هیدروژن عنصر خاصی است که در جدول تناوبی مندلیف دو سلول را به طور همزمان اشغال می کند. در دو گروه از عناصر قرار می گیرد که دارای خواص متضاد هستند و همین ویژگی آن را منحصر به فرد می کند. هیدروژن یک ماده ساده است و بخشی جدایی ناپذیربسیاری از ترکیبات پیچیده، یک عنصر آلی و بیوژنیک است. ارزش آن را دارد که با جزئیات و ویژگی های اصلی آن آشنا شوید.

هیدروژن در جدول تناوبی مندلیف

ویژگی های اصلی هیدروژن به شرح زیر است:

• شماره سریال عنصر 1 است (تعداد پروتون و الکترون یکسانی وجود دارد).
• جرم اتمی 1.00795 است.
• هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است که هر کدام دارای خواص ویژه ای هستند.
• هیدروژن به دلیل محتوی تنها یک الکترون قادر است خواص کاهنده و اکسید کننده از خود نشان دهد و پس از اهدای الکترون، هیدروژن دارای یک مدار آزاد است که در ترکیب آن شرکت می کند. پیوندهای شیمیاییبا مکانیسم اهداکننده-پذیرنده؛
• هیدروژن یک عنصر سبک با چگالی کم است.
• هیدروژن یک عامل کاهنده قوی است، گروه فلزات قلیایی در گروه اول را به زیر گروه اصلی باز می کند.
• هنگامی که هیدروژن با فلزات و سایر عوامل احیا کننده قوی واکنش می دهد، الکترون آنها را می پذیرد و به یک عامل اکسید کننده تبدیل می شود. به چنین ترکیباتی هیدرید می گویند. با توجه به این ویژگی، هیدروژن به طور معمول به گروه هالوژن ها تعلق دارد (در جدول در بالا فلوئور در براکت آورده شده است)، که با آن مشابه است.

هیدروژن به عنوان یک ماده ساده

هیدروژن گازی است که مولکول آن از دو تشکیل شده است. این ماده در سال 1766 توسط دانشمند انگلیسی هنری کاوندیش کشف شد. او ثابت کرد که هیدروژن گازی است که هنگام واکنش با اکسیژن منفجر می شود. پس از مطالعه هیدروژن، شیمیدانان دریافتند که این ماده سبک ترین ماده شناخته شده برای انسان است.

دانشمند دیگری به نام لاووازیه نام "هیدروژنیوم" را به این عنصر داد که از لاتین به معنای "زایش آب" است. در سال 1781، هنری کاوندیش ثابت کرد که آب ترکیبی از اکسیژن و هیدروژن است. به عبارت دیگر آب محصول واکنش هیدروژن با اکسیژن است. خواص قابل اشتعال هیدروژن برای دانشمندان باستانی شناخته شده بود: سوابق مربوطه توسط پاراسلسوس که در قرن 16 زندگی می کرد به جا مانده است.

هیدروژن مولکولی یک ترکیب گازی طبیعی است که در طبیعت رایج است، که از دو اتم تشکیل شده و هنگامی که به سطح یک شکاف در حال سوختن آورده می شود. یک مولکول هیدروژن می تواند به اتم هایی تبدیل شود که به هسته های هلیوم تبدیل می شوند، زیرا آنها قادر به شرکت در واکنش های هسته ای هستند. چنین فرآیندهایی به طور منظم در فضا و خورشید رخ می دهد.

هیدروژن و خواص فیزیکی آن

هیدروژن دارای پارامترهای فیزیکی زیر است:

• در -252.76 درجه سانتیگراد می جوشد.
• در -259.14 درجه سانتیگراد ذوب می شود. *در محدوده دمایی مشخص شده، هیدروژن یک مایع بی بو و بی رنگ است.
• هیدروژن کمی در آب محلول است.
• هیدروژن از نظر تئوری می تواند در صورت تامین به حالت فلزی برود شرایط خاص(دماهای پایین و فشار بالا)؛
• هیدروژن خالص یک ماده منفجره و قابل اشتعال است.
• هیدروژن می تواند از طریق ضخامت فلزات پخش شود، بنابراین به خوبی در آنها حل می شود.
• هیدروژن 14.5 برابر سبکتر از هوا است.
• در فشار خون بالاکریستال های برف مانند هیدروژن جامد را می توان به دست آورد.

خواص شیمیایی هیدروژن

روش های آزمایشگاهی:

• برهمکنش اسیدهای رقیق با فلزات فعال و فلزات با فعالیت متوسط؛
• هیدرولیز هیدریدهای فلزی؛
• واکنش فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با آب.

ترکیبات هیدروژنی:

هالیدهای هیدروژن؛ ترکیبات هیدروژنی فرار غیر فلزات؛ هیدریدها هیدروکسیدها؛ هیدروکسید هیدروژن (آب)؛ آب اکسیژنه؛ ترکیبات آلی(پروتئین ها، چربی ها، هیدروکربن ها، ویتامین ها، لیپیدها، روغن ضروری، هورمون ها). برای مشاهده آزمایش های ایمن برای مطالعه خواص پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها کلیک کنید.

برای جمع آوری هیدروژن تولید شده، باید لوله آزمایش را وارونه نگه دارید. هیدروژن را نمی توان به عنوان جمع آوری کرد دی اکسید کربن، زیرا بسیار سبک تر از هوا است. هیدروژن به سرعت تبخیر می شود و هنگامی که با هوا مخلوط می شود (یا در تجمعات بزرگ) منفجر می شود. بنابراین، معکوس کردن لوله آزمایش ضروری است. بلافاصله پس از پر کردن، لوله با یک درپوش لاستیکی بسته می شود.

برای آزمایش خلوص هیدروژن، باید یک کبریت روشن به گردن لوله آزمایش بگیرید. اگر یک انفجار کسل کننده و آرام رخ دهد، گاز تمیز است و ناخالصی های هوا حداقل است. اگر صدای پنبه بلند و سوت باشد، گاز موجود در لوله آزمایش کثیف است و دارای بخش زیادی از اجزای خارجی است.

توجه! سعی نکنید خودتان این آزمایشات را تکرار کنید!

HYDROGEN، H (lat. hydrogenium; a. hydrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogene; i. hidrogeno)، یک عنصر شیمیایی از سیستم تناوبی عناصر مندلیف است که به طور همزمان در گروه های I و VII، شماره اتمی 1 طبقه بندی می شود. , جرم اتمی 1, 0079. هیدروژن طبیعی دارای ایزوتوپ های پایدار است - پروتیوم (1 H)، دوتریوم (2 H، یا D) و رادیواکتیو - تریتیوم (3 H، یا T). برای ترکیبات طبیعینسبت متوسط ​​D/H = (2±158).10 -6 محتوای تعادلی 3 H روی زمین ~5.10 27 اتم.

خواص فیزیکی هیدروژن

هیدروژن اولین بار در سال 1766 توسط دانشمند انگلیسی G. Cavendish توصیف شد. در شرایط عادی، هیدروژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است. در طبیعت در حالت آزاد به شکل مولکول های H2 یافت می شود. انرژی تفکیک مولکول H 2 4.776 eV است. پتانسیل یونیزاسیون اتم هیدروژن 13.595 eV است. هیدروژن سبک ترین ماده شناخته شده در دمای 0 درجه سانتی گراد و 0.1 مگاپاسکال 0.0899 کیلوگرم بر متر مکعب است. t جوش - 252.6 درجه سانتیگراد، t ذوب - 259.1 درجه سانتیگراد. پارامترهای بحرانی: t - 240 درجه سانتی گراد، فشار 1.28 مگاپاسکال، چگالی 31.2 کیلوگرم بر متر مکعب. رسانای حرارتی ترین گاز در بین تمام گازها - 0.174 W/(m.K) در دمای 0 درجه سانتی گراد و 1 مگاپاسکال، گرمای ویژه 14.208.10 3 J (kg.K).

خواص شیمیایی هیدروژن

هیدروژن مایع بسیار سبک است (چگالی در -253 درجه سانتیگراد 70.8 کیلوگرم بر متر مکعب است) و مایع (در -253 درجه سانتیگراد 13.8 cP است). در اکثر ترکیبات، هیدروژن حالت اکسیداسیون 1+ (مشابه فلزات قلیایی) و کمتر -1 (مشابه هیدریدهای فلزی) را نشان می دهد. در شرایط عادی، هیدروژن مولکولی غیر فعال است. حلالیت در آب در دمای 20 درجه سانتی گراد و 1 مگاپاسکال 0.0182 میلی لیتر در گرم. بسیار محلول در فلزات - نیکل، پلاتین، پالادیم و غیره. با اکسیژن، آب را با انتشار حرارت 143.3 MJ/kg (در دمای 25 درجه سانتی گراد و 0.1 مگاپاسکال) تشکیل می دهد. در دمای 550 درجه سانتیگراد و بالاتر، واکنش با یک انفجار همراه است. هنگام برهم کنش با فلوئور و کلر، واکنش ها نیز به صورت انفجاری رخ می دهد. ترکیبات اصلی هیدروژن: H 2 O ، آمونیاک NH 3 ، سولفید هیدروژن H 2 S ، CH 4 ، فلز و هالوژن هیدرید CaH 2 ، HBr ، Hl و همچنین ترکیبات آلی C 2 H 4 ، HCHO ، CH 3 OH و غیره .

هیدروژن در طبیعت

هیدروژن یک عنصر گسترده در طبیعت است، محتوای آن 1٪ (از نظر وزن) است. مخزن اصلی هیدروژن روی زمین آب است (19/11 درصد بر حسب جرم). هیدروژن یکی از اجزای اصلی تمام ترکیبات آلی طبیعی است. در حالت آزاد، در گازهای آتشفشانی و دیگر گازهای طبیعی به میزان (0001/0 درصد بر حسب تعداد اتم) وجود دارد. بخش عمده ای از جرم خورشید، ستارگان، گاز بین ستاره ای و سحابی های گازی را تشکیل می دهد. در اتمسفر سیارات به صورت H 2، CH 4، NH 3، H 2 O، CH، NHOH و غیره وجود دارد و بخشی از تابش هسته ای خورشید (جریان پروتون) و پرتوهای کیهانی (الکترون) است. جریان می یابد).

تولید و استفاده از هیدروژن

مواد اولیه برای تولید صنعتیهیدروژن - گازهای پالایش نفت، محصولات تبدیل به گاز و غیره. روش های اصلی تولید هیدروژن: واکنش هیدروکربن ها با بخار آب، اکسیداسیون جزئی هیدروکربن ها، تبدیل اکسید، الکترولیز آب. هیدروژن برای تولید آمونیاک، الکل‌ها، بنزین مصنوعی، اسید هیدروکلریک، تصفیه فرآورده‌های نفتی و برش فلزات با شعله هیدروژن-اکسیژن استفاده می‌شود.

هیدروژن یک سوخت گازی امیدوارکننده است. دوتریوم و تریتیوم در انرژی هسته ای کاربرد پیدا کرده اند.

هیدروژن H رایج ترین عنصر در کیهان است (حدود ۷۵ درصد جرم) و در زمین نهمین عنصر فراوان است. مهمترین ترکیب هیدروژن طبیعی آب است.
هیدروژن در جدول تناوبی رتبه اول را دارد (Z = 1). این ساده ترین ساختار اتمی را دارد: هسته یک اتم 1 پروتون است که توسط یک ابر الکترونی متشکل از 1 الکترون احاطه شده است.
تحت برخی شرایط، هیدروژن خواص فلزی را از خود نشان می دهد (الکترونی را اهدا می کند)، در حالی که در شرایط دیگر خواص غیرفلزی را نشان می دهد (الکترون را می پذیرد).
ایزوتوپ های هیدروژن موجود در طبیعت عبارتند از: 1H - پروتیوم (هسته از یک پروتون تشکیل شده است)، 2H - دوتریوم (D - هسته از یک پروتون و یک نوترون تشکیل شده است)، 3H - تریتیوم (T - هسته از یک پروتون و دو تشکیل شده است. نوترون).

ماده ساده هیدروژن

یک مولکول هیدروژن از دو اتم تشکیل شده است که توسط یک پیوند کووالانسی غیرقطبی به هم متصل شده اند.
مشخصات فیزیکی.هیدروژن گازی بی رنگ، بی بو، بی مزه و غیر سمی است. مولکول هیدروژن قطبی نیست. بنابراین نیروهای برهمکنش بین مولکولی در گاز هیدروژن کم است. این در نقاط جوش کم (252.6- 0C) و نقطه ذوب (259.2- 0C) آشکار می شود.
هیدروژن سبکتر از هوا است، D (توسط هوا) = 0.069; کمی در آب حل می شود (2 حجم H2 در 100 حجم H2O حل می شود). بنابراین، وقتی هیدروژن در آزمایشگاه تولید می شود، می توان با روش های جابجایی هوا یا آب جمع آوری کرد.

تولید هیدروژن

در آزمایشگاه:

1-اثر اسیدهای رقیق بر فلزات:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. برهمکنش بین قلیایی و فلزاتبا آب:
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3. هیدرولیز هیدریدها: هیدریدهای فلزی به راحتی توسط آب تجزیه می شوند و قلیایی و هیدروژن مربوطه را تشکیل می دهند:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. اثر قلیاها بر روی یا آلومینیوم یا سیلیکون:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na +3H2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. الکترولیز آب. برای افزایش رسانایی الکتریکی آب، یک الکترولیت به آن اضافه می شود، به عنوان مثال NaOH، H 2 SO 4 یا Na 2 SO 4. 2 حجم هیدروژن در کاتد و 1 حجم اکسیژن در آند تشکیل می شود.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

تولید صنعتی هیدروژن

1. تبدیل متان با بخار، Ni 800 درجه سانتیگراد (ارزانترین):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

در مجموع:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. بخار آب از طریق کک داغ در دمای 1000 درجه سانتیگراد:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

مونوکسید کربن حاصله (IV) توسط آب جذب می شود و 50 درصد هیدروژن صنعتی از این طریق تولید می شود.

3. با حرارت دادن متان تا 350 درجه سانتیگراد در حضور کاتالیزور آهن یا نیکل:
CH 4 → C + 2H 2

4. الکترولیز محلول های آبی KCl یا NaCl به عنوان یک محصول جانبی:
2H 2 O + 2 NaCl → Cl 2 + H 2 + 2 NaOH

خواص شیمیایی هیدروژن

• در ترکیبات، هیدروژن همیشه تک ظرفیتی است. با حالت اکسیداسیون 1+ مشخص می شود، اما در هیدریدهای فلزی برابر با 1- است.
• مولکول هیدروژن از دو اتم تشکیل شده است. پیدایش ارتباط بین آنها با تشکیل یک جفت الکترون تعمیم یافته H:H یا H2 توضیح داده می شود.
• به لطف این تعمیم الکترون ها، مولکول H2 از نظر انرژی پایدارتر از اتم های منفرد است. برای شکستن 1 مول مولکول هیدروژن به اتم، باید 436 کیلوژول انرژی مصرف کرد: H 2 = 2H، ∆H° = 436 kJ/mol.
• این موضوع فعالیت نسبتاً کم هیدروژن مولکولی را در دماهای معمولی توضیح می دهد.
• با بسیاری از غیر فلزات، هیدروژن ترکیبات گازی مانند RH 4، RH 3، RH 2، RH را تشکیل می دهد.

1) هالیدهای هیدروژن را با هالوژن تشکیل می دهد:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
در همان زمان، با فلوئور منفجر می شود، با کلر و برم فقط در صورت روشن شدن یا گرم شدن واکنش می دهد و با ید فقط زمانی که گرم می شود.

2) با اکسیژن:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
با انتشار گرما در دمای معمولی واکنش به کندی پیش می رود، در دمای بالای 550 درجه سانتی گراد منفجر می شود. مخلوطی از 2 حجم H 2 و 1 حجم O 2 را گاز انفجاری می نامند.

3) هنگامی که گرم می شود، به شدت با گوگرد واکنش نشان می دهد (بسیار دشوارتر با سلنیوم و تلوریم):
H 2 + S → H 2 S (سولفید هیدروژن)،

4) با نیتروژن با تشکیل آمونیاک فقط روی کاتالیزور و در دماهای بالاو فشارها:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) با کربن در دماهای بالا:
2H 2 + C → CH 4 (متان)

6) با فلزات قلیایی و قلیایی خاکی هیدریدها را تشکیل می دهد (هیدروژن یک عامل اکسید کننده است):
H 2 + 2Li → 2LiH
در هیدریدهای فلزی، یون هیدروژن دارای بار منفی است (وضعیت اکسیداسیون -1)، یعنی هیدرید Na + H - ساخته شده شبیه به کلرید Na + کلر -

با مواد پیچیده:

7) با اکسیدهای فلزی (برای احیای فلزات استفاده می شود):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) با مونوکسید کربن (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
گاز سنتز (مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن) دارای اهمیت است اهمیت عملی، زیرا بسته به دما، فشار و کاتالیزور، ترکیبات آلی مختلفی تشکیل می شود، به عنوان مثال HCHO، CH 3 OH و غیره.

9) هیدروکربن های غیر اشباع با هیدروژن واکنش داده و اشباع می شوند:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2.

در جدول تناوبی، هیدروژن در دو گروه از عناصر قرار دارد که از نظر خواص کاملاً متضاد هستند. این ویژگیآن را کاملا منحصر به فرد کنید. هیدروژن فقط یک عنصر یا ماده نیست، بلکه بخشی جدایی ناپذیر از بسیاری از ترکیبات پیچیده، یک عنصر آلی و بیوژنیک است. بنابراین، بیایید به خواص و ویژگی های آن با جزئیات بیشتری نگاه کنیم.

انتشار گازهای قابل اشتعال در هنگام برهمکنش فلزات و اسیدها در قرن شانزدهم، یعنی در طول شکل گیری شیمی به عنوان یک علم، مشاهده شد. دانشمند معروف انگلیسی هنری کاوندیش این ماده را در سال 1766 مطالعه کرد و نام آن را "هوای قابل احتراق" گذاشت. این گاز هنگام سوختن آب تولید می کرد. متأسفانه، پایبندی دانشمند به نظریه فلوژیستون (فرضی "ماده فوق ریز") مانع از رسیدن او به نتایج درست شد.

شیمیدان و طبیعت شناس فرانسوی A. Lavoisier به همراه مهندس J. Meunier و با کمک گازسنج های مخصوص در سال 1783 آب را سنتز کردند و سپس آن را از طریق تجزیه بخار آب با آهن داغ تجزیه و تحلیل کردند. بنابراین دانشمندان توانستند به نتایج درستی برسند. آنها دریافتند که "هوای قابل احتراق" نه تنها بخشی از آب است، بلکه می توان از آن نیز به دست آورد.

در سال 1787، لاووازیه پیشنهاد کرد که گاز مورد مطالعه یک ماده ساده است و بر این اساس، متعلق به اولیه است. عناصر شیمیایی. او آن را هیدروژن (از کلمات یونانی هیدور - آب + جنائو - من به دنیا می‌آورم) نامیده است، یعنی "آب زایید".

نام روسی "هیدروژن" در سال 1824 توسط شیمیدان M. Soloviev پیشنهاد شد. تعیین ترکیب آب پایان "نظریه فلوژیستون" بود. در آغاز قرن 18 و 19 مشخص شد که اتم هیدروژن بسیار سبک است (در مقایسه با اتم های سایر عناصر) و جرم آن به عنوان واحد اصلی برای مقایسه جرم های اتمی با دریافت مقداری برابر با 1 در نظر گرفته شد.

مشخصات فیزیکی

هیدروژن سبک ترین ماده شناخته شده برای علم است (14.4 برابر سبکتر از هوا است)، چگالی آن 0.0899 گرم در لیتر (1 اتمسفر، 0 درجه سانتیگراد) است. این ماده به ترتیب در دمای 259.1- و 252.8- درجه سانتیگراد ذوب می شود (جامد می شود) و می جوشد (مایع می شود).

دمای بحرانی هیدروژن بسیار پایین است (-240 درجه سانتیگراد). به همین دلیل، مایع سازی آن یک فرآیند نسبتاً پیچیده و پرهزینه است. فشار بحرانی ماده 12.8 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع و چگالی بحرانی 0.0312 گرم بر سانتی‌متر مربع است. در میان همه گازها، هیدروژن بالاترین رسانایی حرارتی را دارد: در 1 اتمسفر و 0 درجه سانتیگراد برابر با 0.174 W/(mxK) است.

ظرفیت گرمایی ویژه ماده در شرایط یکسان 14.208 kJ/(kgxK) یا 3.394 cal/(gh°C) است. این عنصر کمی در آب حل می شود (حدود 0.0182 میلی لیتر بر گرم در 1 اتمسفر و 20 درجه سانتی گراد)، اما در اکثر فلزات (نیکل، پلاتین، پاس و غیره) به خوبی محلول است، به ویژه در پالادیوم (حدود 850 حجم در هر حجم Pd). .

خاصیت اخیر با توانایی انتشار آن مرتبط است و انتشار از طریق یک آلیاژ کربن (مثلاً فولاد) می تواند با تخریب آلیاژ به دلیل برهمکنش هیدروژن با کربن همراه باشد (به این فرآیند کربن زدایی می گویند). در حالت مایع، این ماده بسیار سبک است (چگالی - 0.0708 g/cm³ در t ° = -253 ° C) و سیال (ویسکوزیته - 13.8 spoise در شرایط یکسان).

در بسیاری از ترکیبات، این عنصر مانند سدیم و سایر فلزات قلیایی یک ظرفیت +1 (حالت اکسیداسیون) نشان می دهد. معمولاً به عنوان آنالوگ این فلزات در نظر گرفته می شود. بر این اساس، او سرپرستی گروه اول نظام تناوبی را بر عهده دارد. در هیدریدهای فلزی، یون هیدروژن بار منفی از خود نشان می دهد (وضعیت اکسیداسیون 1- است)، یعنی Na+H- ساختاری شبیه به کلرید Na+Cl- دارد. مطابق با این و برخی واقعیت های دیگر (نزدیکی مشخصات فیزیکیعنصر "H" و هالوژن ها، توانایی جایگزینی آن با هالوژن در ترکیبات آلی) هیدروژن متعلق به گروه VII سیستم تناوبی است.

در شرایط عادی، هیدروژن مولکولی دارای فعالیت کم است و مستقیماً فقط با فعال ترین غیر فلزات (فلوئور و کلر، با دومی در نور) ترکیب می شود. به نوبه خود، هنگامی که گرم می شود، با بسیاری از عناصر شیمیایی تعامل می کند.

هیدروژن اتمی فعالیت شیمیایی را افزایش داده است (در مقایسه با هیدروژن مولکولی). با اکسیژن آب را مطابق فرمول تشکیل می دهد:

Н2 + ½О2 = Н2О،

انتشار 285.937 کیلوژول بر مول گرما یا 68.3174 کیلوکالری در مول (25 درجه سانتی گراد، 1 اتمسفر). در شرایط دمایی معمولی، واکنش نسبتاً آهسته پیش می‌رود و در دمای 550 درجه سانتی‌گراد غیر قابل کنترل است. محدودیت های انفجاری مخلوط هیدروژن + اکسیژن بر حسب حجم 4-94٪ H2 و مخلوط هیدروژن + هوا 4-74٪ H2 است (مخلوطی از دو حجم H2 و یک حجم O2 را گاز انفجاری می نامند).

این عنصر برای کاهش بیشتر فلزات استفاده می شود، زیرا اکسیژن را از اکسیدها حذف می کند:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O،

CuO + H2 = Cu + H2O و غیره.

هیدروژن هالیدهای هیدروژن را با هالوژن های مختلف تشکیل می دهد، به عنوان مثال:

H2 + Cl2 = 2HCl.

با این حال، هنگام واکنش با فلوئور، هیدروژن منفجر می شود (این نیز در تاریکی، در -252 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد)، با برم و کلر تنها در هنگام گرم شدن یا روشن شدن، و با ید - فقط زمانی که گرم می شود، واکنش نشان می دهد. هنگام تعامل با نیتروژن، آمونیاک تشکیل می شود، اما فقط در کاتالیزور، زمانی که فشار خون بالاو دما:

ЗН2 + N2 = 2NN3.

هنگامی که گرم می شود، هیدروژن به طور فعال با گوگرد واکنش می دهد:

H2 + S = H2S (سولفید هیدروژن)،

و با تلوریم یا سلنیوم بسیار دشوارتر است. هیدروژن با کربن خالص بدون کاتالیزور، اما در دماهای بالا واکنش می دهد:

2H2 + C (آمورف) = CH4 (متان).

این ماده به طور مستقیم با برخی از فلزات (قلیایی، خاک قلیایی و غیره) واکنش می دهد و هیدریدها را تشکیل می دهد، به عنوان مثال:

H2 + 2Li = 2LiH.

برهمکنش های بین هیدروژن و مونوکسید کربن (II) از اهمیت عملی قابل توجهی برخوردار است. در این حالت، بسته به فشار، دما و کاتالیزور، ترکیبات آلی مختلفی تشکیل می شود: HCHO، CH3OH، و غیره.

С n Н2 n + Н2 = С n Н2 n ₊2.

هیدروژن و ترکیبات آن نقش استثنایی در شیمی دارند. این به اصطلاح خواص اسیدی را تعیین می کند. اسیدهای پروتیک، تمایل به تشکیل با عناصر مختلفپیوند هیدروژنی که تأثیر بسزایی بر خواص بسیاری از ترکیبات معدنی و آلی دارد.

تولید هیدروژن

انواع اصلی مواد اولیه برای تولید صنعتیاین عنصر شامل گازهای پالایش نفت، گازهای قابل احتراق طبیعی و گازهای کوره کک است. همچنین از طریق الکترولیز (در مکان هایی که برق در دسترس است) از آب به دست می آید. یکی از مهم ترین روش هاتولید مواد از گاز طبیعی به عنوان برهمکنش کاتالیزوری هیدروکربن ها، عمدتاً متان، با بخار آب در نظر گرفته می شود (به اصطلاح تبدیل). مثلا:

CH4 + H2O = CO + ZN2.

اکسیداسیون ناقص هیدروکربن ها با اکسیژن:

CH4 + ½O2 = CO + 2H2.

مونوکسید کربن سنتز شده (II) تحت تبدیل:

CO + H2O = CO2 + H2.

هیدروژن تولید شده از گاز طبیعی ارزان ترین است.

برای الکترولیز آب استفاده می شود دی سیکه از محلول NaOH یا KOH عبور داده می شود (برای جلوگیری از خوردگی تجهیزات از اسیدها استفاده نمی شود). در شرایط آزمایشگاهی، ماده با الکترولیز آب یا در نتیجه واکنش بین اسید کلریدریک و روی به دست می آید. با این حال، مواد کارخانه ای آماده در سیلندرها بیشتر استفاده می شود.

این عنصر با حذف سایر اجزای مخلوط گاز از گازهای پالایش نفت و گاز کوره کک جدا می شود، زیرا آنها در طول خنک شدن عمیق راحت تر مایع می شوند.

این ماده در اواخر قرن 18 شروع به تولید صنعتی کرد. سپس برای پر کردن استفاده شد بالن ها. در حال حاضر، هیدروژن به طور گسترده در صنعت، عمدتا در صنایع شیمیایی، برای تولید آمونیاک استفاده می شود.

مصرف کنندگان انبوه این ماده تولید کنندگان متیل و سایر الکل ها، بنزین مصنوعی و بسیاری از محصولات دیگر هستند. آنها با سنتز از مونوکسید کربن (II) و هیدروژن به دست می آیند. هیدروژن برای هیدروژناسیون مواد سنگین و جامد استفاده می شود سوخت مایع، چربی ها و غیره، برای سنتز هیدروکلراید، تصفیه آب فرآورده های نفتی، و همچنین در برش / جوشکاری فلزات. مهمترین عناصربرای انرژی هسته ای ایزوتوپ های آن - تریتیوم و دوتریوم هستند.

نقش بیولوژیکی هیدروژن

حدود 10 درصد از جرم موجودات زنده (به طور متوسط) از این عنصر است. بخشی از آب و مهمترین گروه از ترکیبات طبیعی از جمله پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها و کربوهیدرات ها است. آن برای چه کاری استفاده می شود؟

این ماده نقش تعیین کننده ای ایفا می کند: در حفظ ساختار فضایی پروتئین ها (چهارتا)، در اجرای اصل مکمل بودن. اسیدهای نوکلئیک(یعنی در اجرا و ذخیره اطلاعات ژنتیکی)، به طور کلی در "تشخیص" در سطح مولکولی.

یون هیدروژن H+ در واکنش ها/فرآیندهای دینامیکی مهم در بدن شرکت می کند. از جمله: در اکسیداسیون بیولوژیکی، که انرژی سلول های زنده را تامین می کند، در واکنش های بیوسنتزی، در فتوسنتز در گیاهان، در فتوسنتز باکتری ها و تثبیت نیتروژن، در حفظ تعادل اسید و باز و هموستاز، در فرآیندهای انتقال غشایی. همراه با کربن و اکسیژن، اساس عملکردی و ساختاری پدیده های زندگی را تشکیل می دهد.

هیدروژن (کاغذ ردیابی از لاتین: lat. Hydrogenium - hydro = "آب"، gen = "تولید کننده"؛ hydrogenium - "تولید آب"؛ نشان داده شده با نماد H) اولین عنصر جدول تناوبی عناصر است. به طور گسترده در طبیعت توزیع شده است. کاتیون (و هسته) رایج ترین ایزوتوپ هیدروژن، 1 H، پروتون است. خواص هسته 1H استفاده گسترده از طیف سنجی NMR در تجزیه و تحلیل مواد آلی را ممکن می سازد.

سه ایزوتوپ هیدروژن دارند اسامی مناسب: 1 H - پروتیوم (H)، 2 H - دوتریوم (D) و 3 H - تریتیوم (رادیواکتیو) (T).

ماده ساده هیدروژن - H 2 - یک گاز بی رنگ روشن است. هنگامی که با هوا یا اکسیژن مخلوط شود، قابل اشتعال و انفجار است. غیر سمی محلول در اتانول و تعدادی از فلزات: آهن، نیکل، پالادیوم، پلاتین.

داستان

انتشار گاز قابل اشتعال در طی فعل و انفعال اسیدها و فلزات در شانزدهم و قرن هفدهمدر طلوع شکل گیری شیمی به عنوان یک علم. میخائیل واسیلیویچ لومونوسوف نیز مستقیماً به جداسازی آن اشاره کرد ، اما او قبلاً قطعاً آگاه بود که این فلوژیستون نیست. فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی هنری کاوندیش این گاز را در سال 1766 بررسی کرد و آن را "هوای قابل احتراق" نامید. هنگام سوختن، "هوای قابل احتراق" آب تولید می کرد، اما پایبندی کاوندیش به نظریه فلوژیستون مانع از نتیجه گیری صحیح او شد. شیمیدان فرانسوی Antoine Lavoisier به همراه مهندس J. Meunier با استفاده از گازسنج های مخصوص در سال 1783 سنتز آب و سپس تجزیه و تحلیل آن را انجام دادند و بخار آب را با آهن داغ تجزیه کردند. بنابراین، او ثابت کرد که "هوای قابل احتراق" بخشی از آب است و می توان از آن به دست آورد.

منشاء نام

Lavoisier نام هیدروژن را هیدروژن (از یونانی باستان ὕδωρ - آب و γεννάω - من به دنیا می‌آورم) داد - "به دنیا آوردن آب". نام روسی "هیدروژن" توسط شیمیدان M. F. Solovyov در سال 1824 - با قیاس با "اکسیژن" توسط M. V. Lomonosov پیشنهاد شد.

شیوع

در جهان
هیدروژن رایج ترین عنصر در کیهان است. حدود 92٪ از کل اتم ها را تشکیل می دهد (8٪ اتم های هلیوم هستند، سهم همه عناصر دیگر در ترکیب کمتر از 0.1٪ است). بنابراین، هیدروژن اصلی است جزءستاره ها و گاز بین ستاره ای در شرایط دمای ستارگان (به عنوان مثال، دمای سطح خورشید ~ 6000 درجه سانتیگراد است)، هیدروژن به شکل پلاسما در فضای بین ستاره ای وجود دارد، این عنصر به صورت مولکول ها، اتم ها و یون های منفرد وجود دارد و می تواند تشکیل شود. ابرهای مولکولی که به طور قابل توجهی از نظر اندازه، چگالی و دما متفاوت هستند.

پوسته زمین و موجودات زنده
کسر جرمی هیدروژن در پوسته زمین 1٪ است - دهمین عنصر فراوان است. با این حال، نقش آن در طبیعت نه با جرم، بلکه با تعداد اتم ها تعیین می شود که سهم آن در بین عناصر دیگر 17٪ است (مقام دوم پس از اکسیژن، سهم اتم های آن ~ 52٪ است). بنابراین، اهمیت هیدروژن در فرآیندهای شیمیایی روی زمین تقریباً به اندازه اکسیژن است. بر خلاف اکسیژن که روی زمین در هر دو حالت محدود و آزاد وجود دارد، تقریباً تمام هیدروژن روی زمین به شکل ترکیبات است. فقط مقدار بسیار کمی هیدروژن به شکل یک ماده ساده در جو موجود است (0.00005٪ حجمی).
هیدروژن تقریباً بخشی از تمام مواد آلی است و در تمام سلول های زنده وجود دارد. در سلول های زنده، هیدروژن تقریباً 50 درصد از تعداد اتم ها را تشکیل می دهد.

اعلام وصول

روش های صنعتی برای تولید مواد ساده بستگی به شکلی دارد که عنصر مربوطه در طبیعت یافت می شود، یعنی اینکه چه چیزی می تواند ماده اولیه تولید آن باشد. بنابراین، اکسیژن، که در حالت آزاد در دسترس است، به صورت فیزیکی - با جداسازی از هوای مایع - به دست می آید. تقریباً تمام هیدروژن به صورت ترکیبات است، بنابراین برای به دست آوردن آن استفاده می شود روش های شیمیایی. به طور خاص می توان از واکنش های تجزیه استفاده کرد. یکی از راه های تولید هیدروژن از طریق تجزیه آب توسط جریان الکتریکی است.
پایه ای روش صنعتیتولید هیدروژن - واکنش متان، که بخشی از گاز طبیعی است، با آب. در دمای بالا انجام می شود:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 -165 کیلوژول

یکی از روش های آزمایشگاهی تولید هیدروژن که گاهی در صنعت نیز مورد استفاده قرار می گیرد، تجزیه آب توسط جریان الکتریکی است. به طور معمول، هیدروژن در آزمایشگاه با واکنش روی با اسید هیدروکلریک تولید می شود.