हाइड्रोजन- रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी का पहला रासायनिक तत्व डी.आई. मेंडेलीव। रासायनिक तत्व हाइड्रोजन पहले समूह, मुख्य उपसमूह, आवर्त प्रणाली की पहली अवधि में स्थित है।

हाइड्रोजन का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान = 1.

हाइड्रोजन में परमाणु की सबसे सरल संरचना होती है, इसमें एक एकल इलेक्ट्रॉन होता है, जो परमाणु अंतरिक्ष में स्थित होता है। हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक में एक प्रोटॉन होता है।

हाइड्रोजन परमाणु, रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, दो प्रकार के आयनों का निर्माण करते हुए, एक इलेक्ट्रॉन को दान और जोड़ सकता है:

H0 + 1ē → H1− H0 - 1ē → H1+।

हाइड्रोजनब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है। यह सभी परमाणुओं का लगभग 88.6% (लगभग 11.3% हीलियम परमाणु हैं, अन्य सभी तत्वों का हिस्सा संयुक्त रूप से लगभग 0.1%) है। इस प्रकार, हाइड्रोजन तारों और अंतरतारकीय गैस का मुख्य घटक है। इंटरस्टेलर स्पेस में, यह तत्व अलग-अलग अणुओं, परमाणुओं और आयनों के रूप में मौजूद होता है और आणविक बादल बना सकता है जो आकार, घनत्व और तापमान में काफी भिन्न होते हैं।

पृथ्वी की पपड़ी में हाइड्रोजन का द्रव्यमान अंश 1% है।यह नौवां सबसे आम तत्व है। पृथ्वी पर होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं में हाइड्रोजन का महत्व लगभग उतना ही है जितना कि ऑक्सीजन का। ऑक्सीजन के विपरीत, जो पृथ्वी पर बाध्य और मुक्त दोनों अवस्थाओं में मौजूद है, व्यावहारिक रूप से पृथ्वी पर सभी हाइड्रोजन यौगिकों के रूप में है; एक साधारण पदार्थ के रूप में केवल बहुत कम मात्रा में हाइड्रोजन वायुमंडल में पाया जाता है (शुष्क हवा के लिए मात्रा के अनुसार 0.00005%)।

हाइड्रोजन लगभग सभी कार्बनिक पदार्थों का एक घटक है और सभी जीवित कोशिकाओं में मौजूद है।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

रासायनिक तत्व हाइड्रोजन द्वारा निर्मित एक साधारण पदार्थ की आणविक संरचना होती है। इसकी संरचना सूत्र से मेल खाती है एच2.एक रासायनिक तत्व की तरह एक साधारण पदार्थ को भी हाइड्रोजन कहा जाता है।

हाइड्रोजनयह एक रंगहीन गैस है, गंधहीन और बेस्वाद, पानी में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील है। कमरे के तापमान और सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर, घुलनशीलता 18.8 मिलीलीटर गैस प्रति 1 लीटर पानी है।

हाइड्रोजन- सबसे हल्की गैस, इसका घनत्व 0.08987 g/l है। तुलना के लिए: हवा का घनत्व 1.3 g/l है।

धातुओं में हाइड्रोजन घुल सकता हैउदाहरण के लिए, पैलेडियम की एक मात्रा में हाइड्रोजन के 850 वॉल्यूम तक घुल सकते हैं। अपने अत्यंत छोटे आणविक आकार के कारण, हाइड्रोजन कई सामग्रियों के माध्यम से फैलने में सक्षम है।

अन्य गैसों की तरह, हाइड्रोजन कम तापमान पर रंगहीन पारदर्शी तरल में संघनित होता है, यह तापमान पर होता है - 252.8 डिग्री सेल्सियस।जब तापमान -259.2 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, तो हाइड्रोजन बर्फ के समान सफेद क्रिस्टल के रूप में क्रिस्टलीकृत हो जाता है।

ऑक्सीजन के विपरीत, हाइड्रोजन अपररूपता प्रदर्शित नहीं करता है।

हाइड्रोजन का अनुप्रयोग

विभिन्न उद्योगों में हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। अमोनिया उत्पादन में बहुत सारा हाइड्रोजन जाता है (एनएच3)।अमोनिया से नाइट्रोजन उर्वरक, सिंथेटिक फाइबर और प्लास्टिक, और दवाएं प्राप्त की जाती हैं।

खाद्य उद्योग में, हाइड्रोजन का उपयोग मार्जरीन के उत्पादन में किया जाता है, जिसमें कठोर वसा होती है। उन्हें तरल वसा से प्राप्त करने के लिए, उनके माध्यम से हाइड्रोजन पारित किया जाता है।

जब हाइड्रोजन ऑक्सीजन में जलती है, तो ज्वाला का तापमान लगभग होता है 2500 डिग्री सेल्सियस।इस तापमान पर, आग रोक धातुओं को पिघलाया और वेल्ड किया जा सकता है। इस प्रकार, हाइड्रोजन का उपयोग वेल्डिंग में किया जाता है।

तरल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण का उपयोग रॉकेट ईंधन के रूप में किया जाता है।

वर्तमान में, कई देशों ने गैर-नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (तेल, गैस, कोयला) को हाइड्रोजन के साथ बदलने पर शोध शुरू कर दिया है। जब हाइड्रोजन को ऑक्सीजन में जलाया जाता है, तो एक पर्यावरण के अनुकूल उत्पाद बनता है - पानी, न कि कार्बन डाइऑक्साइड, जो ग्रीनहाउस प्रभाव का कारण बनता है।

वैज्ञानिकों का सुझाव है कि 21वीं सदी के मध्य में हाइड्रोजन से चलने वाली कारों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू हो जाना चाहिए। घरेलू ईंधन सेल, जिनका कार्य भी ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण पर आधारित है, व्यापक अनुप्रयोग पाएंगे।

19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में,वैमानिकी के युग की शुरुआत में, गुब्बारे, हवाई पोत और गुब्बारे हाइड्रोजन से भरे हुए थे, क्योंकि यह हवा से बहुत हल्का है। हालांकि, हवाई पोत के साथ हुई आपदा के बाद हवाई जहाजों का युग तेजी से अतीत में फीका पड़ने लगा हिंडनबर्ग। 6 मई, 1937 हवाई पोत,हाइड्रोजन से भरा, आग लग गई, जिसके परिणामस्वरूप उसके दर्जनों यात्रियों की मौत हो गई।

ऑक्सीजन के साथ कुछ अनुपात में हाइड्रोजन अत्यंत विस्फोटक है। सुरक्षा नियमों का पालन करने में विफलता के कारण हवाई पोत में आग लग गई और विस्फोट हो गया।

• हाइड्रोजन- रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी का पहला रासायनिक तत्व डी.आई. मेंडलीव
• हाइड्रोजन समूह I, मुख्य उपसमूह, आवधिक प्रणाली की अवधि 1 में स्थित है
• यौगिकों में हाइड्रोजन संयोजकता - I
• हाइड्रोजनरंगहीन गैस, गंधहीन और बेस्वाद, व्यावहारिक रूप से पानी में अघुलनशील
• हाइड्रोजन- सबसे हल्की गैस
• कम तापमान पर तरल और ठोस हाइड्रोजन का उत्पादन होता है
• धातुओं में हाइड्रोजन घुल सकता है
• हाइड्रोजन अनुप्रयोग विविध हैं

हाइड्रोजन परमाणु में बाहरी (और केवल) इलेक्ट्रॉनिक स्तर 1 . का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र है एसएक । एक ओर, बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर में एक इलेक्ट्रॉन की उपस्थिति से, हाइड्रोजन परमाणु क्षार धातु परमाणुओं के समान होता है। हालांकि, हैलोजन की तरह, बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर को भरने के लिए इसमें केवल एक इलेक्ट्रॉन की कमी होती है, क्योंकि पहले इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर 2 से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं। यह पता चला है कि आवर्त सारणी के पहले और अंतिम (सातवें) समूह दोनों में हाइड्रोजन को एक साथ रखा जा सकता है, जो कभी-कभी आवर्त प्रणाली के विभिन्न संस्करणों में किया जाता है:

एक साधारण पदार्थ के रूप में हाइड्रोजन के गुणों की दृष्टि से, यह फिर भी हैलोजन के साथ अधिक समान है। हाइड्रोजन, साथ ही हैलोजन, एक अधातु है और उनके समान द्विपरमाणुक अणु (H2) बनाता है।

सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन एक गैसीय, निष्क्रिय पदार्थ है। हाइड्रोजन की कम गतिविधि को अणु में हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच बंधन की उच्च शक्ति द्वारा समझाया जाता है, जिसे तोड़ने के लिए या तो मजबूत हीटिंग या उत्प्रेरक के उपयोग की आवश्यकता होती है, या दोनों एक ही समय में।

सरल पदार्थों के साथ हाइड्रोजन की परस्पर क्रिया

धातुओं के साथ

धातुओं में से, हाइड्रोजन केवल क्षार और क्षारीय पृथ्वी के साथ प्रतिक्रिया करता है! क्षार धातुओं में समूह I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) के मुख्य उपसमूह की धातुएँ शामिल हैं, और क्षारीय पृथ्वी धातुएँ बेरिलियम और मैग्नीशियम (Ca, Sr, Ba) को छोड़कर समूह II के मुख्य उपसमूह की धातुएँ हैं। , रा)

सक्रिय धातुओं के साथ बातचीत करते समय, हाइड्रोजन ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करता है, अर्थात। इसकी ऑक्सीकरण अवस्था को कम करता है। इस मामले में, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के हाइड्राइड बनते हैं, जिनकी एक आयनिक संरचना होती है। गर्म होने पर प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है:

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सक्रिय धातुओं के साथ बातचीत ही एकमात्र मामला है जब आणविक हाइड्रोजन एच 2 एक ऑक्सीकरण एजेंट है।

अधातुओं के साथ

अधातुओं में से, हाइड्रोजन केवल कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, सल्फर, सेलेनियम और हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है!

कार्बन को ग्रेफाइट या अनाकार कार्बन के रूप में समझा जाना चाहिए, क्योंकि हीरा कार्बन का एक अत्यंत निष्क्रिय एलोट्रोपिक संशोधन है।

गैर-धातुओं के साथ बातचीत करते समय, हाइड्रोजन केवल एक कम करने वाले एजेंट का कार्य कर सकता है, अर्थात यह केवल अपनी ऑक्सीकरण अवस्था को बढ़ा सकता है:

जटिल पदार्थों के साथ हाइड्रोजन की सहभागिता

धातु आक्साइड के साथ

हाइड्रोजन धातु के आक्साइड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है जो एल्यूमीनियम (समावेशी) तक धातुओं की गतिविधि श्रृंखला में हैं, हालांकि, यह गर्म होने पर कई धातु आक्साइड को एल्यूमीनियम के दाईं ओर कम करने में सक्षम है:

गैर-धातु ऑक्साइड के साथ

गैर-धातु ऑक्साइड में से, हाइड्रोजन नाइट्रोजन, हैलोजन और कार्बन के ऑक्साइड के साथ गर्म होने पर प्रतिक्रिया करता है। गैर-धातु ऑक्साइड के साथ हाइड्रोजन के सभी इंटरैक्शन में से कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ के साथ इसकी प्रतिक्रिया को विशेष रूप से नोट किया जाना चाहिए।

सीओ और एच 2 के मिश्रण का अपना नाम भी है - "संश्लेषण गैस", क्योंकि शर्तों के आधार पर, मेथनॉल, फॉर्मलाडेहाइड और यहां तक ​​​​कि सिंथेटिक हाइड्रोकार्बन जैसे मांग वाले औद्योगिक उत्पादों को इससे प्राप्त किया जा सकता है:

एसिड के साथ

हाइड्रोजन अकार्बनिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है!

कार्बनिक अम्लों में से, हाइड्रोजन केवल असंतृप्त अम्लों के साथ-साथ उन अम्लों के साथ प्रतिक्रिया करता है जिनमें कार्यात्मक समूह होते हैं जो हाइड्रोजन द्वारा कम किए जा सकते हैं, विशेष रूप से एल्डिहाइड, कीटो या नाइट्रो समूहों में।

नमक के साथ

लवणों के जलीय विलयनों के मामले में, हाइड्रोजन के साथ उनकी अन्योन्यक्रिया नहीं होती है। हालाँकि, जब हाइड्रोजन को मध्यम और निम्न गतिविधि की कुछ धातुओं के ठोस लवणों के ऊपर से गुजारा जाता है, तो उनकी आंशिक या पूर्ण कमी संभव है, उदाहरण के लिए:

हलोजन के रासायनिक गुण

हैलोजन समूह VIIA (F, Cl, Br, I, At) के रासायनिक तत्व हैं, साथ ही वे साधारण पदार्थ भी बनाते हैं। इसके बाद, जब तक अन्यथा न कहा गया हो, हैलोजन को सरल पदार्थ के रूप में समझा जाएगा।

सभी हैलोजन में एक आणविक संरचना होती है, जिससे इन पदार्थों का गलनांक और क्वथनांक कम हो जाता है। हलोजन अणु द्विपरमाणुक होते हैं, अर्थात्। उनके सूत्र को सामान्य रूप में हाल 2 के रूप में लिखा जा सकता है।

यह आयोडीन की ऐसी विशिष्ट भौतिक संपत्ति पर ध्यान दिया जाना चाहिए जैसे इसकी क्षमता उच्च बनाने की क्रियाया, दूसरे शब्दों में, उच्च बनाने की क्रिया. उच्च बनाने की क्रिया, वे उस घटना को कहते हैं जिसमें ठोस अवस्था में कोई पदार्थ गर्म होने पर पिघलता नहीं है, लेकिन तरल चरण को दरकिनार करते हुए तुरंत गैसीय अवस्था में चला जाता है।

किसी भी हैलोजन के परमाणु के बाह्य ऊर्जा स्तर की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का रूप ns 2 np 5 है, जहाँ n आवर्त सारणी की आवर्त संख्या है जिसमें हैलोजन स्थित है। जैसा कि आप देख सकते हैं, हलोजन परमाणुओं के आठ-इलेक्ट्रॉन बाहरी आवरण से केवल एक इलेक्ट्रॉन गायब है। इससे मुक्त हैलोजन के मुख्य रूप से ऑक्सीकरण गुणों को ग्रहण करना तर्कसंगत है, जिसकी पुष्टि व्यवहार में भी होती है। जैसा कि आप जानते हैं, उपसमूह में नीचे जाने पर अधातुओं की विद्युत ऋणात्मकता कम हो जाती है, और इसलिए श्रृंखला में हैलोजन की गतिविधि कम हो जाती है:

एफ 2> सीएल 2> बीआर 2> आई 2

सरल पदार्थों के साथ हलोजन की बातचीत

सभी हैलोजन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं और सबसे सरल पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फ्लोरीन, इसकी अत्यधिक उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, उन सरल पदार्थों के साथ भी प्रतिक्रिया कर सकता है जिनके साथ अन्य हैलोजन प्रतिक्रिया नहीं कर सकते हैं। ऐसे सरल पदार्थों में ऑक्सीजन, कार्बन (हीरा), नाइट्रोजन, प्लेटिनम, सोना और कुछ उत्कृष्ट गैसें (क्सीनन और क्रिप्टन) शामिल हैं। वे। वास्तव में, फ्लोरीन केवल कुछ उत्कृष्ट गैसों के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है।

शेष हैलोजन, यानी। क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन भी सक्रिय पदार्थ हैं, लेकिन फ्लोरीन से कम सक्रिय हैं। वे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन को छोड़कर लगभग सभी सरल पदार्थों के साथ हीरा, प्लेटिनम, सोना और महान गैसों के रूप में प्रतिक्रिया करते हैं।

अधातुओं के साथ हैलोजन की परस्पर क्रिया

हाइड्रोजन

सभी हैलोजन हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया करके बनाते हैं हाइड्रोजन हैलाइडसामान्य सूत्र HHal के साथ। उसी समय, हाइड्रोजन के साथ फ्लोरीन की प्रतिक्रिया अनायास ही अंधेरे में भी शुरू हो जाती है और समीकरण के अनुसार विस्फोट के साथ आगे बढ़ती है:

हाइड्रोजन के साथ क्लोरीन की प्रतिक्रिया तीव्र पराबैंगनी विकिरण या हीटिंग द्वारा शुरू की जा सकती है। एक विस्फोट के साथ भी लीक:

ब्रोमीन और आयोडीन केवल गर्म होने पर हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, और साथ ही, आयोडीन के साथ प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती होती है:

फास्फोरस

फॉस्फोरस के साथ फ्लोरीन की परस्पर क्रिया से फॉस्फोरस का ऑक्सीकरण उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था (+5) में हो जाता है। इस मामले में, फास्फोरस पेंटाफ्लोराइड का निर्माण होता है:

जब क्लोरीन और ब्रोमीन फॉस्फोरस के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, तो फॉस्फोरस हलाइड्स +3 ऑक्सीकरण अवस्था और +5 ऑक्सीकरण अवस्था दोनों में प्राप्त करना संभव है, जो कि अभिकारकों के अनुपात पर निर्भर करता है:

फ्लोरीन, क्लोरीन या तरल ब्रोमीन के वातावरण में सफेद फास्फोरस के मामले में, प्रतिक्रिया अनायास शुरू हो जाती है।

अन्य हैलोजन की तुलना में काफी कम ऑक्सीकरण क्षमता के कारण आयोडीन के साथ फास्फोरस की बातचीत से केवल फास्फोरस ट्रायोडाइड का निर्माण हो सकता है:

स्लेटी

फ्लोरीन सल्फर को उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था +6 में ऑक्सीकृत करता है, जिससे सल्फर हेक्साफ्लोराइड बनता है:

क्लोरीन और ब्रोमीन सल्फर के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, ऑक्सीकरण राज्यों में सल्फर युक्त यौगिक बनाते हैं जो इसके लिए बेहद असामान्य हैं +1 और +2। ये इंटरैक्शन बहुत विशिष्ट हैं, और रसायन विज्ञान में परीक्षा पास करने के लिए, इन इंटरैक्शन के समीकरणों को लिखने की क्षमता आवश्यक नहीं है। इसलिए, मार्गदर्शन के लिए निम्नलिखित तीन समीकरण दिए गए हैं:

धातुओं के साथ हैलोजन की परस्पर क्रिया

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, फ्लोरीन सभी धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है, यहां तक ​​​​कि प्लैटिनम और सोना जैसे निष्क्रिय भी:

शेष हैलोजन प्लैटिनम और सोने को छोड़कर सभी धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं:

जटिल पदार्थों के साथ हलोजन की प्रतिक्रियाएं

हलोजन के साथ प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं

अधिक सक्रिय हलोजन, अर्थात। रासायनिक तत्व जिनमें से आवर्त सारणी में उच्च स्थित हैं, हाइड्रोहेलिक एसिड और उनके द्वारा बनाए गए धातु हैलाइड से कम सक्रिय हैलोजन को विस्थापित करने में सक्षम हैं:

इसी तरह, ब्रोमीन और आयोडीन सल्फाइड और या हाइड्रोजन सल्फाइड के घोल से सल्फर को विस्थापित करते हैं:

क्लोरीन एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है और इसके जलीय घोल में हाइड्रोजन सल्फाइड को सल्फर के लिए नहीं, बल्कि सल्फ्यूरिक एसिड में ऑक्सीकृत करता है:

पानी के साथ हलोजन की बातचीत

प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार फ्लोरीन में पानी नीली लौ के साथ जलता है:

ब्रोमीन और क्लोरीन फ्लोरीन की तुलना में पानी के साथ अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं। यदि फ्लोरीन एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है, तो क्लोरीन और ब्रोमीन पानी में अनुपातहीन हो जाते हैं, जिससे एसिड का मिश्रण बनता है। इस मामले में, प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हैं:

पानी के साथ आयोडीन की बातचीत इतनी महत्वहीन डिग्री तक पहुंचती है कि इसे उपेक्षित किया जा सकता है और माना जाता है कि प्रतिक्रिया बिल्कुल आगे नहीं बढ़ती है।

क्षार विलयनों के साथ हैलोजन की परस्पर क्रिया

फ्लोरीन, क्षार के जलीय घोल के साथ बातचीत करते समय, फिर से ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है:

इस समीकरण को लिखने की क्षमता परीक्षा उत्तीर्ण करने के लिए आवश्यक नहीं है। इस तरह की बातचीत की संभावना और इस प्रतिक्रिया में फ्लोरीन की ऑक्सीकरण भूमिका के बारे में तथ्य जानना पर्याप्त है।

फ्लोरीन के विपरीत, शेष हैलोजन क्षार समाधानों में अनुपातहीन होते हैं, अर्थात वे एक साथ अपनी ऑक्सीकरण अवस्था को बढ़ाते और घटाते हैं। वहीं, क्लोरीन और ब्रोमीन के मामले में, तापमान के आधार पर, दो अलग-अलग दिशाओं में प्रवाह संभव है। विशेष रूप से, ठंड में, प्रतिक्रियाएं निम्नानुसार होती हैं:

और गर्म होने पर:

आयोडीन विशेष रूप से दूसरे विकल्प के अनुसार क्षार के साथ प्रतिक्रिया करता है, अर्थात। आयोडेट के निर्माण के साथ, क्योंकि हाइपोआयोडाइट न केवल गर्म होने पर, बल्कि सामान्य तापमान पर और यहां तक ​​कि ठंड में भी अस्थिर होता है।

हाइड्रोजन, एच (लैट। हाइड्रोजनियम; ए। हाइड्रोजन; एन। वासरस्टॉफ; एफ। हाइड्रोजन; और। हिड्रोजेनो), मेंडेलीव के तत्वों की आवधिक प्रणाली का एक रासायनिक तत्व है, जिसे एक साथ समूह I और VII, परमाणु संख्या के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। 1, परमाणु द्रव्यमान 1, 0079। प्राकृतिक हाइड्रोजन में स्थिर समस्थानिक होते हैं - प्रोटियम (1 एच), ड्यूटेरियम (2 एच, या डी) और रेडियोधर्मी - ट्रिटियम (3 एच, या टी)। प्राकृतिक यौगिकों के लिए, औसत अनुपात D/Н = (158±2).10 -6 पृथ्वी पर 3 की संतुलन सामग्री ~5.10 27 परमाणु है।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

हाइड्रोजन का वर्णन पहली बार 1766 में अंग्रेजी वैज्ञानिक जी. कैवेंडिश ने किया था। सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है। प्रकृति में मुक्त अवस्था में यह H2 अणुओं के रूप में होता है। H 2 अणु की वियोजन ऊर्जा 4.776 eV है; हाइड्रोजन परमाणु का आयनन विभव 13.595 eV है। हाइड्रोजन सभी ज्ञात पदार्थों में सबसे हल्का पदार्थ है, 0 डिग्री सेल्सियस और 0.1 एमपीए 0.0899 किग्रा / मी 3 पर; क्वथनांक - 252.6 ° C, गलनांक - 259.1 ° C; महत्वपूर्ण पैरामीटर: टी - 240 डिग्री सेल्सियस, दबाव 1.28 एमपीए, घनत्व 31.2 किग्रा / मी 3. सभी गैसों का सबसे ऊष्मीय प्रवाहकीय 0 ° C और 1 MPa पर 0.174 W / (m.K) है, विशिष्ट ताप क्षमता 14.208.10 3 J (kg.K) है।

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

तरल हाइड्रोजन बहुत हल्का होता है (घनत्व -253°C 70.8 kg/m3 पर) और द्रव (-253°C पर यह 13.8 cP होता है)। अधिकांश यौगिकों में, हाइड्रोजन +1 (क्षार धातुओं के समान) की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है, कम अक्सर -1 (धातु हाइड्राइड के समान)। सामान्य परिस्थितियों में, आणविक हाइड्रोजन निष्क्रिय होता है; 20 डिग्री सेल्सियस और 1 एमपीए 0.0182 मिली/जी पर पानी में घुलनशीलता; धातुओं में अच्छी तरह से घुलनशील - नी, पीटी, पीडी, आदि। 143.3 एमजे / किग्रा (25 डिग्री सेल्सियस और 0.1 एमपीए पर) की गर्मी रिलीज के साथ ऑक्सीजन के साथ पानी बनाता है; 550 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक पर, प्रतिक्रिया के साथ एक विस्फोट होता है। फ्लोरीन और क्लोरीन के साथ बातचीत करते समय, प्रतिक्रियाएं भी एक विस्फोट के साथ जाती हैं। मुख्य हाइड्रोजन यौगिक: एच 2 ओ, अमोनिया एनएच 3, हाइड्रोजन सल्फाइड एच 2 एस, सीएच 4, धातु और हलोजन हाइड्राइड सीएएच 2, एचबीआर, एचएल, साथ ही कार्बनिक यौगिक सी 2 एच 4, एचसीएचओ, सीएच 3 ओएच, आदि। .

प्रकृति में हाइड्रोजन

हाइड्रोजन प्रकृति में एक व्यापक तत्व है, इसकी सामग्री 1% (द्रव्यमान से) है। पृथ्वी पर हाइड्रोजन का मुख्य भंडार जल (द्रव्यमान के अनुसार 11.19%) है। हाइड्रोजन सभी प्राकृतिक कार्बनिक यौगिकों के मुख्य घटकों में से एक है। मुक्त अवस्था में, यह ज्वालामुखी और अन्य प्राकृतिक गैसों में (0.0001%, परमाणुओं की संख्या से) मौजूद है। यह सूर्य, तारों, अंतरतारकीय गैस, गैस नीहारिकाओं के द्रव्यमान का बड़ा हिस्सा बनाता है। यह ग्रहों के वायुमंडल में एच 2, सीएच 4, एनएच 3, एच 2 ओ, सीएच, एनएचओएच, आदि के रूप में मौजूद है। यह सूर्य (प्रोटॉन फ्लक्स) और कॉस्मिक किरणों (इलेक्ट्रॉन) के कणिकीय विकिरण का हिस्सा है। प्रवाह)।

हाइड्रोजन प्राप्त करना और उसका उपयोग करना

हाइड्रोजन के औद्योगिक उत्पादन के लिए कच्चे माल परिष्कृत गैसें, गैसीकरण उत्पाद आदि हैं। हाइड्रोजन के उत्पादन की मुख्य विधियाँ जल वाष्प के साथ हाइड्रोकार्बन की प्रतिक्रिया, हाइड्रोकार्बन का अधूरा ऑक्सीकरण, ऑक्साइड रूपांतरण, जल इलेक्ट्रोलिसिस हैं। हाइड्रोजन का उपयोग अमोनिया, अल्कोहल, सिंथेटिक गैसोलीन, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, पेट्रोलियम उत्पादों के हाइड्रोट्रीटिंग, हाइड्रोजन-ऑक्सीजन लौ के साथ धातुओं को काटने के लिए किया जाता है।

हाइड्रोजन एक आशाजनक गैसीय ईंधन है। ड्यूटेरियम और ट्रिटियम ने परमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग में आवेदन पाया है।

हाइड्रोजन के रासायनिक और भौतिक गुणों पर विचार करना शुरू करते हुए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सामान्य अवस्था में, यह रासायनिक तत्व गैसीय रूप में होता है। रंगहीन हाइड्रोजन गैस गंधहीन और स्वादहीन होती है। वैज्ञानिक ए. लैवोसियर द्वारा पानी के साथ प्रयोग करने के बाद पहली बार इस रासायनिक तत्व का नाम हाइड्रोजन रखा गया, जिसके परिणामों के अनुसार, विश्व विज्ञान ने सीखा कि पानी एक बहु-घटक तरल है, जिसमें हाइड्रोजन भी शामिल है। यह घटना 1787 में हुई थी, लेकिन उस तारीख से बहुत पहले, हाइड्रोजन को "दहनशील गैस" के नाम से वैज्ञानिकों के लिए जाना जाता था।

प्रकृति में हाइड्रोजन

वैज्ञानिकों के अनुसार हाइड्रोजन पृथ्वी की पपड़ी में और पानी में (पानी के कुल आयतन का लगभग 11.2%) पाया जाता है। यह गैस कई खनिजों का हिस्सा है जिसे मानव जाति सदियों से पृथ्वी की आंतों से निकालती रही है। कुछ हद तक, हाइड्रोजन के गुण जानवरों और पौधों के जीवों के लिए तेल, प्राकृतिक गैसों और मिट्टी की विशेषता हैं। लेकिन अपने शुद्ध रूप में, यानी आवर्त सारणी के अन्य रासायनिक तत्वों के साथ संयुक्त नहीं, यह गैस प्रकृति में अत्यंत दुर्लभ है। ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान यह गैस पृथ्वी की सतह पर पलायन कर सकती है। मुक्त हाइड्रोजन वायुमंडल में सूक्ष्म मात्रा में मौजूद है।

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

चूंकि हाइड्रोजन के रासायनिक गुण एक समान नहीं हैं, इसलिए यह रासायनिक तत्व मेंडेलीव प्रणाली के समूह I और प्रणाली के समूह VII दोनों से संबंधित है। पहले समूह का प्रतिनिधि होने के नाते, हाइड्रोजन वास्तव में एक क्षार धातु है जिसमें अधिकांश यौगिकों में ऑक्सीकरण अवस्था +1 होती है जिसमें यह शामिल होता है। वही संयोजकता सोडियम और अन्य क्षार धातुओं की विशेषता है। इन रासायनिक गुणों को देखते हुए हाइड्रोजन को इन धातुओं के समान तत्व माना जाता है।

अगर हम धातु हाइड्राइड के बारे में बात कर रहे हैं, तो हाइड्रोजन आयन की नकारात्मक वैलेंस होती है - इसकी ऑक्सीकरण अवस्था -1 होती है। Na + H- का निर्माण Na + Cl- क्लोराइड की तरह ही होता है। यह तथ्य मेंडेलीव प्रणाली के समूह VII को हाइड्रोजन आवंटित करने का कारण है। हाइड्रोजन, एक अणु की स्थिति में होने के कारण, बशर्ते कि यह एक सामान्य वातावरण में हो, निष्क्रिय है, और केवल गैर-धातुओं के साथ संयोजन कर सकता है जो इसके लिए अधिक सक्रिय हैं। ऐसी धातुओं में फ्लोरीन शामिल है, प्रकाश की उपस्थिति में, हाइड्रोजन क्लोरीन के साथ जोड़ती है। यदि हाइड्रोजन को गर्म किया जाता है, तो यह अधिक सक्रिय हो जाता है, मेंडेलीव की आवर्त प्रणाली के कई तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करता है।

परमाणु हाइड्रोजन आणविक हाइड्रोजन की तुलना में अधिक सक्रिय रासायनिक गुण प्रदर्शित करता है। ऑक्सीजन के अणु पानी बनाते हैं - H2 + 1/2O2 = H2O। जब हाइड्रोजन हैलोजन के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो हाइड्रोजन हलाइड्स H2 + Cl2 = 2HCl बनते हैं, और हाइड्रोजन प्रकाश की अनुपस्थिति में और पर्याप्त रूप से उच्च नकारात्मक तापमान पर - 252 ° C तक इस प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है। हाइड्रोजन के रासायनिक गुण इसे कई धातुओं की कमी के लिए उपयोग करना संभव बनाते हैं, क्योंकि प्रतिक्रिया करते समय, हाइड्रोजन धातु आक्साइड से ऑक्सीजन को अवशोषित करता है, उदाहरण के लिए, CuO + H2 = Cu + H2O। हाइड्रोजन अमोनिया के निर्माण में शामिल है, प्रतिक्रिया 3H2 + N2 = 2NH3 में नाइट्रोजन के साथ बातचीत करता है, लेकिन इस शर्त पर कि उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है, और तापमान और दबाव बढ़ जाता है।

एक ऊर्जावान प्रतिक्रिया तब होती है जब हाइड्रोजन सल्फर के साथ प्रतिक्रिया H2 + S = H2S में प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन सल्फाइड होता है। टेल्यूरियम और सेलेनियम के साथ हाइड्रोजन की परस्पर क्रिया थोड़ी कम सक्रिय होती है। यदि कोई उत्प्रेरक नहीं है, तो यह शुद्ध कार्बन, हाइड्रोजन के साथ केवल इस शर्त पर प्रतिक्रिया करता है कि उच्च तापमान का निर्माण होता है। 2H2 + C (अनाकार) = CH4 (मीथेन)। कुछ क्षार और अन्य धातुओं के साथ हाइड्रोजन गतिविधि की प्रक्रिया में, हाइड्राइड प्राप्त होते हैं, उदाहरण के लिए, H2 + 2Li = 2LiH।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

हाइड्रोजन एक बहुत ही हल्का रसायन है। कम से कम वैज्ञानिकों का दावा है कि इस समय हाइड्रोजन से हल्का कोई पदार्थ नहीं है। इसका द्रव्यमान हवा से 14.4 गुना हल्का है, इसका घनत्व 0°C पर 0.0899 g/l है। -259.1 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, हाइड्रोजन पिघलने में सक्षम है - यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण तापमान है, जो एक राज्य से दूसरे राज्य में अधिकांश रासायनिक यौगिकों के परिवर्तन के लिए विशिष्ट नहीं है। केवल हीलियम जैसा तत्व इस संबंध में हाइड्रोजन के भौतिक गुणों से अधिक है। हाइड्रोजन का द्रवीकरण कठिन है, क्योंकि इसका क्रांतिक तापमान (-240°C) है। मानव जाति के लिए ज्ञात सभी में हाइड्रोजन सबसे अधिक गर्मी पैदा करने वाली गैस है। ऊपर वर्णित सभी गुण हाइड्रोजन के सबसे महत्वपूर्ण भौतिक गुण हैं जिनका उपयोग मनुष्य द्वारा विशिष्ट उद्देश्यों के लिए किया जाता है। साथ ही, ये गुण आधुनिक विज्ञान के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक हैं।

अन्य तत्वों के परमाणुओं की तुलना में हाइड्रोजन परमाणु की संरचना सबसे सरल होती है: इसमें एक प्रोटॉन होता है।

एक परमाणु नाभिक बनाता है, और एक इलेक्ट्रॉन ls कक्षीय में स्थित होता है। हाइड्रोजन परमाणु की विशिष्टता इस तथ्य में निहित है कि इसका एकमात्र वैलेंस इलेक्ट्रॉन सीधे परमाणु नाभिक की क्रिया के क्षेत्र में होता है, क्योंकि यह अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा परिरक्षित नहीं होता है। यह इसे विशिष्ट गुण प्रदान करता है। यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अपने इलेक्ट्रॉन को छोड़ सकता है, एक एच + धनायन (जैसे क्षार धातु परमाणुओं) का निर्माण कर सकता है, या एक एच-आयन (जैसे हैलोजन परमाणु) बनाने के लिए एक साथी से एक इलेक्ट्रॉन जोड़ सकता है। इसलिए, आवर्त प्रणाली में हाइड्रोजन को अधिक बार समूह IA में, कभी-कभी समूह VIIA में रखा जाता है, लेकिन तालिकाओं के वेरिएंट होते हैं जहां हाइड्रोजन आवर्त सारणी के किसी भी समूह से संबंधित नहीं होता है।

हाइड्रोजन अणु द्विपरमाणुक है - H2। हाइड्रोजन सभी गैसों में सबसे हल्की है। H2 अणु की गैर-ध्रुवीयता और उच्च शक्ति के कारण (EST\u003d 436 kJ / mol) सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन सक्रिय रूप से केवल फ्लोरीन के साथ बातचीत करता है, और जब रोशन होता है, तो क्लोरीन और ब्रोमीन के साथ भी। गर्म होने पर, यह कई गैर-धातुओं, क्लोरीन, ब्रोमीन, ऑक्सीजन, सल्फर के साथ प्रतिक्रिया करता है, कम करने वाले गुण दिखाता है, और क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ बातचीत करता है, यह एक ऑक्सीकरण एजेंट है और इन धातुओं के हाइड्राइड बनाता है:

सभी ऑर्गेनोजेन्स में, हाइड्रोजन में सबसे कम सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी (0E0 = 2.1) होती है, इसलिए, प्राकृतिक यौगिकों में, हाइड्रोजन हमेशा +1 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी के दृष्टिकोण से, पानी युक्त जीवित प्रणालियों में हाइड्रोजन या तो आणविक हाइड्रोजन (Н 2) या हाइड्राइड आयन (Н~) नहीं बना सकता है। सामान्य परिस्थितियों में आणविक हाइड्रोजन रासायनिक रूप से निष्क्रिय है और साथ ही अत्यधिक अस्थिर है, यही कारण है कि यह शरीर द्वारा बनाए नहीं रखा जा सकता है और चयापचय में भाग नहीं ले सकता है। हाइड्राइड आयन रासायनिक रूप से अत्यंत सक्रिय है और आणविक हाइड्रोजन बनाने के लिए बहुत कम मात्रा में पानी के साथ तुरंत संपर्क करता है। इसलिए, शरीर में हाइड्रोजन या तो अन्य जीवों के साथ यौगिकों के रूप में होता है, या एच + धनायन के रूप में होता है।

कार्बनिक तत्वों के साथ हाइड्रोजन केवल सहसंयोजक बंधन बनाता है। ध्रुवीयता की डिग्री के अनुसार, इन बांडों को निम्नलिखित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है:

प्राकृतिक यौगिकों के रसायन विज्ञान के लिए यह श्रृंखला बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि इन बांडों की ध्रुवीयता और उनकी ध्रुवीकरणता यौगिकों के अम्लीय गुणों को पूर्व निर्धारित करती है, अर्थात, प्रोटॉन के गठन के साथ पृथक्करण।

एसिड गुण।एक्स-एच बंधन बनाने वाले तत्व की प्रकृति के आधार पर, 4 प्रकार के एसिड प्रतिष्ठित होते हैं:

ओएच-एसिड (कार्बोक्जिलिक एसिड, फिनोल, अल्कोहल);

एसएच-एसिड (थिओल्स);

एनएच-एसिड (एमाइड्स, इमाइड्स, एमाइन);

सीएच-एसिड (हाइड्रोकार्बन और उनके डेरिवेटिव)।

एसएच बांड के उच्च ध्रुवीकरण को ध्यान में रखते हुए, एसिड की निम्नलिखित श्रृंखला को अलग करने की उनकी क्षमता के अनुसार संकलित किया जा सकता है:

जलीय वातावरण में हाइड्रोजन धनायनों की सांद्रता इसकी अम्लता को निर्धारित करती है, जिसे pH मान pH = -lg (सेक। 7.5) का उपयोग करके व्यक्त किया जाता है। शरीर के अधिकांश शारीरिक वातावरण में तटस्थ (पीएच = 5.0-7.5) के करीब प्रतिक्रिया होती है, केवल गैस्ट्रिक जूस पीएच = 1.0-2.0 में। यह एक ओर, एक रोगाणुरोधी प्रभाव प्रदान करता है, भोजन के साथ पेट में लाए गए कई सूक्ष्मजीवों को मारता है; दूसरी ओर, एक अम्लीय वातावरण में प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड और अन्य बायोसबस्ट्रेट्स के हाइड्रोलिसिस में एक उत्प्रेरक प्रभाव होता है, जो आवश्यक मेटाबोलाइट्स के उत्पादन में योगदान देता है।

रेडॉक्स गुण।उच्च धनात्मक आवेश घनत्व के कारण, हाइड्रोजन धनायन एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट (f ° = 0 V) ​​है, जो एसिड और पानी के साथ बातचीत करते समय सक्रिय और मध्यम गतिविधि धातुओं का ऑक्सीकरण करता है:

जीवित प्रणालियों में ऐसे कोई मजबूत कम करने वाले एजेंट नहीं होते हैं, और एक तटस्थ माध्यम (पीएच = 7) में हाइड्रोजन केशन की ऑक्सीकरण शक्ति काफी कम हो जाती है (एफ डिग्री = -0.42 वी)। इसलिए, शरीर में, हाइड्रोजन केशन ऑक्सीकरण गुणों का प्रदर्शन नहीं करता है, लेकिन सक्रिय रूप से रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है, जो प्रारंभिक पदार्थों को प्रतिक्रिया उत्पादों में बदलने में योगदान देता है:

दिए गए सभी उदाहरणों में, हाइड्रोजन परमाणुओं ने अपनी ऑक्सीकरण अवस्था +1 नहीं बदली।

गुणों को कम करना आणविक और विशेष रूप से परमाणु हाइड्रोजन की विशेषता है, यानी हाइड्रोजन सीधे प्रतिक्रिया माध्यम में रिलीज के समय, साथ ही हाइड्राइड आयन के लिए:

हालांकि, जीवित प्रणालियों में ऐसे कोई कम करने वाले एजेंट (H2 या H-) नहीं होते हैं, और इसलिए ऐसी कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है। पाठ्यपुस्तकों सहित साहित्य में पाया गया कि हाइड्रोजन कार्बनिक यौगिकों के कम करने वाले गुणों का वाहक है, वास्तविकता के अनुरूप नहीं है; इस प्रकार, जीवित प्रणालियों में, डिहाइड्रोजनेज कोएंजाइम का कम रूप, जिसमें हाइड्रोजन परमाणुओं के बजाय कार्बन परमाणु, बायोसब्सट्रेट्स के रिड्यूसर के रूप में कार्य करते हैं (खंड 9.3.3)।

जटिल गुण।हाइड्रोजन धनायन में एक मुक्त परमाणु कक्षक की उपस्थिति और स्वयं H+ धनायन के उच्च ध्रुवीकरण प्रभाव के कारण, यह एक सक्रिय संकुल आयन है। तो, एक जलीय माध्यम में, एक हाइड्रोजन धनायन एक हाइड्रोनियम आयन H3O + बनाता है, और अमोनिया की उपस्थिति में, एक अमोनियम आयन NH4:

सहयोगी बनाने की प्रवृत्ति।अत्यधिक ध्रुवीय -Н और N--Н बांड के हाइड्रोजन परमाणु हाइड्रोजन बांड बनाते हैं (खंड 3.1)। हाइड्रोजन बॉन्ड की ताकत (10 से 100 kJ/mol तक) स्थानीयकृत आवेशों के परिमाण और हाइड्रोजन बॉन्ड की लंबाई पर निर्भर करती है, अर्थात इसके निर्माण में शामिल इलेक्ट्रोनगेटिव तत्वों के परमाणुओं के बीच की दूरी पर। अमीनो एसिड, कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड निम्नलिखित हाइड्रोजन बांड लंबाई, दोपहर द्वारा विशेषता हैं:

हाइड्रोजन बांड के कारण, सब्सट्रेट और एंजाइम के बीच, प्राकृतिक पॉलिमर में अलग-अलग समूहों के बीच प्रतिवर्ती अंतर-आणविक अंतःक्रियाएं उत्पन्न होती हैं, जो उनकी माध्यमिक, तृतीयक और चतुर्धातुक संरचनाओं को निर्धारित करती हैं (धारा 21.4, 23.4)। हाइड्रोजन बंध विलायक और अभिकर्मक के रूप में पानी के गुणों में अग्रणी भूमिका निभाता है।

पानी और उसके गुण।जल हाइड्रोजन का सबसे महत्वपूर्ण यौगिक है। शरीर में सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं जलीय वातावरण में ही होती हैं, जल के बिना जीवन असंभव है। सेक में पानी को विलायक के रूप में माना गया था। 6.1.

अम्ल-क्षार गुण। अम्ल-क्षार गुणों की दृष्टि से एक अभिकर्मक के रूप में जल एक वास्तविक एम्फोलाइट (धारा 8.1) है। यह लवणों के जल-अपघटन (धारा 8.3.1) और जलीय माध्यम में अम्लों और क्षारों के वियोजन (खंड 8.3.2) दोनों में ही प्रकट होता है।

जलीय मीडिया की अम्लता की मात्रात्मक विशेषता पीएच मान है।

एसिड-बेस अभिकर्मक के रूप में पानी बायोसबस्ट्रेट्स की हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं में शामिल है। उदाहरण के लिए, एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट का हाइड्रोलिसिस शरीर के लिए संग्रहीत ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करता है, अनावश्यक प्रोटीन का एंजाइमेटिक हाइड्रोलिसिस अमीनो एसिड प्राप्त करने का कार्य करता है, जो आवश्यक प्रोटीन के संश्लेषण के लिए प्रारंभिक सामग्री है। उसी समय, H+ धनायन या OH- आयन बायोसबस्ट्रेट हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के लिए एसिड-बेस उत्प्रेरक हैं (धारा 21.4, 23.4)।

रेडॉक्स गुण। पानी के अणु में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन दोनों स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था में होते हैं। इसलिए, पानी स्पष्ट रेडॉक्स गुण प्रदर्शित नहीं करता है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं तब संभव होती हैं जब पानी केवल बहुत सक्रिय कम करने वाले एजेंटों या बहुत सक्रिय ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ या अभिकर्मकों के मजबूत सक्रियण की शर्तों के तहत बातचीत करता है।

क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं या उनके हाइड्राइड जैसे मजबूत कम करने वाले एजेंटों के साथ बातचीत करते समय पानी हाइड्रोजन के कारण ऑक्सीकरण एजेंट हो सकता है:

उच्च तापमान पर, कम सक्रिय कम करने वाले एजेंटों के साथ पानी की बातचीत संभव है:

जीवित प्रणालियों में, उनका जल घटक कभी भी ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य नहीं करता है, क्योंकि इससे जीवों से आणविक हाइड्रोजन के गठन और अपरिवर्तनीय हटाने के कारण इन प्रणालियों का विनाश होगा।

पानी ऑक्सीजन परमाणुओं के कारण कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य कर सकता है, उदाहरण के लिए, फ्लोरीन जैसे मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट के साथ बातचीत करते समय:

प्रकाश के प्रभाव में और क्लोरोफिल की भागीदारी के साथ, पौधों में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पानी से O2 के गठन के साथ आगे बढ़ती है (खंड 9.3.6):

रेडॉक्स परिवर्तनों में प्रत्यक्ष भागीदारी के अलावा, पानी और इसके पृथक्करण उत्पाद एच + और ओएच- एक माध्यम के रूप में भाग लेते हैं जो इसकी उच्च ध्रुवता (= 79) और द्वारा गठित आयनों की भागीदारी के कारण कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की घटना में योगदान देता है। यह प्रारंभिक पदार्थों के अंतिम में परिवर्तन (धारा 9.1) में है।

जटिल गुण। ऑक्सीजन परमाणु में दो असाझा इलेक्ट्रॉन जोड़े की उपस्थिति के कारण, पानी का अणु एक काफी सक्रिय मोनोडेंटेट लिगैंड है, जो हाइड्रोजन केशन के साथ एक जटिल ऑक्सोनियम आयन एच 3 0 + बनाता है, और जलीय घोल में धातु के पिंजरों के साथ काफी स्थिर एक्वा कॉम्प्लेक्स बनाता है। , उदाहरण के लिए [Ca (H 2 0) 6 ] 2+ , [Fe(H 2 0) 6 ] 3+ , 2+ । इन जटिल आयनों में, नोड अणु सहसंयोजक रूप से जटिल एजेंटों के साथ दृढ़ता से बंधे होते हैं। क्षार धातु के धनायन एक्वा कॉम्प्लेक्स नहीं बनाते हैं, लेकिन इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के कारण हाइड्रेटेड धनायन बनाते हैं। इन धनायनों के जलयोजन गोले में पानी के अणुओं का निवास समय 0.1 s से अधिक नहीं होता है, और पानी के अणुओं की संख्या के संदर्भ में उनकी संरचना आसानी से बदल सकती है।

सहयोगी बनाने की प्रवृत्ति। उच्च ध्रुवता के कारण, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन और हाइड्रोजन बॉन्ड के निर्माण को बढ़ावा देता है, शुद्ध पानी में भी पानी के अणु (सेक। 6.1) इंटरमॉलिक्युलर सहयोगी बनाते हैं जो संरचना में भिन्न होते हैं, अणुओं की संख्या और सहयोगियों में उनके बसे हुए जीवन का समय। , साथ ही स्वयं सहयोगियों का जीवनकाल। इस प्रकार, शुद्ध जल एक खुला जटिल गतिशील तंत्र है। बाहरी कारकों के प्रभाव में: कृत्रिम और प्राकृतिक स्रोतों (अंतरिक्ष, सूर्य, पृथ्वी, जीवित वस्तुओं) से रेडियोधर्मी, पराबैंगनी और लेजर विकिरण, लोचदार तरंगें, तापमान, दबाव, विद्युत, चुंबकीय और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र - पानी अपने संरचनात्मक और सूचनात्मक गुणों को बदलता है। , और फलस्वरूप, इसके जैविक और शारीरिक कार्यों में परिवर्तन होता है।

स्व-संघ के अलावा, पानी के अणु आयनों, ध्रुवीय अणुओं और मैक्रोमोलेक्यूल्स को हाइड्रेट करते हैं, जिससे उनके चारों ओर जलयोजन के गोले बनते हैं, जिससे वे समाधान में स्थिर हो जाते हैं और उनके विघटन को बढ़ावा देते हैं (धारा 6.1)। ऐसे पदार्थ जिनके अणु गैर-ध्रुवीय होते हैं और आकार में अपेक्षाकृत छोटे होते हैं, वे केवल पानी में थोड़ा घुल सकते हैं, अपने सहयोगियों के रिक्त स्थान को एक निश्चित संरचना से भर सकते हैं। इस मामले में, हाइड्रोफोबिक बातचीत के परिणामस्वरूप, गैर-ध्रुवीय अणु अपने आसपास के जलयोजन खोल की संरचना करते हैं, इसे एक संरचित सहयोगी में बदल देते हैं, आमतौर पर एक बर्फ जैसी संरचना के साथ, जिसके अंदर यह गैर-ध्रुवीय अणु स्थित होता है।

जीवित जीवों में, पानी की दो श्रेणियों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है - "बाध्य" और "मुक्त", बाद वाला, जाहिरा तौर पर, केवल अंतरकोशिकीय द्रव (खंड 6.1) में होता है। बाध्य जल, बदले में, "संरचित" (दृढ़ता से बाध्य) और "विनाशकारी" (कमजोर रूप से बाध्य या ढीला) पानी में विभाजित है। संभवतः, उपरोक्त सभी बाहरी कारक शरीर में पानी की स्थिति को प्रभावित करते हैं, अनुपात बदलते हैं: "संरचित" / "विनाशकारी" और "बाध्य" / "मुक्त" पानी, साथ ही साथ इसके संरचनात्मक और गतिशील पैरामीटर। यह शरीर की शारीरिक स्थिति में परिवर्तन में प्रकट होता है। यह संभव है कि इंट्रासेल्युलर पानी लगातार विनियमित होता है, मुख्य रूप से प्रोटीन द्वारा, एक "संरचित" से "विनाशकारी" अवस्था में संक्रमण को स्पंदित करते हुए। ये संक्रमण सेल से खर्च किए गए मेटाबोलाइट्स (स्लैग) के निष्कासन और आवश्यक पदार्थों के अवशोषण के साथ जुड़े हुए हैं। आधुनिक दृष्टिकोण से, पानी एकल इंट्रासेल्युलर संरचना के निर्माण में शामिल है, जिसके कारण जीवन प्रक्रियाओं का क्रम प्राप्त होता है। इसलिए, ए। सजेंट-ग्योरगी की आलंकारिक अभिव्यक्ति के अनुसार, शरीर में पानी "जीवन का मैट्रिक्स" है।

प्रकृति में जल। जल पृथ्वी पर सबसे महत्वपूर्ण और व्यापक पदार्थ है। ग्लोब की सतह 75% पानी से ढकी है। विश्व महासागर का आयतन 1.4 बिलियन किमी 3 है। जल की उतनी ही मात्रा खनिजों में क्रिस्टलीकरण जल के रूप में पाई जाती है। वायुमंडल में 13 हजार किमी 3 पानी है। इसी समय, पीने और घरेलू जरूरतों के लिए उपयुक्त ताजे पानी के भंडार काफी सीमित हैं (सभी मीठे पानी के जलाशयों की मात्रा 200 हजार किमी 3 है)। रोजमर्रा की जिंदगी में उपयोग किए जाने वाले ताजे पानी में 0.05 से 1 ग्राम / लीटर तक की विभिन्न अशुद्धियाँ होती हैं, ज्यादातर ये लवण होते हैं: बाइकार्बोनेट, क्लोराइड, सल्फेट्स, जिसमें घुलनशील कैल्शियम और मैग्नीशियम लवण शामिल हैं, जिनकी उपस्थिति पानी को कठोर बनाती है (धारा 14.3)। वर्तमान में, जल संसाधनों का संरक्षण और अपशिष्ट जल उपचार सबसे अधिक दबाव वाली पर्यावरणीय समस्याएं हैं।

साधारण जल में लगभग 0.02% भारी जल D2O (D - ड्यूटेरियम) होता है। यह साधारण पानी के वाष्पीकरण या इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान जमा हो जाता है। भारी पानी जहरीला होता है। जीवों में जल की गति का अध्ययन करने के लिए भारी जल का उपयोग किया जाता है। इसकी मदद से, यह पाया गया कि कुछ पौधों के ऊतकों में पानी की गति 14 मीटर / घंटा तक पहुंच जाती है, और एक व्यक्ति द्वारा पिया गया पानी 2 घंटे में उसके अंगों और ऊतकों में पूरी तरह से वितरित हो जाता है और शरीर से पूरी तरह से हटा दिया जाता है। केवल दो सप्ताह के बाद। जीवित जीवों में 50 से 93% पानी होता है, जो सभी जीवन प्रक्रियाओं में एक अनिवार्य भागीदार है। जल के बिना जीव का जीवित रहना असम्भव है। 70 साल की जीवन प्रत्याशा के साथ, एक व्यक्ति खाने-पीने के साथ लगभग 70 टन पानी का सेवन करता है।

व्यापक रूप से वैज्ञानिक और चिकित्सा पद्धति में उपयोग किया जाता है आसुत जल- बेरंग पारदर्शी तरल, गंधहीन और बेस्वाद, पीएच = 5.2-6.8। यह कई खुराक रूपों की तैयारी के लिए एक फार्माकोपियल तैयारी है।

इंजेक्शन के लिए पानी(पाइरोजेनिक पानी) - एक फार्माकोपियल तैयारी भी। इस पानी में पाइरोजेनिक पदार्थ नहीं होते हैं। पाइरोजेन - जीवाणु मूल के पदार्थ - बैक्टीरिया के मेटाबोलाइट्स या अपशिष्ट उत्पाद, जो शरीर में प्रवेश करते समय ठंड लगना, बुखार, सिरदर्द और बिगड़ा हुआ हृदय गतिविधि का कारण बनते हैं। अपूतित स्थितियों के तहत नोड (बिडिस्टिलेट) के दोहरे आसवन द्वारा अपिरोजेनिक पानी तैयार किया जाता है और 24 घंटों के भीतर उपयोग किया जाता है।

खंड को समाप्त करते हुए, एक बायोजेनिक तत्व के रूप में हाइड्रोजन की विशेषताओं पर जोर देना आवश्यक है। जीवित प्रणालियों में, हाइड्रोजन हमेशा +1 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है और या तो अन्य बायोजेनिक तत्वों के साथ एक ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन के रूप में या H + धनायन के रूप में होता है। हाइड्रोजन कटियन अम्लीय गुणों का वाहक है और एक सक्रिय कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट है जो अन्य जीवों के परमाणुओं के मुक्त इलेक्ट्रॉन जोड़े के साथ बातचीत करता है। रेडॉक्स गुणों के दृष्टिकोण से, शरीर की स्थितियों के तहत बाध्य हाइड्रोजन एक ऑक्सीकरण एजेंट या एक कम करने वाले एजेंट के गुणों को प्रदर्शित नहीं करता है, हालांकि, हाइड्रोजन केशन अपनी ऑक्सीकरण अवस्था को बदले बिना, कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में सक्रिय रूप से भाग लेता है, लेकिन योगदान देता है प्रतिक्रिया उत्पादों में बायोसबस्ट्रेट्स के रूपांतरण के लिए। इलेक्ट्रोनगेटिव तत्वों से बंधे हाइड्रोजन हाइड्रोजन बांड बनाते हैं।