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 en annen type. Det er inkludert i den viktigste og mest vitale forbindelsen på planeten - vann. Et særtrekk ved hydrogen er også at det er det første grunnstoffet i det periodiske systemet av kjemiske grunnstoffer til D. I. Mendeleev.
Oppdagelse og utforskning
De første referansene til hydrogen i skriftene til Paracelsus dateres tilbake til det sekstende århundre. Men isolasjonen fra gassblandingen av luft og studiet av brennbare egenskaper ble allerede gjort i det syttende århundre av vitenskapsmannen Lemery. Hydrogen ble grundig studert av den engelske kjemikeren, fysikeren og naturforskeren Henry Cavendish, som eksperimentelt beviste at massen av hydrogen er den minste i sammenligning med andre gasser. I de påfølgende stadiene av utviklingen av vitenskapen jobbet mange forskere med ham, spesielt Lavoisier, som k alte ham "å føde vann."
Karakteristikk i henhold til posisjonen i PSHE
Element som åpnesperiodisk system for D. I. Mendeleev, er hydrogen. De fysiske og kjemiske egenskapene til atomet viser en viss dualitet, siden hydrogenet samtidig er tilordnet 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 syvende - i tilfelle av fullstendig fylling av valensskallet, det vil si mottaksnegativ partikkel, som karakteriserer den som lik halogener.
Funksjoner i den elektroniske strukturen til elementet
Egenskapene til hydrogenatomet, de komplekse stoffene det er en del av, og det enkleste stoffet H2 bestemmes først og fremst av elektronkonfigurasjonen til hydrogenet. Partikkelen har ett elektron med Z=(-1), som roterer i sin bane rundt kjernen, og inneholder ett proton med masseenhet og positiv ladning (+1). Dens elektroniske konfigurasjon er skrevet som 1s1, som betyr tilstedeværelsen av én negativ partikkel i den aller første og eneste s-orbitalen for hydrogenet.
Når et elektron løsnes eller gis bort, og et atom av dette grunnstoffet har en slik egenskap at det er relatert til metaller, får man et kation. Faktisk er hydrogenionet en positiv elementær partikkel. Derfor kalles et hydrogen blottet for et elektron ganske enkelt et proton.
Fysiske egenskaper
Hvis vi kort beskriver de fysiske egenskapene til hydrogen, så er det en fargeløs, lett løselig gass med en relativ atommasse lik 2, 14,5 ganger lettere enn luft, med en temperaturflytendegjøring på -252,8 grader Celsius.
Du kan enkelt se av erfaring at H2 er det enkleste. For å gjøre dette er det nok å fylle tre baller med forskjellige stoffer - hydrogen, karbondioksid, vanlig luft - og samtidig slippe dem fra hånden. Den som er fylt med CO2 vil nå bakken raskere enn noen andre, etter den vil den oppblåste luftblandingen synke, og den som inneholder H2 vil stige til taket.
Den lille massen og størrelsen til hydrogenpartikler rettferdiggjør dens evne til å trenge gjennom ulike stoffer. På eksemplet med den samme kulen er dette lett å verifisere, om et par dager vil det tømme seg selv, siden gassen ganske enkelt vil passere gjennom gummien. Hydrogen kan også samle seg i strukturen til noen metaller (palladium eller platina), og fordampe fra det når temperaturen stiger.
Den lave løselighetsegenskapen til hydrogen brukes i laboratoriepraksis for isolering ved hjelp av vannfortrengningsmetoden. De fysiske egenskapene til hydrogen (tabellen nedenfor inneholder hovedparametrene) bestemmer omfanget av dets anvendelse og produksjonsmetoder.
| Parameter for et atom eller molekyl av en enkel substans | Meaning |
| Atommasse (molar masse) | 1,008 g/mol |
| Elektronisk konfigurasjon | 1s1 |
| Crystal gitter | Sekskantet |
| Vermeledningsevne | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Tetthet ved n. y. | 0, 08987 g/l |
| Kokepunkt | -252, 76 °C |
| Spesifikk brennverdi | 120, 9 106 J/kg |
| Smeltepunkt | -259, 2 °C |
| Vannløselighet | 18, 8ml/L |
Isotopisk komposisjon
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 enhet masse. Eksempler på atomer som har denne egenskapen er oksygen, karbon, klor, brom og andre, inkludert radioaktive.
Fysiske egenskaper til hydrogen 1H, den vanligste av representantene for denne gruppen, skiller seg betydelig fra de samme egenskapene til sine motparter. Spesielt er egenskapene til stoffene de er inkludert i forskjellige. Så det er vanlig og deuterert vann, som inneholder i sin sammensetning i stedet for et hydrogenatom med et enkelt proton, deuterium 2H - dets isotop med to elementærpartikler: positiv og uladet. Denne isotopen er dobbelt så tung som vanlig hydrogen, noe som forklarer den grunnleggende forskjellen i egenskapene til forbindelsene de utgjør. I naturen er deuterium 3200 ganger sjeldnere enn hydrogen. Den tredje representanten er tritium 3Н, i kjernen har den to nøytroner og ett proton.
Metoder for å skaffe og velge
Laboratorie- og industrielle metoder for å produsere hydrogen er svært forskjellige. Ja, i små mengdergass produseres først og fremst gjennom reaksjoner som involverer mineraler, mens storskala produksjon bruker organisk syntese i større grad.
Følgende kjemiske interaksjoner brukes i laboratoriet:
- Reaksjonen av alkali- og jordalkalimetaller med vann for å danne alkali og ønsket gass.
- Elektrolyse av en vandig elektrolyttløsning, H2↑ frigjøres ved anoden, og oksygen frigjøres ved katoden.
- Dekomponering av alkalimetallhydrider med vann, produktene er alkaliske og følgelig H-gass2↑.
- Reaksjon av fortynnede syrer med metaller for å danne s alter og H2↑.
- Virkningen av alkalier på silisium, aluminium og sink fremmer også frigjøring av hydrogen parallelt med dannelsen av komplekse s alter.
I industrielle interesser oppnås gass ved metoder som:
- Termisk dekomponering av metan i nærvær av en katalysator til dets enkle stoffer (350 grader når verdien av en slik indikator som temperatur) - hydrogen H2↑ og karbon C.
- Passerer dampholdig vann gjennom koks ved 1000 grader Celsius for å danne karbondioksid CO2 og H2↑ (den vanligste metoden).
- Omdannelse av gassformig metan på en nikkelkatalysator ved temperaturer som når 800 grader.
- Hydrogen er et biprodukt av elektrolyse av vandige løsninger av kalium- eller natriumklorider.
Kjemikalierinteraksjoner: generelt
De fysiske egenskapene til hydrogen forklarer i stor grad dets oppførsel i reaksjonsprosesser med en eller annen forbindelse. Valensen til hydrogenet er 1, siden det er plassert i den første gruppen i det periodiske systemet, og graden av oksidasjon viser en annen. I alle forbindelser, bortsett fra hydrider, er hydrogen i s.o.=(1+), i molekyler som ХН, ХН2, ХН3 – (1) -).
Et hydrogengassmolekyl, 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 går inn i reaksjoner når normale forhold endres. Avhengig av graden av oksidasjon av hydrogen i sammensetningen av andre stoffer, kan det virke både som et oksidasjonsmiddel og et reduksjonsmiddel.
Stoffer som den reagerer med og danner hydrogen
Elemental interaksjoner for å danne komplekse stoffer (ofte ved høye temperaturer):
- Alkalisk og jordalkalimetall + hydrogen=hydrid.
- Halogen + H2=hydrogenhalogenid.
- Svovel + hydrogen=hydrogensulfid.
- Oxygen + H2=vann.
- Karbon + hydrogen=metan.
- Nitrogen + H2=ammoniakk.
Interaksjon med komplekse stoffer:
- Produserer syntesegass fra karbonmonoksid og hydrogen.
- Gjenvinning av metaller fra deres oksider ved hjelp av H2.
- Hydrogenmetning av umettet alifatiskhydrokarboner.
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 det samme atomet fra nabomolekyler som har udelte elektronpar (for eksempel oksygen, nitrogen og fluor). Det klareste eksemplet hvor det er bedre å vurdere et slikt fenomen er vann. Det kan sies at det er sydd med hydrogenbindinger, som er svakere enn kovalente eller ioniske, men på grunn av det faktum at det er mange av dem, har de en betydelig effekt på stoffets egenskaper. I hovedsak er hydrogenbinding en elektrostatisk interaksjon som binder vannmolekyler til dimerer og polymerer, og gir opphav til dets høye kokepunkt.
Hydrogen i mineralforbindelser
Sammensetningen av alle uorganiske syrer inkluderer et proton - en kation av et atom som hydrogen. Et stoff hvis syrerest har en oksidasjonstilstand større enn (-1) kalles en flerbasisk forbindelse. Den inneholder flere hydrogenatomer, noe som gjør dissosiasjon i vandige løsninger flertrinns. Hvert etterfølgende proton brytes bort fra resten av syren mer og mer vanskelig. Av det kvantitative innholdet av hydrogener i mediet bestemmes surheten.
Hydrogen inneholder også hydroksylgrupper av baser. I dem er hydrogen koblet til et oksygenatom, som et resultat er oksidasjonstilstanden til denne alkaliresten alltid lik (-1). Innholdet av hydroksylsyrer i mediet bestemmer dets basicitet.
Anvendelse i menneskelige aktiviteter
Sylindere med et stoff, samt beholdere med andre flytende gasser, som for eksempel oksygen, har et spesifikt utseende. De er m alt mørkegrønne med en knallrød "Hydrogen"-skrift. 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 den i en blanding med heliumballonger, ballonger osv.
Hydrogen, de fysiske og kjemiske egenskapene som folk lærte å bruke for mange år siden, brukes i dag i mange bransjer. Det meste går til produksjon av ammoniakk. Hydrogen er også involvert i produksjonen av metaller (hafnium, germanium, gallium, silisium, molybden, wolfram, zirkonium og andre) fra oksider, som fungerer i reaksjonen som et reduksjonsmiddel, blåsyre og s altsyre, metylalkohol og kunstig væske. brensel. Matindustrien bruker den til å gjøre vegetabilske oljer om til fast fett.
Bestemte de kjemiske egenskapene og bruken av hydrogen i ulike prosesser for hydrogenering og hydrogenering av fett, kull, hydrokarboner, oljer og fyringsolje. Ved hjelp av det produseres edelstener, glødelamper, metallprodukter smids og sveises under påvirkning av en oksygen-hydrogenflamme.
