Ang hydrogen ay isang espesyal na elemento na sumasakop sa dalawang cell nang sabay-sabay sa periodic table ni Mendeleev. Matatagpuan ito sa dalawang grupo ng mga elemento na may magkasalungat na katangian, at ginagawang kakaiba ng feature na ito. Ang hydrogen ay isang simpleng sangkap at mahalaga bahagi maraming mga kumplikadong compound, ito ay isang organogenic at biogenic na elemento. Ito ay nagkakahalaga ng pamilyar sa iyong sarili nang detalyado sa mga pangunahing tampok at katangian nito.

Hydrogen sa periodic table ng Mendeleev

Ang mga pangunahing tampok ng hydrogen na ipinahiwatig sa:

• ang serial number ng elemento ay 1 (mayroong parehong bilang ng mga proton at electron);
• atomic mass ay 1.00795;
• Ang hydrogen ay may tatlong isotopes, bawat isa ay may mga espesyal na katangian;
• Dahil sa nilalaman ng isang electron lamang, ang hydrogen ay may kakayahang magpakita ng pagbabawas at pag-oxidizing ng mga katangian, at pagkatapos mag-donate ng isang electron, ang hydrogen ay may libreng orbital na nakikibahagi sa komposisyon. mga bono ng kemikal sa pamamagitan ng mekanismo ng donor-acceptor;
• ang hydrogen ay isang light element na may mababang density;
• Ang hydrogen ay isang malakas na ahente ng pagbabawas, binubuksan nito ang pangkat ng mga alkali na metal sa unang grupo sa pangunahing subgroup;
• kapag ang hydrogen ay tumutugon sa mga metal at iba pang malakas na ahente ng pagbabawas, tinatanggap nito ang kanilang elektron at nagiging isang ahente ng oxidizing. Ang mga naturang compound ay tinatawag na hydride. Ayon sa katangiang ito, ang hydrogen ay karaniwang nabibilang sa pangkat ng mga halogens (sa talahanayan ito ay ibinigay sa itaas ng fluorine sa mga panaklong), kung saan ito ay katulad.

Hydrogen bilang isang simpleng sangkap

Ang hydrogen ay isang gas na ang molekula ay binubuo ng dalawa. Ang sangkap na ito ay natuklasan noong 1766 ng British scientist na si Henry Cavendish. Pinatunayan niya na ang hydrogen ay isang gas na sumasabog kapag ito ay tumutugon sa oxygen. Matapos pag-aralan ang hydrogen, natuklasan ng mga chemist na ang sangkap na ito ang pinakamagaan sa lahat ng nalalaman ng tao.

Ang isa pang siyentipiko, si Lavoisier, ay nagbigay sa elemento ng pangalang "hydrogenium," na isinalin mula sa Latin ay nangangahulugang "pagsilang ng tubig." Noong 1781, pinatunayan ni Henry Cavendish na ang tubig ay isang kumbinasyon ng oxygen at hydrogen. Sa madaling salita, ang tubig ay produkto ng reaksyon ng hydrogen na may oxygen. Ang mga nasusunog na katangian ng hydrogen ay kilala sa mga sinaunang siyentipiko: ang kaukulang mga tala ay iniwan ni Paracelsus, na nabuhay noong ika-16 na siglo.

Ang molecular hydrogen ay isang natural na nagaganap na gaseous compound na karaniwan sa kalikasan, na binubuo ng dalawang atomo at kapag dinala sa ibabaw ng isang nasusunog na splinter. Ang isang molekula ng hydrogen ay maaaring maghiwa-hiwalay sa mga atomo na nagiging helium nuclei, dahil sila ay may kakayahang lumahok sa mga reaksyong nuklear. Ang ganitong mga proseso ay regular na nangyayari sa kalawakan at sa Araw.

Hydrogen at ang mga pisikal na katangian nito

Ang hydrogen ay may mga sumusunod na pisikal na parameter:

• kumukulo sa -252.76 °C;
• natutunaw sa -259.14 °C; *sa loob ng tinukoy na mga limitasyon ng temperatura, ang hydrogen ay isang walang amoy, walang kulay na likido;
• Ang hydrogen ay bahagyang natutunaw sa tubig;
• Ang hydrogen ay maaaring theoretically pumunta sa metal na estado kung ibinigay mga espesyal na kondisyon(mababang temperatura at mataas na presyon);
• purong hydrogen ay isang paputok at nasusunog na sangkap;
• ang hydrogen ay nakakalaganap sa kapal ng mga metal, samakatuwid ito ay natutunaw nang maayos sa kanila;
• ang hydrogen ay 14.5 beses na mas magaan kaysa sa hangin;
• sa altapresyon maaaring makuha ang mala-niyebe na kristal ng solid hydrogen.

Mga kemikal na katangian ng hydrogen

Mga pamamaraan sa laboratoryo:

• pakikipag-ugnayan ng mga dilute acid na may mga aktibong metal at mga metal ng intermediate na aktibidad;
• hydrolysis ng metal hydride;
• reaksyon ng alkali at alkaline earth na mga metal sa tubig.

Mga compound ng hydrogen:

Hydrogen halides; pabagu-bago ng isip hydrogen compounds ng non-metal; hydride; hydroxides; hydrogen hydroxide (tubig); hydrogen peroxide; mga organikong compound(protina, taba, hydrocarbon, bitamina, lipid, mahahalagang langis, mga hormone). I-click upang makita ang mga ligtas na eksperimento upang pag-aralan ang mga katangian ng mga protina, taba at carbohydrates.

Upang kolektahin ang ginawang hydrogen, kailangan mong hawakan ang test tube nang nakabaligtad. Ang hydrogen ay hindi maaaring kolektahin bilang carbon dioxide, dahil ito ay mas magaan kaysa sa hangin. Ang hydrogen ay mabilis na sumingaw, at kapag inihalo sa hangin (o sa malalaking akumulasyon) ito ay sumasabog. Samakatuwid, ito ay kinakailangan upang baligtarin ang test tube. Kaagad pagkatapos ng pagpuno, ang tubo ay sarado na may goma stopper.

Upang subukan ang kadalisayan ng hydrogen, kailangan mong hawakan ang isang naiilawan na posporo sa leeg ng test tube. Kung ang isang mapurol at tahimik na putok ay nangyayari, ang gas ay malinis at ang mga dumi ng hangin ay minimal. Kung ang bulak ay malakas at sumisipol, ang gas sa test tube ay marumi at naglalaman ng malaking proporsyon ng mga dayuhang sangkap.

Pansin! Huwag subukang ulitin ang mga eksperimentong ito sa iyong sarili!

HYDROGEN, H (lat. hydrogenium; a. hydrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogene; i. hidrogeno), ay isang kemikal na elemento ng periodic system ng mga elemento ni Mendeleev, na sabay-sabay na inuri bilang mga grupo I at VII, atomic number 1 , atomic mass 1, 0079. Ang natural na hydrogen ay may matatag na isotopes - protium (1 H), deuterium (2 H, o D) at radioactive - tritium (3 H, o T). Para sa mga likas na compound average ratio D/H = (158±2).10 -6 Equilibrium content ng 3 H sa Earth ~5.10 27 atoms.

Mga pisikal na katangian ng hydrogen

Ang hydrogen ay unang inilarawan noong 1766 ng Ingles na siyentipiko na si G. Cavendish. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang hydrogen ay isang walang kulay, walang amoy, at walang lasa na gas. Sa kalikasan, ito ay matatagpuan sa isang libreng estado sa anyo ng mga H2 molecule. Ang dissociation energy ng H 2 molecule ay 4.776 eV; Ang potensyal ng ionization ng hydrogen atom ay 13.595 eV. Ang hydrogen ay ang pinakamagaan na sangkap na kilala, sa 0°C at 0.1 MPa 0.0899 kg/m 3; kumukulo t - 252.6°C, natutunaw na t - 259.1°C; kritikal na mga parameter: t - 240°C, presyon 1.28 MPa, density 31.2 kg/m 3. Ang pinaka thermally conductive sa lahat ng gas - 0.174 W/(m.K) sa 0°C at 1 MPa, tiyak na init 14.208.10 3 J(kg.K).

Mga kemikal na katangian ng hydrogen

Ang likidong hydrogen ay napakagaan (ang density sa -253°C ay 70.8 kg/m 3) at likido (sa -253°C ito ay 13.8 cP). Sa karamihan ng mga compound, ang hydrogen ay nagpapakita ng estado ng oksihenasyon ng +1 (katulad ng mga alkali metal), mas madalas -1 (katulad ng metal hydride). Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang molecular hydrogen ay hindi aktibo; solubility sa tubig sa 20°C at 1 MPa 0.0182 ml/g; lubos na natutunaw sa mga metal - Ni, Pt, Pd, atbp. Sa oxygen, bumubuo ito ng tubig na may paglabas ng init na 143.3 MJ/kg (sa 25°C at 0.1 MPa); sa 550°C at sa itaas, ang reaksyon ay sinamahan ng pagsabog. Kapag nakikipag-ugnayan sa fluorine at chlorine, sumasabog din ang mga reaksyon. Ang pangunahing mga compound ng hydrogen: H 2 O, ammonia NH 3, hydrogen sulfide H 2 S, CH 4, metal at halogen hydrides CaH 2, HBr, Hl, pati na rin ang mga organikong compound C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH, atbp .

Hydrogen sa kalikasan

Ang hydrogen ay isang laganap na elemento sa kalikasan, ang nilalaman nito ay 1% (sa timbang). Ang pangunahing reservoir ng hydrogen sa Earth ay tubig (11.19%, sa pamamagitan ng masa). Ang hydrogen ay isa sa mga pangunahing bahagi ng lahat ng natural na organikong compound. Sa isang libreng estado, ito ay naroroon sa bulkan at iba pang mga natural na gas, sa (0.0001%, ayon sa bilang ng mga atomo). Binubuo nito ang bulto ng masa ng Araw, mga bituin, interstellar gas, at gas nebulae. Sa mga atmospheres ng mga planeta ito ay naroroon sa anyo ng H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH, atbp. Ito ay bahagi ng corpuscular radiation ng Araw (proton flows) at cosmic rays (electron). dumadaloy).

Produksyon at paggamit ng hydrogen

Mga hilaw na materyales para sa industriyal na produksyon hydrogen - mga gas na nagpapadalisay ng langis, mga produkto ng gasification, atbp. Ang mga pangunahing pamamaraan ng paggawa ng hydrogen: reaksyon ng hydrocarbons na may singaw ng tubig, bahagyang oksihenasyon ng hydrocarbons, conversion ng oksido, electrolysis ng tubig. Ginagamit ang hydrogen para sa paggawa ng ammonia, alkohol, synthetic na gasolina, hydrochloric acid, hydrotreating ng mga produktong petrolyo, at pagputol ng mga metal na may hydrogen-oxygen flame.

Ang hydrogen ay isang promising gaseous fuel. Ang Deuterium at tritium ay nakahanap ng aplikasyon sa nuclear energy.

Ang hydrogen H ay ang pinakakaraniwang elemento sa Uniberso (mga 75% ng masa), at sa Earth ito ang ika-siyam na pinaka-sagana. Ang pinakamahalagang likas na hydrogen compound ay tubig.
Nangunguna ang hydrogen sa periodic table (Z = 1). Ito ay may pinakasimpleng atomic na istraktura: ang nucleus ng atom ay 1 proton, na napapalibutan ng isang electron cloud na binubuo ng 1 electron.
Sa ilang mga kundisyon, ang hydrogen ay nagpapakita ng mga katangiang metal (nag-donate ng isang elektron), habang sa iba naman ay nagpapakita ito ng mga katangiang hindi metal (tumatanggap ng isang elektron).
Ang hydrogen isotopes na matatagpuan sa kalikasan ay: 1H - protium (ang nucleus ay binubuo ng isang proton), 2H - deuterium (D - ang nucleus ay binubuo ng isang proton at isang neutron), 3H - tritium (T - ang nucleus ay binubuo ng isang proton at dalawa mga neutron).

Simpleng sangkap na hydrogen

Ang molekula ng hydrogen ay binubuo ng dalawang atom na konektado ng isang covalent nonpolar bond.
Mga katangiang pisikal. Ang hydrogen ay isang walang kulay, walang amoy, walang lasa, hindi nakakalason na gas. Ang molekula ng hydrogen ay hindi polar. Samakatuwid, ang mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan sa hydrogen gas ay maliit. Ito ay ipinapakita sa mababang mga punto ng kumukulo (-252.6 0C) at mga punto ng pagkatunaw (-259.2 0C).
Ang hydrogen ay mas magaan kaysa sa hangin, D (sa pamamagitan ng hangin) = 0.069; bahagyang natutunaw sa tubig (2 volume ng H2 dissolve sa 100 volume ng H2O). Samakatuwid, ang hydrogen, kapag ginawa sa laboratoryo, ay maaaring kolektahin sa pamamagitan ng air o water displacement method.

Paggawa ng hydrogen

Sa laboratoryo:

1. Ang epekto ng dilute acids sa mga metal:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng alkalina at mga metal may tubig:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. Hydrolysis ng hydride: ang metal hydride ay madaling nabulok ng tubig upang mabuo ang katumbas na alkali at hydrogen:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. Ang epekto ng alkalis sa sink o aluminyo o 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. Electrolysis ng tubig. Upang mapataas ang electrical conductivity ng tubig, isang electrolyte ang idinagdag dito, halimbawa NaOH, H 2 SO 4 o Na 2 SO 4. 2 volume ng hydrogen ang nabuo sa cathode, at 1 volume ng oxygen sa anode.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Pang-industriya na produksyon ng hydrogen

1. Pag-convert ng methane na may singaw, Ni 800 °C (pinakamamura):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Sa kabuuan:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Tubig singaw sa pamamagitan ng mainit na coke sa 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Ang nagreresultang carbon monoxide (IV) ay nasisipsip ng tubig, at 50% ng pang-industriyang hydrogen ay ginawa sa ganitong paraan.

3. Sa pamamagitan ng pagpainit ng methane sa 350°C sa pagkakaroon ng iron o nickel catalyst:
CH 4 → C + 2H 2

4. Electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng KCl o NaCl, bilang isang by-product:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Mga kemikal na katangian ng hydrogen

• Sa mga compound, ang hydrogen ay palaging monovalent. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang estado ng oksihenasyon ng +1, ngunit sa metal hydride ito ay katumbas ng -1.
• Ang molekula ng hydrogen ay binubuo ng dalawang atomo. Ang paglitaw ng isang koneksyon sa pagitan ng mga ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagbuo ng isang pangkalahatang pares ng mga electron H: H o H 2
• Salamat sa generalization na ito ng mga electron, ang H 2 molecule ay mas energetically stable kaysa sa mga indibidwal na atoms nito. Upang masira ang 1 mole ng hydrogen molecules sa mga atomo, kinakailangan na gumastos ng 436 kJ ng enerhiya: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
• Ipinapaliwanag nito ang medyo mababang aktibidad ng molecular hydrogen sa mga ordinaryong temperatura.
• Sa maraming di-metal, ang hydrogen ay bumubuo ng mga gaseous compound tulad ng RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Bumubuo ng hydrogen halides na may mga halogen:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Kasabay nito, sumasabog ito ng fluorine, tumutugon sa chlorine at bromine lamang kapag naiilaw o pinainit, at may yodo lamang kapag pinainit.

2) May oxygen:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
na may paglabas ng init. Sa normal na temperatura ang reaksyon ay nagpapatuloy nang mabagal, sa itaas ng 550°C ito ay sumasabog. Ang pinaghalong 2 volume ng H 2 at 1 volume ng O 2 ay tinatawag na detonating gas.

3) Kapag pinainit, malakas itong tumutugon sa asupre (mas mahirap sa selenium at tellurium):
H 2 + S → H 2 S (hydrogen sulfide),

4) Sa nitrogen na may pagbuo ng ammonia lamang sa katalista at sa nakataas na temperatura at mga panggigipit:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) May carbon sa mataas na temperatura:
2H 2 + C → CH 4 (methane)

6) Bumubuo ng hydride na may alkali at alkaline earth metals (hydrogen ay isang oxidizing agent):
H 2 + 2Li → 2LiH
sa metal hydride, ang hydrogen ion ay negatibong sisingilin (estado ng oksihenasyon -1), iyon ay, Na + H hydride - binuo katulad ng Na + Cl chloride -

Sa mga kumplikadong sangkap:

7) Sa mga metal oxide (ginagamit para mabawasan ang mga metal):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) na may carbon monoxide (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Ang synthesis gas (isang pinaghalong hydrogen at carbon monoxide) ay may mahalaga praktikal na kahalagahan, dahil depende sa temperatura, presyon at katalista, ang iba't ibang mga organikong compound ay nabuo, halimbawa HCHO, CH 3 OH at iba pa.

9) Ang unsaturated hydrocarbons ay tumutugon sa hydrogen, nagiging puspos:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Sa periodic table, ang hydrogen ay matatagpuan sa dalawang grupo ng mga elemento na ganap na magkasalungat sa kanilang mga katangian. Ang tampok na ito gawin itong ganap na kakaiba. Ang hydrogen ay hindi lamang isang elemento o sangkap, ngunit isa ring mahalagang bahagi ng maraming kumplikadong mga compound, isang organogenic at biogenic na elemento. Samakatuwid, tingnan natin ang mga katangian at katangian nito nang mas detalyado.

Ang paglabas ng nasusunog na gas sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga metal at acid ay naobserbahan noong ika-16 na siglo, iyon ay, sa panahon ng pagbuo ng kimika bilang isang agham. Ang sikat na siyentipikong Ingles na si Henry Cavendish ay nag-aral ng sangkap simula noong 1766 at binigyan ito ng pangalang "nasusunog na hangin." Kapag nasunog, ang gas na ito ay gumagawa ng tubig. Sa kasamaang palad, ang pagsunod ng siyentipiko sa teorya ng phlogiston (hypothetical "ultrafine matter") ay pumigil sa kanya na makarating sa tamang mga konklusyon.

Ang French chemist at naturalist na si A. Lavoisier, kasama ang engineer na si J. Meunier at sa tulong ng mga espesyal na gasometer, ay nag-synthesize ng tubig noong 1783, at pagkatapos ay sinuri ito sa pamamagitan ng agnas ng singaw ng tubig na may mainit na bakal. Kaya, ang mga siyentipiko ay nakakuha ng tamang konklusyon. Natagpuan nila na ang "nasusunog na hangin" ay hindi lamang bahagi ng tubig, ngunit maaari ring makuha mula dito.

Noong 1787, iminungkahi ni Lavoisier na ang gas na pinag-aaralan ay isang simpleng sangkap at, nang naaayon, ay kabilang sa pangunahing mga elemento ng kemikal. Tinawag niya itong hydrogene (mula sa mga salitang Griyego na hydor - tubig + gennao - nanganak ako), ibig sabihin, "nagsilang ng tubig."

Ang pangalang Ruso na "hydrogen" ay iminungkahi noong 1824 ng chemist na si M. Soloviev. Ang pagpapasiya ng komposisyon ng tubig ay minarkahan ang pagtatapos ng "teorya ng phlogiston." Sa pagliko ng ika-18 at ika-19 na siglo, itinatag na ang hydrogen atom ay napakagaan (kumpara sa mga atomo ng iba pang mga elemento) at ang masa nito ay kinuha bilang pangunahing yunit para sa paghahambing ng mga atomic na masa, na tumatanggap ng isang halaga na katumbas ng 1.

Mga katangiang pisikal

Ang hydrogen ay ang pinakamagaan na sangkap na kilala sa agham (ito ay 14.4 beses na mas magaan kaysa sa hangin), ang density nito ay 0.0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ang materyal na ito ay natutunaw (solidifies) at kumukulo (liquefies), ayon sa pagkakabanggit, sa -259.1 ° C at -252.8 ° C (tanging helium ang may mas mababang temperatura ng pagkulo at pagkatunaw).

Ang kritikal na temperatura ng hydrogen ay napakababa (-240 °C). Para sa kadahilanang ito, ang pagkatunaw nito ay isang medyo kumplikado at magastos na proseso. Ang kritikal na presyon ng sangkap ay 12.8 kgf/cm², at ang kritikal na density ay 0.0312 g/cm³. Sa lahat ng mga gas, ang hydrogen ay may pinakamataas na thermal conductivity: sa 1 atm at 0 °C ito ay katumbas ng 0.174 W/(mxK).

Ang tiyak na kapasidad ng init ng sangkap sa ilalim ng parehong mga kondisyon ay 14.208 kJ/(kgxK) o 3.394 cal/(rx°C). Ang elementong ito ay bahagyang natutunaw sa tubig (mga 0.0182 ml/g sa 1 atm at 20 °C), ngunit mahusay na natutunaw sa karamihan ng mga metal (Ni, Pt, Pa at iba pa), lalo na sa palladium (mga 850 volume bawat volume ng Pd ) .

Ang huling pag-aari ay nauugnay sa kakayahang magkalat, at ang pagsasabog sa pamamagitan ng isang carbon alloy (halimbawa, bakal) ay maaaring sinamahan ng pagkasira ng haluang metal dahil sa pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa carbon (ang prosesong ito ay tinatawag na decarbonization). Sa likidong estado, ang sangkap ay napakagaan (density - 0.0708 g/cm³ sa t° = -253 °C) at likido (lagkit - 13.8 spoise sa ilalim ng parehong mga kondisyon).

Sa maraming compound, ang elementong ito ay nagpapakita ng +1 valency (oksihenasyon na estado), tulad ng sodium at iba pang alkali metal. Ito ay karaniwang itinuturing bilang isang analogue ng mga metal na ito. Alinsunod dito, pinamumunuan niya ang pangkat I ng periodic system. Sa metal hydride, ang hydrogen ion ay nagpapakita ng negatibong singil (ang estado ng oksihenasyon ay -1), iyon ay, ang Na+H- ay may istraktura na katulad ng Na+Cl- chloride. Alinsunod dito at ilang iba pang mga katotohanan (proximity pisikal na katangian elementong "H" at mga halogens, ang kakayahang palitan ito ng mga halogens sa mga organikong compound) Ang Hydrogene ay kabilang sa pangkat VII ng periodic system.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang molecular hydrogen ay may mababang aktibidad, direktang pinagsasama-sama lamang sa pinaka-aktibong non-metal (na may fluorine at chlorine, na ang huli ay nasa liwanag). Sa turn, kapag pinainit, nakikipag-ugnayan ito sa maraming elemento ng kemikal.

Ang atomic hydrogen ay tumaas ang aktibidad ng kemikal (kumpara sa molecular hydrogen). Sa oxygen, bumubuo ito ng tubig ayon sa pormula:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

naglalabas ng 285.937 kJ/mol ng init o 68.3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). Sa ilalim ng normal na kondisyon ng temperatura, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa medyo mabagal, at sa t° >= 550 °C ito ay hindi makontrol. Ang mga sumasabog na limitasyon ng hydrogen + oxygen mixture ayon sa volume ay 4–94% H₂, at ang hydrogen + air mixture ay 4–74% H₂ (ang pinaghalong dalawang volume ng H₂ at isang volume ng O₂ ay tinatawag na detonating gas).

Ang elementong ito ay ginagamit upang bawasan ang karamihan sa mga metal, dahil inaalis nito ang oxygen mula sa mga oxide:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O, atbp.

Ang hydrogen ay bumubuo ng hydrogen halides na may iba't ibang mga halogen, halimbawa:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Gayunpaman, kapag tumutugon sa fluorine, ang hydrogen ay sumasabog (nangyayari rin ito sa dilim, sa -252 ° C), na may bromine at chlorine ay tumutugon lamang ito kapag pinainit o naiilaw, at may yodo - kapag pinainit lamang. Kapag nakikipag-ugnayan sa nitrogen, ang ammonia ay nabuo, ngunit lamang sa katalista, kapag altapresyon at temperatura:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Kapag pinainit, ang hydrogen ay aktibong tumutugon sa asupre:

H₂ + S = H₂S (hydrogen sulfide),

at mas mahirap sa tellurium o selenium. Ang hydrogen ay tumutugon sa purong carbon na walang katalista, ngunit sa mataas na temperatura:

2H₂ + C (amorphous) = CH₄ (methane).

Direktang tumutugon ang sangkap na ito sa ilan sa mga metal (alkali, alkaline earth at iba pa), na bumubuo ng mga hydride, halimbawa:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng hydrogen at carbon monoxide (II) ay may malaking praktikal na kahalagahan. Sa kasong ito, depende sa presyon, temperatura at katalista, ang iba't ibang mga organikong compound ay nabuo: HCHO, CH₃OH, atbp. Ang mga unsaturated hydrocarbons sa panahon ng reaksyon ay nagiging puspos, halimbawa:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Ang hydrogen at ang mga compound nito ay may natatanging papel sa kimika. Tinutukoy nito ang mga acidic na katangian ng tinatawag na. protic acids, ay may posibilidad na mabuo sa iba't ibang elemento hydrogen bonding, na may malaking epekto sa mga katangian ng maraming inorganic at organic compound.

Paggawa ng hydrogen

Ang mga pangunahing uri ng hilaw na materyales para sa industriyal na produksyon Kasama sa elementong ito ang mga gas na nagpapadalisay ng langis, natural na nasusunog at mga gas ng coke oven. Nakukuha rin ito mula sa tubig sa pamamagitan ng electrolysis (sa mga lugar kung saan may kuryente). Isa sa ang pinakamahalagang pamamaraan Ang paggawa ng materyal mula sa natural na gas ay itinuturing na catalytic interaction ng hydrocarbons, pangunahin ang methane, na may water vapor (ang tinatawag na conversion). Halimbawa:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Hindi kumpletong oksihenasyon ng mga hydrocarbon na may oxygen:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Ang synthesized carbon monoxide (II) ay sumasailalim sa conversion:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Ang hydrogen na ginawa mula sa natural na gas ay ang pinakamurang.

Ginagamit para sa electrolysis ng tubig D.C., na ipinapasa sa isang solusyon ng NaOH o KOH (ang mga acid ay hindi ginagamit upang maiwasan ang kaagnasan ng kagamitan). Sa mga kondisyon ng laboratoryo, ang materyal ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig o bilang isang resulta ng reaksyon sa pagitan ng hydrochloric acid at zinc. Gayunpaman, mas madalas na gumagamit sila ng yari na materyal na pabrika sa mga cylinder.

Nahihiwalay ang elementong ito sa mga oil refining gas at coke oven gas sa pamamagitan ng pag-alis ng lahat ng iba pang bahagi ng gas mixture, dahil mas madaling matunaw ang mga ito sa panahon ng malalim na paglamig.

Ang materyal na ito ay nagsimulang gawin sa industriya sa pagtatapos ng ika-18 siglo. Pagkatapos ay ginamit ito para sa pagpuno mga lobo. Sa ngayon, ang hydrogen ay malawakang ginagamit sa industriya, pangunahin sa industriya ng kemikal, para sa produksyon ng ammonia.

Ang mga mass consumer ng substance ay mga producer ng methyl at iba pang alkohol, synthetic na gasolina at marami pang ibang produkto. Nakukuha ang mga ito sa pamamagitan ng synthesis mula sa carbon monoxide (II) at hydrogen. Ang hydrogen ay ginagamit para sa hydrogenation ng mabigat at solid likidong gasolina, fats, atbp., para sa synthesis ng HCl, hydrotreating ng mga produktong petrolyo, pati na rin sa pagputol/welding ng mga metal. Ang pinakamahalagang elemento para sa nuclear energy ay ang mga isotopes nito - tritium at deuterium.

Biological na papel ng hydrogen

Humigit-kumulang 10% ng masa ng mga nabubuhay na organismo (sa karaniwan) ay nagmumula sa elementong ito. Ito ay bahagi ng tubig at ang pinakamahalagang grupo ng mga natural na compound, kabilang ang mga protina, nucleic acid, lipid, at carbohydrates. Ano ang gamit nito?

Ang materyal na ito ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel: sa pagpapanatili ng spatial na istraktura ng mga protina (quaternary), sa pagpapatupad ng prinsipyo ng complementarity mga nucleic acid(i.e. sa pagpapatupad at pag-iimbak ng genetic na impormasyon), sa pangkalahatan sa "pagkilala" sa antas ng molekular.

Ang hydrogen ion H+ ay nakikibahagi sa mahahalagang dynamic na reaksyon/proseso sa katawan. Kabilang ang: sa biological oxidation, na nagbibigay ng mga buhay na cell na may enerhiya, sa biosynthesis reactions, sa photosynthesis sa mga halaman, sa bacterial photosynthesis at nitrogen fixation, sa pagpapanatili ng acid-base balance at homeostasis, sa mga proseso ng transportasyon ng lamad. Kasama ng carbon at oxygen, bumubuo ito ng functional at structural na batayan ng mga phenomena sa buhay.

Ang hydrogen (papel sa pagsubaybay mula sa Latin: lat. Hydrogenium - hydro = "tubig", gen = "pagbuo"; hydrogenium - "pagbuo ng tubig"; tinutukoy ng simbolong H) ay ang unang elemento ng periodic table ng mga elemento. Malawak na ipinamamahagi sa kalikasan. Ang cation (at nucleus) ng pinakakaraniwang isotope ng hydrogen, 1 H, ay ang proton. Ang mga katangian ng 1 H nucleus ay ginagawang posible ang malawakang paggamit ng NMR spectroscopy sa pagsusuri ng mga organikong sangkap.

May tatlong isotopes ng hydrogen mga pangngalang pantangi: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) at 3 H - tritium (radioactive) (T).

Ang simpleng sangkap na hydrogen - H 2 - ay isang magaan na walang kulay na gas. Kapag inihalo sa hangin o oxygen, ito ay nasusunog at sumasabog. Hindi nakakalason. Natutunaw sa ethanol at isang bilang ng mga metal: iron, nickel, palladium, platinum.

Kwento

Ang paglabas ng nasusunog na gas sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga acid at metal ay naobserbahan noong ika-16 at XVII siglo sa bukang-liwayway ng pagbuo ng kimika bilang isang agham. Direktang itinuro din ni Mikhail Vasilyevich Lomonosov ang paghihiwalay nito, ngunit tiyak na alam na niya na hindi ito phlogiston. Sinuri ng English physicist at chemist na si Henry Cavendish ang gas na ito noong 1766 at tinawag itong “combustible air.” Kapag nasunog, ang "nasusunog na hangin" ay nagdulot ng tubig, ngunit ang pagsunod ni Cavendish sa teorya ng phlogiston ay humadlang sa kanya sa pagguhit ng mga tamang konklusyon. Ang French chemist na si Antoine Lavoisier, kasama ang engineer na si J. Meunier, gamit ang mga espesyal na gasometer, noong 1783 ay nagsagawa ng synthesis ng tubig, at pagkatapos ay ang pagsusuri nito, na nabubulok ang singaw ng tubig na may mainit na bakal. Kaya, itinatag niya na ang "nasusunog na hangin" ay bahagi ng tubig at maaaring makuha mula dito.

pinagmulan ng pangalan

Binigyan ni Lavoisier ng hydrogen ang pangalang hydrogène (mula sa sinaunang Griyego na ὕδωρ - tubig at γεννάω - nanganak ako) - "nagsilang ng tubig". Ang pangalang Ruso na "hydrogen" ay iminungkahi ng chemist na si M. F. Solovyov noong 1824 - sa pamamagitan ng pagkakatulad sa "oxygen" ni M. V. Lomonosov.

Paglaganap

Sa Uniberso
Ang hydrogen ay ang pinakakaraniwang elemento sa Uniberso. Ito ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang 92% ng lahat ng mga atomo (8% ay helium atoms, ang bahagi ng lahat ng iba pang mga elementong pinagsama ay mas mababa sa 0.1%). Kaya, ang hydrogen ang pangunahing sangkap mga bituin at interstellar gas. Sa ilalim ng mga kondisyon ng mga stellar na temperatura (halimbawa, ang temperatura sa ibabaw ng Araw ay ~ 6000 °C), ang hydrogen ay umiiral sa anyo ng plasma sa interstellar space, ang elementong ito ay umiiral sa anyo ng mga indibidwal na molekula, mga atomo at mga ion at maaaring mabuo mga molekular na ulap na malaki ang pagkakaiba-iba sa laki, density at temperatura.

Ang crust ng lupa at mga buhay na organismo
Ang mass fraction ng hydrogen sa crust ng lupa ay 1% - ito ang ikasampung pinaka-masaganang elemento. Gayunpaman, ang papel nito sa kalikasan ay natutukoy hindi sa pamamagitan ng masa, ngunit sa pamamagitan ng bilang ng mga atomo, ang bahagi nito sa iba pang mga elemento ay 17% (pangalawang lugar pagkatapos ng oxygen, ang bahagi ng mga atom ay ~ 52%). Samakatuwid, ang kahalagahan ng hydrogen sa mga prosesong kemikal na nagaganap sa Earth ay halos kasing-laki ng oxygen. Hindi tulad ng oxygen, na umiiral sa Earth sa parehong bound at free states, halos lahat ng hydrogen sa Earth ay nasa anyo ng mga compound; Isang napakaliit na halaga ng hydrogen sa anyo ng isang simpleng sangkap lamang ang nakapaloob sa atmospera (0.00005% sa dami).
Ang hydrogen ay bahagi ng halos lahat ng mga organikong sangkap at naroroon sa lahat ng mga buhay na selula. Sa mga buhay na selula, ang hydrogen ay bumubuo ng halos 50% ng bilang ng mga atomo.

Resibo

Ang mga pamamaraang pang-industriya para sa paggawa ng mga simpleng sangkap ay nakasalalay sa anyo kung saan matatagpuan ang kaukulang elemento sa kalikasan, iyon ay, kung ano ang maaaring maging hilaw na materyal para sa paggawa nito. Kaya, ang oxygen, na magagamit sa isang libreng estado, ay nakuha sa pisikal - sa pamamagitan ng paghihiwalay mula sa likidong hangin. Halos lahat ng hydrogen ay nasa anyo ng mga compound, kaya upang makuha ito ay ginagamit nila mga pamamaraan ng kemikal. Sa partikular, maaaring gamitin ang mga reaksyon ng agnas. Ang isang paraan upang makagawa ng hydrogen ay sa pamamagitan ng agnas ng tubig sa pamamagitan ng electric current.
Basic pamamaraang pang-industriya paggawa ng hydrogen - ang reaksyon ng methane, na bahagi ng natural na gas, sa tubig. Isinasagawa ito sa mataas na temperatura:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Ang isa sa mga pamamaraan ng laboratoryo para sa paggawa ng hydrogen, na kung minsan ay ginagamit sa industriya, ay ang agnas ng tubig sa pamamagitan ng electric current. Karaniwan, ang hydrogen ay ginawa sa laboratoryo sa pamamagitan ng pagtugon sa zinc na may hydrochloric acid.