A H hidrogén kémiai elem, az egyik legelterjedtebb az Univerzumunkban. A hidrogén mint elem tömege az anyagok összetételében a más típusú atomok teljes tartalmának 75% -a. Benne van a bolygó legfontosabb és legfontosabb kapcsolatában - a vízben. A hidrogén sajátossága az is, hogy D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszerének első eleme.
Felfedezés és felfedezés
Az első utalások a hidrogénre Paracelsus írásaiban a XVI. századból származnak. De a levegő gázkeverékétől való elkülönítését és az éghető tulajdonságok tanulmányozását Lemery tudós már a tizenhetedik században végezte. A hidrogént Henry Cavendish angol kémikus, fizikus és természettudós alaposan tanulmányozta, és kísérletileg bebizonyította, hogy a hidrogén tömege a legkisebb más gázokhoz képest. A tudomány fejlődésének következő szakaszaiban sok tudós dolgozott vele, különösen Lavoisier, aki "vizet szült".
Jellemző a PSHE-ben elfogl alt pozíció szerint
Megnyíló elemD. I. Mengyelejev periódusos rendszere a hidrogén. Az atom fizikai és kémiai tulajdonságai némi kettősséget mutatnak, mivel a hidrogén egyidejűleg az első csoportba, a fő alcsoportba tartozik, ha fémként viselkedik, és egy kémiai reakció során egyetlen elektront ad fel, hetedik - a vegyértékhéj teljes kitöltése esetén, azaz a vételi negatív részecske, amely a halogénekhez hasonlóként jellemzi.
Az elem elektronikus szerkezetének jellemzői
A hidrogénatom, a benne lévő összetett anyagok és a H2 legegyszerűbb anyag tulajdonságait elsősorban a hidrogén elektronkonfigurációja határozza meg. A részecskének egy Z=(-1) elektronja van, amely a mag körül keringő pályáján egy egységnyi tömegű és pozitív töltésű (+1) protont tartalmaz. Elektronikus konfigurációja 1s1, ami egy negatív részecske jelenlétét jelenti a hidrogén legelső és egyetlen s-pályáján.
Ha egy elektront leválnak vagy leadnak, és ennek az elemnek egy atomja olyan tulajdonsággal rendelkezik, hogy fémekhez kapcsolódik, kation keletkezik. Valójában a hidrogénion egy pozitív elemi részecske. Ezért az elektrontól mentes hidrogént egyszerűen protonnak nevezzük.
Fizikai tulajdonságok
Ha röviden leírjuk a hidrogén fizikai tulajdonságait, akkor színtelen, gyengén oldódó gáz, amelynek relatív atomtömege 2,14,5-szer könnyebb a levegőnél, hőmérséklete-252,8 Celsius fok cseppfolyósítása.
Tapasztalatból könnyen beláthatja, hogy a H2 a legegyszerűbb. Ehhez elegendő három golyót megtölteni különféle anyagokkal - hidrogénnel, szén-dioxiddal, közönséges levegővel - és egyidejűleg kiengedni őket a kezéből. A CO2-vel feltöltött gyorsabban éri el a talajt, mint bárki más, utána a felfújt levegőkeverék leszáll, a H2 a plafonig emelkedik.
A hidrogénrészecskék kis tömege és mérete igazolja, hogy képes áthatolni a különféle anyagokon. Ugyanazon golyó példáján ez könnyen ellenőrizhető, pár nap alatt leereszti magát, mivel a gáz egyszerűen áthalad a gumin. Ezenkívül a hidrogén felhalmozódhat egyes fémek (palládium vagy platina) szerkezetében, és a hőmérséklet emelkedésével elpárologhat belőle.
A hidrogén alacsony oldhatóságát a laboratóriumi gyakorlatban vízkiszorításos módszerrel történő izolálására használják. A hidrogén fizikai tulajdonságai (a főbb paramétereket az alábbi táblázat tartalmazza) meghatározzák alkalmazási körét és előállítási módjait.
| Egy egyszerű anyag atomjának vagy molekulájának paramétere | Jelentés |
| Atomtömeg (móltömeg) | 1,008 g/mol |
| Elektronikus konfiguráció | 1s1 |
| Kristályrács | Hatszögletű |
| Hővezetőképesség | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Sűrűség n-nél. y. | 0, 08987 g/l |
| Forráspont | -252, 76 °C |
| Fajlagos fűtőérték | 120, 9 106 J/kg |
| Olvadáspont | -259, 2 °C |
| Vízben való oldhatóság | 18, 8 ml/L |
Izotópkompozíció
A kémiai elemek periodikus rendszerének sok más képviselőjéhez hasonlóan a hidrogénnek is számos természetes izotópja van, vagyis az atommagban azonos számú protonnal, de eltérő számú neutronnal - nulla töltésű és egységnyi részecskék tömeg. Ilyen tulajdonságú atomok például az oxigén, a szén, a klór, a bróm és mások, beleértve a radioaktív atomokat is.
A hidrogén fizikai tulajdonságai 1H, a csoport legelterjedtebb képviselője, jelentősen eltér társai azonos jellemzőitől. Különösen azon anyagok jellemzői különböznek, amelyekben szerepelnek. Tehát van közönséges és deuterált víz, amelynek összetételében egy protonnal rendelkező hidrogénatom helyett deutérium található 2H - izotópja két elemi részecskével: pozitív és töltés nélküli. Ez az izotóp kétszer nehezebb, mint a közönséges hidrogén, ami megmagyarázza az általuk alkotott vegyületek tulajdonságainak alapvető különbségét. A természetben a deutérium 3200-szor ritkább, mint a hidrogén. A harmadik képviselője a trícium 3Н, az atommagban két neutron és egy proton van.
Megszerzési és kiválasztási módszerek
A hidrogén előállításának laboratóriumi és ipari módszerei nagyon eltérőek. Igen, kis mennyiségbena gáz elsősorban ásványi anyagok részvételével zajló reakciók során keletkezik, míg a nagyüzemi termelés nagyobb mértékben szerves szintézist alkalmaz.
A következő kémiai kölcsönhatásokat alkalmazzák a laboratóriumban:
- Alkáli és alkáliföldfémek vízzel való reakciója lúg és a kívánt gáz képződéséhez.
- Vizes elektrolitoldat elektrolízise, H2↑ az anódon, az oxigén pedig a katódon szabadul fel.
- Alkálifém-hidridek vízzel való bomlása, a termékek lúgosak és ennek megfelelően H-gáz2↑.
- Híg savak reakciója fémekkel sók és H2↑.
- A lúgok szilíciumra, alumíniumra és cinkre gyakorolt hatása a hidrogén felszabadulását is elősegíti a komplex sók képződésével párhuzamosan.
Ipari érdekekben a gázt a következő módszerekkel nyerik:
- A metán hőbomlása katalizátor jelenlétében egyszerű anyagokra (350 fok eléri egy olyan mutató értékét, mint a hőmérséklet) - hidrogén H2↑ és szén C.
- Gőzös víz átengedése 1000 Celsius fokos kokszon, hogy szén-dioxid keletkezzen CO2 és H2↑ (a leggyakoribb módszer)
- Gáznemű metán átalakítása nikkelkatalizátoron 800 fokot elérő hőmérsékleten.
- A hidrogén a kálium- vagy nátrium-klorid vizes oldatainak elektrolízisének mellékterméke.
Vegyikölcsönhatások: általánosságok
A hidrogén fizikai tulajdonságai nagymértékben megmagyarázzák viselkedését az egyik vagy másik vegyülettel való reakciófolyamatokban. A hidrogén vegyértéke 1, mivel a periódusos rendszerben az első csoportban található, és az oxidáció mértéke mást mutat. A hidridek kivételével minden vegyületben a hidrogén s.o.=(1+), olyan molekulákban, mint ХН, ХН2, ХН3 – (1 -).
Egy általánosított elektronpár létrehozásával létrejövő hidrogéngáz molekula két atomból áll, és energetikailag meglehetősen stabil, ezért normál körülmények között kissé közömbös, és reakcióba lép a normál körülmények megváltozásakor. A hidrogén oxidációjának mértékétől függően más anyagok összetételében, oxidálószerként és redukálószerként is működhet.
Azok az anyagok, amelyekkel reagál és hidrogént képez
Elemi kölcsönhatások összetett anyagok képzéséhez (gyakran magas hőmérsékleten):
- Alkáli és alkáliföldfém + hidrogén=hidrid.
- Halogén + H2=hidrogén-halogenid.
- Kén + hidrogén=hidrogén-szulfid.
- Oxigén + H2=víz.
- Szén + hidrogén=metán.
- Nitrogén + H2=ammónia.
Komplex anyagokkal való kölcsönhatás:
- Szintézisgáz előállítása szén-monoxidból és hidrogénből.
- Fémek kinyerése oxidjaikból H2.
- Telítetlen alifás telítettsége hidrogénnelszénhidrogének.
Hidrogénkötés
A hidrogén fizikai tulajdonságai olyanok, hogy lehetővé teszik számára, hogy egy elektronegatív elemmel kombinálva speciális kötést hozzon létre ugyanazzal az atommal olyan szomszédos molekulákból, amelyek nem osztott elektronpárokkal rendelkeznek (például oxigén, nitrogén és fluor). A víz a legvilágosabb példa, amelyen jobb egy ilyen jelenséget figyelembe venni. Elmondható, hogy hidrogénkötésekkel van varrva, amelyek gyengébbek, mint a kovalensek vagy ionosak, de abból adódóan, hogy sok van belőlük, jelentősen befolyásolják az anyag tulajdonságait. Lényegében a hidrogénkötés egy elektrosztatikus kölcsönhatás, amely a vízmolekulákat dimerekké és polimerekké köti, ami magas forráspontot eredményez.
Hidrogén ásványi vegyületekben
Az összes szervetlen sav összetétele tartalmaz egy protont – egy atom, például hidrogén kationját. Azt az anyagot, amelynek savmaradékának oxidációs foka nagyobb, mint (-1), többbázisú vegyületnek nevezzük. Több hidrogénatomot tartalmaz, ami a disszociációt vizes oldatokban többlépcsőssé teszi. Minden egyes következő proton egyre nehezebben válik el a sav többi részétől. A közegben lévő hidrogének mennyiségi mennyisége határozza meg annak savasságát.
A hidrogén bázisok hidroxilcsoportjait is tartalmazza. Bennük a hidrogén egy oxigénatomhoz kapcsolódik, ennek következtében ennek a lúgmaradéknak az oxidációs állapota mindig egyenlő (-1). A közeg hidroxil-tartalma határozza meg a bázikusságát.
Alkalmazás az emberi tevékenységekben
Az anyagot tartalmazó palackok, valamint az egyéb cseppfolyósított gázokat, például oxigént tartalmazó tartályok sajátos megjelenésűek. Sötétzöldre vannak festve, élénkpiros "Hidrogén" felirattal. A gázt körülbelül 150 atmoszféra nyomáson szivattyúzzák egy hengerbe. A hidrogén fizikai tulajdonságait, különösen a gáz halmazállapotú halmazállapotának könnyűségét használják fel hélium ballonokkal, léggömbökkel stb.
A hidrogént, amelynek fizikai és kémiai tulajdonságait az emberek sok évvel ezelőtt megtanulták használni, jelenleg számos iparágban használják. A legtöbb az ammónia előállítására megy el. A hidrogén részt vesz a fémek (hafnium, germánium, gallium, szilícium, molibdén, wolfram, cirkónium és mások) előállításában is oxidokból, redukálószerként, hidrogén-cianidból és sósavból, metil-alkoholból és mesterséges folyadékból. üzemanyag. Az élelmiszeripar arra használja, hogy a növényi olajokat szilárd zsírokká alakítsa.
Meghatározta a hidrogén kémiai tulajdonságait és felhasználását zsírok, szenek, szénhidrogének, olajok és fűtőolaj különféle hidrogénezési és hidrogénezési folyamataiban. Segítségével drágaköveket, izzólámpákat gyártanak, fémtermékeket kovácsolnak, hegesztenek oxigén-hidrogén láng hatására.
