interaksi dengan air membentuk alkali; c) pasif, tidak aktif; b) ketika berinteraksi dengan logam, mereka membentuk garam; G) logam khas; 2. Logam yang dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen (dengan mereaksikannya dengan air pada n.a.): a) Zn; b) mg; c) Au; d) Hg; e) K; 3. Oksida dan hidroksida yang dapat bereaksi dengan asam dan basa disebut: a) amfoter b) asam c) basa 4. Dari kiri ke kanan dalam periode sifat logam: a) bertambah b) melemah c) tetap tidak berubah 5. Unsur subkelompok samping dari golongan VII: a) klorin b) fosfor c) mangan d) fransium 6. Muatan inti atom ditentukan: a) oleh periode nomor b) menurut nomor golongan c) menurut nomor urut 7. Struktur atom unsur yang sama dengan nomor urut 17 dan 35: a) total elektron; c) kuantitas level elektronik; d) jumlah elektron terakhir tingkat energi; b) jumlah neutron; 8. Barang dengan rumus elektronik 1s22s2p63s2p4: a) karbon; b) belerang; c) klorin; d) natrium; 9. Atom karbon memiliki rumus elektron: a) 1s22s22p3 b) 1s22s2 c) 1s22s22p2 10. Atom unsur manakah yang memiliki tingkat energi terakhir sebagai berikut ... 3s23p5: a) fosfor; b) fluor; c) klorin; d) magnesium; 11. Jumlah elektron tidak berpasangan dalam kulit elektron unsur Nomor 19: a) 1; b) 2; dalam 3; d) 4; 12. Nomor seri unsur yang atomnya mampu membentuk oksida yang lebih tinggi dari jenis RO3: a) No. 11 (natrium); b) Nomor 14 (silikon); c) Nomor 16 (belerang); 13. Suatu unsur dengan rumus elektronik 1s22s22p63s23p5 membentuk senyawa yang mudah menguap ikatan hidrogen jenis: a) RH4; b) RH3; c) H2R; d) SDM; 14. Volume 3 mol hidrogen pada kondisi normal: a) 22,4 liter; b) 44,8 liter; c) 67,2 liter; d) 89,6 liter; e) 112 liter; 15. Unsur periode keempat, terletak di subgrup sekunder; oksida dan hidroksida menunjukkan karakter amfoter. Unsur ini membentuk RO tipe oksida dan hidroksida R(OH)2. a) magnesium b) kalsium c) seng d) karbon 16. Valensi maksimum silikon: a) IV b) V c) VI d) VII 17. Valensi minimum selenium (No. 34): a) I b) II c ) III d ) IV 18. Massa molekul garam yang diperoleh dari interaksi dua oksida yang lebih tinggi unsur-unsur dengan konfigurasi atom di dalamnya, masing-masing, 1s22s22p63s23p64s1 dan 1s22s22p3 sama dengan: a) 85; b) 111; c) 63; d) 101; e) 164; 19. Hasil kali "X", yang diperoleh sebagai hasil transformasi: Al garam Al (OH) 3 X a) Al Cl3 b) Al H3 c) Na Al O2 d) Al e) Al2O3 20. Jumlah koefisien dalam persamaan reaksi, skema yang H2S + O2 → SO2 + H2O a) 5; b) 6; Pukul 7; d) 8; e) 9; 21. Masa molar magnesium oksida (dalam g/mol): a) 24; b) 36; c) 40; d) 80; e) 82; 22. Jumlah mol oksida besi (III) yang membentuk 800 g koneksi ini: a) 1; b) 2; dalam 3; d) 4; e) 5; 23. Selama pembakaran 8 g metana CH4, 401 kJ panas dilepaskan. Hitung efek termal (Q) reaksi kimia CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g) + Q: a) + 401 kJ; b) + 802 kJ; c) - 802 kJ; d) + 1604 kJ; e) - 1604 kJ; 24. Dalam kondisi normal, 128 g oksigen menempati volume: a) 11,2 l; b) 22,4 liter; c) 44,8 liter; d) 67,2 liter; e) 89,6 liter; 25. Fraksi massa hidrogen dalam senyawa SiH4 adalah: a) 30%; b) 12,5%; c) 40%; d) 60%; e) 65%; 26. Fraksi massa oksigen dalam senyawa EO2 adalah 50%. Nama unsur E dalam senyawa: a) nitrogen; b) titanium; c) belerang; d) selenium; e) karbon; 27. Jumlah mol oksida besi (III) yang berinteraksi dengan 44,8 liter hidrogen (n.o.): a) 0,67 mol; b) 2 mol; c) 0,3 mol; d) 0,4 mol; e) 5 mol; 28. Berat asam klorida diperlukan untuk mendapatkan 44,8 liter hidrogen (n.o.) (Mg + 2HCl = MgCl2 + H2): a) 146 g; b) 73 gram; c) 292 gram; d) 219 gram; e) 20 gram; 29. Massa garam yang terkandung dalam 400 g larutan natrium klorida 80%: a) 146 g; b) 320 gram; c) 210 gram; d) 32 gram; e) 200 gram; 30. Massa garam, yang dibentuk oleh interaksi kalium hidroksida dengan 300 g larutan asam ortofosfat 65%: a) 422 g; b) 196 gram; c) 360 gram; d) 435 gram; e) 200 gram;

Pada tahun 1766, ahli kimia Inggris G. Cavendish mengumpulkan "udara yang mudah terbakar" yang digantikan oleh logam dari asam dan mempelajari sifat-sifatnya. Tetapi hanya 15 tahun kemudian terbukti bahwa "udara" ini adalah bagian dari air, dan nama "hidrogenium" diberikan padanya, yaitu, "melahirkan air", "hidrogen".

Bagian hidrogen di Bumi, termasuk air dan udara, menyumbang sekitar 1% massa. Ini sangat umum dan vital elemen penting. Ini adalah bagian dari semua tumbuhan dan hewan, serta zat paling umum di Bumi - air.

Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Itu berdiri di awal yang panjang dan proses yang kompleks sintesis unsur-unsur dalam bintang.

Energi matahari adalah sumber utama kehidupan di Bumi. Dan prinsip dasar energi ini - reaksi termonuklir terjadi di Matahari dalam beberapa tahap. Hasilnya adalah pembentukan 4 inti hidrogen - proton dari satu inti helium dan dua positron. Pada saat yang sama, ini menyoroti jumlah yang banyak energi.

Manusia berhasil mereproduksi di Bumi bukan kemiripan yang sangat akurat dari reaksi matahari utama. PADA kondisi duniawi kita hanya dapat memaksa isotop berat hidrogen 2 H - deuterium dan 3 H - tritium untuk masuk ke dalam reaksi seperti itu. Hidrogen biasa dengan massa atom 1 - protium - berada di luar kendali kita dalam pengertian ini. Dikelola fusi termonuklir sebagai sumber energi damai yang tidak terbatas belum tersedia bagi manusia.

PADA sistem periodik unsur hidrogen menempati tempat spesial. Ini adalah elemen yang dimulai tabel periodik Mendeleev. Biasanya berdiri di grup I di atas lithium. Karena atom hidrogen hanya memiliki satu elektron valensi (dan umumnya satu elektron). Namun, di edisi modern hidrogen tabel periodik juga ditempatkan di kelompok VII lebih dari fluor, karena hidrogen ditemukan sama dengan halogen. Selain itu, hidrogen mampu membentuk senyawa dengan logam - hidrida. Dalam prakteknya, yang paling penting adalah kombinasi lithium dengan deuterium hidrogen berat.

Isotop semua unsur memiliki sifat fisika dasar dan Sifat kimia praktis identik. Tetapi untuk isotop hidrogen - protium, deuterium dan tritium - mereka sangat berbeda. Misalnya, titik didih protium, deuterium, dan tritium berbeda beberapa derajat. Oleh karena itu, isotop hidrogen lebih mudah dipisahkan daripada isotop unsur lainnya.

Hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ini adalah yang paling ringan dari semua gas, 14,4 kali lebih ringan dari udara. Hidrogen menjadi cair pada -252,6°C dan padat pada -259,1°C.

PADA kondisi normal aktivitas kimia hidrogen rendah, ia bereaksi dengan fluor, yodium dan klorin. Tapi di suhu tinggi hidrogen berinteraksi dengan brom, yodium, belerang, selenium, telurium, dan dengan adanya katalis dengan nitrogen, membentuk amonia NH3. Campuran 2 volume H2 dan 1 volume O2 - disebut gas eksplosif - meledak hebat ketika dinyalakan. Hidrogen terbakar dalam oksigen dengan nyala api yang tidak bercahaya, membentuk air.

Pada suhu tinggi hidrogen mampu "menghilangkan" oksigen dari molekul banyak senyawa, termasuk sebagian besar oksida logam. Bagi seorang ahli kimia, hidrogen, pertama-tama, merupakan zat pereduksi yang sangat baik, meskipun masih cukup mahal. Ya, dan tidak mudah untuk bekerja dengannya. Oleh karena itu, pada skala industri, reduksi hidrogen (misalnya, logam dari oksida) digunakan sangat terbatas.

Hidrogen banyak digunakan dalam proses hidrogenasi - transformasi lemak cair menjadi padat, misalnya, untuk mendapatkan margarin yang dapat dimakan dari minyak nabati, serta dalam sejumlah sintesis kimia. Konsumen hidrogen terbesar di industri kimia masih tetap produksi amonia dan metil alkohol.

Meningkatnya minat sedang ditunjukkan hari ini di hidrogen sebagai sumber energi panas. Memang, pembakaran hidrogen murni melepaskan secara signifikan lebih panas daripada saat membakar jumlah bahan bakar yang sama. Bahkan ada desain untuk kendaraan bertenaga hidrogen. Di sebagian besar dari mereka, sumber hidrogen adalah hidrida padat dari beberapa logam, yang, dalam kondisi tertentu, dengan kuat menahan hidrogen yang terkait dengannya. Tetapi ada baiknya mengubah kondisi ini, misalnya, menaikkan suhu di atas beberapa, biasanya agak rendah, ambang batas, dan hidrogen mulai dilepaskan ke perangkat yang menggantikan karburator di mobil seperti itu. Tentu saja, dalam perjalanan menciptakan massa mobil hidrogen masih banyak kendala teknis. Tetapi, tampaknya, mereka akan segera diatasi, karena bahan bakar seperti itu sangat bermanfaat. Selain itu, ketika hidrogen dibakar, ia tidak terbentuk kotoran berbahaya mencemari atmosfer, dan hanya air bersih yang diperoleh.

Cairan

Hidrogen(lat. Hidrogenium; dilambangkan dengan simbol H) adalah unsur pertama dari sistem periodik unsur. Tersebar luas di alam. Kation (dan inti) dari isotop hidrogen 1 H yang paling umum adalah proton. Sifat-sifat inti 1 H memungkinkan penggunaan spektroskopi NMR secara luas dalam analisis bahan organik.

Ketiga isotop hidrogen memiliki nama sendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) dan 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Zat sederhana hidrogen - H 2 - adalah gas ringan yang tidak berwarna. Dalam campuran dengan udara atau oksigen, mudah terbakar dan meledak. Tidak beracun. Larut dalam etanol dan sejumlah logam: besi, nikel, paladium, platinum.

Cerita

Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi asam dan logam diamati pada tanggal 16 dan Abad XVII pada awal pembentukan kimia sebagai ilmu. Mikhail Vasilyevich Lomonosov juga secara langsung menunjuk ke isolasinya, tetapi sudah pasti menyadari bahwa ini bukan phlogiston. fisikawan Inggris dan ahli kimia Henry Cavendish pada tahun 1766 ia menyelidiki gas ini dan menyebutnya "udara yang mudah terbakar". Ketika dibakar, "udara yang mudah terbakar" menghasilkan air, tetapi kepatuhan Cavendish pada teori flogiston mencegahnya melakukannya. kesimpulan yang benar. ahli kimia Prancis Antoine Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier, menggunakan gasometer khusus, pada tahun 1783 melakukan sintesis air, dan kemudian menganalisisnya, menguraikan uap air dengan besi panas-merah. Dengan demikian, ia menetapkan bahwa "udara yang mudah terbakar" adalah bagian dari air dan dapat diperoleh darinya.

asal nama

Lavoisier memberi nama hidrogne menjadi hidrogen, yang berarti "mengandung air". nama Rusia"hidrogen" diusulkan oleh ahli kimia M.F. Solovyov pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" Slomonosov.

Prevalensi

Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Ini menyumbang sekitar 92% dari semua atom (8% adalah atom helium, bagian dari semua elemen lain yang diambil bersama-sama kurang dari 0,1%). Jadi, hidrogen adalah yang utama komponen bintang dan gas antarbintang. Di bawah kondisi suhu bintang (misalnya, suhu permukaan Matahari ~ 6000 °C), hidrogen ada dalam bentuk plasma; di ruang antarbintang, elemen ini ada dalam bentuk molekul individu, atom, dan ion dan dapat membentuk awan molekuler yang bervariasi secara signifikan dalam ukuran, kepadatan, dan suhu.

Kerak bumi dan organisme hidup

Fraksi massa hidrogen dalam kerak bumi adalah 1% - ini adalah elemen kesepuluh yang paling umum. Namun, perannya di alam tidak ditentukan oleh massa, tetapi oleh jumlah atom, yang bagiannya di antara unsur-unsur lain adalah 17% (tempat kedua setelah oksigen, proporsi atomnya ~ 52%). Oleh karena itu, pentingnya hidrogen dalam proses kimia yang terjadi di Bumi hampir sama pentingnya dengan oksigen. Tidak seperti oksigen, yang ada di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi berbentuk senyawa; hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk zat sederhana yang ditemukan di atmosfer (0,00005% volume).

Hidrogen adalah konstituen dari hampir semua zat organik dan hadir di semua sel hidup. Dalam sel hidup, berdasarkan jumlah atom, hidrogen menyumbang hampir 50%.

Resi

Metode industri untuk mendapatkan zat sederhana tergantung pada bentuk di mana elemen yang sesuai berada di alam, yaitu, apa yang bisa menjadi bahan baku untuk produksinya. Jadi, oksigen, tersedia dalam keadaan bebas, diperoleh secara fisik- ekstraksi dari udara cair. Hidrogen, di sisi lain, hampir semuanya dalam bentuk senyawa, oleh karena itu, untuk mendapatkannya, metode kimia. Secara khusus, reaksi dekomposisi dapat digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah dengan reaksi penguraian air oleh arus listrik.

Dasar cara industri produksi hidrogen - reaksi dengan air metana, yang merupakan bagian dari gas alam. Ini dilakukan pada suhu tinggi (mudah untuk memverifikasi bahwa ketika metana dilewatkan bahkan melalui air mendidih, tidak ada reaksi yang terjadi):

CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 165 kJ

Di laboratorium, untuk mendapatkan zat sederhana, tidak harus menggunakan bahan baku alami, tetapi yang bahan awal dari mana lebih mudah untuk mengisolasi zat yang diinginkan. Misalnya, di laboratorium, oksigen tidak diperoleh dari udara. Hal yang sama berlaku untuk produksi hidrogen. Satu dari metode laboratorium memperoleh hidrogen, yang kadang-kadang digunakan dalam industri, adalah penguraian air oleh arus listrik.

Hidrogen biasanya diproduksi di laboratorium dengan mereaksikan seng dengan asam klorida.

Dalam industri

1. Elektrolisis larutan air garam:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Melewati uap air di atas kokas panas pada suhu sekitar 1000 °C:

H2O+C? H2 + CO

3.Dari gas alam.

Konversi uap:

CH4 + H2O? CO + 3H 2 (1000 °C)

Oksidasi katalitik dengan oksigen:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Cracking dan reformasi hidrokarbon dalam proses penyulingan minyak.

Di laboratorium

1.Aksi asam encer pada logam. Untuk melakukan reaksi seperti itu, seng dan asam klorida encer paling sering digunakan:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interaksi kalsium dengan air:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.Hidrolisis hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Tindakan alkali pada seng atau aluminium:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Dengan bantuan elektrolisis. Selama elektrolisis larutan alkali atau asam dalam air, hidrogen dilepaskan di katoda, misalnya:

2H 3 O + + 2e → H 2 + 2H 2 O

Properti fisik

Hidrogen dapat eksis dalam dua bentuk (modifikasi) - dalam bentuk orto- dan para-hidrogen. Dalam molekul ortohidrogen Hai-H 2 (mp. 259.10 ° C, bp. 252.56 ° C) putaran nuklir diarahkan dengan cara yang sama (paralel), sedangkan parahidrogen p-H 2 (mp. 259.32 ° C, bp. 252.89 ° C) - berlawanan satu sama lain (anti-paralel). Campuran kesetimbangan Hai-H2 dan p-H2 pada suhu tertentu disebut hidrogen kesetimbangan e-H2.

Modifikasi hidrogen dapat dipisahkan dengan adsorpsi pada karbon aktif pada suhu nitrogen cair. sangat suhu rendah keseimbangan antara ortohidrogen dan parahidrogen hampir seluruhnya bergeser ke arah yang terakhir. Pada 80 K, rasio aspeknya kira-kira 1:1. Parahidrogen yang terdesorbsi, ketika dipanaskan, berubah menjadi ortohidrogen hingga pembentukan kesetimbangan pada suhu kamar campuran (orto-paragraf: 75:25). Tanpa katalis, transformasi terjadi secara perlahan (dalam kondisi medium antarbintang - dengan waktu yang khas hingga yang kosmologis), yang memungkinkan untuk mempelajari sifat-sifat modifikasi individu.

Hidrogen adalah gas yang paling ringan, 14,5 kali lebih ringan dari udara. Jelas bahwa apa lebih sedikit massa molekul, semakin tinggi kecepatannya pada suhu yang sama. Sebagai yang paling ringan, molekul hidrogen bergerak lebih cepat daripada molekul gas lainnya dan dengan demikian dapat mentransfer panas dari satu benda ke benda lain lebih cepat. Oleh karena itu, hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara zat gas. Konduktivitas termalnya sekitar tujuh kali lebih tinggi dari udara.

Molekul hidrogen adalah diatomik - H 2. Dalam kondisi normal, itu adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Kepadatan 0,08987 g/l (no), titik didih 252,76 °C, panas spesifik pembakaran 120,9 × 10 6 J / kg, sedikit larut dalam air - 18,8 ml / l. Hidrogen sangat larut dalam banyak logam (Ni, Pt, Pd, dll.), terutama dalam paladium (850 volume per 1 volume Pd). Terkait dengan kelarutan hidrogen dalam logam adalah kemampuannya untuk berdifusi melalui mereka; difusi melalui paduan karbon (misalnya, baja) kadang-kadang disertai dengan penghancuran paduan karena interaksi hidrogen dengan karbon (yang disebut dekarbonisasi). Praktis tidak larut dalam perak.

hidrogen cair ada dalam kisaran suhu yang sangat sempit dari 252,76 hingga 259,2 °C. Ini adalah cairan tidak berwarna, sangat ringan (densitas pada -253 °C 0,0708 g / cm 3) dan cairan (viskositas pada -253 °C 13,8 celcius). Parameter kritis hidrogen sangat rendah: suhu -240,2 °C dan tekanan 12,8 atm. Ini menjelaskan kesulitan dalam mencairkan hidrogen. Dalam keadaan cair, hidrogen kesetimbangan terdiri dari 99,79% para-H 2 , 0,21% orto-H 2 .

Hidrogen padat, titik leleh 259.2 °C, kerapatan 0,0807 g/cm3 (pada 262 °C) — massa seperti salju, kristal heksagonal, grup ruang P6/mmc, parameter sel sebuah=3,75 c=6.12. Pada tekanan tinggi hidrogen masuk ke keadaan logam.

isotop

Hidrogen terjadi dalam bentuk tiga isotop, yang memiliki nama individu: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Protium dan deuterium adalah isotop stabil dengan nomor massa 1 dan 2. Kandungannya di alam masing-masing adalah 99.9885 ± 0.0070% dan 0.0115 ± 0.0070%. Rasio ini mungkin sedikit berbeda tergantung pada sumber dan metode produksi hidrogen.

Isotop hidrogen 3 H (tritium) tidak stabil. Waktu paruhnya adalah 12,32 tahun. Tritium ditemukan di alam dalam jumlah yang sangat kecil.

Literatur juga menyediakan data tentang isotop hidrogen dengan nomor massa 4–7 dan waktu paruh 10–22–10–23 detik.

Hidrogen alami terdiri dari molekul H2 dan HD (deuterohidrogen) dengan perbandingan 3200:1. Kandungan deuterium hidrogen D 2 murni bahkan lebih sedikit. Rasio konsentrasi HD dan D2 adalah sekitar 6400:1.

Dari semua isotop unsur kimia sifat fisik dan kimia isotop hidrogen paling berbeda satu sama lain. Ini disebabkan oleh perubahan relatif terbesar dalam massa atom.

	Suhu meleleh, K	Suhu mendidih, K	tiga kali lipat dot, K / kPa	kritis dot, K / kPa	Kepadatan cair/gas, kg/m³

Deuterium dan tritium juga memiliki modifikasi orto dan para: p-D2, Hai-D2, p-T2, Hai-T2 . Hidrogen heteroisotopik (HD, HT, DT) tidak memiliki modifikasi orto dan para.

Sifat kimia

Fraksi molekul hidrogen terdisosiasi

Molekul hidrogen H 2 cukup kuat, dan agar hidrogen dapat bereaksi, banyak energi yang harus dikeluarkan:

H 2 \u003d 2H - 432 kJ

Oleh karena itu, pada suhu biasa, hidrogen hanya bereaksi dengan logam yang sangat aktif, seperti kalsium, membentuk kalsium hidrida:

Ca + H 2 \u003d CaH 2

dan dengan satu-satunya non-logam - fluor, membentuk hidrogen fluorida:

Hidrogen bereaksi dengan sebagian besar logam dan non-logam pada suhu tinggi atau di bawah pengaruh lain, seperti pencahayaan:

O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O

Itu dapat "mengambil" oksigen dari beberapa oksida, misalnya:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O

Persamaan tertulis mencerminkan sifat restoratif hidrogen.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Membentuk hidrogen halida dengan halogen:

F 2 + H 2 → 2HF, reaksi berlangsung dengan ledakan dalam gelap dan pada suhu berapa pun,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reaksi berlangsung dengan ledakan, hanya dalam cahaya.

Ini berinteraksi dengan jelaga pada pemanasan yang kuat:

C + 2H 2 → CH 4

Interaksi dengan logam alkali dan alkali tanah

Saat berinteraksi dengan logam aktif, hidrogen membentuk hidrida:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H2 → MgH2

hidrida- garam, padatan, mudah terhidrolisis:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interaksi dengan oksida logam (biasanya d-elemen)

Oksida direduksi menjadi logam:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogenasi senyawa organik

Hidrogen molekuler banyak digunakan dalam sintesis organik untuk pemulihan senyawa organik. Proses-proses ini disebut reaksi hidrogenasi. Reaksi-reaksi ini dilakukan dengan adanya katalis pada tekanan tinggi dan suhu. Katalis dapat berupa homogen (misalnya katalis Wilkinson) atau heterogen (misalnya nikel Raney, paladium pada karbon).

Jadi, khususnya, selama hidrogenasi katalitik dari senyawa tak jenuh, seperti alkena dan alkuna, senyawa jenuh, alkana, terbentuk.

Geokimia hidrogen

Hidrogen bebas H2 relatif jarang dalam gas terestrial, tetapi dalam bentuk air diterima secara eksklusif partisipasi penting dalam proses geokimia.

Hidrogen dapat hadir dalam mineral dalam bentuk ion amonium, ion hidroksil, dan air kristal.

Hidrogen terus diproduksi di atmosfer sebagai akibat dari dekomposisi air. radiasi sinar matahari. Memiliki massa kecil, molekul hidrogen memiliki laju gerakan difusi yang tinggi (mendekati yang kedua kecepatan ruang) dan, masuk ke atmosfer atas, bisa terbang ke luar angkasa.

Fitur sirkulasi

Hidrogen, ketika dicampur dengan udara, membentuk campuran eksplosif - yang disebut gas eksplosif. Gas ini paling eksplosif di rasio volume hidrogen dan oksigen 2:1, atau hidrogen dan udara sekitar 2:5, karena udara mengandung sekitar 21% oksigen. Hidrogen juga merupakan bahaya kebakaran. Hidrogen cair dapat menyebabkan radang dingin yang parah jika bersentuhan dengan kulit.

Konsentrasi eksplosif hidrogen dengan oksigen terjadi dari 4% hingga 96% volume. Ketika dicampur dengan udara dari 4% menjadi 75(74)% volume.

Ekonomi

Biaya hidrogen dalam pengiriman grosir besar berkisar antara $2-5 per kg.

Aplikasi

Atom hidrogen digunakan untuk pengelasan atom hidrogen.

Industri kimia

• Dalam produksi amonia, metanol, sabun dan plastik
• Dalam produksi margarin dari minyak nabati cair
• Terdaftar sebagai bahan tambahan makanan E949(membungkus gas)

industri makanan

Industri penerbangan

Hidrogen sangat ringan dan selalu naik di udara. Setelah kapal udara dan balon diisi dengan hidrogen. Tapi di usia 30-an. abad ke-20 ada beberapa bencana, di mana kapal udara meledak dan terbakar. Saat ini, kapal udara diisi dengan helium, meskipun biayanya jauh lebih tinggi.

Bahan bakar

Hidrogen digunakan sebagai bahan bakar roket.

Penelitian sedang berlangsung tentang penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar untuk mobil dan truk. Mesin hidrogen tidak mencemari lingkungan dan hanya mengeluarkan uap air.

Sel bahan bakar hidrogen-oksigen menggunakan hidrogen untuk secara langsung mengubah energi reaksi kimia menjadi energi listrik.

"hidrogen cair"(“LW”) adalah keadaan agregasi hidrogen cair, dengan berat jenis rendah 0,07 g/cm³ dan sifat kriogenik dengan titik beku 14,01 K (−259,14 °C) dan titik didih 20,28 K (−252,87 °C). Ini adalah cairan tidak berwarna, tidak berbau yang, ketika dicampur dengan udara, adalah: bahan peledak dengan kisaran faktor pengapian 4-75%. Rasio spin isomer dalam hidrogen cair adalah: 99,79% - parahidrogen; 0,21% - ortohidrogen. Koefisien ekspansi hidrogen saat berubah keadaan agregasi gas adalah 848:1 pada 20°C.

Seperti gas lainnya, mencairkan hidrogen mengurangi volumenya. Setelah pencairan, "ZHV" disimpan dalam wadah berinsulasi termal di bawah tekanan. Hidrogen cair hidrogen cair, LH2, LH 2) banyak digunakan dalam industri, sebagai bentuk penyimpanan gas, dan dalam industri luar angkasa, sebagai bahan bakar roket.

Cerita

Penggunaan pendinginan buatan pertama yang didokumentasikan pada tahun 1756 adalah oleh ilmuwan Inggris William Cullen, Gaspard Monge adalah orang pertama yang memperoleh keadaan cair oksida belerang pada tahun 1784, Michael Faraday adalah orang pertama yang mendapatkan amonia cair, penemu Amerika Oliver Evans adalah pertama yang mengembangkan kompresor pendingin pada tahun 1805, Jacob Perkins adalah orang pertama yang mematenkan mesin pendingin pada tahun 1834 dan John Gorey adalah orang pertama di AS yang mematenkan AC pada tahun 1851. Werner Siemens mengusulkan konsep pendinginan regeneratif pada tahun 1857, Carl Linde mematenkan peralatan untuk memproduksi udara cair menggunakan "efek ekspansi Joule-Thomson" yang mengalir dan pendinginan regeneratif pada tahun 1876. Pada tahun 1885, fisikawan dan kimiawan Polandia Zygmund Wroblewski menerbitkan suhu kritis hidrogen 33 K, tekanan kritis 13,3 atm. dan titik didih pada 23 K. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh James Dewar pada tahun 1898 menggunakan pendinginan regeneratif dan penemuannya, bejana Dewar. Sintesis pertama dari isomer stabil hidrogen cair, parahidrogen, dilakukan oleh Paul Harteck dan Karl Bonhoeffer pada tahun 1929.

Spin isomer hidrogen

Hidrogen pada suhu kamar terutama terdiri dari isomer spin, ortohidrogen. Setelah produksi, hidrogen cair berada dalam keadaan metastabil dan harus diubah menjadi bentuk parahidrogen untuk menghindari ledakan reaksi eksotermik, yang terjadi ketika berubah pada suhu rendah. Konversi ke fase parahidrogen biasanya dilakukan dengan menggunakan katalis seperti oksida besi, kromium oksida, Karbon aktif asbes berlapis platinum, logam tanah jarang atau dengan menggunakan aditif uranium atau nikel.

Penggunaan

Hidrogen cair dapat digunakan sebagai bentuk penyimpanan bahan bakar untuk mesin pembakaran internal dan sel bahan bakar. Berbagai kapal selam (proyek "212A" dan "214", Jerman) dan konsep transportasi hidrogen dibuat menggunakan ini bentuk agregat hidrogen (lihat misalnya "DeepC" atau "BMW H2R"). Karena kedekatan desain, pembuat peralatan di "ZHV" dapat menggunakan atau hanya memodifikasi sistem yang menggunakan gas alam cair ("LNG"). Namun, karena lebih rendah kepadatan massal Energi untuk pembakaran membutuhkan lebih banyak hidrogen daripada gas alam. Jika hidrogen cair digunakan sebagai pengganti "CNG" di mesin reciprocating, biasanya diperlukan sistem bahan bakar yang lebih besar. Dengan injeksi langsung, peningkatan kerugian di saluran masuk mengurangi pengisian silinder.

Hidrogen cair juga digunakan untuk mendinginkan neutron dalam eksperimen hamburan neutron. Massa neutron dan inti hidrogen hampir sama, sehingga terjadi pertukaran energi di tumbukan elastis paling efisien.

Keuntungan

Keuntungan menggunakan hidrogen adalah "emisi nol" dari aplikasinya. Produk interaksinya dengan udara adalah air.

Hambatan

Satu liter "ZHV" beratnya hanya 0,07 kg. Yaitu, miliknya berat jenis adalah 70,99 g/L pada 20 K. Hidrogen cair memerlukan teknologi penyimpanan kriogenik seperti wadah berinsulasi termal khusus dan memerlukan penanganan khusus, yang umum untuk semua bahan kriogenik. Ini dekat dalam hal ini oksigen cair, tetapi membutuhkan lebih banyak kehati-hatian karena bahaya kebakaran. Bahkan dalam wadah yang terisolasi, sulit untuk menyimpannya pada suhu rendah yang diperlukan untuk membuatnya tetap cair (biasanya menguap pada tingkat 1% per hari). Saat menanganinya, Anda juga harus mengikuti tindakan pencegahan keselamatan biasa saat bekerja dengan hidrogen - hidrogen cukup dingin untuk mencairkan udara, yang mudah meledak.

Bahan bakar roket

Hidrogen cair adalah komponen umum bahan bakar roket, yang digunakan untuk akselerasi jet kendaraan peluncuran dan pesawat luar angkasa. Pada sebagian besar mesin roket propelan cair, hidrogen pertama kali digunakan untuk mendinginkan nosel dan bagian lain dari mesin secara regeneratif sebelum dicampur dengan oksidator dan dibakar untuk menghasilkan daya dorong. Mesin bertenaga H 2 /O 2 modern yang digunakan mengkonsumsi campuran bahan bakar yang kaya hidrogen, yang menghasilkan beberapa hidrogen yang tidak terbakar di knalpot. Selain meningkatkan impuls spesifik mesin dengan mengurangi berat molekul, ini juga mengurangi erosi nosel dan ruang bakar.

Hambatan seperti itu untuk penggunaan "ZHV" di area lain, seperti sifat kriogenik dan kepadatan rendah, juga merupakan penghalang untuk digunakan dalam kasus ini. Untuk tahun 2009, hanya ada satu kendaraan peluncuran (LV "Delta-4"), yang seluruhnya merupakan roket hidrogen. Pada dasarnya, "ZHV" digunakan baik di tingkat atas roket, atau di blok, yang melakukan sebagian besar pekerjaan meluncurkan muatan ke ruang angkasa dalam ruang hampa. Sebagai salah satu upaya untuk meningkatkan densitas bahan bakar jenis ini, ada usulan untuk menggunakan hidrogen seperti lumpur, yaitu bentuk semi-beku "ZHV".

Dalam sistem periodik memiliki tempat tertentu posisi, yang mencerminkan sifat-sifat yang ditampilkan olehnya dan berbicara tentangnya struktur elektronik. Namun, di antara semuanya ada satu atom khusus yang menempati dua sel sekaligus. Itu terletak di dua kelompok elemen yang sepenuhnya berlawanan dalam sifat yang dimanifestasikan. Ini adalah hidrogen. Fitur-fitur ini membuatnya unik.

Hidrogen bukan hanya unsur, tetapi juga zat sederhana, serta merupakan bagian integral dari banyak koneksi yang kompleks, unsur biogenik dan organogenik. Karena itu, kami mempertimbangkan karakteristik dan propertinya secara lebih rinci.

Hidrogen sebagai unsur kimia

Hidrogen adalah unsur dari kelompok pertama dari subkelompok utama, serta kelompok ketujuh dari subkelompok utama pada periode kecil pertama. Periode ini hanya terdiri dari dua atom: helium dan elemen yang sedang kita bahas. Mari kita jelaskan fitur-fitur utama dari posisi hidrogen dalam sistem periodik.

1. Nomor urut hidrogen adalah 1, jumlah elektron sama, masing-masing, jumlah proton sama. Massa atom adalah 1,00795. Ada tiga isotop unsur ini dengan nomor massa 1, 2, 3. Namun, sifat masing-masing sangat berbeda, karena peningkatan massa bahkan satu untuk hidrogen langsung berlipat ganda.
2. Fakta bahwa ia hanya mengandung satu elektron di bagian luar memungkinkannya untuk berhasil menunjukkan sifat pengoksidasi dan pereduksi. Selain itu, setelah pelepasan elektron, ia tetap menjadi orbital bebas, yang mengambil bagian dalam pembentukan ikatan kimia sesuai dengan mekanisme donor-akseptor.
3. Hidrogen merupakan reduktor kuat. Oleh karena itu, kelompok pertama dari subkelompok utama dianggap sebagai tempat utamanya, di mana dia paling banyak memimpin logam aktif- basa.
4. Namun, ketika berinteraksi dengan zat pereduksi kuat, seperti, misalnya, logam, ia juga dapat menjadi zat pengoksidasi, menerima elektron. Senyawa ini disebut hidrida. Atas dasar ini, ia mengepalai subkelompok halogen, yang serupa.
5. Terima kasih yang sangat kecil massa atom Hidrogen dianggap sebagai unsur paling ringan. Selain itu, kerapatannya juga sangat rendah, sehingga juga menjadi tolak ukur ringannya.

Dengan demikian, jelaslah bahwa atom hidrogen adalah suatu yang benar-benar unik, tidak seperti semua unsur lainnya. Akibatnya, sifat-sifatnya juga istimewa, dan yang terbentuk sederhana dan zat kompleks sangat penting. Mari kita pertimbangkan lebih lanjut.

bahan sederhana

Jika kita berbicara tentang elemen ini sebagai molekul, maka kita harus mengatakan bahwa itu adalah diatomik. Artinya, hidrogen (zat sederhana) adalah gas. Rumus empirisnya akan ditulis sebagai H 2, dan grafiknya - melalui satu ikatan sigma H-H. Mekanisme pembentukan ikatan antar atom adalah kovalen non-polar.

1. Reformasi uap metana.
2. Gasifikasi batubara - prosesnya melibatkan pemanasan batubara hingga 1000 0 C, menghasilkan pembentukan hidrogen dan batubara karbon tinggi.
3. Elektrolisa. Metode ini hanya dapat digunakan untuk larutan berair dari berbagai garam, karena lelehan tidak menyebabkan pelepasan air di katoda.

Metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen:

1. Hidrolisis hidrida logam.
2. Aksi asam encer pada logam aktif dan aktivitas sedang.
3. Interaksi basa dan logam alkali tanah dengan air.

Untuk mengumpulkan hidrogen yang dihasilkan, tabung reaksi harus terbalik. Lagi pula, gas ini tidak dapat dikumpulkan dengan cara yang sama seperti, misalnya, karbon dioksida. Ini adalah hidrogen, jauh lebih ringan dari udara. Menghilang dengan cepat, dan jumlah besar meledak ketika bercampur dengan udara. Oleh karena itu, tabung harus dibalik. Setelah diisi, itu harus ditutup dengan sumbat karet.

Untuk memeriksa kemurnian hidrogen yang terkumpul, Anda harus membawa korek api yang menyala ke leher. Jika kapas tuli dan tenang, maka gasnya bersih, dengan sedikit kotoran udara. Jika keras dan bersiul - kotor, dengan bagian besar komponen asing.

Area penggunaan

Ketika hidrogen dibakar, ia melepaskan sejumlah besar energi (panas), bahwa gas ini dianggap sebagai bahan bakar yang paling menguntungkan. Selain itu, ramah lingkungan. Namun, penggunaannya di area ini saat ini terbatas. Hal ini disebabkan oleh masalah yang tidak dipahami dan belum terpecahkan dalam mensintesis hidrogen murni, yang akan cocok untuk digunakan sebagai bahan bakar di reaktor, mesin dan perangkat portabel, serta boiler pemanas perumahan.

Lagi pula, metode untuk mendapatkan gas ini cukup mahal, jadi pertama-tama perlu dikembangkan metode sintesis khusus. Salah satu yang memungkinkan Anda menerima produk di volume besar dan dengan biaya minimal.

Ada beberapa area utama di mana gas yang kami pertimbangkan digunakan.

1. Sintesis kimia. Berdasarkan hidrogenasi, sabun, margarin, dan plastik diperoleh. Dengan partisipasi hidrogen, metanol dan amonia disintesis, serta senyawa lainnya.
2. PADA Industri makanan- sebagai aditif E949.
3. Industri penerbangan (pembuatan roket, pembuatan pesawat terbang).
4. Industri tenaga.
5. Meteorologi.
6. Bahan bakar jenis ramah lingkungan.

Jelas, hidrogen sama pentingnya dengan melimpah di alam. Lagi peran besar memainkan berbagai senyawa yang dibentuk olehnya.

senyawa hidrogen

Ini adalah zat kompleks yang mengandung atom hidrogen. Ada beberapa jenis utama zat tersebut.

1. Hidrogen halida. Rumus umum- H Hal. Yang paling penting di antara mereka adalah hidrogen klorida. Ini adalah gas yang larut dalam air untuk membentuk larutan asam klorida. Asam ini ditemukan aplikasi luas di hampir semua sintesis kimia. Dan baik organik maupun anorganik. Hidrogen klorida adalah senyawa yang memiliki rumus empiris HCL dan merupakan salah satu yang terbesar dalam hal produksi di negara kita setiap tahunnya. Hidrogen halida juga termasuk hidrogen iodida, hidrogen fluorida, dan hidrogen bromida. Semuanya membentuk asam yang sesuai.
2. Volatile Hampir semuanya adalah gas yang cukup beracun. Misalnya hidrogen sulfida, metana, silan, fosfin dan lain-lain. Namun, mereka sangat mudah terbakar.
3. Hidrida adalah senyawa dengan logam. Mereka termasuk dalam kelas garam.
4. Hidroksida: basa, asam dan senyawa amfoter. Komposisi mereka harus mencakup atom hidrogen, satu atau lebih. Contoh : NaOH, K2 , H2SO4 dan lain-lain.
5. Hidrogen hidroksida. Senyawa ini lebih dikenal dengan air. Nama lain dari hidrogen oksida. Rumus empiris terlihat seperti ini - H 2 O.
6. Hidrogen peroksida. Ini adalah oksidator terkuat, rumusnya adalah H 2 O 2.
7. Banyak senyawa organik: hidrokarbon, protein, lemak, lipid, vitamin, hormon, minyak atsiri dan lain-lain.

Jelas, variasi senyawa dari unsur yang kita pertimbangkan sangat besar. Ini sekali lagi menegaskan pentingnya tinggi bagi alam dan manusia, serta untuk semua makhluk hidup.

adalah pelarut terbaik

Seperti disebutkan di atas, nama umum zat yang diberikan- air. Terdiri dari dua atom hidrogen dan satu oksigen yang dihubungkan oleh kovalen ikatan polar. Molekul air adalah dipol, yang menjelaskan banyak sifat-sifatnya. Secara khusus, fakta bahwa itu adalah pelarut universal.

Tepat di lingkungan akuatik hampir semuanya terjadi proses kimia. Reaksi internal plastik dan metabolisme energi pada organisme hidup juga dilakukan dengan menggunakan hidrogen oksida.

Air dianggap paling banyak zat penting di planet ini. Diketahui bahwa tidak ada organisme hidup yang dapat hidup tanpanya. Di Bumi, ia dapat eksis dalam tiga keadaan agregasi:

• cairan;
• gas (uap);
• padat (es).

Tergantung pada isotop hidrogen yang merupakan bagian dari molekul, ada tiga jenis air.

1. Cahaya atau protium. Isotop dengan nomor massa 1. Rumusnya adalah H 2 O. Ini adalah bentuk yang biasa digunakan semua organisme.
2. Deuterium atau berat, rumusnya adalah D 2 O. Mengandung isotop 2 H.
3. Super berat atau tritium. Rumusnya terlihat seperti T 3 O, isotopnya adalah 3 H.

Cadangan air protium segar di planet ini sangat penting. Itu sudah kurang di banyak negara. Metode sedang dikembangkan untuk mengolah air asin untuk mendapatkan air minum.

Hidrogen peroksida adalah obat universal

Senyawa ini, seperti disebutkan di atas, adalah zat pengoksidasi yang sangat baik. Namun, dengan perwakilan yang kuat, ia juga dapat berperilaku sebagai peredam. Selain itu, ia memiliki efek bakterisida yang nyata.

Nama lain senyawa ini adalah peroksida. Dalam bentuk inilah ia digunakan dalam pengobatan. Larutan 3% dari hidrat kristalin dari senyawa yang dimaksud adalah obat medis yang digunakan untuk mengobati luka kecil untuk dekontaminasi. Namun, telah terbukti bahwa dalam kasus ini, penyembuhan luka dari waktu ke waktu meningkat.

Hidrogen peroksida juga digunakan dalam bahan bakar roket, dalam industri untuk desinfeksi dan pemutihan, sebagai bahan pembusa untuk produksi bahan yang sesuai (busa, misalnya). Selain itu, peroksida membantu membersihkan akuarium, memutihkan rambut, dan memutihkan gigi. Namun, pada saat yang sama merusak jaringan, oleh karena itu tidak direkomendasikan oleh spesialis untuk tujuan ini.