Ini memiliki bentuk bola, tetapi membayangkannya sebagai piringan dan bahkan persegi panjang mengambang, api, udara, tanah dan air dianggap empat elemen dasar alam semesta. Siapa yang berhenti menyebut air sebagai elemen? Siapa yang merampasnya dari peringkat tinggi ini? ? Sejumlah ahli kimia pemberani, yang bekerja secara independen, hampir secara bersamaan membuat penemuan ini.

Penemu oksigen dan hidrogen

Sejak para ahli kimia mendorong para alkemis dan penyihir keluar dari retort, keluarga elemen telah tumbuh sekaligus. Jika seratus tahun yang lalu hanya berjumlah 60 anggota, sekarang, menghitung elemen yang diperoleh secara artifisial, ada seratus dari mereka. Kami akan menemukan nama mereka, tanda kimia, berat atom dan nomor seri di setiap tabel kimia. Hanya nama-nama "leluhur" yang hilang darinya. Penemu oksigen dan hidrogen dipertimbangkan:

1. ahli kimia Prancis Antoine Laurent Lavoisier. Dia adalah manajer pabrik sendawa dan bubuk, dan kemudian, setelah kemenangan revolusi borjuis Prancis, komisaris perbendaharaan nasional, salah satu orang paling berpengaruh di Prancis.
2. ahli kimia Inggris Henry Cavendish, berasal dari keluarga ducal tua, yang menyumbangkan sebagian besar kekayaannya untuk ilmu pengetahuan.
3. rekan senegaranya Cavendish, Joseph Priestley. Dia adalah seorang pendeta. Sebagai pendukung setia Revolusi Prancis, Priestley diusir dari Inggris dan melarikan diri ke Amerika.
4. Ahli kimia Swedia terkenal Carl Wilhelm Scheele, apoteker.

Ini adalah nama mereka. Dan apa yang mereka lakukan?

Oksigen - dalam air dan udara

Lavoisier, Priestley dan Scheele melakukan sejumlah eksperimen. Pertama mereka menemukan oksigen dalam air dan udara. Disingkat dalam kimia, dilambangkan dengan huruf "O". Ketika kami mengatakan

Tidak ada kehidupan tanpa air

ini belum dikatakan kepada siapa, pada kenyataannya, air berutang kekuatan pemberi kehidupan. Sekarang kita bisa menjawab pertanyaan ini. Kekuatan air yang memberi kehidupan ada di oksigen. Oksigen adalah elemen paling penting dari selubung udara yang mengelilingi Bumi. Tanpa oksigen, kehidupan padam seperti nyala lilin yang diletakkan di bawah toples kaca. Bahkan api terbesar mereda jika benda-benda yang terbakar dilemparkan dengan pasir, memotong akses oksigen ke sana.
Sekarang apakah Anda mengerti mengapa api di kompor menyala begitu parah jika pandangan ditutup? Proses pembakaran yang sama terjadi di tubuh kita selama metabolisme. Mesin uap bekerja dengan menggunakan energi panas dari pembakaran batu bara. Dengan cara yang sama, tubuh kita menggunakan energi dari nutrisi yang kita konsumsi. Udara yang kita hirup diperlukan agar “kompor” – tubuh kita – dapat terbakar dengan baik, karena tubuh kita pasti memiliki suhu tertentu. Saat kita menghembuskan napas, kita melepaskan air dalam bentuk uap dan produk pembakaran.
Lavoisier mempelajari proses ini dan menemukan bahwa pembakaran adalah kombinasi cepat dari berbagai zat dengan oksigen di udara. Ini menciptakan kehangatan. Tapi Lavoisier tidak puas dengan kenyataan bahwa menemukan oksigen. Dia ingin tahu dengan zat apa oksigen bergabung.

Penemuan hidrogen

Hampir bersamaan dengan Cavendish, yang juga menguraikan air menjadi bagian-bagian komponennya, Lavoisier menemukan hidrogen. Unsur ini disebut "Hidrogenium", yang artinya: Hidrogen dilambangkan dengan huruf "H". Mari kita periksa lagi apakah hidrogen benar-benar masuk komposisi air. Isi gelas dengan es dan panaskan di atas nyala lampu alkohol. (Alkohol, seperti alkohol lainnya, kaya akan hidrogen.) Dan apa yang akan kita lihat? Sisi luar tabung reaksi akan tertutup embun. Atau pegang pisau bersih di atas nyala lilin. Pisau juga akan ditutupi dengan tetesan air. Dari mana air berasal? Air berasal dari api. Jadi api adalah sumber air! Ini bukan penemuan baru, namun menakjubkan. Ahli kimia akan mengatakan ini: ketika hidrogen dibakar, dengan kata lain, Hidrogen bergabung dengan oksigen membentuk uap air. Itulah sebabnya tabung reaksi dan pisau ditutupi dengan tetesan air. Begitulah yang terjadi penemuan komposisi air. Jadi, hidrogen, yang 16 kali lebih ringan dari oksigen dan 14 kali lebih ringan dari udara, terbakar! Pada saat yang sama, itu menghasilkan sejumlah besar panas. Di masa lalu, balon diisi dengan hidrogen. Itu sangat berbahaya. Sekarang helium digunakan sebagai pengganti hidrogen. Anda juga dapat menjawab pertanyaan kedua:

Mengapa air tidak terbakar?

Pertanyaan ini tampaknya sangat sederhana sehingga kami bahkan tidak menanyakannya pada awalnya. Sebagian besar akan berkata:

Airnya basah, jadi tidak gosong.

Salah. Bensin juga "basah", tapi jangan coba-coba melihat apakah bensinnya terbakar! Air tidak terbakar karena air itu sendiri terbentuk sebagai hasil pembakaran. Ini, bisa dikatakan, adalah "abu cair" hidrogen. Itulah sebabnya air memadamkan api dan juga pasir.

Tujuan dari publikasi hari ini adalah untuk memberikan informasi yang komprehensif kepada pembaca yang belum siap tentang apa itu hidrogen?, apa sifat fisik dan kimianya, ruang lingkup, signifikansi, dan metode perolehannya.

Hidrogen hadir di sebagian besar zat organik dan sel, di mana ia menyumbang hampir dua pertiga dari atom.

Foto 1. Hidrogen dianggap sebagai salah satu elemen paling umum di alam

Dalam sistem periodik unsur Mendeleev, hidrogen menempati posisi pertama yang terhormat dengan berat atom sama dengan satu.

Nama "hidrogen" (dalam versi Latin - Hidrogenium) berasal dari dua kata Yunani kuno: - "" dan - "Saya melahirkan" (harfiah - "melahirkan) dan pertama kali diusulkan pada tahun 1824 oleh ahli kimia Rusia Mikhail Solovyov.

Hidrogen adalah salah satu unsur pembentuk air (bersama dengan oksigen) (rumus kimia air adalah H 2 O).

Menurut sifat fisiknya, hidrogen dicirikan sebagai gas yang tidak berwarna (lebih ringan dari udara). Ketika dicampur dengan oksigen atau udara, sangat mudah terbakar.

Dapat larut dalam beberapa logam (titanium, besi, platinum, paladium, nikel) dan dalam etanol, tetapi sangat sulit larut dalam perak.

Molekul hidrogen terdiri dari dua atom dan diberi nama H 2 . Hidrogen memiliki beberapa isotop: protium (H), deuterium (D), dan tritium (T).

Sejarah penemuan hidrogen

Kembali pada paruh pertama abad ke-16, saat melakukan eksperimen alkimia, mencampur logam dengan asam, Paracelsus memperhatikan gas mudah terbakar yang sampai sekarang tidak diketahui, yang tidak dapat dipisahkan dari udara.

Setelah hampir satu setengah abad - pada akhir abad ke-17 - ilmuwan Prancis Lemery berhasil memisahkan hidrogen (belum mengetahui bahwa itu adalah hidrogen) dari udara dan membuktikan sifat mudah terbakarnya.

Foto 2. Henry Cavendish - penemu hidrogen

Eksperimen kimia di pertengahan abad ke-18 memungkinkan Mikhail Lomonosov untuk mengungkapkan proses pelepasan gas tertentu sebagai hasil dari beberapa reaksi kimia, yang, bagaimanapun, bukan flogiston.

Terobosan nyata dalam studi gas yang mudah terbakar dibuat oleh ahli kimia Inggris Henry Cavendish, kepada siapa penemuan hidrogen dikaitkan (1766).

Cavendish menyebut gas ini "udara yang mudah terbakar". Dia juga melakukan reaksi pembakaran zat ini, yang menghasilkan air.

Pada 1783, ahli kimia Prancis yang dipimpin oleh Antoine Lavoisier melakukan sintesis air, dan kemudian - penguraian air dengan pelepasan "udara yang mudah terbakar".

Studi-studi ini akhirnya membuktikan keberadaan hidrogen dalam komposisi air. Itu Lavoisier yang menyarankan untuk memanggil gas baru Hidrogenium (1801).

Sifat yang berguna dari hidrogen

Hidrogen empat belas setengah kali lebih ringan dari udara.

Itu juga dibedakan oleh konduktivitas termal tertinggi di antara gas lainnya (lebih putih dari tujuh kali konduktivitas termal udara).

Di masa lalu, balon dan kapal udara diisi dengan hidrogen. Setelah serangkaian bencana di pertengahan 1930-an, berakhir dengan ledakan pesawat, desainer harus mencari pengganti hidrogen.

Sekarang, untuk pesawat seperti itu, helium digunakan, yang jauh lebih mahal daripada hidrogen, tetapi tidak terlalu eksplosif.

Foto 3. Hidrogen digunakan untuk membuat bahan bakar roket

Di banyak negara, penelitian sedang dilakukan untuk menciptakan mesin yang ekonomis untuk mobil dan truk berbasis hidrogen.

Kendaraan bertenaga hidrogen jauh lebih ramah lingkungan daripada kendaraan berbahan bakar bensin dan diesel.

Dalam kondisi normal (suhu kamar dan tekanan alami), hidrogen enggan bereaksi.

Ketika campuran hidrogen dan oksigen dipanaskan hingga 600 °C, reaksi dimulai, yang berpuncak pada pembentukan molekul air.

Reaksi yang sama dapat dipicu dengan percikan listrik.

Reaksi dengan partisipasi hidrogen selesai hanya ketika komponen yang terlibat dalam reaksi dikonsumsi sepenuhnya.

Suhu pembakaran hidrogen mencapai 2500-2800 °C.

Hidrogen digunakan untuk memurnikan berbagai jenis bahan bakar berdasarkan minyak dan produk minyak bumi.

Di alam yang hidup, tidak ada yang bisa menggantikan hidrogen, karena ia hadir dalam bahan organik apa pun (termasuk minyak) dan di semua senyawa protein.

Tanpa partisipasi hidrogen tidak mungkin.

Keadaan agregat hidrogen

Hidrogen dapat eksis dalam tiga keadaan agregasi utama:

• gas;
• cairan;
• keras.

Keadaan hidrogen yang biasa adalah gas. Dengan menurunkan suhunya menjadi -252,8 °C, hidrogen berubah menjadi cair, dan setelah ambang batas suhu -262 °C, hidrogen menjadi padat.

Foto 4. Selama beberapa dekade, helium mahal telah digunakan untuk mengisi balon, bukan hidrogen murah

Para ilmuwan menyarankan bahwa hidrogen dapat berada dalam keadaan agregasi tambahan (keempat) - logam.

Untuk melakukan ini, Anda hanya perlu membuat tekanan dua setengah juta atmosfer.

Sayangnya, sejauh ini ini hanya hipotesis ilmiah, karena belum ada yang bisa mendapatkan "logam hidrogen".

Hidrogen cair - karena suhunya - jika bersentuhan dengan kulit manusia, dapat menyebabkan radang dingin yang parah.

Hidrogen dalam tabel periodik

Distribusi unsur-unsur kimia dalam tabel periodik Mendeleev didasarkan pada berat atomnya, dihitung relatif terhadap berat atom hidrogen.

Foto 5. Dalam tabel periodik, hidrogen diberikan sel dengan nomor seri 1

Selama bertahun-tahun, tidak ada yang bisa menyangkal atau mengkonfirmasi pendekatan ini.

Dengan kemunculannya pada awal abad ke-20 dan, khususnya, kemunculan postulat terkenal Niels Bohr, yang menjelaskan struktur atom dari sudut pandang mekanika kuantum, adalah mungkin untuk membuktikan validitas hipotesis Mendeleev.

Kebalikannya juga benar: justru korespondensi postulat Niels Bohr dengan hukum periodik yang mendasari tabel periodik yang menjadi argumen paling meyakinkan yang mendukung pengakuan kebenarannya.

Partisipasi hidrogen dalam reaksi termonuklir

Isotop hidrogen deuterium dan tritium adalah sumber energi yang sangat kuat yang dilepaskan selama reaksi termonuklir.

Foto 6. Ledakan termonuklir tanpa hidrogen tidak mungkin terjadi

Reaksi seperti itu dimungkinkan pada suhu tidak lebih rendah dari 1060 ° C dan berlangsung sangat cepat - dalam beberapa detik.

Di Matahari, reaksi termonuklir berlangsung lambat.

Tugas para ilmuwan adalah memahami mengapa ini terjadi untuk menggunakan pengetahuan yang diperoleh untuk menciptakan sumber energi baru - yang hampir tidak ada habisnya.

Apa itu hidrogen (video):

>

Sejarah penemuan hidrogen menempati tonggak penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan. Menurut konsep ilmiah modern, gas ini adalah salah satu zat terpenting bagi keberadaan bintang, dan oleh karena itu, sumber energi utama.

Sejarah Singkat Penemuan Hidrogen

Unsur ini ditemukan oleh seorang ilmuwan Inggris pada tahun 1766. Asal usul namanya kembali ke kata Yunani "hydro" dan "genes", yang berarti "air" dan "generator".

Pada awal 1671, Robert Boyle (1627-1691, ahli kimia dan fisikawan Inggris) menerbitkan "Eksperimen Baru Mengenai Hubungan Antara Api dan Udara" di mana ia menggambarkan reaksi antara serbuk besi dan asam encer. Selama percobaan, ilmuwan memperhatikan bahwa reaksi zat-zat ini mengarah pada evolusi gas hidrogen ("larutan Mars yang mudah terbakar").

Namun, baru pada tahun 1766 gas disetujui sebagai unsur utama oleh Henry Cavendish (1731-1810, seorang ahli kimia dan fisikawan Inggris yang juga menemukan nitrogen), yang menggunakan merkuri untuk sintesis. Ilmuwan menggambarkannya sebagai "udara logam yang mudah terbakar". Cavendish secara akurat menggambarkan sifat-sifat hidrogen, tetapi secara keliru percaya bahwa gas itu berasal dari logam dan bukan dari asam. Nama modern untuk unsur kimia diberikan oleh naturalis Prancis A. L. Lavoisier.

Sejarah penemuan hidrogen (H) tidak berakhir di situ. Pada tahun 1931, profesor kimia Harold Urey, yang bekerja di Chicago (AS), menemukan gas deuterium. Ini adalah isotop hidrogen berat dan ditulis sebagai 2 H dan D.

Blok bangunan alam semesta

Untuk waktu yang lama orang tidak dapat memahami sifat-sifat materi. Meskipun orang Yunani kuno berasumsi bahwa "eter" (ruang sekitarnya) terdiri dari unsur-unsur tertentu, tidak ada pembenaran yang jelas dan, terlebih lagi, bukti kuat untuk fakta ini.

Pada musim gugur tahun 1803, orang Inggris itu mampu menjelaskan hasil beberapa penelitiannya dengan menganggap bahwa materi tersusun dari atom-atom. Peneliti juga menemukan bahwa semua sampel dari setiap senyawa yang diberikan terdiri dari kombinasi yang sama dari atom-atom ini. Dalton juga mencatat bahwa dalam sejumlah senyawa, rasio massa unsur kedua, yang digabungkan dengan berat tertentu dari unsur pertama, dapat direduksi menjadi bilangan bulat kecil ("Hukum Kelipatan Proporsi"). Dengan demikian, ilmuwan memiliki hubungan tertentu dengan sejarah penemuan hidrogen.

Presentasi "Teori Atom" Dalton berlangsung dalam volume ke-3 dari edisi ilmiah "Sistem Kimia", yang diterbitkan oleh Thomas Thomson pada tahun 1807. Materi tersebut juga muncul dalam sebuah artikel tentang strontium oksalat yang diterbitkan dalam Philosophical Transactions. Tahun berikutnya, Dalton menerbitkan ide-ide ini sendiri, membuat analisis yang lebih luas dalam The New System of Chemical Philosophy. Omong-omong, di dalamnya ilmuwan menyarankan menggunakan lingkaran dengan titik di tengah sebagai simbol hidrogen.

Sel bahan bakar pertama

Sejarah penemuan hidrogen kaya akan peristiwa menarik. Pada tahun 1839, ilmuwan Inggris Sir William Robert Grove melakukan eksperimen elektrolisis. Dia menggunakan listrik untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Kemudian, peneliti bertanya-tanya apakah mungkin untuk melakukan yang sebaliknya - untuk menghasilkan listrik dari reaksi oksigen dengan hidrogen? Grove menyegel piringan hitam itu dalam wadah tertutup yang terpisah, yang satu berisi hidrogen dan yang lainnya berisi oksigen. Ketika wadah direndam dalam asam sulfat encer, arus mengalir di antara dua elektroda, membentuk air di tabung gas. Kemudian ilmuwan menghubungkan beberapa perangkat serupa dalam rangkaian seri untuk meningkatkan tegangan yang dibuat dalam baterai gas.

Sejak itu, harapan besar telah diletakkan pada hidrogen dalam hal memperoleh sumber energi yang kompak dan ramah lingkungan. Namun, masalah keamanan 100% dan efisiensi tinggi perangkat akhir untuk konsumsi massal belum terselesaikan. Omong-omong, istilah "sel bahan bakar" pertama kali digunakan oleh ahli kimia Ludwig Mond dan Charles Langer, yang melanjutkan penelitian W. R. Grove.

Sumber energi otonom

Pada tahun 1932, Francis Thomas Bacon, seorang insinyur di Universitas Cambridge di Inggris, terus mengerjakan desain Grove, Mond dan Langer. Dia mengganti elektroda platinum dengan jaring nikel yang lebih murah, dan alih-alih elektrolit dengan asam sulfat, dia menggunakan alkali kalium hidroksida (kurang korosif pada elektroda). Ini pada dasarnya adalah penciptaan sel bahan bakar alkali pertama, yang disebut sel Bacon. Butuh 27 tahun lagi bagi Inggris untuk mendemonstrasikan pembangkit yang mampu menghasilkan energi 5 kW, cukup untuk menyalakan mesin las. Sekitar waktu yang sama, kendaraan sel bahan bakar pertama didemonstrasikan.

Sel bahan bakar kemudian digunakan oleh NASA pada 1960-an untuk program bulan Apollo. Sel-sel Bacon berada (dan sedang) di ratusan pesawat ruang angkasa. Juga "baterai besar" digunakan pada kapal selam.

Berguna tapi berbahaya

Sejarah penemuan hidrogen tidak hanya dikaitkan dengan momen-momen menyenangkan. Tragedi kapal udara raksasa Hindenburg membuktikan betapa tidak amannya elemen ini. Pada 1930-an, Jerman membangun serangkaian pesawat - zeppelin. Hidrogen digunakan sebagai gas. Menjadi lebih ringan daripada campuran nitrogen-oksigen yang membentuk sebagian besar atmosfer, memungkinkan untuk mengangkut kargo dalam jumlah besar.

Pada tahun 1936, desainer Jerman mempersembahkan kepada dunia kapal udara terbesar saat itu, Hindenburg. Raksasa 245 meter itu berisi 200.000 m3 gas. Daya dukungnya luar biasa: perangkat ini mampu mengangkat hingga 100 ton kargo ke angkasa. Pesawat itu digunakan untuk transportasi transatlantik antara Jerman dan Amerika Serikat. Gondola penumpang menampung 50 orang dengan barang bawaan. 05/06/1937 setibanya di New York, terjadi kebocoran hidrogen. Gas yang mudah terbakar tersulut, menyebabkan ledakan yang menewaskan 36 orang. Sejak itu, helium yang lebih aman telah digunakan sebagai pengganti hidrogen di pesawat terbang.

Kesimpulan

Hidrogen adalah salah satu unsur terpenting di alam semesta. Meskipun sifat-sifatnya dipelajari dengan baik, itu tidak berhenti menarik minat para ilmuwan, insinyur, dan desainer. Unsur ini menjadi pokok bahasan ribuan karya ilmiah, ijazah dan abstrak. Sejarah penemuan hidrogen adalah sejarah sains itu sendiri, sebuah sistem pengetahuan yang telah menggantikan kebodohan dan dogma agama.

Dalam sistem periodik, hidrogen terletak di dua kelompok unsur yang sifatnya sangat berlawanan. Fitur ini membuatnya benar-benar unik. Hidrogen bukan hanya suatu unsur atau zat, tetapi juga merupakan komponen dari banyak senyawa kompleks, suatu unsur organogenik dan biogenik. Karena itu, kami mempertimbangkan sifat dan karakteristiknya secara lebih rinci.

Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi logam dan asam diamati pada awal abad ke-16, yaitu selama pembentukan kimia sebagai ilmu. Ilmuwan Inggris terkenal Henry Cavendish mempelajari zat itu mulai tahun 1766 dan memberinya nama "udara yang mudah terbakar". Saat dibakar, gas ini menghasilkan air. Sayangnya, kepatuhan ilmuwan pada teori phlogiston (hipotetis "materi hyperfine") mencegahnya untuk sampai pada kesimpulan yang benar.

Ahli kimia dan naturalis Prancis A. Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier dan dengan bantuan gasometer khusus, pada tahun 1783 melakukan sintesis air, dan kemudian analisisnya dengan menguraikan uap air dengan besi panas-merah. Dengan demikian, para ilmuwan dapat sampai pada kesimpulan yang tepat. Mereka menemukan bahwa "udara yang mudah terbakar" tidak hanya bagian dari air, tetapi juga dapat diperoleh darinya.

Pada 1787, Lavoisier menyarankan bahwa gas yang dipelajari adalah zat sederhana dan, karenanya, termasuk di antara unsur-unsur kimia utama. Dia menyebutnya hidrogen (dari kata Yunani hydor - air + gennao - saya melahirkan), yaitu, "melahirkan air."

Nama Rusia "hidrogen" diusulkan pada tahun 1824 oleh ahli kimia M. Solovyov. Penentuan komposisi air menandai berakhirnya "teori phlogiston". Pada pergantian abad ke-18 dan 19, ditemukan bahwa atom hidrogen sangat ringan (dibandingkan dengan atom unsur lain) dan massanya diambil sebagai unit utama untuk membandingkan massa atom, memperoleh nilai sama dengan 1.

Properti fisik

Hidrogen adalah yang paling ringan dari semua zat yang dikenal sains (14,4 kali lebih ringan dari udara), densitasnya 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Bahan ini meleleh (memadat) dan mendidih (mencair), masing-masing, pada -259,1 ° C dan -252,8 ° C (hanya helium yang memiliki titik didih dan titik leleh lebih rendah).

Suhu kritis hidrogen sangat rendah (-240 °C). Untuk alasan ini, pencairannya adalah proses yang agak rumit dan mahal. Tekanan kritis suatu zat adalah 12,8 kgf / cm², dan densitas kritisnya adalah 0,0312 g / cm³. Di antara semua gas, hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi: pada 1 atm dan 0 ° C, yaitu 0,174 W / (mxK).

Kapasitas panas spesifik suatu zat dalam kondisi yang sama adalah 14,208 kJ / (kgxK) atau 3,394 kal / (gh ° C). Unsur ini sedikit larut dalam air (sekitar 0,0182 ml / g pada 1 atm dan 20 ° C), tetapi baik - di sebagian besar logam (Ni, Pt, Pa dan lain-lain), terutama di paladium (sekitar 850 volume per volume Pd ) .

Properti terakhir dikaitkan dengan kemampuannya untuk berdifusi, sedangkan difusi melalui paduan karbon (misalnya, baja) dapat disertai dengan penghancuran paduan karena interaksi hidrogen dengan karbon (proses ini disebut dekarbonisasi). Dalam keadaan cair, zat ini sangat ringan (kepadatan - 0,0708 g / cm³ pada t ° \u003d -253 ° C) dan cair (viskositas - 13,8 celcius dalam kondisi yang sama).

Dalam banyak senyawa, unsur ini menunjukkan valensi +1 (kondisi oksidasi), mirip dengan natrium dan logam alkali lainnya. Biasanya dianggap sebagai analog dari logam ini. Oleh karena itu, ia mengepalai kelompok I dari sistem Mendeleev. Dalam hidrida logam, ion hidrogen menunjukkan muatan negatif (bilangan oksidasi adalah -1), yaitu, Na + H- memiliki struktur yang mirip dengan Na + Cl- klorida. Sesuai dengan ini dan beberapa fakta lainnya (kedekatan sifat fisik elemen "H" dan halogen, kemampuan untuk menggantinya dengan halogen dalam senyawa organik), Hidrogen ditugaskan ke grup VII dari sistem Mendeleev.

Dalam kondisi normal, hidrogen molekuler memiliki aktivitas rendah, secara langsung menggabungkan hanya dengan non-logam yang paling aktif (dengan fluor dan klorin, dengan yang terakhir - dalam cahaya). Pada gilirannya, ketika dipanaskan, ia berinteraksi dengan banyak unsur kimia.

Atom hidrogen memiliki aktivitas kimia yang meningkat (dibandingkan dengan hidrogen molekuler). Dengan oksigen, ia membentuk air menurut rumus:

+ = ,

melepaskan 285.937 kJ/mol panas atau 68.3174 kkal/mol (25 °C, 1 atm). Di bawah kondisi suhu normal, reaksi berlangsung agak lambat, dan pada t ° >= 550 ° , tidak terkendali. Batas ledakan campuran hidrogen + oksigen berdasarkan volume adalah 4–94% H₂, dan campuran hidrogen + udara adalah 4–74% H₂ (campuran dua volume H₂ dan satu volume O₂ disebut gas eksplosif).

Unsur ini digunakan untuk mereduksi sebagian besar logam, karena ia mengambil oksigen dari oksida:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O dll.

Dengan halogen yang berbeda, hidrogen membentuk hidrogen halida, misalnya:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Namun, ketika bereaksi dengan fluor, hidrogen meledak (ini juga terjadi dalam gelap, pada -252 ° C), bereaksi dengan brom dan klorin hanya ketika dipanaskan atau diterangi, dan dengan yodium hanya ketika dipanaskan. Ketika berinteraksi dengan nitrogen, amonia terbentuk, tetapi hanya pada katalis, pada tekanan dan suhu tinggi:

ZN₂ + N₂ = 2NH₃.

Ketika dipanaskan, hidrogen aktif bereaksi dengan belerang:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfida),

dan jauh lebih sulit - dengan telurium atau selenium. Hidrogen bereaksi dengan karbon murni tanpa katalis, tetapi pada suhu tinggi:

2H₂ + C (amorf) = CH (metana).

Zat ini langsung bereaksi dengan beberapa logam (alkali, alkali tanah dan lain-lain), membentuk hidrida, misalnya:

+ 2Li = 2LiH.

Yang tidak kalah pentingnya secara praktis adalah interaksi hidrogen dan karbon monoksida (II). Dalam hal ini, tergantung pada tekanan, suhu dan katalis, berbagai senyawa organik terbentuk: HCHO, CH₃OH, dll. Hidrokarbon tak jenuh berubah menjadi jenuh selama reaksi, misalnya:

n n + = n n .

Hidrogen dan senyawanya memainkan peran luar biasa dalam kimia. Ini menentukan sifat asam yang disebut. asam protik cenderung membentuk ikatan hidrogen dengan unsur-unsur yang berbeda, yang memiliki efek signifikan pada sifat-sifat banyak senyawa anorganik dan organik.

Mendapatkan hidrogen

Jenis utama bahan baku untuk produksi industri elemen ini adalah gas kilang, gas yang mudah terbakar alami dan oven kokas. Itu juga diperoleh dari air melalui elektrolisis (di tempat-tempat dengan listrik yang terjangkau). Salah satu metode yang paling penting untuk memproduksi bahan dari gas alam adalah interaksi katalitik dari hidrokarbon, terutama metana, dengan uap air (yang disebut konversi). Sebagai contoh:

CH₄ + H₂O = CO + ZH₂.

Oksidasi sempurna hidrokarbon dengan oksigen:

CH₄ + O₂ \u003d CO + 2H₂.

Karbon monoksida (II) yang disintesis mengalami konversi:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Hidrogen yang dihasilkan dari gas alam adalah yang paling murah.

Untuk elektrolisis air, digunakan arus searah, yang dilewatkan melalui larutan NaOH atau KOH (asam tidak digunakan untuk menghindari korosi pada peralatan). Di bawah kondisi laboratorium, bahan diperoleh dengan elektrolisis air atau sebagai hasil reaksi antara asam klorida dan seng. Namun, lebih sering digunakan bahan pabrik yang sudah jadi dalam bentuk silinder.

Dari gas kilang dan gas oven kokas, elemen ini diisolasi dengan menghilangkan semua komponen lain dari campuran gas, karena lebih mudah dicairkan selama pendinginan dalam.

Bahan ini mulai diperoleh secara industri pada akhir abad ke-18. Kemudian digunakan untuk mengisi balon. Saat ini, hidrogen banyak digunakan dalam industri, terutama di industri kimia, untuk produksi amonia.

Konsumen massal zat tersebut adalah produsen metil dan alkohol lainnya, bensin sintetis, dan banyak produk lainnya. Mereka diperoleh dengan sintesis dari karbon monoksida (II) dan hidrogen. Hidrogen digunakan untuk hidrogenasi bahan bakar cair berat dan padat, lemak, dll., untuk sintesis HCl, hydrotreating produk minyak bumi, serta dalam pemotongan / pengelasan logam. Elemen terpenting untuk energi nuklir adalah isotopnya - tritium dan deuterium.

Peran biologis hidrogen

Sekitar 10% dari massa organisme hidup (rata-rata) jatuh pada elemen ini. Ini adalah bagian dari air dan kelompok yang paling penting dari senyawa alami, termasuk protein, asam nukleat, lipid, karbohidrat. Apa yang dilayaninya?

Bahan ini memainkan peran yang menentukan: dalam mempertahankan struktur spasial protein (kuartener), dalam menerapkan prinsip saling melengkapi asam nukleat (yaitu, dalam implementasi dan penyimpanan informasi genetik), secara umum, dalam "pengenalan" di tingkat molekuler. tingkat.

Ion hidrogen H+ mengambil bagian dalam reaksi/proses dinamis yang penting dalam tubuh. Termasuk: dalam oksidasi biologis, yang menyediakan energi bagi sel hidup, dalam reaksi biosintesis, dalam fotosintesis pada tumbuhan, dalam fotosintesis bakteri dan fiksasi nitrogen, dalam menjaga keseimbangan asam-basa dan homeostasis, dalam proses transportasi membran. Bersama dengan karbon dan oksigen, ia membentuk dasar fungsional dan struktural dari fenomena kehidupan.

Setelah karya J. Black, banyak ahli kimia di berbagai laboratorium di Inggris, Swedia, Prancis, dan Jerman mulai mempelajari gas. G. Cavendish mencapai sukses besar. Semua pekerjaan eksperimental ilmuwan yang cermat ini didasarkan pada metode penelitian kuantitatif. Dia banyak menggunakan penimbangan zat dan pengukuran volume gas, dipandu oleh hukum kekekalan massa. Dalam karya pertama G. Cavendnsh tentang kimia gas (1766), metode memperoleh dan sifat dijelaskan.

"Udara yang mudah terbakar" sudah dikenal sebelumnya (R. Boyle, N. Lemery). Pada 1745, M. V. Lomonosov, misalnya, mencatat bahwa "ketika logam dasar dilarutkan, terutama dalam alkohol asam, uap yang mudah terbakar keluar dari lubang botol, yang tidak lebih dari flogiston." Ini penting dalam dua hal: pertama, bertahun-tahun sebelum Cavendish, M. V. Lomonosov sampai pada kesimpulan bahwa "udara yang mudah terbakar" (yaitu, hidrogen) adalah flogiston; kedua, dari kutipan di atas dapat disimpulkan bahwa M. V. Lomonosov menerima doktrin phlogiston.

Tetapi tidak seorang pun sebelum G. Cavendish mencoba mengisolasi "udara yang mudah terbakar" dan mempelajari sifat-sifatnya. Dalam risalah kimia Three Works Containing Experiments with Artificial Types of Air (1766), ia menunjukkan bahwa ada gas yang berbeda dari udara, yaitu, di satu sisi, "hutan atau udara terikat", yang, sebagaimana ditetapkan oleh G. Cavendish ternyata 1,57 kali lebih berat dari udara biasa, di sisi lain, "udara yang mudah terbakar" adalah hidrogen. G. Cavendish menerimanya melalui aksi asam encer dan asam pada berbagai logam. Fakta bahwa di bawah aksi (seng, besi) gas yang sama (hidrogen) dilepaskan akhirnya meyakinkan G. Cavendish bahwa semua logam mengandung phlogiston, yang dilepaskan selama transformasi logam menjadi "bumi". Ilmuwan Inggris mengambil hidrogen untuk flogiston murni, karena gas terbakar tanpa meninggalkan residu, dan oksida logam yang diolah dengan gas ini direduksi menjadi logam yang sesuai saat dipanaskan.

Henry Cavendish

G. Cavendish, sebagai pendukung teori phlogiston, percaya bahwa itu tidak dipindahkan oleh logam dari asam, tetapi dilepaskan sebagai hasil dari penguraian logam "kompleks". Dia mewakili reaksi memperoleh "udara yang mudah terbakar" dari logam sebagai berikut:

Metode dan instrumen apa yang digunakan "bapak kimia zat gas" dapat dilihat dari berikut ini. Meninggalkan Leeds, J. Priestley, atas permintaan salah satu kenalannya, meninggalkannya sebuah palung tanah liat, yang ia gunakan sebagai wadah pneumatik dalam eksperimennya tentang komposisi udara dan yang, ironisnya J. Priestley berkomentar, “tidak berbeda dari bak tempat tukang cuci mencuci pakaian". Pada 1772, J. Priestley mengganti air dengan merkuri dalam bak pneumatik, yang memungkinkannya untuk pertama kalinya memperoleh dalam bentuk murni dan mempelajari gas yang larut dalam air: "udara asam klorida" () dan "udara alkali yang mudah menguap" - yang tidak berwarna gas dengan bau menyengat yang menyesakkan. Ini adalah yang dia dapatkan dengan memanaskan amonium klorida:

2NH 4 Cl + CaO \u003d 2NH 3 + CaCl 2 + H 2

"Plaster emas yang ditemukan oleh Priestley adalah ... penangas merkuri," tulis W. Ostwald. “Satu langkah lebih maju dalam hal teknis—perubahan air—adalah kunci dari sebagian besar penemuan Priestley.” J. Priestley mengamati bahwa jika percikan listrik dilewatkan melalui amonia, maka volumenya meningkat tajam. Pada tahun 1785, K.-L. Berthollet menetapkan bahwa ini disebabkan oleh dekomposisi amonia menjadi nitrogen dan hidrogen. J. Priestley mengamati bahwa interaksi dua gas yang berbau kuat (HCl dan NH 3) menghasilkan bubuk putih yang tidak berbau (NH 4 Cl). Pada tahun 1775, J. Priestley menerima, dan c. 1796 - yang dia kira sebagai phlogiston murni.