Hidrogen adalah unsur khas yang menduduki dua sel sekaligus dalam sistem berkala Mendeleev. Ia terletak dalam dua kumpulan elemen dengan sifat bertentangan, dan ciri ini menjadikannya unik. Hidrogen ialah bahan mudah dan sebahagian banyak sebatian kompleks, ia adalah unsur organogenik dan biogenik. Perlu membiasakan diri secara terperinci dengan ciri dan sifat utamanya.

Hidrogen dalam sistem berkala Mendeleev

Ciri-ciri utama hidrogen yang ditunjukkan dalam:

• nombor siri unsur ialah 1 (terdapat bilangan proton dan elektron yang sama);
• jisim atom ialah 1.00795;
• hidrogen mempunyai tiga isotop, setiap satunya mempunyai ciri khas;
• kerana kandungan hanya satu elektron, hidrogen dapat mempamerkan sifat pengurangan dan pengoksidaan, dan selepas pendermaan elektron, hidrogen mempunyai orbital bebas, yang mengambil bahagian dalam komposisi ikatan kimia mengikut mekanisme penderma-penerima;
• hidrogen ialah unsur ringan dengan ketumpatan rendah;
• hidrogen adalah agen penurunan yang kuat, ia membuka kumpulan logam alkali dalam kumpulan pertama subkumpulan utama;
• apabila hidrogen bertindak balas dengan logam dan agen penurunan kuat yang lain, ia menerima elektronnya dan menjadi agen pengoksidaan. Sebatian sedemikian dipanggil hidrida. Mengikut ciri yang ditunjukkan, hidrogen secara bersyarat tergolong dalam kumpulan halogen (dalam jadual ia diberikan di atas fluorin dalam kurungan), yang mana ia mempunyai persamaan.

Hidrogen sebagai bahan mudah

Hidrogen ialah gas yang molekulnya terdiri daripada dua. Bahan ini ditemui pada tahun 1766 oleh saintis British Henry Cavendish. Dia membuktikan bahawa hidrogen adalah gas yang meletup apabila ia berinteraksi dengan oksigen. Selepas mengkaji hidrogen, ahli kimia mendapati bahawa bahan ini adalah yang paling ringan daripada semua yang diketahui manusia.

Seorang lagi saintis, Lavoisier, memberi nama unsur itu "hidrogenium", yang dalam bahasa Latin bermaksud "melahirkan air." Pada tahun 1781, Henry Cavendish membuktikan bahawa air adalah gabungan oksigen dan hidrogen. Dengan kata lain, air adalah hasil tindak balas hidrogen dengan oksigen. Sifat mudah terbakar hidrogen diketahui walaupun oleh saintis purba: rekod yang sepadan ditinggalkan oleh Paracelsus, yang hidup pada abad ke-16.

Hidrogen molekul ialah sebatian gas yang wujud secara semula jadi yang biasa di alam semula jadi, yang terdiri daripada dua atom dan apabila serpihan yang terbakar dibawa naik. Molekul hidrogen boleh mereput menjadi atom yang bertukar menjadi nukleus helium, kerana ia boleh mengambil bahagian dalam tindak balas nuklear. Proses sedemikian kerap berlaku di angkasa dan di Matahari.

Hidrogen dan sifat fizikalnya

Hidrogen mempunyai parameter fizikal berikut:

• mendidih pada -252.76 °C;
• cair pada -259.14 °C; *dalam had suhu yang dinyatakan, hidrogen ialah cecair tidak berbau dan tidak berwarna;
• hidrogen sedikit larut dalam air;
• hidrogen secara teorinya boleh masuk ke dalam keadaan logam apabila disediakan syarat khas(suhu rendah dan tekanan tinggi);
• hidrogen tulen ialah bahan letupan dan mudah terbakar;
• hidrogen dapat meresap melalui ketebalan logam, oleh itu ia larut dengan baik di dalamnya;
• hidrogen adalah 14.5 kali lebih ringan daripada udara;
• di tekanan tinggi hablur hidrogen pepejal seperti salji boleh diperolehi.

Sifat kimia hidrogen

Kaedah makmal:

• interaksi asid cair dengan logam aktif dan logam aktiviti sederhana;
• hidrolisis hidrida logam;
• tindak balas dengan air logam alkali dan alkali tanah.

Sebatian hidrogen:

Hidrogen halida; sebatian hidrogen meruap bukan logam; hidrida; hidroksida; hidrogen hidroksida (air); hidrogen peroksida; sebatian organik(protein, lemak, karbohidrat, vitamin, lipid, minyak pati, hormon). Klik untuk melihat eksperimen selamat tentang kajian sifat protein, lemak dan karbohidrat.

Untuk mengumpul hidrogen yang terhasil, anda perlu memastikan tabung uji terbalik. Hidrogen tidak boleh dituai karbon dioksida kerana ia lebih ringan daripada udara. Hidrogen cepat menyejat, dan apabila bercampur dengan udara (atau dalam pengumpulan besar) ia meletup. Oleh itu, adalah perlu untuk membalikkan tiub. Sejurus selepas mengisi, tiub ditutup dengan penyumbat getah.

Untuk memeriksa ketulenan hidrogen, anda perlu membawa padanan yang menyala ke leher tabung uji. Jika bunyi pop pekak dan senyap berlaku, gas adalah bersih, dan kekotoran udara adalah minimum. Jika pop kuat dan bersiul, gas dalam tabung uji adalah kotor, ia mengandungi sebahagian besar komponen asing.

Perhatian! Jangan cuba mengulangi eksperimen ini sendiri!

HIDROGEN, H (lat. hidrogenium; a. hidrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogene; dan. hidrogeno), ialah unsur kimia sistem berkala unsur Mendeleev, yang secara serentak dikaitkan dengan kumpulan I dan VII, nombor atom 1, jisim atom 1, 0079. Hidrogen semulajadi mempunyai isotop yang stabil - protium (1 H), deuterium (2 H, atau D) dan radioaktif - tritium (3 H, atau T). Untuk sebatian semula jadi, nisbah purata D/Н = (158±2).10 -6 Kandungan keseimbangan 3 Н di Bumi ialah ~5.10 27 atom.

Sifat fizikal hidrogen

Hidrogen pertama kali diterangkan pada tahun 1766 oleh saintis Inggeris G. Cavendish. Dalam keadaan biasa, hidrogen ialah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Secara semula jadi, dalam keadaan bebas, ia adalah dalam bentuk molekul H 2. Tenaga penceraian molekul H 2 ialah 4.776 eV; potensi pengionan atom hidrogen ialah 13.595 eV. Hidrogen ialah bahan paling ringan yang diketahui, pada 0 ° C dan 0.1 MPa 0.0899 kg / m 3; takat didih - 252.6 ° C, takat lebur - 259.1 ° C; parameter kritikal: t - 240 ° C, tekanan 1.28 MPa, ketumpatan 31.2 kg / m 3. Konduktif haba yang paling banyak daripada semua gas - 0.174 W / (m.K) pada 0 ° C dan 1 MPa, haba tentu 14,208.10 3 J(kg.K).

Sifat kimia hidrogen

Hidrogen cecair adalah sangat ringan (ketumpatan pada -253°C 70.8 kg / m 3) dan cecair (pada -253°C ialah 13.8 cP). Dalam kebanyakan sebatian, hidrogen mempamerkan keadaan pengoksidaan +1 (serupa dengan logam alkali), kurang kerap -1 (serupa dengan hidrida logam). Di bawah keadaan biasa, hidrogen molekul tidak aktif; keterlarutan dalam air pada 20°C dan 1 MPa 0.0182 ml/g; larut dengan baik dalam logam - Ni, Pt, Pd, dll. Membentuk air dengan oksigen dengan pembebasan haba 143.3 MJ / kg (pada 25 ° C dan 0.1 MPa); pada 550°C dan ke atas, tindak balas disertai dengan letupan. Apabila berinteraksi dengan fluorin dan klorin, tindak balas juga berlaku dengan letupan. Sebatian hidrogen utama: H 2 O, ammonia NH 3, hidrogen sulfida H 2 S, CH 4, logam dan halogen hidrida CaH 2, HBr, Hl, serta sebatian organik C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH, dsb. .

Hidrogen dalam alam semula jadi

Hidrogen adalah unsur yang meluas di alam, kandungannya adalah 1% (mengikut jisim). Takungan utama hidrogen di Bumi ialah air (11.19%, mengikut jisim). Hidrogen adalah salah satu komponen utama semua sebatian organik semula jadi. Dalam keadaan bebas, ia hadir dalam gunung berapi dan gas asli lain, dalam (0.0001%, mengikut bilangan atom). Ia membentuk sebahagian besar jisim Matahari, bintang, gas antara bintang, nebula gas. Ia hadir dalam atmosfera planet dalam bentuk H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, CH, NHOH, dll. Ia adalah sebahagian daripada sinaran korpuskular Matahari (fluks proton) dan sinar kosmik (elektron). fluks).

Mendapatkan dan menggunakan hidrogen

Bahan mentah untuk pengeluaran industri hidrogen ialah gas ditapis, produk pengegasan, dll. Kaedah utama untuk menghasilkan hidrogen ialah tindak balas hidrokarbon dengan wap air, pengoksidaan hidrokarbon yang tidak lengkap, penukaran oksida, elektrolisis air. Hidrogen digunakan untuk penghasilan ammonia, alkohol, petrol sintetik, asid hidroklorik, hidrotreating produk petroleum, memotong logam dengan nyalaan hidrogen-oksigen.

Hidrogen adalah bahan api gas yang menjanjikan. Deuterium dan tritium telah menemui aplikasi dalam kejuruteraan tenaga nuklear.

Hidrogen H ialah unsur yang paling biasa di Alam Semesta (kira-kira 75% mengikut jisim), di Bumi ia adalah unsur kesembilan yang paling biasa. Sebatian hidrogen semula jadi yang paling penting ialah air.
Hidrogen menduduki tempat pertama dalam jadual berkala (Z = 1). Ia mempunyai struktur atom yang paling mudah: nukleus atom ialah 1 proton, dikelilingi oleh awan elektron yang terdiri daripada 1 elektron.
Di bawah beberapa keadaan, hidrogen mempamerkan sifat logam (mendermakan elektron), dalam keadaan lain - bukan logam (menerima elektron).
Isotop hidrogen terdapat di alam semula jadi: 1H - protium (nukleus terdiri daripada satu proton), 2H - deuterium (D - nukleus terdiri daripada satu proton dan satu neutron), 3H - tritium (T - nukleus terdiri daripada satu proton dan dua neutron).

Bahan mudah hidrogen

Molekul hidrogen terdiri daripada dua atom yang dihubungkan oleh ikatan kovalen bukan kutub.
ciri-ciri fizikal. Hidrogen ialah gas tidak berwarna, tidak toksik, tidak berbau dan tidak berasa. Molekul hidrogen tidak polar. Oleh itu, daya interaksi antara molekul dalam hidrogen gas adalah kecil. Ini ditunjukkan dalam takat didih rendah (-252.6 0С) dan takat lebur (-259.2 0С).
Hidrogen lebih ringan daripada udara, D (dalam udara) = 0.069; sedikit larut dalam air (2 isipadu H2 larut dalam 100 isipadu H2O). Oleh itu, hidrogen, apabila dihasilkan di makmal, boleh dikumpulkan melalui kaedah anjakan udara atau air.

Mendapat hidrogen

Dalam makmal:

1. Tindakan asid cair pada logam:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Interaksi alkali dan logam sh-z dengan air:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hidrolisis hidrida: hidrida logam mudah terurai oleh air dengan pembentukan alkali dan hidrogen yang sepadan:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

4. Tindakan alkali pada zink atau aluminium atau silikon:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Elektrolisis air. Untuk meningkatkan kekonduksian elektrik air, elektrolit ditambah kepadanya, contohnya, NaOH, H 2 SO 4 atau Na 2 SO 4. Di katod, 2 isipadu hidrogen terbentuk, di anod - 1 isipadu oksigen.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Pengeluaran industri hidrogen

1. Penukaran metana dengan wap, Ni 800 °C (paling murah):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Dalam jumlah:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Wap air melalui kok panas pada 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Karbon monoksida (IV) yang terhasil diserap oleh air, dengan cara ini 50% hidrogen industri diperolehi.

3. Dengan memanaskan metana kepada 350°C dengan kehadiran pemangkin besi atau nikel:
CH 4 → C + 2H 2

4. Elektrolisis larutan akueus KCl atau NaCl sebagai hasil sampingan:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Sifat kimia hidrogen

• Dalam sebatian, hidrogen sentiasa monovalen. Ia mempunyai keadaan pengoksidaan +1, tetapi dalam hidrida logam ia adalah -1.
• Molekul hidrogen terdiri daripada dua atom. Kemunculan ikatan di antara mereka dijelaskan oleh pembentukan pasangan elektron umum H: H atau H 2
• Disebabkan oleh generalisasi elektron ini, molekul H 2 lebih stabil secara bertenaga daripada atom individunya. Untuk memecahkan molekul menjadi atom dalam 1 mol hidrogen, perlu menggunakan tenaga sebanyak 436 kJ: H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 kJ / mol
• Ini menerangkan aktiviti hidrogen molekul yang agak rendah pada suhu biasa.
• Dengan banyak bukan logam, hidrogen membentuk sebatian gas seperti RN 4, RN 3, RN 2, RN.

1) Membentuk hidrogen halida dengan halogen:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Pada masa yang sama, ia meletup dengan fluorin, bertindak balas dengan klorin dan bromin hanya apabila diterangi atau dipanaskan, dan dengan iodin hanya apabila dipanaskan.

2) Dengan oksigen:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
dengan pelepasan haba. Pada suhu biasa, tindak balas berjalan perlahan, melebihi 550 ° C - dengan letupan. Campuran 2 isipadu H 2 dan 1 isipadu O 2 dipanggil gas letupan.

3) Apabila dipanaskan, ia bertindak balas dengan kuat dengan sulfur (lebih sukar dengan selenium dan telurium):
H 2 + S → H 2 S (hidrogen sulfida),

4) Dengan nitrogen dengan pembentukan ammonia hanya pada pemangkin dan pada suhu dan tekanan tinggi:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) Dengan karbon pada suhu tinggi:
2H 2 + C → CH 4 (metana)

6) Membentuk hidrida dengan logam alkali dan alkali tanah (hidrogen ialah agen pengoksida):
H 2 + 2Li → 2LiH
dalam hidrida logam, ion hidrogen bercas negatif (keadaan pengoksidaan -1), iaitu, hidrida Na + H - dibina seperti klorida Na + Cl -

Dengan bahan kompleks:

7) Dengan oksida logam (digunakan untuk memulihkan logam):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) dengan karbon monoksida (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sintesis - gas (campuran hidrogen dan karbon monoksida) mempunyai penting nilai praktikal, mungkin, bergantung kepada suhu, tekanan dan mangkin, pelbagai sebatian organik terbentuk, contohnya, HCHO, CH 3 OH dan lain-lain.

9) Hidrokarbon tak tepu bertindak balas dengan hidrogen, bertukar menjadi tepu:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Dalam sistem berkala, hidrogen terletak dalam dua kumpulan unsur yang saling bertentangan dalam sifatnya. Ciri ini menjadikannya benar-benar unik. Hidrogen bukan sekadar unsur atau bahan, tetapi juga komponen banyak sebatian kompleks, unsur organogenik dan biogenik. Oleh itu, kami mempertimbangkan sifat dan cirinya dengan lebih terperinci.

Pembebasan gas mudah terbakar semasa interaksi logam dan asid telah diperhatikan seawal abad ke-16, iaitu semasa pembentukan kimia sebagai sains. Saintis Inggeris terkenal Henry Cavendish mengkaji bahan itu bermula pada tahun 1766 dan memberikannya nama "udara mudah terbakar". Apabila dibakar, gas ini menghasilkan air. Malangnya, kepatuhan saintis kepada teori phlogiston (hypothetical "hyperfine matter") menghalangnya daripada membuat kesimpulan yang betul.

Ahli kimia Perancis dan naturalis A. Lavoisier, bersama-sama dengan jurutera J. Meunier dan dengan bantuan gasometer khas, pada tahun 1783 menjalankan sintesis air, dan kemudian analisisnya dengan mengurai wap air dengan besi merah panas. Oleh itu, saintis dapat membuat kesimpulan yang betul. Mereka mendapati bahawa "udara mudah terbakar" bukan sahaja sebahagian daripada air, tetapi juga boleh diperoleh daripadanya.

Pada tahun 1787, Lavoisier mencadangkan bahawa gas yang dikaji adalah bahan mudah dan, oleh itu, merupakan salah satu unsur kimia. Dia memanggilnya hydrogene (dari perkataan Yunani hydor - air + gennao - saya melahirkan), iaitu, "melahirkan air."

Nama Rusia "hidrogen" telah dicadangkan pada tahun 1824 oleh ahli kimia M. Solovyov. Penentuan komposisi air menandakan berakhirnya "teori phlogiston". Pada permulaan abad ke-18 dan ke-19, didapati bahawa atom hidrogen adalah sangat ringan (berbanding dengan atom unsur lain) dan jisimnya diambil sebagai unit utama untuk membandingkan jisim atom, memperoleh nilai yang sama dengan 1.

Ciri-ciri fizikal

Hidrogen adalah yang paling ringan daripada semua bahan yang diketahui sains (ia adalah 14.4 kali lebih ringan daripada udara), ketumpatannya ialah 0.0899 g/l (1 atm, 0 °C). Bahan ini mencair (memekat) dan mendidih (mencairkan), masing-masing, pada -259.1 ° C dan -252.8 ° C (hanya helium mempunyai t ° didih dan lebur yang lebih rendah).

Suhu kritikal hidrogen adalah sangat rendah (-240 °C). Atas sebab ini, pencairannya adalah proses yang agak rumit dan mahal. Tekanan kritikal bahan ialah 12.8 kgf / cm², dan ketumpatan kritikal ialah 0.0312 g / cm³. Di antara semua gas, hidrogen mempunyai kekonduksian terma tertinggi: pada 1 atm dan 0 ° C, ia adalah 0.174 W / (mxK).

Muatan haba tentu bahan di bawah keadaan yang sama ialah 14.208 kJ / (kgxK) atau 3.394 kal / (gh ° C). Unsur ini sedikit larut dalam air (kira-kira 0.0182 ml / g pada 1 atm dan 20 ° C), tetapi baik - dalam kebanyakan logam (Ni, Pt, Pa dan lain-lain), terutamanya dalam paladium (kira-kira 850 jilid setiap isipadu Pd ) .

Sifat terakhir dikaitkan dengan keupayaannya untuk meresap, manakala resapan melalui aloi karbon (contohnya, keluli) mungkin disertai dengan pemusnahan aloi akibat interaksi hidrogen dengan karbon (proses ini dipanggil penyahkarbonan). Dalam keadaan cecair, bahannya sangat ringan (ketumpatan - 0.0708 g / cm³ pada t ° \u003d -253 ° C) dan cecair (kelikatan - 13.8 centigrade dalam keadaan yang sama).

Dalam banyak sebatian, unsur ini mempamerkan valensi +1 (keadaan pengoksidaan), serupa dengan natrium dan logam alkali lain. Ia biasanya dianggap sebagai analog logam ini. Sehubungan itu, beliau mengetuai kumpulan I sistem Mendeleev. Dalam hidrida logam, ion hidrogen mempamerkan cas negatif (keadaan pengoksidaan ialah -1), iaitu, Na + H- mempunyai struktur yang serupa dengan Na + Cl- klorida. Selaras dengan ini dan beberapa fakta lain (kedekatan ciri-ciri fizikal unsur "H" dan halogen, keupayaan untuk menggantikannya dengan halogen dalam sebatian organik) Hidrogen dikelaskan sebagai kumpulan VII sistem Mendeleev.

Di bawah keadaan biasa, hidrogen molekul mempunyai aktiviti yang rendah, secara langsung bergabung hanya dengan bukan logam yang paling aktif (dengan fluorin dan klorin, dengan yang terakhir - dalam cahaya). Sebaliknya, apabila dipanaskan, ia berinteraksi dengan banyak unsur kimia.

Hidrogen atom mempunyai aktiviti kimia yang meningkat (berbanding hidrogen molekul). Dengan oksigen, ia membentuk air mengikut formula:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

membebaskan 285.937 kJ/mol haba atau 68.3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). Di bawah keadaan suhu biasa, tindak balas berjalan agak perlahan, dan pada t ° >= 550 ° С, ia tidak terkawal. Had letupan campuran hidrogen + oksigen mengikut isipadu ialah 4–94% H₂, dan campuran hidrogen + udara ialah 4–74% H₂ (campuran dua isipadu H₂ dan satu isipadu O₂ dipanggil gas letupan).

Unsur ini digunakan untuk mengurangkan kebanyakan logam, kerana ia mengambil oksigen daripada oksida:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O dll.

Dengan halogen yang berbeza, hidrogen membentuk hidrogen halida, sebagai contoh:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Walau bagaimanapun, apabila bertindak balas dengan fluorin, hidrogen meletup (ini juga berlaku dalam gelap, pada -252 ° C), bertindak balas dengan bromin dan klorin hanya apabila dipanaskan atau diterangi, dan dengan iodin - hanya apabila dipanaskan. Apabila berinteraksi dengan nitrogen, ammonia terbentuk, tetapi hanya pada pemangkin, dengan tekanan tinggi dan suhu:

ZN₂ + N₂ = 2NH₃.

Apabila dipanaskan, hidrogen bertindak balas secara aktif dengan sulfur:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfida),

dan lebih sukar - dengan telurium atau selenium. Hidrogen bertindak balas dengan karbon tulen tanpa mangkin, tetapi pada suhu tinggi:

2H₂ + C (amorfus) = CH₄ (metana).

Bahan ini bertindak balas secara langsung dengan beberapa logam (alkali, alkali tanah dan lain-lain), membentuk hidrida, contohnya:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Kepentingan praktikal yang tidak kecil ialah interaksi hidrogen dan karbon monoksida (II). Dalam kes ini, bergantung kepada tekanan, suhu dan mangkin, pelbagai sebatian organik terbentuk: HCHO, CH₃OH, dll. Hidrokarbon tak tepu bertukar menjadi tepu semasa tindak balas, contohnya:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Hidrogen dan sebatiannya memainkan peranan yang luar biasa dalam kimia. Ia menentukan sifat berasid yang dipanggil. asid protik, cenderung terbentuk dengan elemen yang berbeza ikatan hidrogen, yang mempunyai kesan ketara ke atas sifat banyak sebatian tak organik dan organik.

Mendapat hidrogen

Jenis utama bahan mentah untuk pengeluaran industri daripada unsur ini ialah gas penapisan petroleum, gas mudah terbakar semulajadi dan ketuhar kok. Ia juga diperoleh daripada air melalui elektrolisis (di tempat yang mempunyai tenaga elektrik yang berpatutan). Satu daripada kaedah penting Pengeluaran bahan daripada gas asli dianggap sebagai interaksi pemangkin hidrokarbon, terutamanya metana, dengan wap air (kononnya penukaran). Sebagai contoh:

CH₄ + H₂O = CO + ZH₂.

Pengoksidaan tidak lengkap hidrokarbon dengan oksigen:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Karbon monoksida (II) tersintesis mengalami penukaran:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Hidrogen yang dihasilkan daripada gas asli adalah yang paling murah.

Digunakan untuk elektrolisis air D.C., yang disalurkan melalui larutan NaOH atau KOH (asid tidak digunakan untuk mengelakkan kakisan peralatan). Di bawah keadaan makmal, bahan diperoleh melalui elektrolisis air atau hasil tindak balas antara asid hidroklorik dan zink. Walau bagaimanapun, lebih kerap digunakan bahan kilang siap pakai dalam silinder.

Daripada gas penapisan dan gas ketuhar kok, unsur ini diasingkan dengan mengeluarkan semua komponen lain campuran gas, kerana ia lebih mudah dicairkan semasa penyejukan dalam.

Bahan ini mula diperoleh secara industri pada akhir abad ke-18. Kemudian ia digunakan untuk mengisi belon. Pada masa ini, hidrogen digunakan secara meluas dalam industri, terutamanya dalam industri kimia, untuk pengeluaran ammonia.

Pengguna massa bahan tersebut adalah pengeluar metil dan alkohol lain, petrol sintetik dan banyak produk lain. Ia diperoleh melalui sintesis daripada karbon monoksida (II) dan hidrogen. Hidrogen digunakan untuk menghidrogenkan berat dan keras bahan api cecair, lemak, dsb., untuk sintesis HCl, hydrotreating produk petroleum, serta dalam pemotongan / kimpalan logam. Elemen penting untuk tenaga nuklear ialah isotopnya - tritium dan deuterium.

Peranan biologi hidrogen

Kira-kira 10% daripada jisim organisma hidup (secara purata) jatuh pada unsur ini. Ia adalah sebahagian daripada air dan kumpulan paling penting sebatian semula jadi, termasuk protein, asid nukleik, lipid, karbohidrat. Apa yang ia berkhidmat?

Bahan ini memainkan peranan yang menentukan: dalam mengekalkan struktur spatial protein (kuartner), dalam pelaksanaan prinsip saling melengkapi asid nukleik(iaitu, dalam pelaksanaan dan penyimpanan maklumat genetik), secara umum, dalam "pengiktirafan" pada peringkat molekul.

Ion hidrogen H+ mengambil bahagian dalam tindak balas/proses dinamik yang penting dalam badan. Termasuk: dalam pengoksidaan biologi, yang menyediakan sel hidup dengan tenaga, dalam tindak balas biosintesis, dalam fotosintesis dalam tumbuhan, dalam fotosintesis bakteria dan penetapan nitrogen, dalam mengekalkan keseimbangan asid-bes dan homeostasis, dalam proses pengangkutan membran. Bersama-sama dengan karbon dan oksigen, ia membentuk asas fungsional dan struktur bagi fenomena kehidupan.

Hidrogen (kertas surih dari bahasa Latin: lat. Hydrogenium - hidro = "air", gen = "menjana"; hidrogenium - "air penjanaan"; dilambangkan dengan simbol H) - unsur pertama sistem berkala unsur. Diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi. Kation (dan nukleus) bagi isotop hidrogen 1 H yang paling biasa ialah proton. Sifat-sifat nukleus 1 H memungkinkan untuk menggunakan spektroskopi NMR secara meluas dalam analisis bahan organik.

Tiga isotop hidrogen mempunyai nama sendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) dan 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Bahan ringkas hidrogen - H 2 - ialah gas ringan tidak berwarna. Dalam campuran dengan udara atau oksigen, ia mudah terbakar dan mudah meletup. Tidak toksik. Mari kita larutkan dalam etanol dan beberapa logam: besi, nikel, paladium, platinum.

cerita

Pembebasan gas mudah terbakar semasa interaksi asid dan logam diperhatikan pada ke-16 dan abad XVII pada awal pembentukan kimia sebagai sains. Mikhail Vasilyevich Lomonosov juga secara langsung menunjuk kepada pengasingannya, tetapi sudah pasti menyedari bahawa ini bukan phlogiston. Ahli fizik dan kimia Inggeris Henry Cavendish mengkaji gas ini pada tahun 1766 dan memanggilnya "udara mudah terbakar". Apabila dibakar, "udara mudah terbakar" menghasilkan air, tetapi pematuhan Cavendish kepada teori phlogiston menghalangnya daripada membuat kesimpulan yang betul. Ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier, bersama-sama dengan jurutera J. Meunier, menggunakan gasometer khas, pada tahun 1783 menjalankan sintesis air, dan kemudian analisisnya, mengurai wap air dengan besi panas merah. Oleh itu, beliau menetapkan bahawa "udara mudah terbakar" adalah sebahagian daripada air dan boleh diperoleh daripadanya.

asal nama

Lavoisier memberi nama hidrogen kepada hidrogen (dari bahasa Yunani lain ὕδωρ - air dan γεννάω - Saya melahirkan) - "melahirkan air". Nama Rusia "hidrogen" dicadangkan oleh ahli kimia M.F. Solovyov pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" oleh M.V. Lomonosov.

Kelaziman

Di Alam Semesta
Hidrogen adalah unsur yang paling banyak di alam semesta. Ia menyumbang kira-kira 92% daripada semua atom (8% ialah atom helium, bahagian semua unsur lain yang digabungkan adalah kurang daripada 0.1%). Oleh itu, hidrogen adalah yang utama komponen bintang dan gas antara bintang. Dalam keadaan suhu bintang (contohnya, suhu permukaan Matahari ialah ~ 6000 °C), hidrogen wujud dalam bentuk plasma; dalam ruang antara bintang, unsur ini wujud dalam bentuk molekul individu, atom dan ion dan boleh membentuk awan molekul yang berbeza dengan ketara dalam saiz, ketumpatan, dan suhu.

Kerak bumi dan organisma hidup
Pecahan jisim hidrogen dalam kerak bumi ialah 1% - ini adalah unsur kesepuluh yang paling biasa. Walau bagaimanapun, peranannya dalam alam semula jadi tidak ditentukan oleh jisim, tetapi oleh bilangan atom, bahagiannya antara unsur lain ialah 17% (tempat kedua selepas oksigen, bahagian atomnya ialah ~ 52%). Oleh itu, kepentingan hidrogen dalam proses kimia yang berlaku di Bumi adalah hampir sama besar dengan oksigen. Tidak seperti oksigen, yang wujud di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi adalah dalam bentuk sebatian; hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk bahan ringkas yang terdapat di atmosfera (0.00005% mengikut isipadu).
Hidrogen adalah konstituen hampir semua bahan organik dan terdapat dalam semua sel hidup. Dalam sel hidup, dengan bilangan atom, hidrogen menyumbang hampir 50%.

resit

Kaedah perindustrian untuk mendapatkan bahan mudah bergantung pada bentuk di mana unsur yang sepadan ditemui dalam alam semula jadi, iaitu, apa yang boleh menjadi bahan mentah untuk pengeluarannya. Jadi, oksigen, yang boleh didapati dalam keadaan bebas, diperoleh secara fizikal - dengan pengasingan daripada udara cecair. Hidrogen, sebaliknya, hampir semuanya dalam bentuk sebatian, oleh itu, untuk mendapatkannya, kaedah kimia. Khususnya, tindak balas penguraian boleh digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen ialah tindak balas penguraian air oleh arus elektrik.
asas cara perindustrian pengeluaran hidrogen - tindak balas dengan air metana, yang merupakan sebahagian daripada gas asli. Ia dijalankan pada suhu tinggi:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Salah satu kaedah makmal untuk menghasilkan hidrogen, yang kadang-kadang digunakan dalam industri, ialah penguraian air oleh arus elektrik. Hidrogen biasanya dihasilkan di makmal dengan bertindak balas zink dengan asid hidroklorik.