Hidrojen, Mendeleev'in periyodik tablosunda aynı anda iki hücreyi işgal eden özel bir elementtir. Zıt özelliklere sahip iki grup element arasında yer alır ve bu özelliği onu benzersiz kılar. Hidrojen basit bir maddedir ve ayrılmaz parça birçok karmaşık bileşik, organojenik ve biyojenik bir elementtir. Ana özellikleri ve özellikleri hakkında ayrıntılı olarak bilgi sahibi olmaya değer.

Mendeleev'in periyodik tablosundaki hidrojen

Hidrojenin ana özellikleri aşağıda belirtilmiştir:

• elementin seri numarası 1'dir (aynı sayıda proton ve elektron vardır);
• atom kütlesi 1,00795'tir;
• hidrojenin her biri özel özelliklere sahip üç izotopu vardır;
• Yalnızca bir elektron içeriği nedeniyle hidrojen, indirgeyici ve oksitleyici özellikler gösterme yeteneğine sahiptir ve bir elektron verdikten sonra hidrojen, bileşimde yer alan serbest bir yörüngeye sahiptir. Kimyasal bağlar bağışçı-alıcı mekanizmasıyla;
• hidrojen düşük yoğunluklu hafif bir elementtir;
• hidrojen güçlü bir indirgeyici ajandır, birinci gruptaki alkali metaller grubunu ana alt gruba açar;
• Hidrojen metaller ve diğer güçlü indirgeyici maddelerle reaksiyona girdiğinde onların elektronlarını kabul eder ve oksitleyici bir madde haline gelir. Bu tür bileşiklere hidritler denir. Bu özelliğe göre, hidrojen geleneksel olarak benzer olduğu halojenler grubuna (yukarıdaki florin parantez içinde verilmiştir) aittir.

Basit bir madde olarak hidrojen

Hidrojen molekülü ikiden oluşan bir gazdır. Bu madde 1766 yılında İngiliz bilim adamı Henry Cavendish tarafından keşfedildi. Hidrojenin oksijenle etkileşime girdiğinde patlayan bir gaz olduğunu kanıtladı. Kimyacılar hidrojeni inceledikten sonra bu maddenin insanoğlunun bildiği en hafif madde olduğunu buldular.

Başka bir bilim adamı Lavoisier, Latince'den çevrilerek "suyu doğurmak" anlamına gelen elemente "hidrojenyum" adını verdi. 1781 yılında Henry Cavendish suyun oksijen ve hidrojenden oluştuğunu kanıtladı. Başka bir deyişle su, hidrojenin oksijenle reaksiyonunun ürünüdür. Hidrojenin yanıcı özellikleri eski bilim adamları tarafından biliniyordu: ilgili kayıtlar 16. yüzyılda yaşayan Paracelsus tarafından bırakılmıştı.

Moleküler hidrojen, doğada yaygın olarak bulunan, iki atomdan oluşan ve yanan bir kıymığın yüzeyine çıkarıldığında doğal olarak oluşan gaz halindeki bir bileşiktir. Bir hidrojen molekülü, nükleer reaksiyonlara katılabildikleri için helyum çekirdeğine dönüşen atomlara parçalanabilir. Bu tür süreçler uzayda ve Güneş'te düzenli olarak meydana gelir.

Hidrojen ve fiziksel özellikleri

Hidrojen aşağıdaki fiziksel parametrelere sahiptir:

• -252,76 °C'de kaynar;
• -259,14 °C'de erir; *belirtilen sıcaklık sınırları dahilinde hidrojen kokusuz, renksiz bir sıvıdır;
• Hidrojen suda az çözünür;
• hidrojen teorik olarak sağlanırsa metalik duruma geçebilir Özel durumlar(düşük sıcaklıklar ve yüksek basınç);
• saf hidrojen patlayıcı ve yanıcı bir maddedir;
• hidrojen metallerin kalınlığı boyunca yayılabilir, bu nedenle bunların içinde iyi çözünür;
• hidrojen havadan 14,5 kat daha hafiftir;
• en yüksek tansiyon katı hidrojenin kar benzeri kristalleri elde edilebilir.

Hidrojenin kimyasal özellikleri

Laboratuvar yöntemleri:

• seyreltik asitlerin aktif metaller ve ara aktiviteye sahip metallerle etkileşimi;
• metal hidritlerin hidrolizi;
• Alkali ve toprak alkali metallerin su ile reaksiyonu.

Hidrojen bileşikleri:

Hidrojen halojenürler; metal olmayanların uçucu hidrojen bileşikleri;(proteinler, yağlar, hidrokarbonlar, vitaminler, lipitler, uçucu yağlar, hormonlar). Proteinlerin, yağların ve karbonhidratların özelliklerini incelemek için güvenli deneyleri görmek için tıklayın.

Üretilen hidrojeni toplamak için test tüpünü baş aşağı tutmanız gerekir. Hidrojen toplanamıyor karbon dioksitÇünkü havadan çok daha hafiftir. Hidrojen hızla buharlaşır ve havayla karıştığında (veya büyük birikimler halinde) patlar. Bu nedenle test tüpünü ters çevirmek gerekir. Doldurulduktan hemen sonra tüp lastik bir tıpa ile kapatılır.

Hidrojenin saflığını test etmek için test tüpünün boynuna yanan bir kibrit tutmanız gerekir. Donuk ve sessiz bir patlama meydana gelirse, gaz temizdir ve hava kirliliği minimum düzeydedir. Pamuk gürültülü ve ıslık çalıyorsa, test tüpündeki gaz kirlidir ve büyük oranda yabancı bileşen içermektedir.

Dikkat! Bu deneyleri kendiniz tekrarlamaya çalışmayın!

HİDROJEN, H (enlem. hidrojenyum; a. hidrojen; n. Wasserstoff; f. hidrojen; i. hidrojeno), aynı anda grup I ve VII, atom numarası 1 olarak sınıflandırılan Mendeleev elementlerinin periyodik sisteminin kimyasal bir elementidir. , atom kütlesi 1, 0079. Doğal hidrojenin kararlı izotopları vardır - protium (1 H), döteryum (2 H veya D) ve radyoaktif - trityum (3 H veya T). İçin doğal bileşikler ortalama oran D/H = (158±2).10 -6 Dünyadaki 3H'nin denge içeriği ~5.10 27 atom.

Hidrojenin fiziksel özellikleri

Hidrojen ilk kez 1766 yılında İngiliz bilim adamı G. Cavendish tarafından tanımlandı. Normal şartlarda hidrojen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Doğada serbest halde H2 molekülleri halinde bulunur. H2 molekülünün ayrışma enerjisi 4.776 eV'dir; Hidrojen atomunun iyonlaşma potansiyeli 13.595 eV'dir. Hidrojen, 0°C'de ve 0,1 MPa 0,0899 kg/m3'te bilinen en hafif maddedir; kaynama sıcaklığı - 252,6°C, erime sıcaklığı - 259,1°C; kritik parametreler: t - 240°C, basınç 1,28 MPa, yoğunluk 31,2 kg/m3. Tüm gazlar arasında termal olarak en iletken olanıdır - 0°C ve 1 MPa'da 0,174 W/(m.K), özısı 14.208.10 3 J(kg.K).

Hidrojenin kimyasal özellikleri

Sıvı hidrojen çok hafiftir (-253°C'de yoğunluk 70,8 kg/m3'tür) ve akışkandır (-253°C'de 13,8 cP'dir). Çoğu bileşikte hidrojen, +1 (alkali metallere benzer), daha az sıklıkla -1 (metal hidritlere benzer) oksidasyon durumu sergiler. Normal koşullar altında moleküler hidrojen aktif değildir; 20°C'de ve 1 MPa 0,0182 ml/g'de suda çözünürlük; metallerde oldukça çözünür - Ni, Pt, Pd, vb. Oksijenle birlikte 143,3 MJ/kg (25°C ve 0,1 MPa'da) ısı salınımıyla su oluşturur; 550°C ve üzerinde reaksiyona bir patlama eşlik eder. Flor ve klor ile etkileşime girdiğinde patlayıcı reaksiyonlar da meydana gelir. Ana hidrojen bileşikleri: H2O, amonyak NH3, hidrojen sülfür H2S, CH4, metal ve halojen hidritler CaH2, HBr, Hl ve ayrıca organik bileşikler C2H4, HCHO, CH3OH, vb. .

Doğada hidrojen

Hidrojen doğada yaygın olarak bulunan bir elementtir, içeriği (ağırlıkça) %1'dir. Dünyadaki hidrojenin ana rezervuarı sudur (kütlece %11,19). Hidrojen, tüm doğal organik bileşiklerin ana bileşenlerinden biridir. Serbest halde volkanik ve diğer doğal gazlarda (%0,0001, atom sayısına göre) bulunur. Güneş'in, yıldızların, yıldızlararası gazın ve gaz bulutsularının kütlesinin büyük kısmını oluşturur. Gezegenlerin atmosferlerinde H2, CH4, NH3, H2O, CH, NHOH, vb. Şeklinde bulunur. Güneş'in parçacık radyasyonunun (proton akışları) ve kozmik ışınların (elektron) bir parçasıdır. akar).

Hidrojen üretimi ve kullanımı

Hammaddeler endüstriyel üretim hidrojen - petrol rafine gazları, gazlaştırma ürünleri vb. Hidrojen üretmenin ana yöntemleri: hidrokarbonların su buharı ile reaksiyonu, hidrokarbonların kısmi oksidasyonu, oksit dönüşümü, suyun elektrolizi. Hidrojen, amonyak, alkol, sentetik benzin, hidroklorik asit üretiminde, petrol ürünlerinin hidro-işlenmesinde ve metallerin hidrojen-oksijen aleviyle kesilmesinde kullanılır.

Hidrojen umut verici bir gaz yakıttır. Döteryum ve trityum nükleer enerjide uygulama alanı bulmuştur.

Hidrojen H Evrendeki en yaygın elementtir (kütlece yaklaşık %75) ve Dünya'da en bol bulunan dokuzuncu elementtir. En önemli doğal hidrojen bileşiği sudur.
Hidrojen periyodik tabloda ilk sırada yer almaktadır (Z = 1). En basit atom yapısına sahiptir: Atomun çekirdeği 1 protondur ve 1 elektrondan oluşan bir elektron bulutu ile çevrilidir.
Bazı koşullar altında hidrojen metalik özellikler sergiler (bir elektron verir), diğerlerinde ise metalik olmayan özellikler sergiler (bir elektron kabul eder).
Doğada bulunan hidrojen izotopları şunlardır: 1H - protium (çekirdek bir protondan oluşur), 2H - döteryum (D - çekirdek bir proton ve bir nötrondan oluşur), 3H - trityum (T - çekirdek bir proton ve ikiden oluşur) nötronlar).

Basit madde hidrojen

Bir hidrojen molekülü, kovalent polar olmayan bir bağla bağlanan iki atomdan oluşur.
Fiziki ozellikleri. Hidrojen renksiz, kokusuz, tatsız, toksik olmayan bir gazdır. Hidrojen molekülü polar değildir. Bu nedenle hidrojen gazındaki moleküller arası etkileşim kuvvetleri küçüktür. Bu durum düşük kaynama noktalarında (-252,6 0C) ve erime noktalarında (-259,2 0C) kendini göstermektedir.
Hidrojen havadan hafiftir, D (hava yoluyla) = 0,069; suda az çözünür (2 hacim H2, 100 hacim H2O içinde çözülür). Bu nedenle hidrojen laboratuvarda üretildiğinde hava veya su yer değiştirme yöntemleriyle toplanabilir.

Hidrojen üretimi

Laboratuvarda:

1. Seyreltik asitlerin metaller üzerindeki etkisi:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Alkali ve arasındaki etkileşim metaller su ile:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. Hidridlerin hidrolizi: metal hidridler su ile kolaylıkla ayrışarak karşılık gelen alkali ve hidrojeni oluşturur:
NaH +H20 → NaOH +H2
CaH2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2

4. Alkalilerin çinko, alüminyum veya silikon üzerindeki etkisi:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Suyun elektrolizi. Suyun elektriksel iletkenliğini arttırmak için, örneğin NaOH, H2S04 veya Na2S04 gibi bir elektrolit eklenir. Katotta 2 hacim hidrojen, anotta ise 1 hacim oksijen oluşur.
2H 2 Ö → 2H 2 + Ö 2

Hidrojenin endüstriyel üretimi

1. Buharla metan dönüşümü, Ni 800 °C (en ucuz):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H2O → CO2 + H2

Toplamda:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + C02

2. 1000 o C sıcaklıktaki sıcak koktan geçen su buharı:
C + H2O → CO + H2
CO +H2O → CO2 + H2

Ortaya çıkan karbon monoksit (IV) su tarafından emilir ve bu şekilde endüstriyel hidrojenin %50'si üretilir.

3. Metanın bir demir veya nikel katalizörü varlığında 350°C'ye ısıtılmasıyla:
CH 4 → C + 2H 2

4. Yan ürün olarak KCl veya NaCl'nin sulu çözeltilerinin elektrolizi:
2H20 + 2NaCl → Cl2 + H2 + 2NaOH

Hidrojenin kimyasal özellikleri

• Bileşiklerde hidrojen her zaman tek değerlidir. +1 oksidasyon durumu ile karakterize edilir, ancak metal hidritlerde -1'e eşittir.
• Hidrojen molekülü iki atomdan oluşur. Aralarında bir bağlantının ortaya çıkışı, genelleştirilmiş bir H:H veya H2 elektron çiftinin oluşmasıyla açıklanır.
• Elektronların bu genelleştirilmesi sayesinde H2 molekülü, bireysel atomlarından enerji açısından daha kararlıdır. 1 mol hidrojen molekülünü atomlarına ayırmak için 436 kJ enerji harcamak gerekir: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
• Bu, moleküler hidrojenin normal sıcaklıklarda nispeten düşük aktivitesini açıklar.
• Hidrojen, birçok metal olmayan maddeyle birlikte RH 4, RH 3, RH 2, RH gibi gaz halindeki bileşikler oluşturur.

1) Halojenlerle hidrojen halojenürler oluşturur:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Aynı zamanda flor ile patlar, klor ve brom ile sadece aydınlatıldığında veya ısıtıldığında, iyot ile ise sadece ısıtıldığında reaksiyona girer.

2) Oksijen ile:
2H 2 + Ö 2 → 2H 2 Ö
ısı salınımı ile. Normal sıcaklıklarda reaksiyon yavaş ilerler, 550°C'nin üzerinde ise patlar. 2 hacim H2 ve 1 hacim O2 karışımına patlayıcı gaz denir.

3) Isıtıldığında kükürt ile kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer (selenyum ve tellür ile çok daha zordur):
H 2 + S → H 2 S (hidrojen sülfür),

4) Sadece katalizörde ve katalizörde amonyak oluşumu ile nitrojen ile yüksek sıcaklıklar ve baskılar:
ZN2 + N2 → 2NH3

5) Yüksek sıcaklıklarda karbon ile:
2H2 + C → CH4 (metan)

6) Alkali ve toprak alkali metallerle hidrürler oluşturur (hidrojen oksitleyici bir maddedir):
H2 + 2Li → 2LiH
metal hidritlerde hidrojen iyonu negatif yüklüdür (oksidasyon durumu -1), yani Na + H hidrit - Na + Cl klorüre benzer şekilde inşa edilmiştir -

Karmaşık maddelerle:

7) Metal oksitlerle (metalleri indirgemek için kullanılır):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 Ö 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 Ö

8) karbon monoksit (II) ile:
CO + 2H2 → CH3OH
Sentez gazı (hidrojen ve karbon monoksit karışımı) önemli bir etkiye sahiptir. pratik önemiçünkü sıcaklığa, basınca ve katalizöre bağlı olarak HCHO, CH3OH ve diğerleri gibi çeşitli organik bileşikler oluşur.

9) Doymamış hidrokarbonlar hidrojenle reaksiyona girerek doymuş hale gelir:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Periyodik tabloda hidrojen, özellikleri tamamen zıt olan iki element grubunda bulunur. Bu özellik tamamen benzersiz hale getirin. Hidrojen sadece bir element veya madde değil, aynı zamanda birçok karmaşık bileşiğin ayrılmaz bir parçası, organojenik ve biyojenik bir elementtir. Bu nedenle özelliklerine ve özelliklerine daha detaylı bakalım.

Metallerin ve asitlerin etkileşimi sırasında yanıcı gaz salınımı 16. yüzyılda, yani kimyanın bir bilim olarak oluşumu sırasında gözlemlendi. Ünlü İngiliz bilim adamı Henry Cavendish, 1766 yılından başlayarak maddeyi incelemeye başladı ve ona "yanıcı hava" adını verdi. Bu gaz yandığında su üretiyordu. Ne yazık ki bilim adamının flojiston (varsayımsal "ultra ince madde") teorisine bağlılığı onun doğru sonuçlara varmasını engelledi.

Fransız kimyager ve doğa bilimci A. Lavoisier, mühendis J. Meunier ile birlikte ve özel gazometrelerin yardımıyla 1783 yılında suyu sentezledi ve ardından su buharının sıcak demirle ayrışması yoluyla analiz etti. Böylece bilim adamları doğru sonuçlara varabildiler. "Yanıcı havanın" yalnızca suyun bir parçası olmadığını, aynı zamanda ondan da elde edilebileceğini buldular.

1787'de Lavoisier, incelenen gazın basit bir madde olduğunu ve dolayısıyla birincil gaza ait olduğunu öne sürdü. kimyasal elementler. Buna hidrojen adını verdi (Yunanca hydor - su + gennao - doğuruyorum kelimelerinden), yani "suyu doğurmak".

Rusça "hidrojen" adı 1824 yılında kimyager M. Soloviev tarafından önerildi. Suyun bileşiminin belirlenmesi "flojiston teorisinin" sonunu işaret ediyordu. 18. ve 19. yüzyılların başında, hidrojen atomunun (diğer elementlerin atomlarına kıyasla) çok hafif olduğu ve atom kütlelerini karşılaştırmak için kütlesinin 1'e eşit bir değer alarak temel birim olarak alındığı tespit edildi.

Fiziki ozellikleri

Hidrojen bilimde bilinen en hafif maddedir (havadan 14,4 kat daha hafiftir), yoğunluğu 0,0899 g/l'dir (1 atm, 0 °C). Bu malzeme sırasıyla -259,1 °C ve -252,8 °C'de erir (katılaşır) ve kaynar (sıvılaşır) (sadece helyum daha düşük kaynama ve erime sıcaklıklarına sahiptir).

Hidrojenin kritik sıcaklığı oldukça düşüktür (-240°C). Bu nedenle sıvılaştırılması oldukça karmaşık ve maliyetli bir işlemdir. Maddenin kritik basıncı 12,8 kgf/cm², kritik yoğunluğu ise 0,0312 g/cm³'tür. Tüm gazlar arasında hidrojen en yüksek termal iletkenliğe sahiptir: 1 atm ve 0 °C'de 0,174 W/(mxK)'ye eşittir.

Aynı koşullar altında maddenin özgül ısı kapasitesi 14.208 kJ/(kgxK) veya 3.394 cal/(rx°C)'dir. Bu element suda az çözünür (1 atm ve 20 °C'de yaklaşık 0,0182 ml/g), ancak çoğu metalde (Ni, Pt, Pa ve diğerleri), özellikle paladyumda (hacim başına yaklaşık 850 hacim Pd) iyi çözünür. .

İkinci özellik, yayılma kabiliyeti ile ilişkilidir ve bir karbon alaşımı (örneğin çelik) yoluyla difüzyona, hidrojenin karbonla etkileşimi nedeniyle alaşımın tahrip olması eşlik edebilir (bu işleme karbon giderme denir). Sıvı halde madde çok hafiftir (t° = -253 °C'de yoğunluk - 0,0708 g/cm³) ve akışkandır (aynı koşullar altında viskozite - 13,8 bozulma).

Birçok bileşikte bu element, sodyum ve diğer alkali metaller gibi +1 değerlik (oksidasyon durumu) sergiler. Genellikle bu metallerin bir analogu olarak kabul edilir. Buna göre periyodik sistemin I. grubuna başkanlık ediyor. Metal hidritlerde hidrojen iyonu negatif yük gösterir (oksidasyon durumu -1'dir), yani Na+H-, Na+Cl- klorüre benzer bir yapıya sahiptir. Buna ve diğer bazı gerçeklere uygun olarak (yakınlık fiziki ozellikleri“H” elementi ve halojenler, organik bileşiklerde onu halojenlerle değiştirme yeteneği) Hidrojen, periyodik sistemin VII. grubuna aittir.

Normal koşullar altında, moleküler hidrojen düşük aktiviteye sahiptir ve yalnızca en aktif metal olmayanlarla (flor ve klor ile, ikincisi ışıkta) doğrudan birleşir. Buna karşılık ısıtıldığında birçok kimyasal elementle etkileşime girer.

Atomik hidrojen kimyasal aktiviteyi arttırmıştır (moleküler hidrojene kıyasla). Oksijenle aşağıdaki formüle göre su oluşturur:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

285,937 kJ/mol ısı veya 68,3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm) açığa çıkar. Normal sıcaklık koşulları altında reaksiyon oldukça yavaş ilerler ve t° >= 550 °C'de kontrol edilemez. Hacimce hidrojen + oksijen karışımının patlama limitleri %4–94 H₂'dir ve hidrojen + hava karışımı %4–74 H₂'dir (iki hacim H₂ ve bir hacim O₂ karışımına patlayıcı gaz denir).

Bu element, oksijeni oksitlerden uzaklaştırdığı için çoğu metali azaltmak için kullanılır:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O, vb.

Hidrojen, farklı halojenlerle hidrojen halojenürler oluşturur, örneğin:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Bununla birlikte, flor ile reaksiyona girdiğinde hidrojen patlar (bu aynı zamanda karanlıkta, -252 ° C'de de olur), brom ve klor ile yalnızca ısıtıldığında veya aydınlatıldığında ve iyot ile yalnızca ısıtıldığında reaksiyona girer. Azotla etkileşime girdiğinde amonyak oluşur, ancak yalnızca katalizörde yüksek tansiyon ve sıcaklık:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Isıtıldığında hidrojen kükürt ile aktif olarak reaksiyona girer:

H₂ + S = H₂S (hidrojen sülfür),

ve tellür veya selenyumla çok daha zordur. Hidrojen, saf karbonla katalizör olmadan, ancak yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer:

2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metan).

Bu madde bazı metallerle (alkali, toprak alkali ve diğerleri) doğrudan reaksiyona girerek hidritler oluşturur, örneğin:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Hidrojen ve karbon monoksit (II) arasındaki etkileşimler oldukça pratik öneme sahiptir. Bu durumda basınca, sıcaklığa ve katalizöre bağlı olarak farklı organik bileşikler oluşur: HCHO, CH₃OH, vb. Reaksiyon sırasında doymamış hidrokarbonlar doymuş hale gelir, örneğin:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Hidrojen ve bileşikleri kimyada olağanüstü bir rol oynar. Sözde asidik özelliklerini belirler. protik asitler, oluşma eğilimindedir farklı unsurlar Birçok inorganik ve organik bileşiğin özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olan hidrojen bağı.

Hidrojen üretimi

Başlıca hammadde türleri endüstriyel üretim Bu element, petrol rafine edici gazları, doğal yanıcı gazları ve kok fırını gazlarını içerir. Ayrıca sudan elektroliz yoluyla (elektriğin mevcut olduğu yerlerde) elde edilir. Biri en önemli yöntemler Doğal gazdan malzeme üretimi, başta metan olmak üzere hidrokarbonların su buharı ile katalitik etkileşimi (sözde dönüşüm) olarak kabul edilir. Örneğin:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Hidrokarbonların oksijenle eksik oksidasyonu:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Sentezlenen karbon monoksit (II) dönüşüme uğrar:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Doğal gazdan üretilen hidrojen en ucuzudur.

Suyun elektrolizi için kullanılır DC bir NaOH veya KOH çözeltisinden geçirilen (ekipmanın korozyonunu önlemek için asitler kullanılmaz). Laboratuvar koşullarında malzeme suyun elektrolizi ile veya hidroklorik asit ile çinko arasındaki reaksiyon sonucu elde edilir. Ancak silindirlerde hazır fabrika malzemesi daha sık kullanılır.

Bu element, derin soğutma sırasında daha kolay sıvılaştığından, gaz karışımındaki diğer tüm bileşenlerin çıkarılmasıyla petrol rafine gazlarından ve kok fırını gazından izole edilir.

Bu malzeme 18. yüzyılın sonlarında endüstriyel olarak üretilmeye başlandı. Daha sonra doldurmak için kullanıldı balonlar. Şu anda hidrojen, amonyak üretimi için başta kimya endüstrisi olmak üzere endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.

Maddenin kitlesel tüketicileri, metil ve diğer alkollerin, sentetik benzinin ve diğer birçok ürünün üreticileridir. Karbon monoksit (II) ve hidrojenden sentez yoluyla elde edilirler. Hidrojen ağır ve katıların hidrojenlenmesinde kullanılır sıvı yakıt HCl sentezi, petrol ürünlerinin hidro-işlemesi ve ayrıca metallerin kesilmesi/kaynaklanması için yağlar, vb. En önemli unsurlar nükleer enerji için izotopları trityum ve döteryumdur.

Hidrojenin biyolojik rolü

Canlı organizmaların kütlesinin yaklaşık %10'u (ortalama olarak) bu elementten gelir. Suyun ve proteinler, nükleik asitler, lipitler ve karbonhidratlar dahil olmak üzere en önemli doğal bileşik gruplarının bir parçasıdır. Ne için kullanılır?

Bu malzeme belirleyici bir rol oynar: proteinlerin uzaysal yapısının korunmasında (dördüncül), tamamlayıcılık ilkesinin uygulanmasında nükleik asitler(yani genetik bilginin uygulanması ve depolanmasında), genel olarak moleküler düzeyde “tanınmada”.

Hidrojen iyonu H+ vücutta önemli dinamik reaksiyonlarda/süreçlerde rol alır. Dahil olanlar: canlı hücrelere enerji sağlayan biyolojik oksidasyonda, biyosentez reaksiyonlarında, bitkilerde fotosentezde, bakteriyel fotosentezde ve nitrojen fiksasyonunda, asit-baz dengesinin ve homeostazın korunmasında, membran taşıma süreçlerinde. Karbon ve oksijenle birlikte yaşam olgusunun işlevsel ve yapısal temelini oluşturur.

Hidrojen (Latince'den aydınger kağıdı: lat. Hidrojenyum - hidro = “su”, gen = “üreten”; hidrojenyum - “su üreten”; H sembolüyle gösterilir) periyodik element tablosunun ilk elementidir. Doğada yaygın olarak dağıtılır. Hidrojenin en yaygın izotopu olan 1H'nin katyonu (ve çekirdeği) protondur. 1H çekirdeğinin özellikleri, NMR spektroskopisinin organik maddelerin analizinde yaygın olarak kullanılmasını mümkün kılar.

Hidrojenin üç izotopu var düzgün isimler: 1H - protium (H), 2H - döteryum (D) ve 3H - trityum (radyoaktif) (T).

Basit madde hidrojen - H2 - açık renksiz bir gazdır. Hava veya oksijenle karıştığında yanıcı ve patlayıcıdır. Toksik değildir. Etanolde ve bir dizi metalde çözünür: demir, nikel, paladyum, platin.

Hikaye

Asitlerin ve metallerin etkileşimi sırasında yanıcı gaz salınımı 16. ve 16. yüzyılda gözlendi. XVII yüzyıllar kimyanın bir bilim olarak oluşumunun şafağında. Mikhail Vasilyevich Lomonosov da doğrudan izolasyonuna dikkat çekti, ancak bunun flojiston olmadığının kesinlikle farkındaydı. İngiliz fizikçi ve kimyager Henry Cavendish 1766 yılında bu gazı incelemiş ve ona “yanıcı hava” adını vermiştir. Yakıldığında "yanıcı hava" su üretiyordu, ancak Cavendish'in flojiston teorisine bağlılığı onun doğru sonuçlara varmasını engelledi. Fransız kimyager Antoine Lavoisier, mühendis J. Meunier ile birlikte 1783 yılında özel gazometreler kullanarak suyun sentezini ve ardından su buharını sıcak demirle ayrıştırarak analizini gerçekleştirdi. Böylece “yanıcı havanın” suyun bir parçası olduğunu ve ondan elde edilebileceğini tespit etti.

ismin kökeni

Lavoisier hidrojene Hydrogène adını verdi (eski Yunanca ὕδωρ - su ve γεννάω - doğuruyorum) - "suyu doğurmak". Rusça "hidrojen" adı, 1824'te kimyager M. F. Solovyov tarafından - M. V. Lomonosov'un "oksijen" e benzetilerek önerildi.

Yaygınlık

Evrende
Hidrojen Evrendeki en yaygın elementtir. Tüm atomların yaklaşık %92'sini oluşturur (%8'i helyum atomudur, diğer tüm elementlerin toplam payı %0,1'den azdır). Bu nedenle hidrojen ana bileşen yıldızlar ve yıldızlararası gaz. Yıldız sıcaklıkları koşullarında (örneğin, Güneş'in yüzey sıcaklığı ~ 6000 °C'dir), yıldızlararası uzayda hidrojen plazma formunda bulunur; bu element bireysel moleküller, atomlar ve iyonlar formunda bulunur ve oluşabilir. Boyut, yoğunluk ve sıcaklık bakımından önemli ölçüde değişen moleküler bulutlar.

Yerkabuğu ve canlı organizmalar
Hidrojenin yer kabuğundaki kütle oranı %1'dir; en bol bulunan onuncu elementtir. Ancak doğadaki rolü kütleye göre değil, diğer elementler arasında payı% 17 olan atom sayısına göre belirlenir (atomların payı ~% 52 olan oksijenden sonra ikinci sırada). Bu nedenle Dünya'da meydana gelen kimyasal işlemlerde hidrojenin önemi neredeyse oksijen kadar büyüktür. Dünya üzerinde hem bağlı hem de serbest halde bulunan oksijenin aksine, Dünya üzerindeki hidrojenin hemen hemen tamamı bileşikler halindedir; Atmosferde yalnızca çok az miktarda basit madde formunda hidrojen bulunur (hacimce %0,00005).
Hidrojen hemen hemen tüm organik maddelerin bir parçasıdır ve tüm canlı hücrelerde bulunur. Canlı hücrelerde hidrojen, atom sayısının neredeyse %50'sini oluşturur.

Fiş

Basit maddelerin üretimine yönelik endüstriyel yöntemler, karşılık gelen elementin doğada bulunduğu forma, yani üretimi için hammaddenin ne olabileceğine bağlıdır. Böylece serbest halde bulunan oksijen, fiziksel olarak sıvı havadan ayrıştırılarak elde edilir. Hidrojenin neredeyse tamamı bileşik halinde olduğundan onu elde etmek için kullanırlar. kimyasal yöntemler. Özellikle ayrışma reaksiyonları kullanılabilir. Hidrojen üretmenin bir yolu, suyun elektrik akımıyla ayrıştırılmasıdır.
Temel endüstriyel yöntem hidrojen üretimi - doğal gazın bir parçası olan metanın suyla reaksiyonu. Yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilir:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Bazen endüstride kullanılan hidrojen üretimine yönelik laboratuvar yöntemlerinden biri, suyun elektrik akımıyla ayrıştırılmasıdır. Tipik olarak hidrojen, çinkonun hidroklorik asitle reaksiyona sokulmasıyla laboratuvarda üretilir.