Ang Hydrogen H ay isang kemikal na elemento, isa sa pinakakaraniwan sa ating Uniberso. Ang masa ng hydrogen bilang isang elemento sa komposisyon ng mga sangkap ay 75% ng kabuuang nilalaman ng mga atomo ng ibang uri. Ito ay kasama sa pinakamahalaga at mahalagang koneksyon sa planeta - tubig. Ang isang natatanging katangian ng hydrogen ay ito rin ang unang elemento sa periodic system ng mga kemikal na elemento ng D. I. Mendeleev.
Pagtuklas at paggalugad
Ang mga unang pagtukoy sa hydrogen sa mga akda ni Paracelsus ay nagmula noong ikalabing-anim na siglo. Ngunit ang paghihiwalay nito mula sa pinaghalong gas ng hangin at ang pag-aaral ng mga nasusunog na katangian ay ginawa na noong ikalabimpitong siglo ng siyentipikong si Lemery. Ang hydrogen ay lubusang pinag-aralan ng English chemist, physicist at naturalist na si Henry Cavendish, na eksperimento na pinatunayan na ang masa ng hydrogen ay ang pinakamaliit kumpara sa iba pang mga gas. Sa mga sumunod na yugto ng pag-unlad ng agham, maraming siyentipiko ang nakipagtulungan sa kanya, lalo na si Lavoisier, na tinawag siyang "pagsilang ng tubig."
Katangian ayon sa posisyon sa PSHE
Element na bubukasperiodic table ng D. I. Mendeleev, ay hydrogen. Ang pisikal at kemikal na mga katangian ng atom ay nagpapakita ng ilang duality, dahil ang hydrogen ay sabay-sabay na itinalaga sa unang grupo, ang pangunahing subgroup, kung ito ay kumikilos tulad ng isang metal at nagbibigay ng isang solong electron sa proseso ng isang kemikal na reaksyon, at sa ikapito - sa kaso ng kumpletong pagpuno ng valence shell, iyon ay, pagtanggap ng negatibong particle, na nagpapakilala dito bilang katulad ng mga halogens.
Mga tampok ng electronic na istraktura ng elemento
Ang mga katangian ng hydrogen atom, ang mga kumplikadong sangkap na bahagi nito, at ang pinakasimpleng substance na H2 ay pangunahing tinutukoy ng electron configuration ng hydrogen. Ang particle ay may isang electron na may Z=(-1), na umiikot sa orbit nito sa paligid ng nucleus, na naglalaman ng isang proton na may unit mass at positibong singil (+1). Ang electronic configuration nito ay nakasulat bilang 1s1, na nangangahulugan ng pagkakaroon ng isang negatibong particle sa pinakauna at tanging s-orbital para sa hydrogen.
Kapag ang isang electron ay natanggal o naibigay, at ang isang atom ng elementong ito ay may katangian na ito ay nauugnay sa mga metal, isang kation ang makukuha. Sa katunayan, ang hydrogen ion ay isang positibong elementarya na particle. Samakatuwid, ang hydrogen na walang electron ay tinatawag na proton.
Mga pisikal na katangian
Kung maikli nating ilalarawan ang mga pisikal na katangian ng hydrogen, kung gayon ito ay isang walang kulay, bahagyang natutunaw na gas na may relatibong atomic mass na katumbas ng 2, 14.5 beses na mas magaan kaysa sa hangin, na may temperatura.liquefaction na -252.8 degrees Celsius.
Madali mong makikita mula sa karanasan na ang H2 ang pinakamadali. Upang gawin ito, sapat na upang punan ang tatlong bola na may iba't ibang mga sangkap - hydrogen, carbon dioxide, ordinaryong hangin - at sabay na ilabas ang mga ito mula sa iyong kamay. Ang puno ng CO2 ay makakarating sa lupa nang mas mabilis kaysa sa iba, pagkatapos nito ay bababa ang napalaki na timpla ng hangin, at ang naglalaman ng H2 tataas sa kisame.
Ang maliit na masa at sukat ng mga particle ng hydrogen ay nagbibigay-katwiran sa kakayahang tumagos sa iba't ibang mga sangkap. Sa halimbawa ng parehong bola, ito ay madaling i-verify, sa loob ng ilang araw ito ay magpapalabas ng sarili, dahil ang gas ay dadaan lamang sa goma. Gayundin, ang hydrogen ay maaaring maipon sa istruktura ng ilang metal (palladium o platinum), at sumingaw mula rito kapag tumaas ang temperatura.
Ang mababang solubility property ng hydrogen ay ginagamit sa laboratory practice para sa paghihiwalay nito sa pamamagitan ng paraan ng water displacement. Ang mga pisikal na katangian ng hydrogen (ang talahanayan sa ibaba ay naglalaman ng mga pangunahing parameter) ay tumutukoy sa saklaw ng paggamit nito at mga pamamaraan ng produksyon.
| Parameter ng isang atom o molekula ng isang simpleng substance | Kahulugan |
| Atomic mass (molar mass) | 1.008 g/mol |
| Electronic na configuration | 1s1 |
| Crystal lattice | Hexagonal |
| Thermal conductivity | (300 K) 0.1815 W/(m K) |
| Density sa n. y. | 0, 08987 g/l |
| Boiling point | -252, 76 °C |
| Tiyak na calorific value | 120, 9 106 J/kg |
| Melting point | -259, 2 °C |
| Solubility sa tubig | 18, 8ml/L |
Isotopic composition
Tulad ng maraming iba pang kinatawan ng periodic system ng mga elemento ng kemikal, ang hydrogen ay may ilang natural na isotopes, iyon ay, mga atomo na may parehong bilang ng mga proton sa nucleus, ngunit ibang bilang ng mga neutron - mga particle na may zero charge at unit. misa. Ang mga halimbawa ng mga atom na may ganitong katangian ay ang oxygen, carbon, chlorine, bromine at iba pa, kabilang ang mga radioactive.
Mga pisikal na katangian ng hydrogen 1H, ang pinakakaraniwan sa mga kinatawan ng pangkat na ito, ay malaki ang pagkakaiba sa parehong mga katangian ng mga katapat nito. Sa partikular, ang mga katangian ng mga sangkap kung saan sila kasama ay naiiba. Kaya, mayroong ordinaryong at deuterated na tubig, na naglalaman sa komposisyon nito sa halip na isang hydrogen atom na may iisang proton, deuterium 2H - ang isotope nito na may dalawang elementarya na particle: positive at uncharged. Ang isotope na ito ay dalawang beses na mas mabigat kaysa sa ordinaryong hydrogen, na nagpapaliwanag ng pangunahing pagkakaiba sa mga katangian ng mga compound na kanilang binubuo. Sa kalikasan, ang deuterium ay 3200 beses na mas bihira kaysa sa hydrogen. Ang ikatlong kinatawan ay tritium 3Н, sa nucleus mayroon itong dalawang neutron at isang proton.
Mga paraan ng pagkuha at pagpili
Ang mga pamamaraan sa laboratoryo at pang-industriya para sa paggawa ng hydrogen ay ibang-iba. Oo, sa maliit na damipangunahing nagagawa ang gas sa pamamagitan ng mga reaksyong kinasasangkutan ng mga mineral, habang ang malakihang produksyon ay gumagamit ng organic synthesis sa mas malaking lawak.
Ang mga sumusunod na interaksyon ng kemikal ay ginagamit sa laboratoryo:
- Ang reaksyon ng alkali at alkaline earth metal na may tubig upang bumuo ng alkali at ang gustong gas.
- Electrolysis ng isang aqueous electrolyte solution, ang H2↑ ay inilabas sa anode, at ang oxygen ay inilalabas sa cathode.
- Pagbubulok ng alkali metal hydride na may tubig, ang mga produkto ay alkali at, nang naaayon, H gas2↑.
- Reaksyon ng mga dilute acid na may mga metal upang bumuo ng mga asin at H2↑.
- Ang pagkilos ng alkalis sa silicon, aluminum at zinc ay nagtataguyod din ng pagpapalabas ng hydrogen kasabay ng pagbuo ng mga kumplikadong s alts.
Sa pang-industriyang interes, ang gas ay nakukuha sa pamamagitan ng mga pamamaraan gaya ng:
- Thermal decomposition ng methane sa pagkakaroon ng isang catalyst sa mga bumubuo nitong simpleng substance (350 degrees umabot sa halaga ng naturang indicator bilang temperatura) - hydrogen H2↑ at carbon C.
- Pagpapasa ng singaw na tubig sa coke sa 1000 degrees Celsius upang bumuo ng carbon dioxide CO2 at H2↑ (ang pinakakaraniwang paraan).
- Conversion ng gaseous methane sa isang nickel catalyst sa temperaturang umaabot sa 800 degrees.
- Ang hydrogen ay isang by-product ng electrolysis ng aqueous solutions ng potassium o sodium chloride.
Kemikalmga pakikipag-ugnayan: pangkalahatan
Ang mga pisikal na katangian ng hydrogen ay higit na nagpapaliwanag ng gawi nito sa mga proseso ng reaksyon sa isa o ibang compound. Ang valency ng hydrogen ay 1, dahil ito ay matatagpuan sa unang pangkat sa periodic table, at ang antas ng oksihenasyon ay nagpapakita ng ibang isa. Sa lahat ng compound, maliban sa hydride, hydrogen sa s.o.=(1+), sa mga molekula tulad ng ХН, ХН2, ХН3 – (1 -).
Ang isang molekula ng hydrogen gas, na nabuo sa pamamagitan ng paglikha ng isang pangkalahatang pares ng elektron, ay binubuo ng dalawang atom at medyo stable nang masigla, kaya naman sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay medyo hindi ito gumagalaw at pumapasok sa mga reaksyon kapag nagbabago ang mga normal na kondisyon. Depende sa antas ng oksihenasyon ng hydrogen sa komposisyon ng iba pang mga sangkap, maaari itong kumilos bilang oxidizing agent at reducing agent.
Mga sangkap kung saan ito tumutugon at bumubuo ng hydrogen
Mga elemental na pakikipag-ugnayan upang bumuo ng mga kumplikadong substance (kadalasan sa mataas na temperatura):
- Alkaline at alkaline earth metal + hydrogen=hydride.
- Halogen + H2=hydrogen halide.
- Sulfur + hydrogen=hydrogen sulfide.
- Oxygen + H2=tubig.
- Carbon + hydrogen=methane.
- Nitrogen + H2=ammonia.
Pakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong sangkap:
- Paggawa ng synthesis gas mula sa carbon monoxide at hydrogen.
- Pagbawi ng mga metal mula sa kanilang mga oxide gamit ang H2.
- Hydrogen saturation ng unsaturated aliphatichydrocarbons.
Hydrogen bond
Ang mga pisikal na katangian ng hydrogen ay pinahihintulutan nila ito, na kasama ng isang electronegative na elemento, na bumuo ng isang espesyal na uri ng bono na may parehong atom mula sa mga kalapit na molekula na may hindi magkakatulad na mga pares ng elektron (halimbawa, oxygen, nitrogen at fluorine). Ang pinakamalinaw na halimbawa kung saan mas mahusay na isaalang-alang ang gayong kababalaghan ay tubig. Masasabing ito ay tinahi ng mga bono ng hydrogen, na mas mahina kaysa sa mga covalent o ionic, ngunit dahil sa katotohanan na marami sa kanila, mayroon silang makabuluhang epekto sa mga katangian ng sangkap. Sa esensya, ang hydrogen bonding ay isang electrostatic na pakikipag-ugnayan na nagbubuklod sa mga molekula ng tubig sa mga dimer at polymer, na nagbibigay ng mataas na punto ng pagkulo nito.
Hydrogen sa mga mineral compound
Ang komposisyon ng lahat ng inorganic acid ay kinabibilangan ng isang proton - isang cation ng isang atom gaya ng hydrogen. Ang isang substance na ang acid residue ay may oxidation state na mas malaki kaysa sa (-1) ay tinatawag na polybasic compound. Naglalaman ito ng ilang mga atomo ng hydrogen, na gumagawa ng dissociation sa mga may tubig na solusyon na multistage. Ang bawat kasunod na proton ay humihiwalay mula sa natitirang asido nang mas mahirap. Sa dami ng nilalaman ng mga hydrogen sa medium, natutukoy ang kaasiman nito.
Ang Hydrogen ay naglalaman din ng mga hydroxyl group ng mga base. Sa kanila, ang hydrogen ay konektado sa isang oxygen atom, bilang isang resulta, ang estado ng oksihenasyon ng alkali residue na ito ay palaging katumbas ng (-1). Tinutukoy ng nilalaman ng hydroxyls sa medium ang basicity nito.
Aplikasyon sa mga gawain ng tao
Ang mga cylinder na may substance, gayundin ang mga container na may iba pang liquefied gases, gaya ng oxygen, ay may partikular na anyo. Ang mga ito ay pininturahan ng madilim na berde na may maliwanag na pulang titik na "Hydrogen". Ang gas ay ibinobomba sa isang silindro sa ilalim ng presyon ng humigit-kumulang 150 na mga atmospheres. Ang mga pisikal na katangian ng hydrogen, lalo na ang liwanag ng gas na estado ng pagsasama-sama, ay ginagamit upang punan ito sa isang halo ng mga helium balloon, balloon, atbp.
Hydrogen, ang pisikal at kemikal na mga katangian na natutunan ng mga tao na gamitin maraming taon na ang nakalipas, ay kasalukuyang ginagamit sa maraming industriya. Karamihan sa mga ito ay napupunta sa produksyon ng ammonia. Ang hydrogen ay kasangkot din sa paggawa ng mga metal (hafnium, germanium, gallium, silicon, molibdenum, tungsten, zirconium, at iba pa) mula sa mga oxide, na kumikilos sa reaksyon bilang isang reducing agent, hydrocyanic at hydrochloric acid, methyl alcohol, at artipisyal na likido panggatong. Ginagamit ito ng industriya ng pagkain upang gawing solidong taba ang mga langis ng gulay.
Natukoy ang mga kemikal na katangian at paggamit ng hydrogen sa iba't ibang proseso ng hydrogenation at hydrogenation ng fats, coals, hydrocarbons, oil at fuel oil. Sa tulong nito, nagagawa ang mga mamahaling bato, maliwanag na maliwanag na lampara, ang mga produktong metal ay pineke at hinangin sa ilalim ng impluwensya ng apoy ng oxygen-hydrogen.
