

ภายใต้สภาวะปกติ สารไฮโดรเจนอย่างง่ายในรูปของโมเลกุลไดอะตอมมิกจะเป็นก๊าซ ไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น ละลายได้เล็กน้อยในน้ำและตัวทำละลายอื่นๆ

อุณหภูมิการตกผลึก - 259.2 o C จุดเดือด - 252.8 o Cเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลไฮโดรเจนมีขนาดเล็กมากจนสามารถแพร่กระจายอย่างช้าๆ ผ่านวัสดุหลายชนิด (ยาง แก้ว โลหะ) คุณสมบัตินี้ใช้เมื่อจำเป็นต้องทำให้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์จากก๊าซเจือปน เมื่อใด คุณ ไฮโดรเจนมีความหนาแน่น 0.09 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นโลหะโดยการเปรียบเทียบกับองค์ประกอบที่อยู่ในกลุ่มแรก? นักวิทยาศาสตร์พบว่าไฮโดรเจนภายใต้สภาวะที่ความดันเข้าใกล้ 2 ล้านบรรยากาศเริ่มดูดซับรังสีอินฟราเรดซึ่งบ่งชี้ถึงโพลาไรเซชันของโมเลกุลของสาร บางทีที่แรงกดดันที่สูงกว่านี้ ไฮโดรเจนก็จะกลายเป็นโลหะ

สิ่งนี้น่าสนใจ:มีข้อสันนิษฐานว่าบนดาวเคราะห์ยักษ์อย่างดาวพฤหัสและดาวเสาร์ ไฮโดรเจนจะพบอยู่ในรูปของโลหะ สันนิษฐานว่ามีไฮโดรเจนที่เป็นของแข็งที่เป็นโลหะอยู่ในแกนโลกด้วย เนื่องจากความดันสูงพิเศษที่เกิดจากเนื้อโลก

คุณสมบัติทางเคมี

สารทั้งง่ายและซับซ้อนเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับไฮโดรเจน แต่กิจกรรมไฮโดรเจนที่ต่ำจะต้องเพิ่มขึ้นโดยการสร้างสภาวะที่เหมาะสม เช่น การเพิ่มอุณหภูมิ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา เป็นต้น

เมื่อถูกความร้อน สารธรรมดา เช่น ออกซิเจน (O 2) คลอรีน (Cl 2) ไนโตรเจน (N 2) ซัลเฟอร์ (S) จะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน

หากคุณจุดชนวนไฮโดรเจนบริสุทธิ์ที่ปลายท่อจ่ายก๊าซในอากาศ มันจะเผาไหม้อย่างสม่ำเสมอแต่แทบจะสังเกตไม่เห็นเลย หากคุณวางท่อจ่ายก๊าซในบรรยากาศที่มีออกซิเจนบริสุทธิ์ การเผาไหม้จะดำเนินต่อไปด้วยการก่อตัวของหยดน้ำบนผนังของถังอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา:

การเผาไหม้ของน้ำจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก นี่เป็นปฏิกิริยาสารประกอบคายความร้อนโดยที่ไฮโดรเจนถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์ H 2 O นอกจากนี้ยังเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์โดยที่ไฮโดรเจนถูกออกซิไดซ์และออกซิเจนลดลง

ปฏิกิริยากับ Cl 2 เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับการเกิดไฮโดรเจนคลอไรด์

ปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนกับไฮโดรเจนต้องใช้อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง รวมทั้งต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย ผลที่ได้คือแอมโมเนีย

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยากับซัลเฟอร์จะเกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ขึ้นซึ่งการรับรู้กลิ่นของไข่เน่าจะช่วยอำนวยความสะดวก

สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนในปฏิกิริยาเหล่านี้คือ +1 และในไฮไดรด์ที่อธิบายไว้ด้านล่าง - 1

เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดจะเกิดไฮไดรด์เช่นโซเดียมไฮไดรด์ - NaH สารประกอบเชิงซ้อนเหล่านี้บางส่วนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับจรวด เช่นเดียวกับพลังงานแสนสาหัส

ไฮโดรเจนยังทำปฏิกิริยากับสารจากประเภทที่ซับซ้อนด้วย ตัวอย่างเช่น สำหรับคอปเปอร์ (II) ออกไซด์ สูตร CuO ในการทำปฏิกิริยา ไฮโดรเจนของทองแดงจะถูกส่งผ่านไปยังออกไซด์ของผงทองแดง (II) ที่ได้รับความร้อน ในระหว่างปฏิกิริยา รีเอเจนต์จะเปลี่ยนสีและกลายเป็นสีน้ำตาลแดง และหยดน้ำจะเกาะอยู่บนผนังเย็นของหลอดทดลอง

ไฮโดรเจนจะถูกออกซิไดซ์ระหว่างปฏิกิริยา เกิดเป็นน้ำ และทองแดงจะถูกรีดิวซ์จากออกไซด์เป็นสารธรรมดา (Cu)

การใช้งาน

ไฮโดรเจนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อมนุษย์และมีการใช้ในหลากหลายสาขา:

1. ในการผลิตสารเคมีถือเป็นวัตถุดิบ ในอุตสาหกรรมอื่นๆ ถือเป็นเชื้อเพลิง องค์กรปิโตรเคมีและการกลั่นน้ำมันไม่สามารถทำได้หากไม่มีไฮโดรเจน
2. ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า สารธรรมดานี้ทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็น
3. ในโลหะวิทยาที่มีกลุ่มเหล็กและอโลหะ ไฮโดรเจนมีบทบาทเป็นตัวรีดิวซ์
4. ซึ่งจะช่วยสร้างสภาพแวดล้อมเฉื่อยเมื่อบรรจุผลิตภัณฑ์
5. อุตสาหกรรมยา - ใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวทำปฏิกิริยาในการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
6. บอลลูนอากาศเต็มไปด้วยก๊าซเบานี้
7. องค์ประกอบนี้เรียกอีกอย่างว่าตัวลดเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวด

นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์อย่างเป็นเอกฉันท์ว่าเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะเป็นผู้นำในภาคพลังงาน

ใบเสร็จรับเงินในอุตสาหกรรม

ในอุตสาหกรรม ไฮโดรเจนผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส ซึ่งต้องอาศัยคลอไรด์หรือไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลที่ละลายในน้ำ นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะได้รับไฮโดรเจนโดยตรงจากน้ำโดยใช้วิธีนี้

การแปลงโค้กหรือมีเทนเป็นไอน้ำใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ การสลายตัวของมีเทนที่อุณหภูมิสูงยังก่อให้เกิดไฮโดรเจนอีกด้วย การทำให้แก๊สเตาอบโค้กกลายเป็นของเหลวโดยวิธีเศษส่วนยังใช้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนทางอุตสาหกรรมอีกด้วย

ที่ได้รับในห้องปฏิบัติการ

ในห้องปฏิบัติการ มีการใช้อุปกรณ์ Kipp เพื่อผลิตไฮโดรเจน

รีเอเจนต์คือกรดไฮโดรคลอริกหรือกรดซัลฟิวริกและสังกะสี ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดไฮโดรเจน

การค้นหาไฮโดรเจนในธรรมชาติ

ไฮโดรเจนมีอยู่ทั่วไปมากกว่าธาตุอื่นๆ ในจักรวาล ดาวฤกษ์จำนวนมาก รวมทั้งดวงอาทิตย์และวัตถุอื่นๆ ในจักรวาลเป็นไฮโดรเจน

ในเปลือกโลกมีเพียง 0.15% มันมีอยู่ในแร่ธาตุหลายชนิด ในสารอินทรีย์ทั้งหมด เช่นเดียวกับในน้ำ ซึ่งครอบคลุม 3/4 ของพื้นผิวโลกของเรา

ร่องรอยของไฮโดรเจนบริสุทธิ์สามารถพบได้ในบรรยากาศชั้นบน นอกจากนี้ยังพบได้ในก๊าซธรรมชาติที่ติดไฟได้หลายชนิด

ก๊าซไฮโดรเจนมีความหนาแน่นน้อยที่สุด และไฮโดรเจนเหลวเป็นสารที่มีความหนาแน่นมากที่สุดในโลกของเรา ด้วยความช่วยเหลือของไฮโดรเจน คุณสามารถเปลี่ยนเสียงต่ำได้หากคุณหายใจเข้าและพูดขณะที่หายใจออก

ระเบิดไฮโดรเจนที่ทรงพลังที่สุดนั้นเกิดจากการแตกตัวของอะตอมที่เบาที่สุด

ไฮโดรเจน H เป็นองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาลของเรา มวลของไฮโดรเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบในองค์ประกอบของสารคือ 75% ของปริมาณอะตอมทั้งหมดประเภทอื่น มันเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบที่สำคัญและสำคัญที่สุดในโลกนั่นคือน้ำ คุณสมบัติที่โดดเด่นของไฮโดรเจนก็คือมันเป็นองค์ประกอบแรกในระบบองค์ประกอบทางเคมีของ D.I.

การค้นพบและการสำรวจ

การกล่าวถึงไฮโดรเจนครั้งแรกในงานเขียนของ Paracelsus มีอายุย้อนกลับไปตั้งแต่ศตวรรษที่ 16 แต่การแยกมันออกจากส่วนผสมของก๊าซในอากาศและการศึกษาคุณสมบัติไวไฟได้ดำเนินการไปแล้วในศตวรรษที่ 17 โดยนักวิทยาศาสตร์ Lemery ไฮโดรเจนได้รับการศึกษาอย่างละเอียดโดยนักเคมี นักฟิสิกส์ และนักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติชาวอังกฤษ ผู้ทดลองพิสูจน์ว่ามวลของไฮโดรเจนมีขนาดเล็กที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับก๊าซอื่นๆ ในขั้นตอนต่อมาของการพัฒนาวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนทำงานร่วมกับเขา โดยเฉพาะลาวัวซิเยร์ที่เรียกเขาว่า "ผู้ให้กำเนิดน้ำ"

ลักษณะตามตำแหน่งใน PSHE

องค์ประกอบที่เปิดตารางธาตุของ D.I. Mendeleev คือไฮโดรเจน คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอะตอมแสดงให้เห็นความเป็นคู่บางประการ เนื่องจากไฮโดรเจนถูกจัดประเภทพร้อมกันว่าอยู่ในกลุ่มแรกหรือกลุ่มย่อยหลัก ถ้ามันทำตัวเหมือนโลหะและให้อิเล็กตรอนตัวเดียวในกระบวนการปฏิกิริยาเคมี และ ถึงเจ็ด - ในกรณีที่เติมเปลือกวาเลนซ์โดยสมบูรณ์นั่นคือการยอมรับอนุภาคลบซึ่งมีลักษณะคล้ายกับฮาโลเจน

คุณสมบัติของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบ

คุณสมบัติของสารเชิงซ้อนที่รวมสารนั้นไว้และของสารที่ง่ายที่สุด H2 นั้นถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไฮโดรเจนเป็นหลัก อนุภาคมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่มี Z= (-1) ซึ่งหมุนรอบนิวเคลียสในวงโคจรของมันซึ่งมีโปรตอนหนึ่งตัวที่มีมวลต่อหน่วยและมีประจุบวก (+1) โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์เขียนเป็น 1s 1 ซึ่งหมายถึงการมีอยู่ของอนุภาคลบหนึ่งอนุภาคใน s-orbital ตัวแรกและตัวเดียวสำหรับไฮโดรเจน

เมื่ออิเล็กตรอนถูกดึงออกหรือปล่อยออกไป และอะตอมขององค์ประกอบนี้มีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับโลหะ ก็จะได้ไอออนบวก โดยพื้นฐานแล้ว ไฮโดรเจนไอออนเป็นอนุภาคมูลฐานบวก ดังนั้นไฮโดรเจนที่ปราศจากอิเล็กตรอนจึงถูกเรียกว่าโปรตอน

คุณสมบัติทางกายภาพ

อธิบายสั้นๆ ว่าไฮโดรเจนเป็นก๊าซไม่มีสีและละลายน้ำได้เล็กน้อย มีมวลอะตอมสัมพัทธ์ 2 เบากว่าอากาศ 14.5 เท่า โดยมีอุณหภูมิกลายเป็นของเหลว -252.8 องศาเซลเซียส

จากประสบการณ์คุณสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายว่า H 2 เบาที่สุด ในการทำเช่นนี้ก็เพียงพอแล้วที่จะเติมสารต่าง ๆ สามลูก - ไฮโดรเจน, คาร์บอนไดออกไซด์, อากาศธรรมดา - และปล่อยพวกมันออกจากมือของคุณพร้อมกัน อันที่เต็มไปด้วย CO 2 จะถึงพื้นเร็วที่สุด หลังจากนั้นอันที่เต็มไปด้วยส่วนผสมของอากาศจะตกลงมา และอันที่มี H 2 จะลอยขึ้นไปบนเพดาน

อนุภาคไฮโดรเจนที่มีมวลและขนาดเล็กแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการทะลุผ่านสารต่างๆ เมื่อใช้ตัวอย่างของลูกบอลเดียวกัน ทำให้ง่ายต่อการตรวจสอบสิ่งนี้ หลังจากผ่านไปสองสามวัน ลูกบอลจะยุบตัวลงเอง เนื่องจากก๊าซจะผ่านเข้าไปในยาง ไฮโดรเจนยังสามารถสะสมในโครงสร้างของโลหะบางชนิด (แพลเลเดียมหรือแพลตตินัม) และระเหยออกไปเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

คุณสมบัติของความสามารถในการละลายต่ำของไฮโดรเจนถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อแยกไฮโดรเจนออกโดยการแทนที่ไฮโดรเจน (ตารางที่แสดงด้านล่างมีพารามิเตอร์หลัก) เพื่อกำหนดขอบเขตการใช้งานและวิธีการผลิต

พารามิเตอร์ของอะตอมหรือโมเลกุลของสารอย่างง่าย	ความหมาย
มวลอะตอม (มวลโมล)	1.008 ก./โมล
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์	1 วินาที 1
ตาข่ายคริสตัล	หกเหลี่ยม
การนำความร้อน	(300 เคลวิน) 0.1815 วัตต์/(ม.เคล)
ความหนาแน่นที่ n คุณ	0.08987 กรัม/ลิตร
จุดเดือด	-252.76 องศาเซลเซียส
ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้	120.9 10 6 จูล/กก
จุดหลอมเหลว	-259.2 องศาเซลเซียส
ความสามารถในการละลายน้ำ	18.8 มล./ลิตร

องค์ประกอบของไอโซโทป

เช่นเดียวกับตัวแทนอื่น ๆ ของระบบธาตุเคมีเป็นระยะ ๆ ไฮโดรเจนมีไอโซโทปตามธรรมชาติหลายชนิดนั่นคืออะตอมที่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากัน แต่มีนิวตรอนจำนวนต่างกัน - อนุภาคที่มีประจุเป็นศูนย์และมวลต่อหน่วย ตัวอย่างของอะตอมที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน ได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอน คลอรีน โบรมีน และอื่นๆ รวมถึงธาตุกัมมันตภาพรังสีด้วย

คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจน 1H ซึ่งเป็นตัวแทนของกลุ่มนี้พบได้บ่อยที่สุดแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากลักษณะเดียวกันของกลุ่มเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งลักษณะของสารที่มีอยู่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีน้ำธรรมดาและดิวทีเรียมซึ่งประกอบด้วยดิวทีเรียม 2 H แทนที่จะเป็นอะตอมไฮโดรเจนที่มีโปรตอนเดี่ยวซึ่งมีไอโซโทปที่มีอนุภาคมูลฐานสองตัว: บวกและไม่มีประจุ ไอโซโทปนี้หนักเป็นสองเท่าของไฮโดรเจนธรรมดา ซึ่งอธิบายความแตกต่างอย่างมากในคุณสมบัติของสารประกอบที่พวกมันสร้างขึ้น ในธรรมชาติ ดิวเทอเรียมพบได้น้อยกว่าไฮโดรเจนถึง 3,200 เท่า ตัวแทนที่สามคือไอโซโทป 3H ซึ่งมีนิวตรอนสองตัวและโปรตอนหนึ่งตัวในนิวเคลียส

วิธีการผลิตและการแยก

วิธีการทางห้องปฏิบัติการและทางอุตสาหกรรมมีความแตกต่างกันค่อนข้างมาก ดังนั้น ก๊าซจึงถูกผลิตขึ้นในปริมาณเล็กน้อยโดยส่วนใหญ่ผ่านปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารแร่ ในขณะที่การผลิตขนาดใหญ่จะใช้การสังเคราะห์สารอินทรีย์ในระดับที่สูงกว่า

ปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้ใช้ในห้องปฏิบัติการ:

เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม ก๊าซผลิตได้โดยวิธีการดังต่อไปนี้:

1. การสลายตัวด้วยความร้อนของมีเธนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยากับสารที่เป็นส่วนประกอบอย่างง่าย (ค่าของตัวบ่งชี้เมื่ออุณหภูมิสูงถึง 350 องศา) - ไฮโดรเจน H2 และคาร์บอน C
2. การส่งไอน้ำผ่านโค้กที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 และ H 2 (วิธีการที่พบบ่อยที่สุด)
3. การแปลงก๊าซมีเทนบนตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลที่อุณหภูมิสูงถึง 800 องศา
4. ไฮโดรเจนเป็นผลพลอยได้จากการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายน้ำของโพแทสเซียมหรือโซเดียมคลอไรด์

อันตรกิริยาทางเคมี: ข้อกำหนดทั่วไป

คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจนส่วนใหญ่อธิบายพฤติกรรมของมันในกระบวนการทำปฏิกิริยากับสารประกอบชนิดใดชนิดหนึ่งโดยเฉพาะ ความจุของไฮโดรเจนคือ 1 เนื่องจากอยู่ในกลุ่มแรกของตารางธาตุ และระดับของการเกิดออกซิเดชันจะแตกต่างกันไป ในสารประกอบทั้งหมด ยกเว้นไฮไดรด์ ไฮโดรเจนใน d.o = (1+) ในโมเลกุลประเภท CN, CN 2, CN 3 - (1-)

โมเลกุลก๊าซไฮโดรเจนเกิดขึ้นจากการสร้างคู่อิเล็กตรอนทั่วไป ประกอบด้วยอะตอม 2 อะตอมและค่อนข้างเสถียรในด้านพลังงาน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมภายใต้สภาวะปกติจึงค่อนข้างเฉื่อยและทำปฏิกิริยาเมื่อสภาวะปกติเปลี่ยนแปลง ขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนในองค์ประกอบของสารอื่น ๆ มันสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์

สารที่ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยาและก่อตัว

อันตรกิริยาของธาตุเพื่อสร้างสารที่ซับซ้อน (มักอยู่ที่อุณหภูมิสูง):

1. โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท + ไฮโดรเจน = ไฮไดรด์
2. ฮาโลเจน + H 2 = ไฮโดรเจนเฮไลด์
3. ซัลเฟอร์ + ไฮโดรเจน = ไฮโดรเจนซัลไฟด์
4. ออกซิเจน + H 2 = น้ำ
5. คาร์บอน + ไฮโดรเจน = มีเทน
6. ไนโตรเจน + H 2 = แอมโมเนีย

ปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน:

1. การผลิตก๊าซสังเคราะห์จากคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจน
2. การลดโลหะจากออกไซด์โดยใช้ H 2
3. ความอิ่มตัวของอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวด้วยไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจน

คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจนทำให้เมื่อรวมกับองค์ประกอบอิเล็กโทรเนกาติตี ทำให้เกิดพันธะชนิดพิเศษที่มีอะตอมเดียวกันจากโมเลกุลข้างเคียงที่มีคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวๆ (เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และฟลูออรีน) ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดที่ควรพิจารณาปรากฏการณ์นี้คือน้ำ อาจกล่าวได้ว่าถูกเย็บด้วยพันธะไฮโดรเจนซึ่งอ่อนแอกว่าโควาเลนต์หรือไอออนิก แต่เนื่องจากมีอยู่จำนวนมากจึงมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของสาร โดยพื้นฐานแล้ว พันธะไฮโดรเจนเป็นปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตที่จะจับโมเลกุลของน้ำให้เป็นไดเมอร์และโพลีเมอร์ ทำให้เกิดจุดเดือดสูง

ไฮโดรเจนในสารประกอบแร่

ทั้งหมดประกอบด้วยโปรตอน ซึ่งเป็นแคตไอออนของอะตอม เช่น ไฮโดรเจน สารที่มีกากที่เป็นกรดมีสถานะออกซิเดชันมากกว่า (-1) เรียกว่าสารประกอบโพลีเบสิก ประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนหลายอะตอม ซึ่งทำให้การแยกตัวในสารละลายที่เป็นน้ำหลายขั้นตอน โปรตอนที่ตามมาแต่ละโปรตอนจะยากขึ้นเรื่อยๆ ในการกำจัดออกจากกรดที่ตกค้าง ปริมาณไฮโดรเจนในตัวกลางเป็นตัวกำหนดความเป็นกรด

การประยุกต์ในกิจกรรมของมนุษย์

กระบอกสูบที่มีสารนี้ รวมถึงภาชนะที่มีก๊าซเหลวอื่นๆ เช่น ออกซิเจน มีลักษณะเฉพาะ ทาสีเขียวเข้มพร้อมคำว่า “ไฮโดรเจน” เขียนด้วยสีแดงสด ก๊าซถูกสูบเข้ากระบอกสูบภายใต้ความกดดันประมาณ 150 บรรยากาศ คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเบาของสถานะก๊าซของการรวมตัว ถูกนำมาใช้เพื่อเติมลูกโป่ง ลูกโป่ง ฯลฯ โดยผสมกับฮีเลียม

ไฮโดรเจนซึ่งเป็นคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ผู้คนเรียนรู้การใช้เมื่อหลายปีก่อน ปัจจุบันถูกนำมาใช้ในหลายอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่ไปเพื่อการผลิตแอมโมเนีย ไฮโดรเจนยังมีส่วนร่วมในออกไซด์ (ฮาฟเนียม เจอร์เมเนียม แกลเลียม ซิลิคอน โมลิบดีนัม ทังสเตน เซอร์โคเนียม และอื่น ๆ) ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ กรดไฮโดรไซยานิกและกรดไฮโดรคลอริก รวมถึงเชื้อเพลิงเหลวเทียม อุตสาหกรรมอาหารใช้เพื่อแปลงน้ำมันพืชให้เป็นไขมันแข็ง

ศึกษาคุณสมบัติทางเคมีและการใช้ไฮโดรเจนในกระบวนการไฮโดรจิเนชันและไฮโดรจิเนชันต่างๆ ของไขมัน ถ่านหิน ไฮโดรคาร์บอน น้ำมัน และน้ำมันเชื้อเพลิง ใช้ในการผลิตอัญมณี หลอดไส้ และผลิตภัณฑ์โลหะปลอมและเชื่อมภายใต้อิทธิพลของเปลวไฟออกซิเจนไฮโดรเจน