Hidrojen H, Evrenimizde en yaygın olanlardan biri olan kimyasal bir elementtir. Maddelerin bileşimindeki bir element olarak hidrojen kütlesi, başka bir türdeki atomların toplam içeriğinin% 75'idir. Gezegendeki en önemli ve hayati bağlantıya dahildir - su. Hidrojenin ayırt edici bir özelliği de, D. I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sistemindeki ilk element olmasıdır.
Keşif ve keşif
Paracelsus'un yazılarında hidrojene yapılan ilk atıflar on altıncı yüzyıla kadar uzanır. Ancak havanın gaz karışımından izolasyonu ve yanıcı özelliklerin incelenmesi, on yedinci yüzyılda bilim adamı Lemery tarafından yapılmıştır. Hidrojen, diğer gazlara kıyasla hidrojen kütlesinin en küçük olduğunu deneysel olarak kanıtlayan İngiliz kimyager, fizikçi ve doğa bilimci Henry Cavendish tarafından kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bilimin gelişiminin sonraki aşamalarında, birçok bilim adamı, özellikle de ona "suyu doğurmak" diyen Lavoisier, onunla çalıştı.
PSHE'deki konuma göre karakteristik
Açılan öğeD. I. Mendeleev'in periyodik tablosu, hidrojendir. Atomun fiziksel ve kimyasal özellikleri bir miktar ikilik gösterir, çünkü hidrojen aynı anda birinci gruba, ana alt gruba atanır, eğer bir metal gibi davranırsa ve bir kimyasal reaksiyon sürecinde tek bir elektron verirse ve yedinci - değerlik kabuğunun tamamen doldurulması durumunda, yani, onu halojenlere benzer şekilde karakterize eden negatif parçacık alımı.
Elemanın elektronik yapısının özellikleri
Hidrojen atomunun özellikleri, parçası olduğu karmaşık maddeler ve en basit H2 maddesi öncelikle hidrojenin elektron konfigürasyonu tarafından belirlenir. Parçacık, çekirdek etrafında yörüngesinde dönen, birim kütleli ve pozitif yüklü (+1) bir proton içeren Z=(-1) olan bir elektrona sahiptir. Elektronik konfigürasyonu 1s1 şeklinde yazılır; bu, hidrojen için ilk ve tek s-orbitalinde bir negatif parçacığın varlığı anlamına gelir.
Bir elektron ayrıldığında veya verildiğinde ve bu elementin bir atomunun metallerle ilgili olma özelliği varsa, bir katyon elde edilir. Aslında, hidrojen iyonu pozitif bir temel parçacıktır. Bu nedenle elektronu olmayan bir hidrojene basitçe proton denir.
Fiziksel özellikler
Hidrojenin fiziksel özelliklerini kısaca tanımlarsak, havadan 2, 14,5 kat daha hafif, bağıl atom kütlesi 2'ye eşit olan, renksiz, az çözünür bir gazdır.-252.8 santigrat derece sıvılaştırma.
Yaşadıklarınızdan H2'nin en kolayı olduğunu kolayca görebilirsiniz. Bunu yapmak için, üç topu çeşitli maddelerle (hidrojen, karbondioksit, normal hava) doldurmak ve aynı anda elinizden çıkarmak yeterlidir. CO2 ile dolu olan yere herkesten daha hızlı ulaşır, ondan sonra şişirilmiş hava karışımı iner ve H2 içeren karışım yere iner. tavana yükselecek.
Hidrojen parçacıklarının küçük kütlesi ve boyutu, çeşitli maddelerden geçme yeteneğini haklı çıkarır. Aynı top örneğinde, bunu doğrulamak kolaydır, gaz basitçe kauçuktan geçeceğinden birkaç gün içinde kendi kendine sönecektir. Ayrıca hidrojen bazı metallerin (paladyum veya platin) yapısında birikebilir ve sıcaklık yükseldiğinde ondan buharlaşabilir.
Hidrojenin düşük çözünürlük özelliği, suyun yer değiştirmesi yöntemiyle izolasyonu için laboratuvar uygulamalarında kullanılır. Hidrojenin fiziksel özellikleri (aşağıdaki tablo ana parametreleri içerir), uygulama kapsamını ve üretim yöntemlerini belirler.
| Basit bir maddenin atom veya molekülünün parametresi | Anlam |
| Atomik kütle (molar kütle) | 1.008 g/mol |
| Elektronik yapılandırma | 1s1 |
| Kristal kafes | Altıgen |
| Termal iletkenlik | (300 K) 0,1815 W/(m·K) |
| n'de yoğunluk y. | 0, 08987 g/l |
| Kaynama noktası | -252, 76 °C |
| Spesifik kalorifik değer | 120, 9 106 J/kg |
| Erime noktası | -259, 2 °C |
| Suda çözünürlük | 18, 8ml/L |
İzotopik kompozisyon
Periyodik kimyasal elementler sisteminin diğer birçok temsilcisi gibi, hidrojenin de birkaç doğal izotopu vardır, yani çekirdekte aynı sayıda protona sahip atomlar, ancak farklı sayıda nötron - sıfır yüklü ve birimli parçacıklar kitle. Bu özelliğe sahip atom örnekleri oksijen, karbon, klor, brom ve radyoaktif olanlar dahil diğerleridir.
Hidrojenin fiziksel özellikleri 1H, bu grubun temsilcilerinden en yaygın olanı, benzerlerinin aynı özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır. Özellikle içerdikleri maddelerin özellikleri farklılık göstermektedir. Yani, bileşiminde tek protonlu bir hidrojen atomu yerine, döteryum içeren sıradan ve döteryumlu su vardır, döteryum 2H - iki temel parçacıkla izotopu: pozitif ve yüksüz. Bu izotop, sıradan hidrojenden iki kat daha ağırdır ve bu, oluşturdukları bileşiklerin özelliklerindeki temel farkı açıklar. Doğada, döteryum hidrojenden 3200 kat daha nadirdir. Üçüncü temsilci trityumdur 3Н, çekirdekte iki nötron ve bir proton vardır.
Alma ve seçme yöntemleri
Hidrojen üretmek için laboratuvar ve endüstriyel yöntemler çok farklıdır. Evet, küçük miktarlardagaz, esas olarak mineralleri içeren reaksiyonlar yoluyla üretilirken, büyük ölçekli üretimde daha büyük ölçüde organik sentez kullanılır.
Laboratuvarda aşağıdaki kimyasal etkileşimler kullanılır:
- Alkali ve alkali toprak metallerinin su ile reaksiyona girerek alkali ve istenen gazı oluşturması.
- Sulu bir elektrolit çözeltisinin elektrolizi, H2↑ anotta salınır ve oksijen katotta salınır.
- Alkali metal hidritlerin su ile ayrışması, ürünler alkalidir ve buna bağlı olarak H gazı2↑.
- Tuz ve H2↑. oluşturmak için seyreltik asitlerin metallerle reaksiyonu
- Alkalilerin silikon, alüminyum ve çinko üzerindeki etkisi, kompleks tuzların oluşumuna paralel olarak hidrojen salınımını da destekler.
Endüstriyel çıkarlarda, gaz aşağıdaki gibi yöntemlerle elde edilir:
- Bir katalizör varlığında metanın kendisini oluşturan basit maddelere termal ayrışması (350 derece sıcaklık gibi bir göstergenin değerine ulaşır) - hidrojen H2↑ ve karbon C.
- Karbondioksit CO2 ve H2↑ oluşturmak için 1000 santigrat derecede koktan buharlı su geçirme (en yaygın yöntem)
- 800 dereceye ulaşan sıcaklıklarda bir nikel katalizör üzerinde gaz halindeki metanın dönüştürülmesi.
- Hidrojen, potasyum veya sodyum klorürlerin sulu çözeltilerinin elektrolizinin bir yan ürünüdür.
Kimyasaletkileşimler: genellemeler
Hidrojenin fiziksel özellikleri, bir veya başka bir bileşikle reaksiyon süreçlerindeki davranışını büyük ölçüde açıklar. Hidrojenin değeri, periyodik tabloda birinci grupta yer aldığı için 1'dir ve oksidasyon derecesi farklı gösterir. Hidritler hariç tüm bileşiklerde, hidrojen s.o.=(1+), ХН, ХН2, ХН3 – (1+) gibi moleküllerde -).
Genelleştirilmiş bir elektron çifti oluşturarak oluşan bir hidrojen gazı molekülü, iki atomdan oluşur ve enerjik olarak oldukça kararlıdır, bu nedenle normal koşullar altında biraz inerttir ve normal koşullar değiştiğinde reaksiyonlara girer. Diğer maddelerin bileşimindeki hidrojenin oksidasyon derecesine bağlı olarak, hem oksitleyici hem de indirgeyici ajan olarak işlev görebilir.
Reaksiyona girdiği ve hidrojen oluşturduğu maddeler
Karmaşık maddeler oluşturmak için element etkileşimleri (genellikle yüksek sıcaklıklarda):
- Alkali ve alkali toprak metali + hidrojen=hidrit.
- Halojen + H2=hidrojen halojenür.
- Kükürt + hidrojen=hidrojen sülfür.
- Oksijen + H2=su.
- Karbon + hidrojen=metan.
- Azot + H2=amonyak.
Karmaşık maddelerle etkileşim:
- Karbon monoksit ve hidrojenden sentez gazı üretmek.
- H2 kullanarak metallerin oksitlerinden kurtarılması.
- Doymamış alifatiklerin hidrojen doygunluğuhidrokarbonlar.
Hidrojen bağı
Hidrojenin fiziksel özellikleri, elektronegatif bir elementle kombinasyon halinde olduğu için, paylaşılmamış elektron çiftlerine sahip komşu moleküllerden (örneğin, oksijen, azot ve flor). Böyle bir fenomeni düşünmenin daha iyi olduğu en açık örnek sudur. Kovalent veya iyonik olanlardan daha zayıf olan hidrojen bağları ile dikildiği söylenebilir, ancak birçoğu olması nedeniyle maddenin özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Esasen, hidrojen bağı, su moleküllerini dimerlere ve polimerlere bağlayarak yüksek kaynama noktasına yol açan elektrostatik bir etkileşimdir.
Mineral bileşiklerde hidrojen
Tüm inorganik asitlerin bileşimi bir proton içerir - hidrojen gibi bir atomun katyonu. Asit kalıntısının oksidasyon durumu (-1)'den büyük olan bir maddeye polibazik bileşik denir. Sulu çözeltilerde çok aşamalı ayrışmayı sağlayan birkaç hidrojen atomu içerir. Sonraki her proton asidin geri kalanından giderek daha zor kopar. Ortamdaki hidrojenlerin nicel içeriği ile asitliği belirlenir.
Hidrojen ayrıca hidroksil baz grupları içerir. Onlarda hidrojen bir oksijen atomuna bağlanır, sonuç olarak bu alkali tortunun oksidasyon durumu her zaman (-1)'e eşittir. Ortamdaki hidroksil içeriği, onun bazlığını belirler.
İnsan faaliyetlerinde uygulama
Bir madde içeren silindirlerin yanı sıra oksijen gibi diğer sıvılaştırılmış gazları içeren kapların da belirli bir görünümü vardır. Parlak kırmızı "Hidrojen" yazısıyla koyu yeşile boyanmışlardır. Gaz, yaklaşık 150 atmosferlik bir basınç altında bir silindire pompalanır. Hidrojenin fiziksel özellikleri, özellikle gaz halindeki kümelenme halinin hafifliği, onu helyum balonları, balonlar vb. ile bir karışımda doldurmak için kullanılır.
Fiziksel ve kimyasal özellikleri insanların yıllar önce kullanmayı öğrendiği hidrojen, günümüzde birçok endüstride kullanılmaktadır. Çoğu amonyak üretimine gidiyor. Hidrojen ayrıca oksitlerden metallerin (hafniyum, germanyum, galyum, silikon, molibden, tungsten, zirkonyum ve diğerleri) üretiminde yer alır, reaksiyonda indirgeyici madde, hidrosiyanik ve hidroklorik asitler, metil alkol ve yapay sıvı olarak görev yapar. yakıt. Gıda endüstrisi, bitkisel yağları katı yağlara dönüştürmek için kullanır.
Yağlar, kömürler, hidrokarbonlar, yağlar ve fuel oil'in çeşitli hidrojenasyon ve hidrojenasyon işlemlerinde hidrojenin kimyasal özelliklerini ve kullanımını belirledi. Bunun yardımıyla değerli taşlar, akkor lambalar üretilir, metal ürünler oksijen-hidrojen alevinin etkisi altında dövülür ve kaynaklanır.
