წყალბადი (H) არის ძალიან მსუბუქი ქიმიური ელემენტი, მასის შემცველობით 0,9% დედამიწის ქერქში და 11,19% წყალში.
წყალბადის დახასიათება
სიმსუბუქით ის პირველია გაზებს შორის. ნორმალურ პირობებში ის არის უგემოვნო, უფერო და აბსოლუტურად უსუნო. როდესაც ის შედის თერმოსფეროში, ის დაფრინავს კოსმოსში დაბალი წონის გამო.
მთელ სამყაროში ის ყველაზე მრავალრიცხოვანი ქიმიური ელემენტია (ნივთიერებების მთლიანი მასის 75%). იმდენად, რამდენადაც კოსმოსში ბევრი ვარსკვლავი მთლიანად მისგან შედგება. მაგალითად, მზე. მისი ძირითადი კომპონენტია წყალბადი. ხოლო სითბო და სინათლე არის ენერგიის გამოყოფის შედეგი მასალის ბირთვების შერწყმის დროს. ასევე კოსმოსში არის მისი მოლეკულების მთელი ღრუბლები სხვადასხვა ზომის, სიმკვრივისა და ტემპერატურისა.
ფიზიკური თვისებები
მაღალი ტემპერატურა და წნევა მნიშვნელოვნად ცვლის მის თვისებებს, მაგრამ ნორმალურ პირობებში ეს:
მას აქვს მაღალი თბოგამტარობა სხვა გაზებთან შედარებით,
არატოქსიკური და წყალში ცუდად ხსნადი
0,0899 გ/ლ სიმკვრივით 0 ° C და 1 ატმ.
იქცევა სითხეში -252,8°C-ზე
მყარდება -259.1°C-ზე,
წვის სპეციფიკური სითბო არის 120.9.106 ჯ/კგ.
მას სჭირდება მაღალი წნევა და ძალიან დაბალი ტემპერატურა, რომ გახდეს თხევადი ან მყარი. როდესაც თხევადდება, ის თხევადი და მსუბუქია.
ქიმიური თვისებები
ზეწოლისა და გაგრილების პირობებში (-252,87 გრ. C) წყალბადი იძენს თხევად მდგომარეობას, რომელიც წონით უფრო მსუბუქია, ვიდრე ნებისმიერი ანალოგი. მასში ის ნაკლებ ადგილს იკავებს, ვიდრე აირისებრი ფორმით.
ის ტიპიური არამეტალია. ლაბორატორიებში მას იღებენ ლითონების (როგორიცაა თუთია ან რკინა) განზავებულ მჟავებთან რეაქციით. ნორმალურ პირობებში ის არააქტიურია და რეაგირებს მხოლოდ აქტიურ არალითონებთან. წყალბადს შეუძლია გამოყოს ჟანგბადი ოქსიდებისგან და შეამციროს ლითონები ნაერთებისგან. ის და მისი ნარევები ქმნიან წყალბადურ კავშირებს გარკვეულ ელემენტებთან.
გაზი ძალიან ხსნადია ეთანოლში და ბევრ ლითონში, განსაკუთრებით პალადიუმში. ვერცხლი არ ხსნის მას. წყალბადის დაჟანგვა შესაძლებელია ჟანგბადში ან ჰაერში წვის დროს და ჰალოგენებთან ურთიერთობისას.
ჟანგბადთან შერწყმისას წყალი წარმოიქმნება. თუ ტემპერატურა ნორმალურია, მაშინ რეაქცია ნელია, თუ 550 ° C-ზე ზემოთ - აფეთქებით (იქცევა ფეთქებად გაზად).
წყალბადის აღმოჩენა ბუნებაში
მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენს პლანეტაზე ბევრი წყალბადია, მისი სუფთა სახით პოვნა ადვილი არ არის. ვულკანური ამოფრქვევისას, ნავთობის მოპოვებისას და ორგანული ნივთიერებების დაშლის ადგილას ცოტას პოვნაა შესაძლებელი.
მთლიანი რაოდენობის ნახევარზე მეტი შედის წყალთან ერთად შემადგენლობაში. იგი ასევე შედის ნავთობის, სხვადასხვა თიხის, აალებადი გაზების, ცხოველებისა და მცენარეების სტრუქტურაში (ყოველ ცოცხალ უჯრედში ყოფნა ატომების რაოდენობის მიხედვით 50%-ია).
წყალბადის ციკლი ბუნებაში
ყოველწლიურად დიდი რაოდენობით (მილიარდობით ტონა) მცენარეები იშლება წყლის ობიექტებსა და ნიადაგში და ეს დაშლა წყალბადის უზარმაზარ მასას ატმოსფეროში ასხამს. ის ასევე გამოიყოფა ბაქტერიებით გამოწვეული ნებისმიერი დუღილის დროს, წვის დროს და ჟანგბადთან ერთად მონაწილეობს წყლის ციკლში.
განაცხადები წყალბადისთვის
ელემენტს აქტიურად იყენებს კაცობრიობა თავის საქმიანობაში, ამიტომ ჩვენ ვისწავლეთ როგორ მივიღოთ იგი სამრეწველო მასშტაბით:
მეტეოროლოგია, ქიმიური წარმოება;
მარგარინის წარმოება;
როგორც საწვავი რაკეტებისთვის (თხევადი წყალბადი);
ენერგო ინდუსტრია ელექტრო გენერატორების გაგრილებისთვის;
ლითონების შედუღება და ჭრა.
წყალბადის მასა გამოიყენება სინთეზური ბენზინის (დაბალი ხარისხის საწვავის ხარისხის გასაუმჯობესებლად), ამიაკის, წყალბადის ქლორიდის, სპირტების და სხვა მასალების წარმოებაში. ბირთვული ენერგია აქტიურად იყენებს თავის იზოტოპებს.
პრეპარატი "წყალბადის ზეჟანგი" ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიაში, ელექტრონიკის ინდუსტრიაში, რბილობისა და ქაღალდის წარმოებაში, თეთრეულის და ბამბის ქსოვილების გაუფერულებაში, თმის საღებავებისა და კოსმეტიკური საშუალებების, პოლიმერების წარმოებაში და ჭრილობების სამკურნალო მედიცინაში.
ამ გაზის „ასაფეთქებელი“ ბუნება შეიძლება გახდეს მომაკვდინებელი იარაღი – წყალბადის ბომბი. მის აფეთქებას თან ახლავს დიდი რაოდენობით რადიოაქტიური ნივთიერებების გამოყოფა და საზიანოა ყველა ცოცხალი არსებისთვის.
თხევადი წყალბადის და კანის კონტაქტი საფრთხეს უქმნის მძიმე და მტკივნეულ ყინვას.
განაწილება ბუნებაში. V. ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში, მისი შემცველობა დედამიწის ქერქში (ლითოსფერო და ჰიდროსფერო) არის 1% მასის და 16% ატომების რაოდენობის მიხედვით. V. არის დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ნივთიერების - წყლის ნაწილი (11,19% V. მასის მიხედვით), ნაერთების შემადგენლობაში, რომლებიც ქმნიან ნახშირს, ნავთობს, ბუნებრივ აირებს, თიხას, აგრეთვე ცხოველურ და მცენარეულ ორგანიზმებს (ე.ი. , შემადგენლობაში ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ცხიმები, ნახშირწყლები და ა.შ.). თავისუფალ მდგომარეობაში V. უკიდურესად იშვიათია, მცირე რაოდენობით გვხვდება ვულკანურ და სხვა ბუნებრივ აირებში. ატმოსფეროში არის თავისუფალი V. უმნიშვნელო რაოდენობით (0,0001% ატომების რაოდენობის მიხედვით). დედამიწის მახლობლად სივრცეში პროტონების ნაკადის სახით V. ქმნის დედამიწის შიდა („პროტონს“) რადიაციულ სარტყელს. სივრცეში ყველაზე გავრცელებული ელემენტია ვ. პლაზმის სახით, იგი შეადგენს მზისა და ვარსკვლავთა უმეტესობის მასის ნახევარს, ვარსკვლავთშორისი საშუალო და აირისებრი ნისლეულების გაზების ძირითად ნაწილს. V. იმყოფება რიგი პლანეტების ატმოსფეროში და კომეტებში თავისუფალი H2, მეთანის CH4, ამიაკის NH3, წყლის H2O, რადიკალების სახით, როგორიცაა CH, NH, OH, SiH, PH და სხვ. პროტონების ნაკადის სახით მზისა და კოსმოსური სხივების კორპუსკულური გამოსხივების ნაწილია ვ.
იზოტოპები, ატომი და მოლეკულა. ჩვეულებრივი V. შედგება ორი სტაბილური იზოტოპის ნარევისაგან: მსუბუქი V., ან პროტიუმი (1H) და მძიმე V., ან დეიტერიუმი (2H, ან D). V-ის ბუნებრივ ნაერთებში 1 2H ატომზე საშუალოდ არის 6800 1H ატომი. ხელოვნურად იქნა მიღებული რადიოაქტიური იზოტოპი - ზემძიმე B., ან ტრიტიუმი (3H, ან T), რბილი β-გამოსხივებით და ნახევარგამოყოფის პერიოდი T1 / 2 = 12.262 წელი. ბუნებაში ტრიტიუმი წარმოიქმნება, მაგალითად, ატმოსფერული აზოტისგან კოსმოსური სხივების ნეიტრონების მოქმედებით; ის უმნიშვნელოა ატმოსფეროში (ჰაერის ატომების საერთო რაოდენობის 4-10-15%). მიღებულია უკიდურესად არასტაბილური 4H იზოტოპი. იზოტოპების 1H, 2H, 3H და 4H, შესაბამისად, 1,2, 3 და 4 იზოტოპების მასური რიცხვები მიუთითებს იმაზე, რომ პროტიუმის ატომის ბირთვი შეიცავს მხოლოდ 1 პროტონს, დეიტერიუმს - 1 პროტონს და 1 ნეიტრონს, ტრიტიუმს - 1 პროტონს და 2. ნეიტრონები, 4H - 1 პროტონი და 3 ნეიტრონი. წყალბადის იზოტოპების მასებში დიდი განსხვავება იწვევს მათ ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებში უფრო შესამჩნევ განსხვავებას, ვიდრე სხვა ელემენტების იზოტოპების შემთხვევაში.
ატომს V. აქვს უმარტივესი აგებულება ყველა სხვა ელემენტის ატომებს შორის: იგი შედგება ბირთვისა და ერთი ელექტრონისაგან. ელექტრონის შეკვრის ენერგია ბირთვთან (იონიზაციის პოტენციალი) არის 13,595 ევ. ნეიტრალურ ატომ V.-ს შეუძლია მეორე ელექტრონის მიმაგრებაც, რაც ქმნის უარყოფით იონს H-; ამ შემთხვევაში, მეორე ელექტრონის შეკავშირების ენერგია ნეიტრალურ ატომთან (ელექტრონის აფინურობა) არის 0,78 ევ. კვანტური მექანიკა შესაძლებელს ხდის გამოთვალოს ატომის ყველა შესაძლო ენერგეტიკული დონე და, შესაბამისად, მისცეს მისი ატომური სპექტრის სრული ინტერპრეტაცია. V ატომი გამოიყენება როგორც მოდელის ატომი სხვა, უფრო რთული ატომების ენერგეტიკული დონის კვანტურ მექანიკურ გამოთვლებში. B. H2 მოლეკულა შედგება ორი ატომისგან, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური ქიმიური ბმით. დისოციაციის ენერგია (ანუ ატომებად დაშლა) არის 4,776 eV (1 eV = 1,60210-10-19 J). ატომთაშორისი მანძილი ბირთვების წონასწორობის მდგომარეობაში არის 0,7414-Å. მაღალ ტემპერატურაზე მოლეკულური V. იშლება ატომებად (2000°C-ზე დისოციაციის ხარისხი არის 0,0013; 5000°C-ზე 0,95). ატომური V. წარმოიქმნება აგრეთვე სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციაში (მაგ., მარილმჟავაზე ზნ-ის მოქმედებით). თუმცა, V.-ს არსებობა ატომურ მდგომარეობაში მხოლოდ მცირე ხანს გრძელდება, ატომები გადაერთდებიან H2 მოლეკულებად.
ფიზიკური და ქიმიური თვისებები. V. - ყველაზე მსუბუქი ყველა ცნობილ ნივთიერებას შორის (14,4-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ჰაერი), სიმკვრივე 0,0899 გ/ლ 0 °C-ზე და 1 ატმ. V. ადუღდება (თხევადდება) და დნება (მყარდება) შესაბამისად -252,6°C და -259,1°C (მხოლოდ ჰელიუმს აქვს დნობის და დუღილის დაბალი წერტილი). ვ-ის კრიტიკული ტემპერატურა ძალიან დაბალია (-240 °C), ამიტომ მისი გათხევადება დიდ სირთულეებთან არის დაკავშირებული; კრიტიკული წნევა 12,8 კგფ/სმ2 (12,8 ატმ), კრიტიკული სიმკვრივე 0,0312 გ/სმ3. ყველა გაზიდან V.-ს აქვს უმაღლესი თბოგამტარობა, რომელიც უდრის 0,174 W/(m-K) 0°C და 1 atm, ანუ 4,16-0-4 cal/ (s-cm-°C). V.-ის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე 0 ° C-ზე და 1 ატმ Cp 14.208-103 j / (კგ-K), ანუ 3.394 კალ / (გ- ° C). V. ოდნავ ხსნადი წყალში (0,0182 მლ / გ 20 ° C და 1 ატმ), მაგრამ კარგად - ბევრ ლითონში (Ni, Pt, Pd და ა.შ.), განსაკუთრებით პალადიუმში (850 ტომი 1 მოცულობის Pd-ზე). ვ.-ის ხსნადობა მეტალებში დაკავშირებულია მათში დიფუზიის უნართან; ნახშირბადის შენადნობში (მაგალითად, ფოლადი) დიფუზიას ზოგჯერ თან ახლავს შენადნობის განადგურება ფოლადის ნახშირბადთან ურთიერთქმედების გამო (ე.წ. დეკარბონიზაცია). თხევადი წყალი არის ძალიან მსუბუქი (სიმკვრივე -253°C 0,0708 გ/სმ3) და თხევადი (სიბლანტე -253°C 13,8 გრადუსი).
ნაერთების უმეტესობაში V. ავლენს ვალენტობას (უფრო ზუსტად, ჟანგვის მდგომარეობას) +1, ისევე როგორც ნატრიუმი და სხვა ტუტე ლითონები; ჩვეულებრივ, იგი განიხილება ამ ლითონების ანალოგად, სათაური 1 გრ. მენდელეევის სისტემები. ამასთან, ლითონის ჰიდრიდებში B. იონი უარყოფითად არის დამუხტული (დაჟანგვის მდგომარეობა -1), ანუ Na + H- ჰიდრიდი აგებულია Na + Cl- ქლორიდის მსგავსად. ეს და ზოგიერთი სხვა ფაქტი (V.-სა და ჰალოგენების ფიზიკური თვისებების სიახლოვე, ჰალოგენების უნარი ორგანულ ნაერთებში V. ჩაანაცვლონ) იძლევა საფუძველს, მივაკუთვნოთ V. ასევე პერიოდული სისტემის VII ჯგუფს (დაწვრილებით იხ. ელემენტების პერიოდული სისტემა). ნორმალურ პირობებში, მოლეკულური V. შედარებით არააქტიურია, პირდაპირ ერწყმის მხოლოდ ყველაზე აქტიურ არამეტალებს (ფტორთან და შუქზე ქლორთან). თუმცა, როდესაც თბება, ის რეაგირებს ბევრ ელემენტთან. ატომურ V.-ს აქვს გაზრდილი ქიმიური აქტივობა მოლეკულურ V.-თან შედარებით. V. აყალიბებს წყალს ჟანგბადთან ერთად: H2 + 1 / 2O2 = H2O 285,937-103 ჯ/მოლ, ანუ 68,3174 კკალ/მოლ სითბოს გამოყოფით (25 °C და 1 ატმ). ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, რეაქცია მიმდინარეობს უკიდურესად ნელა, 550 ° C-ზე ზემოთ - აფეთქებით. წყალბად-ჟანგბადის ნარევის ფეთქებადი საზღვრებია (მოცულობით) 4-დან 94% H2-მდე, ხოლო წყალბად-ჰაერის ნარევი არის 4-დან 74% H2-მდე (2 ტომი H2 და 1 მოცულობის O2 ნარევს ფეთქებადი ეწოდება. გაზი). V. გამოიყენება მრავალი ლითონის შესამცირებლად, რადგან ის ართმევს ჟანგბადს მათი ოქსიდებიდან:
CuO + H2 \u003d Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O და ა.შ.
V. ჰალოგენებთან ერთად ქმნის წყალბადის ჰალოგენებს, მაგალითად:
H2 + Cl2 = 2HCl.
ამავდროულად ის ფეთქდება ფტორთან (თუნდაც სიბნელეში და -252°C-ზე), ქლორთან და ბრომთან რეაგირებს მხოლოდ განათების ან გაცხელებისას, ხოლო იოდთან მხოლოდ გაცხელებისას. V. ურთიერთქმედებს აზოტთან ამიაკის წარმოქმნით: 3H2 + N2 = 2NH3 მხოლოდ კატალიზატორზე და მომატებულ ტემპერატურასა და წნევაზე. გაცხელებისას V. ენერგიულად რეაგირებს გოგირდთან: H2 + S = H2S (წყალბადის სულფიდი), ბევრად უფრო რთულია სელენთან და ტელურუმთან. V. სუფთა ნახშირბადთან კატალიზატორის გარეშე რეაგირება შეუძლია მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე: 2H2 + C (ამორფული) = CH4 (მეთანი). V. უშუალოდ რეაგირებს ზოგიერთ მეტალთან (ტუტე, ტუტე დედამიწა და სხვ.), წარმოქმნის ჰიდრიდებს: H2 + 2Li = 2LiH. დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ნახშირბადის მონოქსიდის რეაქციებს ნახშირბადის მონოქსიდთან, რომლებშიც ტემპერატურის, წნევისა და კატალიზატორის მიხედვით წარმოიქმნება სხვადასხვა ორგანული ნაერთები, მაგალითად, HCHO, CH3OH და სხვა (იხ. ნახშირბადის მონოქსიდი). უჯერი ნახშირწყალბადები რეაგირებს წყალბადთან, ხდება გაჯერებული, მაგალითად: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (იხ. ჰიდროგენიზაცია).
სამყაროში ყველაზე გავრცელებული ქიმიური ელემენტია წყალბადი. ეს არის ერთგვარი საცნობარო წერტილი, რადგან პერიოდულ სისტემაში მისი ატომური რიცხვი უდრის ერთს. კაცობრიობა იმედოვნებს, რომ შეძლებს შეიტყოს მეტი მის შესახებ, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე შესაძლო მანქანა მომავალში. წყალბადი უმარტივესი, მსუბუქი, ყველაზე გავრცელებული ელემენტია, ის ყველგან არის უხვად - მატერიის მთლიანი მასის სამოცდათხუთმეტი პროცენტი. ის არის ნებისმიერ ვარსკვლავში, განსაკუთრებით ბევრი წყალბადი გაზის გიგანტებში. მისი როლი ვარსკვლავური შერწყმის რეაქციებში მთავარია. წყალბადის გარეშე წყალი არ არის, რაც ნიშნავს რომ სიცოცხლე არ არსებობს. ყველას ახსოვს, რომ წყლის მოლეკულა შეიცავს ჟანგბადის ერთ ატომს და მასში ორი ატომი წყალბადია. ეს არის ცნობილი ფორმულა H 2 O.
როგორ ვიყენებთ მას
წყალბადი აღმოაჩინა 1766 წელს ჰენრი კავენდიშმა ლითონის დაჟანგვის რეაქციის ანალიზის დროს. რამდენიმეწლიანი დაკვირვების შემდეგ მან გააცნობიერა, რომ წყალბადის წვის პროცესში წარმოიქმნება წყალი. ადრე, მეცნიერებმა გამოყო ეს ელემენტი, მაგრამ დამოუკიდებლად არ მიიჩნიეს. 1783 წელს წყალბადს მიენიჭა სახელი წყალბადი (ბერძნულიდან თარგმნილია "ჰიდრო" - წყალი და "გენი" - მშობიარობა). ელემენტი, რომელიც წარმოქმნის წყალს, არის წყალბადი. ეს არის გაზი, რომლის მოლეკულური ფორმულაა H2. თუ ტემპერატურა ახლოსაა ოთახის ტემპერატურასთან და წნევა ნორმალურია, ეს ელემენტი შეუმჩნეველია. წყალბადს ადამიანის გრძნობაც კი ვერ იჭერს - უგემურია, უფერო, უსუნო. მაგრამ წნევის ქვეშ და -252,87 C ტემპერატურაზე (ძალიან ცივა!) ეს აირი თხევადდება. ასე ინახება, რადგან გაზის სახით ის გაცილებით მეტ ადგილს იკავებს. ეს არის თხევადი წყალბადი, რომელიც გამოიყენება სარაკეტო საწვავად.
წყალბადი შეიძლება გახდეს მყარი, მეტალიკი, მაგრამ ამისათვის საჭიროა ულტრა მაღალი წნევა და ამას აკეთებენ ახლა ყველაზე ცნობილი მეცნიერები, ფიზიკოსები და ქიმიკოსები. უკვე ახლა ეს ელემენტი ემსახურება როგორც ალტერნატიულ საწვავს ტრანსპორტისთვის. მისი გამოყენება ჰგავს შიდა წვის ძრავის მუშაობას: წყალბადის წვისას მისი ქიმიური ენერგიის დიდი ნაწილი გამოიყოფა. მასზე დაფუძნებული საწვავის უჯრედის შექმნის მეთოდიც პრაქტიკულად შემუშავებულია: ჟანგბადთან შერწყმისას ხდება რეაქცია და ამის მეშვეობით წარმოიქმნება წყალი და ელექტროენერგია. არ არის გამორიცხული, რომ ტრანსპორტი მალე ბენზინის ნაცვლად წყალბადზე "გადართოს" - ბევრი ავტომწარმოებელი დაინტერესებულია ალტერნატიული წვადი მასალების შექმნით და არის გარკვეული წარმატებები. მაგრამ წმინდა წყალბადის ძრავა ჯერ კიდევ მომავალშია, ბევრი სირთულეა. თუმცა, უპირატესობები ისეთია, რომ მყარი წყალბადით საწვავის ავზის შექმნა გაჩაღებულია და მეცნიერები და ინჟინრები უკან დახევას არ აპირებენ.
Ძირითადი ინფორმაცია
Hydrogenium (ლათ.) - წყალბადი, პერიოდულ სისტემაში პირველი რიგითი ნომერი, არის H. წყალბადის ატომს აქვს მასა 1,0079, ეს არის გაზი, რომელსაც ნორმალურ პირობებში არ აქვს გემო, სუნი, ფერი. ქიმიკოსებმა მეთექვსმეტე საუკუნიდან აღწერეს გარკვეული აალებადი გაზი, რაც მას სხვადასხვა გზით აღნიშნავს. მაგრამ ეს ყველასთვის ერთი და იგივე პირობებში აღმოჩნდა - როდესაც მჟავა მოქმედებს მეტალზე. წყალბადს, თვით კავენდიშიც კი, მრავალი წლის განმავლობაში უბრალოდ "წვად ჰაერს" უწოდებდნენ. მხოლოდ 1783 წელს ლავუაზიემ სინთეზისა და ანალიზის საშუალებით დაამტკიცა, რომ წყალს რთული შემადგენლობა აქვს და ოთხი წლის შემდეგ მან „წვად ჰაერს“ მისცა მისი თანამედროვე სახელი. ამ რთული სიტყვის ფესვი ფართოდ გამოიყენება, როდესაც საჭიროა წყალბადის ნაერთების და ნებისმიერი პროცესის დასახელება, რომელშიც ის მონაწილეობს. მაგალითად, ჰიდროგენიზაცია, ჰიდრიდი და მსგავსი. ხოლო რუსული სახელი შემოგვთავაზა 1824 წელს მ.სოლოვიოვმა.
ბუნებაში, ამ ელემენტის განაწილებას არ აქვს თანაბარი. დედამიწის ქერქის ლითოსფეროსა და ჰიდროსფეროში მისი მასა ერთი პროცენტია, მაგრამ წყალბადის ატომები თექვსმეტ პროცენტს აღწევს. დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული წყალი და მასში წონის 11,19% წყალბადია. ასევე, ის, რა თქმა უნდა, არის თითქმის ყველა ნაერთში, რომლებიც ქმნიან ნავთობს, ნახშირს, ყველა ბუნებრივ აირს, თიხას. წყალბადი არის მცენარეთა და ცხოველთა ყველა ორგანიზმში - ცილების, ცხიმების, ნუკლეინის მჟავების, ნახშირწყლების და ა.შ. წყალბადის თავისუფალი მდგომარეობა არ არის ტიპიური და თითქმის არასდროს ხდება - მისი ძალიან ცოტაა ბუნებრივ და ვულკანურ აირებში. ატმოსფეროში წყალბადის ძალიან უმნიშვნელო რაოდენობა - 0,0001%, ატომების რაოდენობის მიხედვით. მეორე მხრივ, პროტონების მთელი ნაკადები წარმოადგენს წყალბადს დედამიწის მახლობლად მდებარე სივრცეში, რომელიც ქმნის ჩვენი პლანეტის შიდა რადიაციულ სარტყელს.
ფართი
სივრცეში არცერთი ელემენტი არ არის ისეთი საერთო, როგორც წყალბადი. მზის ელემენტების შემადგენლობაში წყალბადის მოცულობა მისი მასის ნახევარზე მეტია. ვარსკვლავების უმეტესობა აყალიბებს წყალბადს პლაზმის სახით. ნისლეულებისა და ვარსკვლავთშორისი გარემოს სხვადასხვა აირების ძირითადი ნაწილი ასევე შედგება წყალბადისგან. ის იმყოფება კომეტებში, რიგი პლანეტების ატმოსფეროში. ბუნებრივია, არა მისი სუფთა სახით, როგორც თავისუფალი H 2, ან როგორც მეთანი CH 4, ან როგორც ამიაკი NH 3, თუნდაც წყალი H 2 O. ძალიან ხშირად არის რადიკალები CH, NH, SiN, OH, PH და მსგავსი. . როგორც პროტონების ნაკადი, წყალბადი არის კორპუსკულური მზის რადიაციის და კოსმოსური სხივების ნაწილი.
ჩვეულებრივ წყალბადში ორი სტაბილური იზოტოპის ნარევი არის მსუბუქი წყალბადი (ან პროტიუმი 1 H) და მძიმე წყალბადი (ან დეიტერიუმი - 2 H ან D). არსებობს სხვა იზოტოპები: რადიოაქტიური ტრიტიუმი - 3 H ან T, წინააღმდეგ შემთხვევაში - ზემძიმე წყალბადი. და ასევე ძალიან არასტაბილური 4 N. ბუნებაში წყალბადის ნაერთი შეიცავს იზოტოპებს ასეთი პროპორციებით: დეიტერიუმის ატომზე არის 6800 პროტიუმის ატომები. ტრიტიუმი ატმოსფეროში წარმოიქმნება აზოტისგან, რომელიც გავლენას ახდენს კოსმოსური სხივების ნეიტრონებით, მაგრამ უმნიშვნელო. რას ნიშნავს იზოტოპების მასობრივი რიცხვები? რიცხვი მიუთითებს იმაზე, რომ პროტიუმის ბირთვს აქვს მხოლოდ ერთი პროტონი, ხოლო დეიტერიუმს აქვს არა მხოლოდ პროტონი, არამედ ნეიტრონი ატომის ბირთვში. ტრიტიუმს აქვს ორი ნეიტრონი ბირთვში ერთი პროტონისთვის. მაგრამ 4 N შეიცავს სამ ნეიტრონს თითო პროტონზე. აქედან გამომდინარე, წყალბადის იზოტოპების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები ძალიან განსხვავებულია ყველა სხვა ელემენტის იზოტოპებთან შედარებით - განსხვავება მასებში ძალიან დიდია.
სტრუქტურა და ფიზიკური თვისებები
სტრუქტურის მიხედვით წყალბადის ატომი უმარტივესია ყველა სხვა ელემენტთან შედარებით: ერთი ბირთვი - ერთი ელექტრონი. იონიზაციის პოტენციალი - ბირთვის შეერთების ენერგია ელექტრონთან - 13,595 ელექტრონ ვოლტი (eV). სწორედ ამ სტრუქტურის სიმარტივის გამოა, რომ წყალბადის ატომი არის მოსახერხებელი მოდელი კვანტურ მექანიკაში, როდესაც საჭიროა უფრო რთული ატომების ენერგიის დონის გამოთვლა. H 2 მოლეკულაში არის ორი ატომი, რომლებიც დაკავშირებულია ქიმიური კოვალენტური ბმით. დაშლის ენერგია ძალიან მაღალია. ატომური წყალბადი შეიძლება წარმოიქმნას ქიმიურ რეაქციებში, როგორიცაა თუთია და მარილმჟავა. ამასთან, წყალბადთან ურთიერთქმედება პრაქტიკულად არ ხდება - წყალბადის ატომური მდგომარეობა ძალიან ხანმოკლეა, ატომები დაუყოვნებლივ ერწყმის H 2 მოლეკულებს.
ფიზიკური თვალსაზრისით, წყალბადი ყველა ცნობილ ნივთიერებაზე მსუბუქია - ჰაერზე თოთხმეტჯერ მსუბუქია (გაიხსენეთ დღესასწაულებზე ბუშტების ფრენა - მათში მხოლოდ წყალბადია). თუმცა, ჰელიუმს შეუძლია ადუღება, გათხევადება, დნება, გამაგრება და მხოლოდ ჰელიუმი ადუღდება და დნება დაბალ ტემპერატურაზე. მისი გათხევადება რთულია, საჭიროა ტემპერატურა -240 გრადუს ცელსიუსზე დაბლა. მაგრამ მას აქვს ძალიან მაღალი თბოგამტარობა. ის თითქმის არ იხსნება წყალში, მაგრამ ლითონი მშვენივრად ურთიერთქმედებს წყალბადთან - ის იხსნება თითქმის ყველაში, ყველაზე უკეთ პალადიუმში (წყალბადის ერთ მოცულობაზე იხარჯება 850 ტომი). თხევადი წყალბადი არის მსუბუქი და თხევადი და ლითონებში გახსნისას ის ხშირად ანადგურებს შენადნობებს ნახშირბადთან ურთიერთქმედების გამო (მაგალითად, ფოლადი), ხდება დიფუზია, ხდება დეკარბონიზაცია.
ქიმიური თვისებები
ნაერთებში, უმეტესწილად, წყალბადი აჩვენებს ჟანგვის მდგომარეობას (ვალენტობას) +1, ისევე როგორც ნატრიუმი და სხვა ტუტე ლითონები. ის ითვლება მათ ანალოგად, რომელიც დგას მენდელეევის სისტემის პირველი ჯგუფის სათავეში. მაგრამ ლითონის ჰიდრიდებში წყალბადის იონი უარყოფითად არის დამუხტული, ჟანგვის მდგომარეობით -1. ასევე, ეს ელემენტი ახლოს არის ჰალოგენებთან, რომლებსაც შეუძლიათ მისი ჩანაცვლება ორგანულ ნაერთებში. ეს ნიშნავს, რომ წყალბადი ასევე შეიძლება მიეკუთვნებოდეს მენდელეევის სისტემის მეშვიდე ჯგუფს. ნორმალურ პირობებში, წყალბადის მოლეკულები არ განსხვავდება აქტივობით, აერთიანებს მხოლოდ ყველაზე აქტიურ არალითონებს: კარგია ფტორთან, ხოლო თუ მსუბუქია, ქლორთან ერთად. მაგრამ როდესაც თბება, წყალბადი განსხვავებული ხდება - ის რეაგირებს ბევრ ელემენტთან. ატომური წყალბადი, მოლეკულურ წყალბადთან შედარებით, ქიმიურად ძალიან აქტიურია, ამიტომ წყალი წარმოიქმნება ჟანგბადთან დაკავშირებით და გზად გამოიყოფა ენერგია და სითბო. ოთახის ტემპერატურაზე ეს რეაქცია ძალიან ნელია, მაგრამ ხუთას ორმოცდაათი გრადუსზე ზევით გაცხელებისას მიიღება აფეთქება.
წყალბადი გამოიყენება ლითონების შესამცირებლად, რადგან ის ართმევს ჟანგბადს მათ ოქსიდებს. ფტორთან ერთად წყალბადი აყალიბებს აფეთქებას სიბნელეშიც კი და მინუს ორას ორმოცდათორმეტ გრადუს ცელსიუსზე. ქლორი და ბრომი წყალბადს მხოლოდ გაცხელებისას ან განათებისას აღაგზნებს, ხოლო იოდს მხოლოდ გაცხელებისას. წყალბადი და აზოტი ქმნიან ამიაკს (ასე მზადდება სასუქების უმეტესობა). გაცხელებისას ის ძალიან აქტიურად ურთიერთქმედებს გოგირდთან და მიიღება წყალბადის სულფიდი. თელურიუმით და სელენით ძნელია წყალბადის რეაქციის გამოწვევა, მაგრამ სუფთა ნახშირბადთან რეაქცია ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე ხდება და მეთანი მიიღება. ნახშირბადის მონოქსიდით წყალბადი აყალიბებს სხვადასხვა ორგანულ ნაერთებს, წნევა, ტემპერატურა, კატალიზატორები აქ გავლენას ახდენს და ამ ყველაფერს დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. ზოგადად წყალბადის როლი, ისევე როგორც მისი ნაერთები, გამორჩეულად დიდია, რადგან ის მჟავე თვისებებს ანიჭებს ცილოვან მჟავებს. წყალბადის ბმები იქმნება მრავალ ელემენტთან, რაც გავლენას ახდენს როგორც არაორგანული, ასევე ორგანული ნაერთების თვისებებზე.
მიღება და გამოყენება
წყალბადი მიიღება სამრეწველო მასშტაბით ბუნებრივი აირებისაგან - აალებადი, კოქსის ღუმელი, ნავთობგადამამუშავებელი გაზები. მისი მიღება ასევე შესაძლებელია ელექტროლიზით, სადაც ელექტროენერგია არც თუ ისე ძვირია. თუმცა, წყალბადის წარმოების ყველაზე მნიშვნელოვანი მეთოდია ნახშირწყალბადების, ძირითადად მეთანის, კატალიზური რეაქცია წყლის ორთქლთან, როდესაც ხდება კონვერტაცია. ასევე ფართოდ გამოიყენება ნახშირწყალბადების ჟანგბადით დაჟანგვის მეთოდი. ბუნებრივი გაზიდან წყალბადის მოპოვება ყველაზე იაფი გზაა. დანარჩენი ორი არის კოქსის ღუმელის გაზისა და ქარხნის გაზის გამოყენება - წყალბადი გამოიყოფა სხვა კომპონენტების გათხევადებისას. ისინი უფრო ადვილად თხევადდება, წყალბადისთვის კი, როგორც გვახსოვს, საჭიროა -252 გრადუსი.
წყალბადის ზეჟანგი ძალიან პოპულარულია. ამ ხსნარით მკურნალობა ძალიან ხშირად გამოიყენება. მოლეკულური ფორმულა H 2 O 2 ნაკლებად სავარაუდოა, რომ დაასახელოს ყველა ის მილიონი ადამიანი, ვისაც სურს იყოს ქერა და გააღიავოს თმა, ისევე როგორც მათ, ვისაც უყვარს სისუფთავე სამზარეულოში. ისინიც კი, ვინც კნუტთან თამაშის შედეგად ნაკაწრებს მკურნალობენ, ხშირად ვერ ხვდებიან, რომ წყალბადის მკურნალობას იყენებენ. მაგრამ ეს ამბავი ყველამ იცის: 1852 წლიდან წყალბადი დიდი ხანია გამოიყენება აერონავტიკაში. ჰენრი გიფარდის მიერ გამოგონილი საჰაერო ხომალდი წყალბადზე იყო დაფუძნებული. მათ ზეპელინები ეძახდნენ. ზეპელინები ციდან აიძულეს თვითმფრინავების მშენებლობის სწრაფმა განვითარებამ. 1937 წელს მოხდა დიდი უბედური შემთხვევა, როდესაც ჰინდენბურგის საჰაერო ხომალდი დაიწვა. ამ ინციდენტის შემდეგ ზეპელინები აღარასოდეს გამოიყენეს. მაგრამ მეთვრამეტე საუკუნის ბოლოს წყალბადით სავსე ბუშტების განაწილება ყველგან იყო. გარდა ამიაკის წარმოებისა, დღეს წყალბადი საჭიროა მეთილის სპირტისა და სხვა სპირტების, ბენზინის, ჰიდროგენირებული მძიმე საწვავის და მყარი საწვავის დასამზადებლად. არ შეიძლება წყალბადის გარეშე შედუღებისას, ლითონების ჭრისას - ეს შეიძლება იყოს ჟანგბად-წყალბადი და ატომური წყალბადი. ხოლო ტრიტიუმი და დეიტერიუმი სიცოცხლეს აძლევს ბირთვულ ენერგიას. ეს, როგორც გვახსოვს, წყალბადის იზოტოპებია.
ნეუმივაკინი
წყალბადი, როგორც ქიმიური ელემენტი, იმდენად კარგია, რომ მას საკუთარი გულშემატკივრები არ ჰყავდა. ივან პავლოვიჩ ნეუმივაკინი - სამედიცინო მეცნიერებათა დოქტორი, პროფესორი, სახელმწიფო პრემიის ლაურეატი და მრავალი სხვა წოდება და ჯილდო, მათ შორის. როგორც ტრადიციული მედიცინის დოქტორი დასახელდა რუსეთის საუკეთესო ხალხურ მკურნალად. სწორედ მან შეიმუშავა ფრენისას ასტრონავტების სამედიცინო დახმარების გაწევის მრავალი მეთოდი და პრინციპი. სწორედ მან შექმნა უნიკალური საავადმყოფო - ჰოსპიტალი კოსმოსურ ხომალდზე. პარალელურად იყო კოსმეტიკური მედიცინის მიმართულების სახელმწიფო კოორდინატორი. ფართი და კოსმეტიკა. წყალბადისადმი მისი გატაცება მიზნად ისახავს არა დიდი ფულის გამომუშავებას, როგორც ეს ახლა ხდება საშინაო მედიცინაში, არამედ პირიქით, ასწავლოს ადამიანებს როგორ განკურნონ ყველაფერი სიტყვასიტყვით პენი წამალიდან, აფთიაქებში დამატებითი ვიზიტების გარეშე.
ის ხელს უწყობს წამლით მკურნალობას, რომელიც ფაქტიურად ყველა სახლშია. ეს არის წყალბადის ზეჟანგი. თქვენ შეგიძლიათ გააკრიტიკოთ ნეუმივაკინი რამდენიც გსურთ, ის მაინც დაჟინებით მოითხოვს საკუთარ თავს: დიახ, მართლაც, ფაქტიურად ყველაფრის განკურნება შესაძლებელია წყალბადის ზეჟანგით, რადგან ის აჯერებს სხეულის შინაგან უჯრედებს ჟანგბადით, ანადგურებს ტოქსინებს, ახდენს მჟავას და ტუტეს ნორმალიზებას. წონასწორობა და აქედან ხდება ქსოვილების რეგენერაცია, მთელი ორგანიზმის გაახალგაზრდავება.ორგანიზმი. ჯერ არავის უნახავს წყალბადის ზეჟანგით განკურნება, მით უმეტეს, გამოკვლეული, მაგრამ ნეუმივაკინი ამტკიცებს, რომ ამ საშუალების გამოყენებით, შეგიძლიათ მთლიანად განთავისუფლდეთ ვირუსული, ბაქტერიული და სოკოვანი დაავადებებისგან, თავიდან აიცილოთ სიმსივნეების და ათეროსკლეროზის განვითარება, დაამარცხოთ დეპრესია, გაახალგაზრდავოთ სხეული. და არასოდეს დაავადდეთ SARS და გაციება.
პანაცეა
ივან პავლოვიჩი დარწმუნებულია, რომ ამ მარტივი წამლის სათანადო გამოყენებით და ყველა მარტივი ინსტრუქციით, შეგიძლიათ დაამარცხოთ მრავალი დაავადება, მათ შორის ძალიან სერიოზული. მათი სია უზარმაზარია: პაროდონტის დაავადებისა და ტონზილიტიდან მიოკარდიუმის ინფარქტით, ინსულტით და დიაბეტით დამთავრებული. ისეთი წვრილმანები, როგორიცაა სინუსიტი ან ოსტეოქონდროზი, შორდება პირველი მკურნალობის სესიებს. სიმსივნური სიმსივნეებიც კი აშინებენ და გარბიან წყალბადის ზეჟანგს, რადგან სტიმულირდება იმუნური სისტემა, აქტიურდება ორგანიზმის სიცოცხლე და მისი თავდაცვა.
ბავშვებსაც კი შეუძლიათ ამ გზით მოპყრობა, გარდა იმისა, რომ ორსულებმა სჯობს, ამ დროისთვის წყალბადის ზეჟანგის გამოყენებისგან თავი შეიკავონ. ეს მეთოდი ასევე არ არის რეკომენდებული გადანერგილი ორგანოების მქონე ადამიანებისთვის ქსოვილის შესაძლო შეუთავსებლობის გამო. დოზა მკაცრად უნდა იყოს დაცული: ერთი წვეთიდან ათამდე, ყოველდღე თითის დამატება. დღეში სამჯერ (დღეში წყალბადის ზეჟანგის სამპროცენტიანი ხსნარის ოცდაათი წვეთი, ვაი!) ჭამამდე ნახევარი საათით ადრე. ხსნარის შეყვანა შეგიძლიათ ინტრავენურად და ექიმის მეთვალყურეობის ქვეშ. ზოგჯერ წყალბადის ზეჟანგი კომბინირებულია სხვა პრეპარატებთან უფრო ეფექტური ეფექტისთვის. ხსნარის შიგნით გამოიყენება მხოლოდ განზავებული სახით - სუფთა წყლით.
გარეგნულად
კომპრესები და გამრეცხვები ძალიან პოპულარული იყო მანამ, სანამ პროფესორი ნეუმივაკინი შექმნიდა თავის მეთოდებს. ყველამ იცის, რომ ალკოჰოლური კომპრესების მსგავსად, წყალბადის ზეჟანგი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მისი სუფთა სახით, რადგან ქსოვილის დამწვრობა მოჰყვება, მაგრამ მეჭეჭები ან სოკოვანი ინფექციები ადგილობრივად და ძლიერი ხსნარით შეზეთდება - თხუთმეტ პროცენტამდე.
კანის გამონაყარის დროს, თავის ტკივილით, ასევე ტარდება პროცედურები, რომელშიც წყალბადის ზეჟანგი მონაწილეობს. შეკუმშვა უნდა გაკეთდეს ბამბის ქსოვილით, რომელიც დასველებულია ორი ჩაის კოვზი სამ პროცენტ წყალბადის ზეჟანგის ხსნარში და ორმოცდაათი მილიგრამი სუფთა წყალი. გადააფარეთ ქსოვილს ფოლგა და შეფუთეთ მატყლით ან პირსახოცით. შეკუმშვის ხანგრძლივობაა მეოთხედი საათიდან საათნახევრამდე დილა-საღამოს გამოჯანმრთელებამდე.
ექიმების აზრი
მოსაზრებები იყოფა, ყველა არ აღფრთოვანებულია წყალბადის ზეჟანგის თვისებებით, უფრო მეტიც, მათ არა მხოლოდ არ სჯერათ, არამედ იცინიან. ექიმებს შორის არიან ისეთებიც, ვინც მხარს უჭერდა ნეუმივაკინს და აიღო მისი თეორიის განვითარებაც კი, მაგრამ ისინი უმცირესობაში არიან. ექიმების უმეტესობა ასეთ მკურნალობის გეგმას არა მხოლოდ არაეფექტურად, არამედ ხშირად ფატალურად მიიჩნევს.
მართლაც, ჯერ არ არსებობს ოფიციალურად არც ერთი დადასტურებული შემთხვევა, როდესაც პაციენტი განიკურნებოდა წყალბადის ზეჟანგით. ამასთან, არ არსებობს ინფორმაცია ამ მეთოდის გამოყენებასთან დაკავშირებით ჯანმრთელობის გაუარესების შესახებ. მაგრამ ძვირფასი დრო იკარგება და ადამიანი, რომელმაც მიიღო ერთ-ერთი სერიოზული დაავადება და მთლიანად ეყრდნობოდა ნეუმივაკინის პანაცეას, ემუქრება დაგვიანების რისკი მისი ნამდვილი ტრადიციული მკურნალობის დაწყებაზე.
წყალბადი არის ქიმიური ელემენტი H სიმბოლოთი და ატომური ნომრით 1. სტანდარტული ატომური მასით დაახლოებით 1,008, წყალბადი არის ყველაზე მსუბუქი ელემენტი პერიოდულ სისტემაზე. მისი ერთატომური ფორმა (H) არის ყველაზე უხვი ქიმიური ნივთიერება სამყაროში, რომელიც შეადგენს ბარიონის მთლიანი მასის დაახლოებით 75%-ს. პლაზმურ მდგომარეობაში ვარსკვლავები ძირითადად წყალბადისგან შედგება. წყალბადის ყველაზე გავრცელებულ იზოტოპს, რომელსაც ეწოდება პროტიუმი (ეს სახელი იშვიათად გამოიყენება, სიმბოლო 1H), აქვს ერთი პროტონი და არ არის ნეიტრონები. ატომური წყალბადის ფართოდ გაჩენა პირველად მოხდა რეკომბინაციის ეპოქაში. სტანდარტული ტემპერატურისა და წნევის დროს წყალბადი არის უფერო, უსუნო, უგემოვნო, არატოქსიკური, არამეტალური, აალებადი დიატომიური გაზი H2 მოლეკულური ფორმულით. იმის გამო, რომ წყალბადი ადვილად აყალიბებს კოვალენტურ კავშირებს არამეტალურ ელემენტებთან, დედამიწაზე წყალბადის უმეტესი ნაწილი არსებობს მოლეკულურ ფორმებში, როგორიცაა წყალი ან ორგანული ნაერთები. წყალბადი განსაკუთრებით მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მჟავა-ფუძის რეაქციებში, რადგან მჟავაზე დაფუძნებული რეაქციების უმეტესობა მოიცავს პროტონების გაცვლას ხსნად მოლეკულებს შორის. იონურ ნაერთებში წყალბადს შეუძლია მიიღოს უარყოფითი მუხტის ფორმა (ანუ ანიონი) და ცნობილია როგორც ჰიდრიდი, ან როგორც დადებითად დამუხტული (ანუ კატიონი) სახეობა, რომელიც აღინიშნება სიმბოლო H+. წყალბადის კატიონი აღწერილია, როგორც მარტივი პროტონისგან შედგება, მაგრამ იონურ ნაერთებში არსებული წყალბადის კათიონები ყოველთვის უფრო რთულია. როგორც ერთადერთი ნეიტრალური ატომი, რომლისთვისაც შრედინგერის განტოლება შეიძლება ამოხსნას ანალიტიკურად, წყალბადმა (კერძოდ, მისი ატომის ენერგიისა და შებოჭვის შესწავლა) გადამწყვეტი როლი ითამაშა კვანტური მექანიკის განვითარებაში. წყალბადის გაზი პირველად ხელოვნურად წარმოიქმნა მე-16 საუკუნის დასაწყისში მჟავების ლითონებთან რეაქციის შედეგად. 1766-81 წლებში. ჰენრი კავენდიშმა პირველმა აღიარა, რომ წყალბადის გაზი არის დისკრეტული ნივთიერება და რომ იგი აწარმოებს წყალს წვის დროს, აქედან გამომდინარეობს მისი სახელი: წყალბადი ბერძნულად ნიშნავს "წყლის მწარმოებელს". წყალბადის სამრეწველო წარმოება ძირითადად დაკავშირებულია ბუნებრივი აირის ორთქლის გარდაქმნასთან და, ნაკლებად ხშირად, უფრო ენერგო ინტენსიურ მეთოდებთან, როგორიცაა წყლის ელექტროლიზი. წყალბადის უმეტესობა გამოიყენება იქ, სადაც ის იწარმოება, ორი ყველაზე გავრცელებული გამოყენებაა წიაღისეული საწვავის დამუშავება (მაგ. ჰიდროკრეკინგი) და ამიაკის წარმოება, ძირითადად სასუქების ბაზრისთვის. წყალბადი მეტალურგიაში შემაშფოთებელია, რადგან მას შეუძლია მრავალი ლითონის დამტვრევა, რაც ართულებს მილსადენებისა და საცავის ავზების დიზაინს.
Თვისებები
წვა
წყალბადის გაზი (დიჰიდროგენი ან მოლეკულური წყალბადი) არის აალებადი გაზი, რომელიც იწვება ჰაერში კონცენტრაციების ძალიან ფართო დიაპაზონში 4%-დან 75%-მდე მოცულობით. წვის ენთალპია არის 286 კჯ/მოლი:
2 H2 (გ) + O2 (გ) → 2 H2O (ლ) + 572 კჯ (286 კჯ/მოლი)
წყალბადის გაზი ქმნის ფეთქებად ნარევებს ჰაერთან 4-74%-მდე და ქლორთან 5,95%-მდე კონცენტრაციით. ფეთქებადი რეაქციები შეიძლება გამოწვეული იყოს ნაპერწკლებით, სიცხეებით ან მზის შუქით. წყალბადის თვითაალების ტემპერატურა, ჰაერში სპონტანური აალების ტემპერატურა, არის 500 °C (932 °F). სუფთა წყალბად-ჟანგბადის ალი ასხივებს ულტრაიისფერ გამოსხივებას და მაღალი ჟანგბადის ნარევით თითქმის უხილავია შეუიარაღებელი თვალით, რასაც მოწმობს Space Shuttle-ის მთავარი ძრავის სუსტი ბუმბული, ვიდრე Space Shuttle მყარი რაკეტის გამაძლიერებლის თვალსაჩინო ბუმბულით, რომელიც იყენებს ამონიუმის პერქლორატის კომპოზიტი. დამწვარი წყალბადის გაჟონვის დასადგენად შესაძლოა საჭირო გახდეს ალი დეტექტორი; ასეთი გაჟონვა შეიძლება იყოს ძალიან საშიში. წყალბადის ალი სხვა პირობებში ცისფერია და ბუნებრივი აირის ლურჯ ცეცხლს წააგავს. საჰაერო ხომალდის „ჰინდენბურგის“ ჩაძირვა წყალბადის წვის ყბადაღებული მაგალითია და საქმე ჯერ კიდევ განხილვის პროცესშია. ამ ინციდენტში ხილული ნარინჯისფერი ალი გამოწვეული იყო წყალბადისა და ჟანგბადის ნარევის ზემოქმედებით, რომელიც შერწყმულია ნახშირბადის ნაერთებთან დირიჟაბლის კანიდან. H2 რეაგირებს ყველა ჟანგვის ელემენტთან. წყალბადს შეუძლია სპონტანურად რეაგირება ოთახის ტემპერატურაზე ქლორთან და ფტორთან და შექმნას შესაბამისი წყალბადის ჰალოიდები, წყალბადის ქლორიდი და წყალბადის ფტორი, რომლებიც ასევე პოტენციურად საშიში მჟავებია.
ელექტრონის ენერგიის დონეები
ელექტრონის ენერგეტიკული დონე წყალბადის ატომში არის -13,6 ევ, რაც უდრის ულტრაიისფერი ფოტონის ტალღის სიგრძით დაახლოებით 91 ნმ. წყალბადის ენერგეტიკული დონეები საკმაოდ ზუსტად შეიძლება გამოითვალოს ატომის ბორის მოდელის გამოყენებით, რომელიც ელექტრონს ასახავს როგორც „ორბიტალურ“ პროტონს, მზის დედამიწის ორბიტის მსგავსი. თუმცა, ატომური ელექტრონი და პროტონი ერთმანეთთან იმართება ელექტრომაგნიტური ძალით, ხოლო პლანეტები და ციური ობიექტები ერთმანეთთან იმართება გრავიტაციით. ბორის მიერ ადრეულ კვანტურ მექანიკაში პოსტულირებული კუთხური იმპულსის დისკრეტიზაციის გამო, ბორის მოდელში ელექტრონს შეუძლია დაიკავოს მხოლოდ გარკვეული დასაშვები მანძილი პროტონიდან და, შესაბამისად, მხოლოდ გარკვეული დასაშვები ენერგიები. წყალბადის ატომის უფრო ზუსტი აღწერა მომდინარეობს წმინდა კვანტური მექანიკური დამუშავებიდან, რომელიც იყენებს შრედინგერის განტოლებას, დირაკის განტოლებას ან თუნდაც ფეინმანის ინტეგრირებულ წრეს პროტონის გარშემო ელექტრონის ალბათობის სიმკვრივის განაწილების გამოსათვლელად. დამუშავების ყველაზე რთული მეთოდები საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ სპეციალური ფარდობითობისა და ვაკუუმური პოლარიზაციის მცირე ეფექტები. კვანტური დამუშავების დროს ელექტრონს წყალბადის ატომში არ გააჩნია ბრუნვის მომენტი, რაც ასახავს იმას, თუ როგორ განსხვავდება „პლანეტარული ორბიტა“ ელექტრონის მოძრაობისგან.
ელემენტარული მოლეკულური ფორმები
არსებობს დიატომური წყალბადის მოლეკულების ორი განსხვავებული სპინის იზომერი, რომლებიც განსხვავდებიან მათი ბირთვების შედარებით სპინით. ორთოწყალბადის ფორმით, ორი პროტონის სპინები პარალელურია და ქმნიან სამეულ მდგომარეობას მოლეკულური სპინის კვანტური რიცხვით 1 (1/2 + 1/2); პარაჰიდროგენის ფორმით, სპინები ანტიპარალელურია და ქმნიან ერთეულს მოლეკულური სპინის კვანტური რიცხვით 0 (1/2 1/2). სტანდარტულ ტემპერატურასა და წნევაზე წყალბადის გაზი შეიცავს პარა-ფორმის დაახლოებით 25%-ს და ორთო ფორმის 75%-ს, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც "ნორმალური ფორმა". ორთოწყალბადისა და პარაჰიდროგენის წონასწორული თანაფარდობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, მაგრამ რადგან ორთო ფორმა არის აღგზნებული მდგომარეობა და აქვს უფრო მაღალი ენერგია ვიდრე პარა ფორმას, ის არასტაბილურია და მისი გაწმენდა შეუძლებელია. ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე წონასწორობის მდგომარეობა თითქმის ექსკლუზიურად შედგება პარა ფორმისგან. სუფთა პარაჰიდროგენის თხევადი და აირის ფაზების თერმული თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ნორმალური ფორმისგან, ბრუნვის სითბოს სიმძლავრის განსხვავებების გამო, რაც უფრო დეტალურად არის განხილული წყალბადის სპინის იზომერებში. ორთო/წყვილი განსხვავება ასევე გვხვდება სხვა წყალბადის შემცველ მოლეკულებში ან ფუნქციურ ჯგუფებში, როგორიცაა წყალი და მეთილენი, მაგრამ ამას მცირე მნიშვნელობა აქვს მათი თერმული თვისებებისთვის. პარა და ორთო H2-ს შორის არაკატალიზირებული ინტერკონვერსია იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად; ამრიგად, სწრაფად შედედებული H2 შეიცავს დიდი რაოდენობით მაღალი ენერგიის ორთოგონალურ ფორმას, რომელიც ძალიან ნელა გარდაიქმნება პარა ფორმაში. ორთო/პარა თანაფარდობა კონდენსირებულ H2-ში მნიშვნელოვანი ფაქტორია თხევადი წყალბადის მომზადებისა და შენახვისთვის: ორთოდან პარაში გადაქცევა ეგზოთერმულია და უზრუნველყოფს საკმარის სითბოს წყალბადის სითხის ნაწილის აორთქლებისთვის, რაც იწვევს თხევადი მასალის დაკარგვას. ორთო-პარა კონვერტაციის კატალიზატორები, როგორიცაა რკინის ოქსიდი, გააქტიურებული ნახშირბადი, პლატინიზებული აზბესტი, იშვიათი მიწები, ურანის ნაერთები, ქრომის ოქსიდი ან ნიკელის ზოგიერთი ნაერთი გამოიყენება წყალბადის გაგრილებაში.
ფაზები
წყალბადის გაზი
თხევადი წყალბადი
ლამის წყალბადი
მყარი წყალბადი
მეტალის წყალბადი
კავშირები
კოვალენტური და ორგანული ნაერთები
მიუხედავად იმისა, რომ H2 არ არის ძალიან რეაქტიული სტანდარტულ პირობებში, ის ქმნის ნაერთებს უმეტეს ელემენტებთან. წყალბადს შეუძლია შექმნას ნაერთები უფრო ელექტროუარყოფითი ელემენტებით, როგორიცაა ჰალოგენები (მაგ. F, Cl, Br, I) ან ჟანგბადი; ამ ნაერთებში წყალბადი ნაწილობრივ დადებით მუხტს იღებს. ფტორთან, ჟანგბადთან ან აზოტთან შეერთებისას წყალბადს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს საშუალო სიძლიერის არაკოვალენტური ბმის სახით სხვა მსგავსი მოლეკულების წყალბადთან, ფენომენი, რომელსაც ეწოდება წყალბადის კავშირი, რომელიც გადამწყვეტია მრავალი ბიოლოგიური მოლეკულის სტაბილურობისთვის. წყალბადი ასევე აყალიბებს ნაერთებს ნაკლებად ელექტროუარყოფითი ელემენტებით, როგორიცაა ლითონები და მეტალოიდები, სადაც ნაწილობრივ უარყოფით მუხტს იღებს. ეს ნაერთები ხშირად ცნობილია როგორც ჰიდრიდები. წყალბადი ნახშირბადთან ერთად აყალიბებს ნაერთების მრავალფეროვნებას, რომელსაც ეწოდება ნახშირწყალბადები, და კიდევ უფრო დიდ ნაერთებს ჰეტეროატომებთან, რომლებსაც, ცოცხალ არსებებთან საერთო კავშირის გამო, ორგანულ ნაერთებს უწოდებენ. მათი თვისებების შესწავლა ორგანული ქიმიის საზრუნავია და მათი შესწავლა ცოცხალი ორგანიზმების კონტექსტში ცნობილია როგორც ბიოქიმია. ზოგიერთი განმარტებით, "ორგანული" ნაერთები უნდა შეიცავდეს მხოლოდ ნახშირბადს. თუმცა, უმეტესობა ასევე შეიცავს წყალბადს, და რადგან ნახშირბად-წყალბადის ბმა წარმოადგენს ნაერთების ამ კლასს მათი სპეციფიკური ქიმიური მახასიათებლების დიდ ნაწილს, ნახშირბად-წყალბადის ბმები საჭიროა ქიმიაში სიტყვის "ორგანული" ზოგიერთ განმარტებაში. ცნობილია მილიონობით ნახშირწყალბადი და ისინი, როგორც წესი, წარმოიქმნება რთული სინთეზური გზებით, რომლებიც იშვიათად შეიცავს ელემენტარულ წყალბადს.
ჰიდრიდები
წყალბადის ნაერთებს ხშირად ჰიდრიდებს უწოდებენ. ტერმინი "ჰიდრიდი" ვარაუდობს, რომ H-ის ატომმა შეიძინა უარყოფითი ან ანიონური ხასიათი, რომელსაც ეწოდება H- და გამოიყენება მაშინ, როდესაც წყალბადი აყალიბებს ნაერთს უფრო ელექტროდადებით ელემენტთან. ჰიდრიდის ანიონის არსებობა, რომელიც შემოთავაზებული იყო გილბერტ ნ. ლუისის მიერ 1916 წელს 1 და 2 ჯგუფის მარილის შემცველი ჰიდრიდებისთვის, აჩვენა მოერსმა 1920 წელს გამდნარი ლითიუმის ჰიდრიდის (LiH) ელექტროლიზით, რომელიც წარმოქმნის წყალბადის სტექიომეტრულ რაოდენობას თითო ანოდზე. 1 და 2 ჯგუფის ლითონების გარდა ჰიდრიდებისთვის, ტერმინი შეცდომაში შემყვანია წყალბადის დაბალი ელექტრონეგატიურობის გათვალისწინებით. გამონაკლისი მე-2 ჯგუფის ჰიდრიდებში არის BeH2, რომელიც პოლიმერულია. ლითიუმის ალუმინის ჰიდრიდში, AlH-4 ანიონი ატარებს ჰიდრიდულ ცენტრებს მყარად დამაგრებულ Al(III)-ზე. მიუხედავად იმისა, რომ ჰიდრიდები შეიძლება ჩამოყალიბდეს თითქმის ყველა ძირითადი ჯგუფის ელემენტებში, შესაძლო ნაერთების რაოდენობა და კომბინაცია მნიშვნელოვნად განსხვავდება; მაგალითად, ცნობილია 100-ზე მეტი ორობითი ბორანის ჰიდრიდი და მხოლოდ ერთი ორობითი ალუმინის ჰიდრიდი. ბინარული ინდიუმის ჰიდრიდი ჯერ არ არის გამოვლენილი, თუმცა დიდი კომპლექსები არსებობს. არაორგანულ ქიმიაში ჰიდრიდებს შეუძლიათ აგრეთვე გამოიყენონ ხიდი ლიგანდები, რომლებიც აკავშირებენ ორ მეტალის ცენტრს საკოორდინაციო კომპლექსში. ეს ფუნქცია განსაკუთრებით დამახასიათებელია მე-13 ჯგუფის ელემენტებისთვის, განსაკუთრებით ბორანებში (ბორის ჰიდრიდები) და ალუმინის კომპლექსებში, ასევე ჯგუფურ კარბორანებში.
პროტონები და მჟავები
წყალბადის დაჟანგვა შლის მის ელექტრონს და იძლევა H+, რომელიც არ შეიცავს ელექტრონებს და ბირთვს, რომელიც ჩვეულებრივ შედგება ერთი პროტონისგან. ამიტომ H+-ს ხშირად პროტონად მოიხსენიებენ. ეს შეხედულება ცენტრალურია მჟავების განხილვისთვის. ბრონსტედ-ლოურის თეორიის მიხედვით, მჟავები პროტონის დონორები არიან, ხოლო ფუძეები პროტონის მიმღებები. შიშველი პროტონი, H+, ვერ იარსებებს ხსნარში ან იონურ კრისტალებში, რადგან მისი დაუძლეველი მიზიდულობა სხვა ატომების ან მოლეკულების მიმართ ელექტრონებით არის. გარდა პლაზმასთან დაკავშირებული მაღალი ტემპერატურისა, ასეთი პროტონები არ შეიძლება ამოღებულ იქნეს ატომებისა და მოლეკულების ელექტრონული ღრუბლებიდან და დარჩებიან მათზე მიბმული. თუმცა, ტერმინი "პროტონი" ზოგჯერ გამოიყენება მეტაფორულად დადებითად დამუხტულ ან კატიონურ წყალბადზე, რომელიც დაკავშირებულია სხვა სახეობებთან ამ გზით, და, როგორც ასეთი, აღინიშნება "H+" ყოველგვარი მნიშვნელობის გარეშე, რომ რომელიმე ცალკეული პროტონი თავისუფლად არსებობს, როგორც სახეობა. ხსნარში შიშველი „გახსნილი პროტონის“ გამოჩენის თავიდან ასაცილებლად, ზოგჯერ ფიქრობენ, რომ მჟავე წყალხსნარებში ნაკლებად სავარაუდო ფიქტიურ სახეობას შეიცავს „ჰიდრონიუმის იონი“ (H 3 O+). თუმცა, ამ შემთხვევაშიც კი, ასეთი ხსნადი წყალბადის კათიონები უფრო რეალისტურად აღიქმება, როგორც ორგანიზებული მტევანი, რომლებიც ქმნიან სახეობებს H 9O+4-თან ახლოს. სხვა ოქსონიუმის იონები გვხვდება, როდესაც წყალი მჟავე ხსნარშია სხვა გამხსნელებთან ერთად. მიუხედავად იმისა, რომ დედამიწაზე ეგზოტიკურია, სამყაროში ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული იონი არის H+3, რომელიც ცნობილია როგორც პროტონირებული მოლეკულური წყალბადი ან ტრიწყალბადის კატიონი.
იზოტოპები
წყალბადს აქვს სამი ბუნებრივი იზოტოპი, დასახელებული 1H, 2H და 3H. სხვა უაღრესად არასტაბილური ბირთვები (4H-დან 7H-მდე) სინთეზირებულია ლაბორატორიაში, მაგრამ არ არის დაფიქსირებული ბუნებაში. 1H წყალბადის ყველაზე გავრცელებული იზოტოპია, სიმრავლით 99,98%-ზე მეტი. ვინაიდან ამ იზოტოპის ბირთვი შედგება მხოლოდ ერთი პროტონისგან, მას მიენიჭა აღწერილობითი, მაგრამ იშვიათად გამოყენებული ოფიციალური სახელი protium. 2H, წყალბადის სხვა სტაბილური იზოტოპი, ცნობილია როგორც დეიტერიუმი და შეიცავს ერთ პროტონს და ერთ ნეიტრონს ბირთვში. ითვლება, რომ სამყაროში არსებული მთელი დეიტერიუმი წარმოიქმნა დიდი აფეთქების დროს და არსებობს ამ დროიდან დღემდე. დეიტერიუმი არ არის რადიოაქტიური ელემენტი და არ წარმოადგენს მნიშვნელოვან ტოქსიკურობის საშიშროებას. მოლეკულებით გამდიდრებულ წყალს, რომელიც შეიცავს დეიტერიუმს ჩვეულებრივი წყალბადის ნაცვლად, მძიმე წყალს უწოდებენ. დეიტერიუმი და მისი ნაერთები გამოიყენება როგორც არარადიოაქტიური ეტიკეტები ქიმიურ ექსპერიმენტებში და გამხსნელებში 1H-NMR სპექტროსკოპიისთვის. მძიმე წყალი გამოიყენება როგორც ნეიტრონის მოდერატორი და გამაგრილებელი ბირთვული რეაქტორებისთვის. დეიტერიუმი ასევე არის პოტენციური საწვავი კომერციული ბირთვული შერწყმისთვის. 3H ცნობილია როგორც ტრიტიუმი და შეიცავს ერთ პროტონს და ორ ნეიტრონს ბირთვში. ის რადიოაქტიურია, ბეტა დაშლის გზით იშლება ჰელიუმ-3-ში, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 12,32 წელი. ის იმდენად რადიოაქტიურია, რომ მისი გამოყენება შესაძლებელია მანათობელ საღებავებში, რაც გამოდგება მაგალითად, მანათობელი ციფერბლატით საათების დასამზადებლად. მინა ხელს უშლის მცირე რადიაციის გამოსვლას. ტრიტიუმის მცირე რაოდენობა ბუნებრივად წარმოიქმნება კოსმოსური სხივების ატმოსფერულ აირებთან ურთიერთქმედებით; ტრიტიუმი ასევე გამოიცა ბირთვული იარაღის გამოცდის დროს. იგი გამოიყენება ბირთვული შერწყმის რეაქციებში, როგორც იზოტოპური გეოქიმიის ინდიკატორი და სპეციალიზებული თვითმმართველობითი განათების მოწყობილობებში. ტრიტიუმი ასევე გამოიყენებოდა ქიმიურ და ბიოლოგიურ ეტიკეტირების ექსპერიმენტებში, როგორც რადიოაქტიური ეტიკეტი. წყალბადი ერთადერთი ელემენტია, რომელსაც აქვს სხვადასხვა სახელები მისი იზოტოპებისთვის, რომლებიც დღეს გამოიყენება. რადიოაქტიურობის ადრეული შესწავლისას სხვადასხვა მძიმე რადიოაქტიურ იზოტოპებს მიენიჭათ საკუთარი სახელები, მაგრამ ასეთი სახელები აღარ გამოიყენება, გარდა დეიტერიუმისა და ტრიტიუმის. სიმბოლოები D და T (ნაცვლად 2H და 3H) ზოგჯერ გამოიყენება დეიტერიუმისთვის და ტრიტიუმისთვის, მაგრამ პროტიუმის P შესაბამისი სიმბოლო უკვე გამოიყენება ფოსფორისთვის და, შესაბამისად, მიუწვდომელია პროტიუმისთვის. თავის ნომენკლატურის სახელმძღვანელოში, სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირი ნებას რთავს D, T, 2H და 3H ნებისმიერი სიმბოლოების გამოყენებას, თუმცა უპირატესობა ენიჭება 2H და 3H. ეგზოტიკური ატომის მუონიუმი (სიმბოლო Mu), რომელიც შედგება ანტიმუონისა და ელექტრონისგან, ასევე ზოგჯერ განიხილება წყალბადის მსუბუქ რადიოიზოტოპად ანტიმუონსა და ელექტრონს შორის მასობრივი სხვაობის გამო, რომელიც აღმოაჩინეს 1960 წელს. მუონის სიცოცხლის განმავლობაში, 2.2 μs, მუონიუმი შეიძლება შევიდეს ისეთ ნაერთებში, როგორიცაა მუონიუმის ქლორიდი (MuCl) ან ნატრიუმის მუონიდი (NaMu), ისევე როგორც წყალბადის ქლორიდი და ნატრიუმის ჰიდრიდი, შესაბამისად.
ამბავი
აღმოჩენა და გამოყენება
1671 წელს რობერტ ბოილმა აღმოაჩინა და აღწერა რეაქცია რკინის ნადებსა და განზავებულ მჟავებს შორის, რაც იწვევს წყალბადის გაზს. 1766 წელს ჰენრი კავენდიშმა პირველმა აღიარა წყალბადის გაზი, როგორც დისკრეტული ნივთიერება და დაარქვა გაზს "აალებადი ჰაერი" მეტალ-მჟავას რეაქციის გამო. მან ივარაუდა, რომ „აალებადი ჰაერი“ ფაქტობრივად იდენტურია ჰიპოთეტური ნივთიერებისა, სახელწოდებით „ფლოგისტონი“ და 1781 წელს კვლავ აღმოაჩინა, რომ გაზი იწვის წყალს წარმოქმნის. ითვლება, რომ სწორედ მან აღმოაჩინა წყალბადი, როგორც ელემენტი. 1783 წელს ანტუან ლავუაზიემ ელემენტს დაარქვა სახელი წყალბადი (ბერძნულიდან ὑδρο-ჰიდრო ნიშნავს "წყალს" და -γενής გენი ნიშნავს "შემოქმედს"), როდესაც მან და ლაპლასმა გაამრავლეს კავენდიშის მონაცემები, რომ წყალი წარმოიქმნა წყალბადის დაწვისას. ლავუაზიემ გამოიმუშავა წყალბადი მასობრივი ექსპერიმენტების შესანარჩუნებლად, ორთქლის ნაკადის მეტალის რკინით რეაქციის გზით ცეცხლში გახურებული ინკანდესენტური ნათურის მეშვეობით. რკინის ანაერობული დაჟანგვა წყლის პროტონებით მაღალ ტემპერატურაზე სქემატურად შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი რეაქციების ნაკრებით:
Fe + H2O → FeO + H2
2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2
ბევრი ლითონი, როგორიცაა ცირკონიუმი, გადის წყალთან მსგავს რეაქციას წყალბადის წარმოქმნით. წყალბადი პირველად გათხევადებულ იქნა ჯეიმს დიუარის მიერ 1898 წელს რეგენერაციული მაცივრის და მისი გამოგონების, ვაკუუმის კოლბის გამოყენებით. მომდევნო წელს მან გამოუშვა მყარი წყალბადი. დეიტერიუმი აღმოაჩინა 1931 წლის დეკემბერში ჰაროლდ ურეის მიერ, ხოლო ტრიტიუმი 1934 წელს მოამზადეს ერნესტ რეზერფორდმა, მარკ ოლიფანტმა და პოლ ჰარტეკმა. მძიმე წყალი, რომელიც შედგება დეიტერიუმისგან ჩვეულებრივი წყალბადის ნაცვლად, აღმოაჩინეს იურეის ჯგუფმა 1932 წელს. ფრანსუა ისააკ დე რივაზმა 1806 წელს ააშენა პირველი "რივაზის" ძრავა, შიდა წვის ძრავა, რომელიც იკვებება წყალბადით და ჟანგბადით. ედვარდ დანიელ კლარკმა გამოიგონა წყალბადის გაზის მილი 1819 წელს. Döbereiner-ის ფოლადი (პირველი სრულფასოვანი სანთებელა) გამოიგონეს 1823 წელს. პირველი წყალბადის ბუშტი გამოიგონა ჟაკ ჩარლზმა 1783 წელს. წყალბადმა უზრუნველყო საჰაერო მიმოსვლის პირველი საიმედო ფორმის აღზევება მას შემდეგ, რაც ჰენრი გიფარდმა გამოიგონა პირველი წყალბადით ამაღლებული საჰაერო ხომალდი 1852 წელს. გერმანელმა გრაფმა ფერდინანდ ფონ ზეპელინმა ხელი შეუწყო წყალბადით ჰაერში ამაღლებული ხისტი საჰაერო ხომალდების იდეას, რომლებსაც მოგვიანებით ზეპელინები უწოდეს; მათგან პირველი გაფრინდა პირველად 1900 წელს. რეგულარული დაგეგმილი ფრენები დაიწყო 1910 წელს და პირველი მსოფლიო ომის დაწყებისას 1914 წლის აგვისტოში მათ გადაჰყავდათ 35000 მგზავრი დიდი ინციდენტის გარეშე. ომის დროს წყალბადის საჰაერო ხომალდები გამოიყენებოდა როგორც სადამკვირვებლო პლატფორმები და ბომბდამშენები. პირველი უწყვეტი ტრანსატლანტიკური ფრენა განხორციელდა ბრიტანული საჰაერო ხომალდის R34-ის მიერ 1919 წელს. რეგულარული სამგზავრო მომსახურება განახლდა 1920-იან წლებში და შეერთებულ შტატებში ჰელიუმის მარაგების აღმოჩენამ უნდა გააუმჯობესოს საავიაციო უსაფრთხოება, მაგრამ აშშ-ს მთავრობამ უარი თქვა ამ მიზნით გაზის გაყიდვაზე, ამიტომ H2 გამოიყენეს ჰინდენბურგის საჰაერო ხომალდში, რომელიც განადგურდა მილანის ხანძარი ნიუ ჯერსიში 1937 წლის 6 მაისს. ინციდენტი პირდაპირ ეთერში გადაიცემოდა და ვიდეო გადაღებულია. გავრცელებული იყო ვარაუდი, რომ აალების მიზეზი იყო წყალბადის გაჟონვა, თუმცა შემდგომი კვლევა მიუთითებს, რომ ალუმინის ქსოვილის საფარი სტატიკური ელექტროენერგიით იყო ანთებული. მაგრამ ამ დროისთვის წყალბადის, როგორც ამწევი გაზის რეპუტაცია უკვე დაზიანებული იყო. იმავე წელს, წყალბადით გაცივებული პირველი ტურბოგენერატორი წყალბადის გაზით, როგორც გამაგრილებელი როტორსა და სტატორში, ამოქმედდა 1937 წელს დეიტონში, ოჰაიო, Dayton Power & Light Co-ის მიერ; წყალბადის გაზის თერმული კონდუქტომეტრის გამო, ის დღეს ყველაზე გავრცელებული გაზია ამ სფეროში გამოსაყენებლად. ნიკელ-წყალბადის ბატარეა პირველად გამოიყენეს 1977 წელს აშშ-ს ნავიგაციის ტექნოლოგიების სატელიტ 2-ზე (NTS-2). ISS, Mars Odyssey და Mars Global Surveyor აღჭურვილია ნიკელ-წყალბადის ბატარეებით. მისი ორბიტის ბნელ ნაწილში ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპი ასევე იკვებება ნიკელ-წყალბადის ბატარეებით, რომლებიც საბოლოოდ შეიცვალა 2009 წლის მაისში, გაშვებიდან 19 წელზე მეტი ხნის შემდეგ და დაპროექტებიდან 13 წლის შემდეგ.
როლი კვანტურ თეორიაში
მხოლოდ პროტონისა და ელექტრონის მარტივი ატომური სტრუქტურის გამო, წყალბადის ატომი, მისგან შექმნილ ან მის მიერ შთანთქმული სინათლის სპექტრთან ერთად, ცენტრალური იყო ატომური სტრუქტურის თეორიის განვითარებაში. გარდა ამისა, წყალბადის მოლეკულისა და შესაბამისი H+2 კატიონის შესაბამისი სიმარტივის შესწავლამ გამოიწვია ქიმიური ბმის ბუნების გაგება, რაც მალევე მოჰყვა წყალბადის ატომის ფიზიკურ დამუშავებას კვანტურ მექანიკაში 2020 წლის შუა რიცხვებში. ერთ-ერთი პირველი კვანტური ეფექტი, რომელიც აშკარად დაფიქსირდა (მაგრამ იმ დროს გაუგებარი იყო) იყო მაქსველის დაკვირვება წყალბადთან ერთად ნახევარი საუკუნით ადრე, სანამ სრული კვანტური მექანიკური თეორია იქნებოდა. მაქსველმა აღნიშნა, რომ H2-ის სპეციფიური თბოტევადობა შეუქცევადად შორდება ოთახის ტემპერატურაზე დაბლა დიათომიურ აირს და უფრო და უფრო ემსგავსება კრიოგენურ ტემპერატურაზე მონოატომური აირის სპეციფიკურ სითბოს სიმძლავრეს. კვანტური თეორიის მიხედვით, ეს ქცევა წარმოიქმნება (კვანტიზებული) ბრუნვის ენერგიის დონეების დაშორებიდან, რომლებიც განსაკუთრებით ფართოდ არის განლაგებული H2-ში მისი დაბალი მასის გამო. ეს ფართოდ დაშორებული დონეები ხელს უშლის თერმული ენერგიის თანაბარ გაყოფას წყალბადში ბრუნვის მოძრაობაში დაბალ ტემპერატურაზე. დიატომის გაზებს, რომლებიც შედგება უფრო მძიმე ატომებისგან, არ აქვთ ასეთი ფართოდ დაშორებული დონეები და არ ავლენენ იგივე ეფექტს. ანტიწყალბადი არის წყალბადის ანტიმატერიალური ანალოგი. იგი შედგება ანტიპროტონისგან პოზიტრონით. ანტიწყალბადი არის ანტიმატერიის ატომის ერთადერთი ტიპი, რომელიც მიღებულია 2015 წლიდან.
ბუნებაში ყოფნა
წყალბადი არის ყველაზე უხვი ქიმიური ელემენტი სამყაროში, რომელიც შეადგენს ნორმალური ნივთიერების 75%-ს მასის მიხედვით და 90%-ზე მეტს ატომების რაოდენობის მიხედვით. (სამყაროს მასის უმეტესი ნაწილი, თუმცა, არ არის ამ ქიმიური ელემენტის სახით, მაგრამ ითვლება, რომ მას აქვს ჯერ კიდევ აღმოჩენილი ფორმები, როგორიცაა ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია.) ეს ელემენტი დიდი რაოდენობით გვხვდება ვარსკვლავებში და გაზის გიგანტები. H2 მოლეკულური ღრუბლები ასოცირდება ვარსკვლავის წარმოქმნასთან. წყალბადი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ვარსკვლავების ჩართვაში პროტონ-პროტონული რეაქციისა და CNO ციკლის ბირთვული შერწყმის დროს. მთელ მსოფლიოში წყალბადი ძირითადად გვხვდება ატომურ და პლაზმურ მდგომარეობებში მოლეკულური წყალბადისგან სრულიად განსხვავებული თვისებებით. როგორც პლაზმა, წყალბადის ელექტრონი და პროტონი ერთმანეთთან არ არის შეკრული, რაც იწვევს ძალიან მაღალ ელექტროგამტარობას და მაღალ ემისიურობას (მზიდან და სხვა ვარსკვლავებიდან სინათლის წარმოქმნას). დამუხტულ ნაწილაკებზე ძლიერ გავლენას ახდენს მაგნიტური და ელექტრული ველები. მაგალითად, მზის ქარში ისინი ურთიერთქმედებენ დედამიწის მაგნიტოსფეროსთან, ქმნიან ბირკლანდის დინებებს და ავრორას. წყალბადი ნეიტრალურ ატომურ მდგომარეობაშია ვარსკვლავთშორის გარემოში. ითვლება, რომ დიდი რაოდენობით ნეიტრალური წყალბადი, რომელიც აღმოჩენილია ლიმან-ალფა სისტემებში, დომინირებს სამყაროს კოსმოლოგიურ ბარიონის სიმკვრივეზე წითელ გადაადგილებამდე z = 4. დედამიწაზე ნორმალურ პირობებში ელემენტარული წყალბადი არსებობს როგორც დიატომიური აირი, H2. თუმცა, წყალბადის გაზი ძალიან იშვიათია დედამიწის ატმოსფეროში (1 ppm მოცულობით) მისი მსუბუქი წონის გამო, რაც საშუალებას აძლევს მას დაემორჩილოს დედამიწის გრავიტაციას უფრო ადვილად ვიდრე მძიმე აირები. თუმცა, წყალბადი არის მესამე ყველაზე უხვი ელემენტი დედამიწის ზედაპირზე, რომელიც ძირითადად არსებობს ისეთი ქიმიური ნაერთების სახით, როგორიცაა ნახშირწყალბადები და წყალი. წყალბადის გაზი იწარმოება ზოგიერთი ბაქტერიისა და წყალმცენარეების მიერ და არის ფლეიტის ბუნებრივი კომპონენტი, ისევე როგორც მეთანი, რომელიც წყალბადის სულ უფრო მნიშვნელოვანი წყაროა. მოლეკულური ფორმა, რომელსაც ეწოდება პროტონირებული მოლეკულური წყალბადი (H+3) გვხვდება ვარსკვლავთშორის გარემოში, სადაც ის წარმოიქმნება კოსმოსური სხივებიდან მოლეკულური წყალბადის იონიზაციის შედეგად. ეს დამუხტული იონი ასევე დაფიქსირდა პლანეტა იუპიტერის ზედა ატმოსფეროში. იონი შედარებით სტაბილურია გარემოში დაბალი ტემპერატურისა და სიმკვრივის გამო. H+3 არის ერთ-ერთი ყველაზე უხვი იონი სამყაროში და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ვარსკვლავთშორისი გარემოს ქიმიაში. ნეიტრალური ტრიატომური წყალბადი H3 შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ აღგზნებული ფორმით და არასტაბილურია. ამის საპირისპიროდ, დადებითი მოლეკულური წყალბადის იონი (H+2) იშვიათი მოლეკულაა სამყაროში.
წყალბადის წარმოება
H2 იწარმოება ქიმიურ და ბიოლოგიურ ლაბორატორიებში, ხშირად, როგორც სხვა რეაქციების გვერდითი პროდუქტი; მრეწველობაში უჯერი სუბსტრატების ჰიდროგენიზაციისთვის; და ბუნებაში, როგორც ბიოქიმიურ რეაქციებში შემამცირებელი ეკვივალენტების გადაადგილების საშუალება.
ორთქლის რეფორმირება
წყალბადის წარმოება შესაძლებელია რამდენიმე გზით, მაგრამ ეკონომიკურად ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესები გულისხმობს წყალბადის ამოღებას ნახშირწყალბადებიდან, რადგან 2000 წელს წყალბადის წარმოების დაახლოებით 95% მოვიდა ორთქლის რეფორმაზე. კომერციულად, დიდი მოცულობის წყალბადი ჩვეულებრივ იწარმოება ბუნებრივი აირის ორთქლის რეფორმით. მაღალ ტემპერატურაზე (1000-1400 K, 700-1100 °C ან 1300-2000 °F) ორთქლი (ორთქლი) რეაგირებს მეთანთან და წარმოქმნის ნახშირორჟანგს და H2.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
ეს რეაქცია საუკეთესოდ მუშაობს დაბალ წნევაზე, მაგრამ მაინც შეიძლება განხორციელდეს მაღალ წნევაზე (2.0 მპა, 20 ატმ ან 600 ინჩი ვერცხლისწყალი). ეს იმიტომ ხდება, რომ მაღალი წნევა H2 არის ყველაზე პოპულარული პროდუქტი და წნევის ქვეშ მყოფი ზედმეტად გაწმენდის სისტემები უკეთესად მოქმედებს მაღალ წნევაზე. პროდუქტის ნარევი ცნობილია როგორც "სინთეზური აირი", რადგან ის ხშირად გამოიყენება უშუალოდ მეთანოლისა და მასთან დაკავშირებული ნაერთების წარმოებისთვის. მეთანის გარდა სხვა ნახშირწყალბადები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სინთეზური აირის წარმოებისთვის სხვადასხვა პროდუქტის თანაფარდობით. ამ უაღრესად ოპტიმიზებული ტექნოლოგიის ერთ-ერთი გართულება არის კოქსის ან ნახშირბადის წარმოქმნა:
CH4 → C + 2 H2
ამიტომ, ორთქლის რეფორმირება ჩვეულებრივ იყენებს H2O-ს ჭარბი რაოდენობას. დამატებითი წყალბადის აღდგენა შესაძლებელია ორთქლიდან ნახშირბადის მონოქსიდის გამოყენებით წყლის გაზის გადანაცვლების რეაქციის მეშვეობით, განსაკუთრებით რკინის ოქსიდის კატალიზატორის გამოყენებით. ეს რეაქცია ასევე არის ნახშირორჟანგის საერთო სამრეწველო წყარო:
CO + H2O → CO2 + H2
H2-ის სხვა მნიშვნელოვანი მეთოდებია ნახშირწყალბადების ნაწილობრივი დაჟანგვა:
2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2
და ნახშირის რეაქცია, რომელიც შეიძლება გახდეს ზემოთ აღწერილი ცვლის რეაქციის პრელუდია:
C + H2O → CO + H2
ზოგჯერ წყალბადი იწარმოება და მოიხმარება იმავე ინდუსტრიულ პროცესში, გამოყოფის გარეშე. ამიაკის წარმოების ჰაბერის პროცესში წყალბადი წარმოიქმნება ბუნებრივი აირისგან. მარილის ხსნარის ელექტროლიზი ქლორის წარმოებისთვის ასევე წარმოქმნის წყალბადს, როგორც ქვეპროდუქტს.
მეტალის მჟავა
ლაბორატორიაში H2 ჩვეულებრივ მზადდება განზავებული არაჟანგვის მჟავების რეაგირებით გარკვეულ რეაქტიულ ლითონებთან, როგორიცაა თუთია Kipp აპარატით.
Zn + 2 H + → Zn2 + + H2
ალუმინს ასევე შეუძლია აწარმოოს H2 ბაზებით დამუშავებისას:
2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2
წყლის ელექტროლიზი წყალბადის წარმოქმნის მარტივი გზაა. დაბალი ძაბვის დენი მიედინება წყალში და ჟანგბადის გაზი წარმოიქმნება ანოდზე, ხოლო წყალბადის გაზი წარმოიქმნება კათოდზე. როგორც წესი, კათოდი მზადდება პლატინისგან ან სხვა ინერტული ლითონისგან შესანახად წყალბადის წარმოებაში. თუმცა, თუ გაზი უნდა დაიწვას ადგილზე, ჟანგბადის არსებობა სასურველია წვის ხელშეწყობისთვის და, შესაბამისად, ორივე ელექტროდი დამზადდება ინერტული ლითონებისგან. (მაგალითად, რკინა იჟანგება და შესაბამისად ამცირებს გამოთავისუფლებული ჟანგბადის რაოდენობას). თეორიული მაქსიმალური ეფექტურობა (გამოყენებული ელექტროენერგია წარმოებული წყალბადის ენერგეტიკულ ღირებულებასთან მიმართებაში) 80-94%-ის ფარგლებშია.
2 H2O (L) → 2 H2 (გ) + O2 (გ)
ალუმინის და გალიუმის შენადნობი წყალში დამატებული გრანულების სახით შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყალბადის წარმოებისთვის. ეს პროცესი ასევე გამოიმუშავებს ალუმინს, მაგრამ ძვირადღირებული გალიუმი, რომელიც ხელს უშლის ოქსიდის კანის წარმოქმნას მარცვლებზე, შეიძლება ხელახლა იქნას გამოყენებული. ამას მნიშვნელოვანი პოტენციური გავლენა აქვს წყალბადის ეკონომიკაზე, ვინაიდან წყალბადის წარმოება შესაძლებელია ადგილობრივად და არ საჭიროებს ტრანსპორტირებას.
თერმოქიმიური თვისებები
არსებობს 200-ზე მეტი თერმოქიმიური ციკლი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყლის გამოსაყოფად, დაახლოებით ათეული ასეთი ციკლი, როგორიცაა რკინის ოქსიდის ციკლი, ცერიუმის (IV) ოქსიდის ციკლი, ცერიუმის (III) ოქსიდის ციკლი, თუთია-თუთიის ოქსიდი. ციკლი, გოგირდის იოდის ციკლი, სპილენძის ციკლი და ქლორისა და გოგირდის ჰიბრიდული ციკლი კვლევისა და ტესტირების პროცესშია წყლისა და სითბოსგან წყალბადის და ჟანგბადის წარმოებისთვის ელექტროენერგიის გამოყენების გარეშე. რიგი ლაბორატორიები (მათ შორის საფრანგეთში, გერმანიაში, საბერძნეთში, იაპონიასა და აშშ-ში) ავითარებენ თერმოქიმიურ მეთოდებს მზის ენერგიისა და წყლისგან წყალბადის წარმოებისთვის.
ანაერობული კოროზია
ანაერობულ პირობებში, რკინის და ფოლადის შენადნობები ნელა იჟანგება წყლის პროტონებით, ხოლო შემცირდება მოლეკულურ წყალბადში (H2). რკინის ანაერობული კოროზია იწვევს პირველ რიგში რკინის ჰიდროქსიდის წარმოქმნას (მწვანე ჟანგი) და შეიძლება აღწერილი იყოს შემდეგი რეაქციით: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. თავის მხრივ, ანაერობულ პირობებში, რკინის ჰიდროქსიდი (Fe (OH) 2) შეიძლება დაიჟანგოს წყლის პროტონებით მაგნეტიტის და მოლეკულური წყალბადის წარმოქმნით. ეს პროცესი აღწერილია შიკორას რეაქციით: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 რკინის ჰიდროქსიდი → მაგნიუმი + წყალი + წყალბადი. კარგად კრისტალიზებული მაგნეტიტი (Fe3O4) თერმოდინამიკურად უფრო სტაბილურია, ვიდრე რკინის ჰიდროქსიდი (Fe(OH)2). ეს პროცესი ხდება რკინისა და ფოლადის ანაერობული კოროზიის დროს უჟანგბადო მიწისქვეშა წყლებში და როდესაც ნიადაგი აღდგება წყლის დონის ქვემოთ.
გეოლოგიური წარმოშობა: სერპენტინიზაციის რეაქცია
ჟანგბადის (O2) არარსებობის პირობებში ღრმა გეოლოგიურ პირობებში, რომელიც გაბატონებულია დედამიწის ატმოსფეროდან შორს, წყალბადი (H2) წარმოიქმნება სერპენტინიზაციის დროს ანაერობული დაჟანგვის შედეგად რკინის სილიკატის (Fe2+) წყლის პროტონებით (Fe2+) ფაალიტის კრისტალურ ბადეში. Fe2SiO4, მინალური ოლივინი -ჯირკვალი). შესაბამისი რეაქცია, რომელიც იწვევს მაგნეტიტის (Fe3O4), კვარცის (SiO2) და წყალბადის (H2) წარმოქმნას: 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 ფაალიტი + წყალი → მაგნეტიტი + კვარცი + წყალბადი. ეს რეაქცია ძალიან ჰგავს შირკას რეაქციას, რომელიც დაფიქსირდა წყალთან კონტაქტში რკინის ჰიდროქსიდის ანაერობული ჟანგვის დროს.
ფორმირება ტრანსფორმატორებში
დენის ტრანსფორმატორებში წარმოქმნილი ყველა საშიში აირებიდან წყალბადი ყველაზე გავრცელებულია და წარმოიქმნება ხარვეზების უმეტესობაში; ამრიგად, წყალბადის წარმოქმნა არის ტრანსფორმატორის სასიცოცხლო ციკლის სერიოზული პრობლემების ადრეული ნიშანი.
აპლიკაციები
მოხმარება სხვადასხვა პროცესში
დიდი რაოდენობით H2 საჭიროა ნავთობისა და ქიმიურ მრეწველობაში. H2-ის ყველაზე დიდი გამოყენება არის წიაღისეული საწვავის გადამუშავებისთვის („განახლება“) და ამიაკის წარმოებისთვის. ნავთობქიმიურ ქარხნებში H2 გამოიყენება ჰიდროდეალკილირების, ჰიდროდეგულფურიზაციისა და ჰიდროკრეკინგის დროს. H2 აქვს რამდენიმე სხვა მნიშვნელოვანი გამოყენება. H2 გამოიყენება როგორც ჰიდროგენირებადი აგენტი, კერძოდ, უჯერი ცხიმებისა და ზეთების გაჯერების დონის გასაზრდელად (რომლებიც გვხვდება მარგარინში) და მეთანოლის წარმოებაში. ის ასევე არის წყალბადის წყარო მარილმჟავას წარმოებაში. H2 ასევე გამოიყენება როგორც შემცირების საშუალება ლითონის საბადოებისთვის. წყალბადი ძალზე ხსნადია ბევრ იშვიათ დედამიწასა და გარდამავალ ლითონებში და ხსნადია როგორც ნანოკრისტალურ, ისე ამორფულ ლითონებში. ლითონებში წყალბადის ხსნადობა დამოკიდებულია ადგილობრივ დამახინჯებებზე ან მინარევებისაგან კრისტალურ ბადეში. ეს შეიძლება იყოს სასარგებლო, როდესაც წყალბადი გაწმენდილია ცხელი პალადიუმის დისკების გავლით, მაგრამ გაზის მაღალი ხსნადობა მეტალურგიული პრობლემაა, რომელიც ამტვრევს ბევრ ლითონს, რაც ართულებს მილსადენის და შესანახი ავზების დიზაინს. გარდა იმისა, რომ გამოიყენება როგორც რეაგენტი, H2-ს აქვს აპლიკაციების ფართო სპექტრი ფიზიკასა და ინჟინერიაში. იგი გამოიყენება როგორც დამცავი აირი შედუღების მეთოდებში, როგორიცაა ატომური წყალბადის შედუღება. H2 გამოიყენება როგორც როტორის გამაგრილებელი ელექტრო გენერატორებში ელექტროსადგურებში, რადგან მას აქვს ყველაზე მაღალი თერმული კონდუქტომეტრული ნებისმიერი გაზისგან. თხევადი H2 გამოიყენება კრიოგენულ კვლევებში, მათ შორის ზეგამტარობის კვლევაში. იმის გამო, რომ H2 ჰაერზე მსუბუქია, ჰაერის სიმკვრივის მხოლოდ 1/14-ზე მეტია, მას ოდესღაც ფართოდ იყენებდნენ როგორც ამწევ გაზს ბურთებსა და საჰაერო ხომალდებში. ახალ აპლიკაციებში წყალბადი გამოიყენება სუფთად ან აზოტთან შერეული (ზოგჯერ მას ფორმირების გაზს უწოდებენ), როგორც ტრეკერ გაზს მყისიერი გაჟონვის გამოსავლენად. წყალბადი გამოიყენება საავტომობილო, ქიმიურ, ენერგეტიკულ, საჰაერო კოსმოსურ და სატელეკომუნიკაციო ინდუსტრიებში. წყალბადი არის ნებადართული საკვები დანამატი (E 949), რომელიც საშუალებას აძლევს საკვების გაჟონვის ტესტირებას, სხვა ანტიოქსიდანტურ თვისებებთან ერთად. წყალბადის იშვიათ იზოტოპებს ასევე აქვთ სპეციფიკური გამოყენება. დეიტერიუმი (წყალბად-2) გამოიყენება ბირთვული დაშლის პროგრამებში, როგორც ნელი ნეიტრონის მოდერატორი და ბირთვული შერწყმის რეაქციებში. დეიტერიუმის ნაერთები გამოიყენება ქიმიისა და ბიოლოგიის სფეროში რეაქციის იზოტოპური ეფექტების შესწავლისას. ტრიტიუმი (წყალბად-3), რომელიც წარმოებულია ბირთვულ რეაქტორებში, გამოიყენება წყალბადის ბომბების წარმოებაში, როგორც იზოტოპის მარკერი ბიოლოგიურ მეცნიერებებში და როგორც გამოსხივების წყარო მანათობელ საღებავებში. წონასწორული წყალბადის სამმაგი წერტილის ტემპერატურა არის განმსაზღვრელი ფიქსირებული წერტილი ITS-90 ტემპერატურის შკალაზე 13,8033 კელვინზე.
გამაგრილებელი საშუალება
წყალბადი ჩვეულებრივ გამოიყენება ელექტროსადგურებში, როგორც მაცივარი გენერატორებში, მრავალი ხელსაყრელი თვისების გამო, რაც მისი მსუბუქი დიატომური მოლეკულების პირდაპირი შედეგია. მათ შორისაა დაბალი სიმკვრივე, დაბალი სიბლანტე და ნებისმიერი გაზის უმაღლესი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე და თბოგამტარობა.
ენერგიის გადამზიდავი
წყალბადი არ არის ენერგიის რესურსი, გარდა კომერციული სინთეზური ელექტროსადგურების ჰიპოთეტური კონტექსტში, რომლებიც იყენებენ დეიტერიუმს ან ტრიტიუმს, ტექნოლოგია, რომელიც ამჟამად შორს არის მომწიფებისგან. მზის ენერგია წყალბადის ბირთვული შერწყმის შედეგად მოდის, მაგრამ ამ პროცესის მიღწევა დედამიწაზე რთულია. მზის, ბიოლოგიური ან ელექტრული წყაროებიდან ელემენტარულ წყალბადს მისი წარმოებისთვის უფრო მეტი ენერგია სჭირდება, ვიდრე მის დასაწვავად, ამიტომ ამ შემთხვევებში წყალბადი ფუნქციონირებს როგორც ენერგიის გადამზიდავი, ბატარეის მსგავსად. წყალბადის მიღება შესაძლებელია წიაღისეული წყაროებიდან (როგორიცაა მეთანი), მაგრამ ეს წყაროები ამოწურულია. ენერგიის სიმკვრივე თხევადი წყალბადის და შეკუმშული აირისებრი წყალბადის მოცულობის ერთეულზე ნებისმიერ პრაქტიკულად მისაღწევ წნევაზე მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე ჩვეულებრივი ენერგიის წყაროები, თუმცა ენერგიის სიმკვრივე საწვავის ერთეულ მასაზე უფრო მაღალია. თუმცა, ელემენტარული წყალბადი ფართოდ იქნა განხილული ენერგეტიკულ კონტექსტში, როგორც შესაძლო სამომავლო ეკონომიკის ენერგიის მატარებელი. მაგალითად, CO2-ის სეკვესტრი, რასაც მოჰყვება ნახშირბადის დაჭერა და შენახვა შეიძლება განხორციელდეს წიაღისეული საწვავიდან H2-ის წარმოების ადგილზე. ტრანსპორტში გამოყენებული წყალბადი იწვის შედარებით სუფთად, NOx-ის გარკვეული გამონაბოლქვით, მაგრამ ნახშირბადის გამონაბოლქვის გარეშე. თუმცა, წყალბადის ეკონომიკაზე სრულ გადაქცევასთან დაკავშირებული ინფრასტრუქტურის ღირებულება მნიშვნელოვანი იქნება. საწვავის უჯრედებს შეუძლიათ წყალბადის და ჟანგბადის გადაქცევა პირდაპირ ელექტროენერგიად უფრო ეფექტურად, ვიდრე შიდა წვის ძრავები.
ნახევარგამტარული ინდუსტრია
წყალბადი გამოიყენება ამორფული სილიციუმის და ამორფული ნახშირბადის ჩამოკიდებული ბმების გასაჯერებლად, რაც ხელს უწყობს მასალის თვისებების სტაბილიზაციას. ის ასევე არის ელექტრონის პოტენციური დონორი სხვადასხვა ოქსიდის მასალებში, მათ შორის ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO3 და Sr.
ბიოლოგიური რეაქციები
H2 არის გარკვეული ანაერობული მეტაბოლიზმის პროდუქტი და წარმოიქმნება რამდენიმე მიკროორგანიზმების მიერ, ჩვეულებრივ, რეაქციის შედეგად, რომლებიც კატალიზებულია რკინის ან ნიკელის შემცველი ფერმენტებით, რომლებსაც ჰიდროგენაზები ეწოდება. ეს ფერმენტები ახდენენ შექცევად რედოქს რეაქციას H2-სა და მის ორ პროტონსა და ორ ელექტრონის კომპონენტს შორის. წყალბადის გაზის შექმნა ხდება პირუვატის დუღილის შედეგად წარმოქმნილი შემცირებული ეკვივალენტების წყალში გადატანით. ორგანიზმების მიერ წყალბადის წარმოებისა და მოხმარების ბუნებრივ ციკლს წყალბადის ციკლი ეწოდება. წყლის გაყოფა, პროცესი, რომლის დროსაც წყალი იშლება მის შემადგენელ პროტონებად, ელექტრონებად და ჟანგბადად, ხდება სინათლის რეაქციების დროს ყველა ფოტოსინთეზურ ორგანიზმში. ზოგიერთი ასეთი ორგანიზმი, მათ შორის წყალმცენარეები Chlamydomonas Reinhardtii და ციანობაქტერიები, განვითარდა ბნელ რეაქციებში მეორე ეტაპი, რომელშიც პროტონები და ელექტრონები მცირდება H2 აირის შესაქმნელად ქლოროპლასტების სპეციალიზებული ჰიდროგენაზებით. გაკეთდა მცდელობები ციანობაქტერიული ჰიდრაზების გენეტიკურად მოდიფიცირებისთვის H2 გაზის ეფექტური სინთეზისთვის ჟანგბადის არსებობის შემთხვევაშიც კი. ასევე ძალისხმევა გაკეთდა გენმოდიფიცირებული წყალმცენარეების გამოყენებით ბიორეაქტორში.
/მოლი (eV)
(პოლინგის მიხედვით)
ნივთიერებები
| ჰ | 1 |
| 1,00794 | |
| 1ს 1 | |
| წყალბადი | |
წყალბადიელემენტთა პერიოდულ სისტემაში პირველი ელემენტია. ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში. წყალბადის 1 H ყველაზე გავრცელებული იზოტოპის კატიონი (და ბირთვი) არის პროტონი. 1 H ბირთვის თვისებები საშუალებას იძლევა ფართოდ გამოიყენოს NMR სპექტროსკოპია ორგანული ნივთიერებების ანალიზში.
წყალბადის ისტორია
მჟავებისა და ლითონების ურთიერთქმედების დროს აალებადი აირის გამოშვება შეინიშნებოდა მე-16 და მე-17 საუკუნეებში ქიმიის, როგორც მეცნიერების ჩამოყალიბების გარიჟრაჟზე. ლომონოსოვმა პირდაპირ მიუთითა მის იზოლაციაზე, მაგრამ უკვე ნამდვილად გააცნობიერა, რომ ეს არ იყო ფლოგისტონი. ინგლისელმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა G. Cavendish-მა 1766 წელს გამოიკვლია ეს გაზი და უწოდა "წვის ჰაერი". დამწვრობისას „წვის ჰაერი“ წარმოქმნიდა წყალს, მაგრამ კავენდიშის ფლოგისტონის თეორიის ერთგულებამ ხელი შეუშალა მას სწორი დასკვნების გაკეთებაში. ფრანგი ქიმიკოსი ა.ლავუაზიე ინჟინერ ჟ.მეუნიერთან ერთად სპეციალური გაზის მრიცხველების გამოყენებით 1783 წ. ჩაატარა წყლის სინთეზი, შემდეგ კი მისი ანალიზი, წყლის ორთქლის დაშლა გაცხელებული რკინით. ამრიგად, მან დაადგინა, რომ „წვადი ჰაერი“ წყლის ნაწილია და მისი მიღება შესაძლებელია.
სახელის წარმოშობა წყალბადი
ლავუაზიემ უწოდა წყალბადის წყალბადი (საიდან ὕδωρ - "წყალი" და γενναω - "მე ვშობ") - "წყლის მშობიარობა". რუსული სახელწოდება "წყალბადი" შემოგვთავაზა ქიმიკოსმა მ.ფ. სოლოვიევმა 1824 წელს ლომონოსოვის "ჟანგბადის" ანალოგიით.
წყალბადის სიმრავლე
სამყაროში
წყალბადი სამყაროს ყველაზე უხვი ელემენტია. იგი შეადგენს ყველა ატომის დაახლოებით 92%-ს (8% არის ჰელიუმის ატომები, ყველა სხვა ელემენტის წილი ერთად აღებული 0,1%-ზე ნაკლებია). ამრიგად, წყალბადი არის ვარსკვლავებისა და ვარსკვლავთშორისი გაზის მთავარი კომპონენტი. ვარსკვლავური ტემპერატურის პირობებში (მაგალითად, მზის ზედაპირის ტემპერატურაა ~6000 °C), წყალბადი არსებობს პლაზმის სახით, ვარსკვლავთშორის სივრცეში ეს ელემენტი არსებობს ცალკეული მოლეკულების, ატომების და იონების სახით და შეუძლია შექმნას მოლეკულური. ღრუბლები, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება ზომით, სიმკვრივით და ტემპერატურით.
დედამიწის ქერქი და ცოცხალი ორგანიზმები
დედამიწის ქერქში წყალბადის მასობრივი წილი 1%-ია - ეს არის მეათე ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. თუმცა მისი როლი ბუნებაში განისაზღვრება არა მასით, არამედ ატომების რაოდენობით, რომელთა წილი სხვა ელემენტებს შორის არის 17% (მეორე ადგილი ჟანგბადის შემდეგ, რომლის ატომების ფრაქცია ~52%). ამიტომ წყალბადის მნიშვნელობა დედამიწაზე მიმდინარე ქიმიურ პროცესებში თითქმის ისეთივე დიდია, როგორც ჟანგბადის. ჟანგბადისგან განსხვავებით, რომელიც დედამიწაზე არსებობს როგორც შეკრულ, ისე თავისუფალ მდგომარეობაში, დედამიწაზე თითქმის მთელი წყალბადი ნაერთების სახითაა; წყალბადის მხოლოდ ძალიან მცირე რაოდენობა მარტივი ნივთიერების სახით გვხვდება ატმოსფეროში (0,00005% მოცულობით).
წყალბადი არის თითქმის ყველა ორგანული ნივთიერების შემადგენელი ნაწილი და იმყოფება ყველა ცოცხალ უჯრედში. ცოცხალ უჯრედებში, ატომების რაოდენობის მიხედვით, წყალბადი თითქმის 50%-ს შეადგენს.
წყალბადის მიღება
მარტივი ნივთიერებების მოპოვების სამრეწველო მეთოდები დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა ფორმით გვხვდება ბუნებაში შესაბამისი ელემენტი, ანუ რა შეიძლება იყოს ნედლეული მისი წარმოებისთვის. ასე რომ, ჟანგბადი, რომელიც ხელმისაწვდომია თავისუფალ მდგომარეობაში, მიიღება ფიზიკური მეთოდით - თხევადი ჰაერისგან იზოლირებით. თითქმის ყველა წყალბადი ნაერთების სახითაა, ამიტომ მის მისაღებად გამოიყენება ქიმიური მეთოდები. კერძოდ, შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაშლის რეაქციები. წყალბადის წარმოების ერთ-ერთი გზაა წყლის დაშლის რეაქცია ელექტრული დენით.
წყალბადის წარმოების მთავარი სამრეწველო მეთოდი არის რეაქცია მეთანის წყალთან, რომელიც ბუნებრივი აირის ნაწილია. იგი ტარდება მაღალ ტემპერატურაზე (ადვილია იმის შემოწმება, რომ როდესაც მეთანი გადადის მდუღარე წყალშიც კი, რეაქცია არ ხდება):
ლაბორატორიაში მარტივი ნივთიერებების მისაღებად გამოიყენება არა აუცილებლად ბუნებრივი ნედლეული, არამედ ირჩევა ის საწყისი ნივთიერებები, საიდანაც უფრო ადვილია საჭირო ნივთიერების გამოყოფა. მაგალითად, ლაბორატორიაში ჟანგბადი არ მიიღება ჰაერიდან. იგივე ეხება წყალბადის წარმოებას. წყალბადის წარმოების ერთ-ერთი ლაბორატორიული მეთოდი, რომელიც ზოგჯერ გამოიყენება ინდუსტრიაში, არის წყლის დაშლა ელექტრული დენით.
წყალბადი ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ლაბორატორიაში თუთიის მარილმჟავასთან ურთიერთქმედებით.
წყალბადის მიღება ინდუსტრიაში
1. მარილების წყალხსნარების ელექტროლიზი:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2
2. წყლის ორთქლის გადატანა ცხელ კოქსზე დაახლოებით 1000°C ტემპერატურაზე:
H 2 O + ⇄ H 2 + CO
3.ბუნებრივი აირისგან.
ორთქლის კონვერტაცია:
CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C)
კატალიზური დაჟანგვა ჟანგბადით:
2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2
4. ნახშირწყალბადების კრეკინგი და რეფორმირება ნავთობის გადამუშავების პროცესში.
წყალბადის მიღება ლაბორატორიაში
1. განზავებული მჟავების მოქმედება მეტალებზე. ასეთი რეაქციის განსახორციელებლად ყველაზე ხშირად გამოიყენება თუთია და განზავებული მარილმჟავა:
+2HCl → ZnCl 2 +H 2
2. კალციუმის წყალთან ურთიერთქმედება: |
+ 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3. ჰიდროლიზის ჰიდროლიზი:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
4. ტუტეების მოქმედება თუთიაზე ან ალუმინზე:
2 + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
+ 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5. ელექტროლიზის გამოყენება. ტუტეების ან მჟავების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს წყალბადი გამოიყოფა კათოდზე, მაგალითად:
2H 3 O + +2e - → H 2 +2H 2 O
დამატებითი ინფორმაცია წყალბადის შესახებ
ბიორეაქტორი წყალბადის წარმოებისთვის
წყალბადის ფიზიკური თვისებები
წყალბადის ემისიის სპექტრი
წყალბადის ემისიის სპექტრი
წყალბადის მოდიფიკაციები შეიძლება განცალკევდეს აქტიურ ნახშირბადზე ადსორბციით თხევადი აზოტის ტემპერატურაზე. ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, ორთოწყალბადსა და პარაჰიდროგენს შორის წონასწორობა თითქმის მთლიანად გადადის ამ უკანასკნელისკენ. 80 K-ზე, ასპექტის თანაფარდობა არის დაახლოებით 1:1. დეზორბირებული პარაჰიდროგენი გარდაიქმნება ორთოწყალბადად გაცხელებისას ოთახის ტემპერატურაზე წონასწორული ნარევის წარმოქმნამდე (ortho-para: 75:25). კატალიზატორის გარეშე ტრანსფორმაცია ნელა მიმდინარეობს (ვარსკვლავთშორისი გარემოს პირობებში, დამახასიათებელი დროებით კოსმოლოგიურ დროებამდე), რაც შესაძლებელს ხდის ცალკეული მოდიფიკაციების თვისებების შესწავლას.
წყალბადი არის ყველაზე მსუბუქი აირი, ის ჰაერზე 14,5-ჯერ მსუბუქია. ცხადია, რაც უფრო მცირეა მოლეკულების მასა, მით უფრო მაღალია მათი სიჩქარე იმავე ტემპერატურაზე. როგორც ყველაზე მსუბუქი, წყალბადის მოლეკულები მოძრაობენ უფრო სწრაფად, ვიდრე სხვა გაზის მოლეკულები და ამგვარად შეუძლიათ სითბოს გადაცემა ერთი სხეულიდან მეორეზე უფრო სწრაფად. აქედან გამომდინარეობს, რომ წყალბადს აქვს ყველაზე მაღალი თბოგამტარობა აირისებრ ნივთიერებებს შორის. მისი თბოგამტარობა დაახლოებით შვიდჯერ აღემატება ჰაერს.
წყალბადის მოლეკულა არის დიატომური - H 2. ნორმალურ პირობებში ეს არის უფერო, უსუნო და უგემოვნო გაზი. სიმკვრივე 0,08987 გ/ლ (ნ.ო.), დუღილის წერტილი −252,76 °C, წვის სპეციფიკური სითბო 120,9 10 6 ჯ/კგ, წყალში ნაკლებად ხსნადი - 18,8 მლ/ლ. წყალბადი ძალიან ხსნადია ბევრ ლითონში (, და ა.შ.), განსაკუთრებით პალადიუმში (850 ტომი 1 მოცულობის Pd-ზე). ლითონებში წყალბადის ხსნადობასთან დაკავშირებულია მათში დიფუზიის უნარი; ნახშირბადის შენადნობის (მაგალითად, ფოლადის) მეშვეობით დიფუზიას ზოგჯერ თან ახლავს შენადნობის განადგურება წყალბადის ნახშირბადთან ურთიერთქმედების გამო (ე.წ. დეკარბონიზაცია). პრაქტიკულად არ იხსნება ვერცხლში.
წყალბადის ფაზის დიაგრამა
თხევადი წყალბადი არსებობს ძალიან ვიწრო ტემპერატურის დიაპაზონში -252,76-დან -259,2 °C-მდე. ეს არის უფერო სითხე, ძალიან მსუბუქი (სიმკვრივე -253 °C 0,0708 გ / სმ 3) და თხევადი (სიბლანტე -253 °C 13,8 ც.). წყალბადის კრიტიკული პარამეტრები ძალიან დაბალია: ტემპერატურა -240,2 °C და წნევა 12,8 ატმ. ეს ხსნის წყალბადის გათხევადების სირთულეებს. თხევად მდგომარეობაში წონასწორული წყალბადი შედგება 99,79% para-H2, 0,21% ortho-H2.
მყარი წყალბადი, დნობის წერტილი −259,2 °C, სიმკვრივე 0,0807 გ/სმ3 (−262 °C–ზე) — თოვლის მსგავსი მასა, ექვსკუთხა კრისტალები, კოსმოსური ჯგუფი P6/მმკ, უჯრედის პარამეტრები ა=3,75 გ=6.12. მაღალი წნევის დროს წყალბადი ხდება მეტალიკი.
იზოტოპები
წყალბადი გვხვდება სამი იზოტოპის სახით, რომლებსაც აქვთ ინდივიდუალური სახელები: 1 H - პროტიუმი (H), 2 H - დეიტერიუმი (D), 3 H - ტრიტიუმი (რადიოაქტიური) (T).
პროტიუმი და დეიტერიუმი სტაბილური იზოტოპებია მასობრივი ნომრებით 1 და 2. მათი შემცველობა ბუნებაში არის 99,9885 ± 0,0070% და 0,0115 ± 0,0070%, შესაბამისად. ეს თანაფარდობა შეიძლება ოდნავ განსხვავდებოდეს წყალბადის წარმოების წყაროსა და მეთოდის მიხედვით.
წყალბადის იზოტოპი 3 H (ტრიტიუმი) არასტაბილურია. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 12,32 წელია. ტრიტიუმი ბუნებაში ძალიან მცირე რაოდენობით გვხვდება.
ლიტერატურაში ასევე მოცემულია მონაცემები წყალბადის იზოტოპების შესახებ 4–7 მასის ნომრით და ნახევარგამოყოფის პერიოდი 10–22–10–23 წმ.
ბუნებრივი წყალბადი შედგება H 2 და HD (დეიტეროწყალბადის) მოლეკულებისგან 3200:1 თანაფარდობით. სუფთა დეიტერიუმის წყალბადის D 2 შემცველობა კიდევ უფრო ნაკლებია. HD და D 2-ის კონცენტრაციის თანაფარდობა არის დაახლოებით 6400:1.
ქიმიური ელემენტების ყველა იზოტოპიდან წყალბადის იზოტოპების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები ყველაზე მეტად განსხვავდება ერთმანეთისგან. ეს გამოწვეულია ატომების მასების ყველაზე დიდი ფარდობითი ცვლილების გამო.
| ტემპერატურა დნობა, კ |
ტემპერატურა დუღილი, კ |
სამმაგი წერტილი, კ/კპა |
კრიტიკული წერტილი, კ/კპა |
სიმკვრივე თხევადი/გაზი, კგ/მ³ |
|
|---|---|---|---|---|---|
| H2 | 13.95 | 20,39 | 13,96 /7,3 | 32,98 /1,31 | 70,811 /1,316 |
| HD | 16,60 | 22,13 | 16,60 /12,8 | 35,91 /1,48 | 114,80 /1,802 |
| HT | 22,92 | 17,63 /17,7 | 37,13 /1,57 | 158,62 /2,310 | |
| D2 | 18,62 | 23,67 | 18,73 /17,1 | 38,35 /1,67 | 162,50 /2,230 |
| DT | 24.38 | 19,71 /19,4 | 39,42 /1,77 | 211,54 /2,694 | |
| T2 | 25,04 | 20,62 /21,6 | 40,44 /1,85 | 260,17 /3,136 |
დეიტერიუმს და ტრიტიუმს ასევე აქვთ ორთო და პარა მოდიფიკაციები: გვ-D2, ო-D2, გვ-T2, ო-T 2. ჰეტეროიზოტოპურ წყალბადს (HD, HT, DT) არ გააჩნია ორთო და პარა მოდიფიკაციები.
ქიმიური თვისებები
წყალბადის მოლეკულები H 2 საკმაოდ ძლიერია და იმისთვის, რომ წყალბადმა მოახდინოს რეაქცია, ბევრი ენერგია უნდა დაიხარჯოს:
H 2 \u003d 2H - 432 kJ
ამიტომ, ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, წყალბადი რეაგირებს მხოლოდ ძალიან აქტიურ ლითონებთან, როგორიცაა კალციუმი, წარმოქმნის კალციუმის ჰიდრიდს:
H 2 \u003d CaH 2
და ერთადერთი არალითონით - ფტორით, რომელიც ქმნის წყალბადის ფტორს:
F 2 +H 2 \u003d 2HF
წყალბადი რეაგირებს მეტალების და არამეტალების უმეტესობასთან ამაღლებულ ტემპერატურაზე ან სხვა გავლენის ქვეშ, როგორიცაა განათება:
O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O
მას შეუძლია ჟანგბადი "წაიღოს" ზოგიერთი ოქსიდიდან, მაგალითად:
CuO + H 2 \u003d + H 2 O
დაწერილი განტოლება ასახავს წყალბადის შემცირების თვისებებს.
N 2 + 3H 2 → 2NH 3
ჰალოგენებთან ერთად ქმნის წყალბადის ჰალოგენებს:
F 2 + H 2 → 2HF, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით სიბნელეში და ნებისმიერ ტემპერატურაზე, Cl 2 + H 2 → 2HCl, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით, მხოლოდ სინათლეში.
ის ურთიერთქმედებს ჭვარტლთან ძლიერი გაცხელებისას:
2H2→CH4
ურთიერთქმედება ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონებთან
აქტიურ ლითონებთან ურთიერთობისას წყალბადი აყალიბებს ჰიდრიდებს:
2 +H 2 → 2NaH +H 2 → CaH 2 + H 2 → MgH 2
ჰიდრიდები- მარილის მსგავსი მყარი ნივთიერებები, ადვილად ჰიდროლიზებული:
CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2
ურთიერთქმედება ლითონის ოქსიდებთან (ჩვეულებრივ d-ელემენტებთან)
ოქსიდები იშლება ლითონებად:
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
ორგანული ნაერთების ჰიდროგენიზაცია
მოლეკულური წყალბადი ფართოდ გამოიყენება ორგანულ სინთეზში ორგანული ნაერთების შემცირებისთვის. ამ პროცესებს ე.წ ჰიდროგენიზაციის რეაქციები. ეს რეაქციები ტარდება კატალიზატორის თანდასწრებით მომატებულ წნევასა და ტემპერატურაზე. კატალიზატორი შეიძლება იყოს ერთგვაროვანი (მაგ. Wilkinson კატალიზატორი) ან ჰეტეროგენული (მაგ. Raney ნიკელი, პალადიუმი ნახშირბადზე).
ამრიგად, კერძოდ, უჯერი ნაერთების კატალიზური ჰიდროგენიზაციის დროს, როგორიცაა ალკენები და ალკინები, წარმოიქმნება გაჯერებული ნაერთები, ალკანები.
წყალბადის გეოქიმია
თავისუფალი წყალბადი H 2 შედარებით იშვიათია ხმელეთის აირებში, მაგრამ წყლის სახით იგი განსაკუთრებულად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს გეოქიმიურ პროცესებში.
წყალბადი შეიძლება იყოს მინერალებში ამონიუმის იონის, ჰიდროქსილის იონის და კრისტალური წყლის სახით.
ატმოსფეროში წყალბადი განუწყვეტლივ წარმოიქმნება მზის რადიაციის მიერ წყლის დაშლის შედეგად. მცირე მასის მქონე წყალბადის მოლეკულებს აქვთ დიფუზიური მოძრაობის მაღალი სიჩქარე (ის ახლოსაა მეორე კოსმოსურ სიჩქარესთან) და ატმოსფეროს ზედა ფენებში მოხვედრისას შეუძლიათ გაფრინდნენ გარე სივრცეში.
ცირკულაციის მახასიათებლები
წყალბადის გამოყენება
ატომური წყალბადი გამოიყენება ატომური წყალბადის შედუღებისთვის.
ქიმიური მრეწველობა
ამიაკის, მეთანოლის, საპნის და პლასტმასის წარმოებაში
კვების ინდუსტრია
თხევადი მცენარეული ზეთებისგან მარგარინის წარმოებაში.
რეგისტრირებულია როგორც დიეტური დანამატი E949(გაზის შეფუთვა)
საავიაციო ინდუსტრია
წყალბადი ძალიან მსუბუქია და ყოველთვის ამოდის ჰაერში. ოდესღაც საჰაერო ხომალდები და ბუშტები წყალბადით იყო სავსე. მაგრამ 30-იან წლებში. XX საუკუნე იყო რამდენიმე უბედური შემთხვევა, როდესაც საჰაერო ხომალდები აფეთქდა და დაიწვა. დღესდღეობით საჰაერო ხომალდები სავსეა ჰელიუმით.
Საწვავი
წყალბადი გამოიყენება როგორც სარაკეტო საწვავი. მიმდინარეობს კვლევა წყალბადის, როგორც საწვავის მანქანებისა და სატვირთო მანქანების გამოყენებაზე. წყალბადის ძრავები არ აბინძურებენ გარემოს და გამოყოფენ მხოლოდ წყლის ორთქლს.
წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედები იყენებენ წყალბადს ქიმიური რეაქციის ენერგიის უშუალოდ გარდაქმნის ელექტრო ენერგიად.
წყალბადი, წყალბადი, N (1)
წყალბადი, როგორც აალებადი (წვადი) ჰაერი, დიდი ხანია ცნობილია. იგი მიიღეს ლითონებზე მჟავების მოქმედებით, ფეთქებადი აირის წვას და აფეთქებას აკვირდებოდნენ XVI-XVIII საუკუნეების პარაცელსუსი, ბოილი, ლემერი და სხვა მეცნიერები. ფლოგისტონის თეორიის გავრცელებასთან ერთად, ზოგიერთი ქიმიკოსი ცდილობდა წყალბადის „თავისუფალ ფლოგისტონად“ გადაქცევას. ლომონოსოვის დისერტაცია „მეტალის ბრწყინვალების შესახებ“ აღწერს წყალბადის წარმოქმნას „მჟავე სპირტების“ (მაგალითად, „ჰიდროქლორინის სპირტი“, ე.ი. მარილმჟავა) რკინასა და სხვა ლითონებზე მოქმედებით; რუსმა მეცნიერმა პირველმა (1745 წ.) წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ წყალბადი („წვის ორთქლი“ - ორთქლის inflammabilis) არის ფლოგისტონი. კევენდიშმა, რომელმაც დეტალურად შეისწავლა წყალბადის თვისებები, წამოაყენა მსგავსი ჰიპოთეზა 1766 წელს. მან წყალბადს უწოდა "აალებად ჰაერი" მიღებულ "ლითონებისგან" (Iflammable air from metals) და სჯეროდა, როგორც ყველა ფლოგისტიკა, რომ მჟავებში გახსნისას. ლითონი კარგავს თქვენს ფლოგისტონს. ლავუაზიე, რომელმაც 1779 წელს შეისწავლა წყლის შემადგენლობა მისი სინთეზისა და დაშლის გზით, ბერძნულიდან უწოდა წყალბადი Hydrogine (წყალბად) ან Hydrogene (წყალბად). გიდორი - წყალი და გენინომე - ვაწარმოებ, ვშობ.
1787 წლის ნომენკლატურულმა კომისიამ მიიღო სიტყვა წარმოება წყალბადი გენაოდან, ვშობ. ლავუაზიეს მარტივი სხეულების ცხრილში წყალბადი (ჰიდროგენი) მოხსენიებულია ხუთ (სინათლე, სითბო, ჟანგბადი, აზოტი, წყალბადი) შორის „მარტივი სხეულები, რომლებიც მიეკუთვნებიან ბუნების სამივე სამეფოს და რომლებიც უნდა მივიჩნიოთ სხეულების ელემენტებად“; როგორც სახელწოდების Hydrogene ძველ სინონიმებს, ლავუაზიე უწოდებს აალებადი გაზს (Gaz inflammable), აალებადი აირის საფუძველს. მე -18 საუკუნის ბოლოს და მე -19 საუკუნის დასაწყისის რუსულ ქიმიურ ლიტერატურაში. წყალბადის ორი სახის სახელწოდებაა: ფლოგისტიკური (წვადი აირი, აალებადი ჰაერი, აალებადი ჰაერი, აალებადი ჰაერი) და ანტიფლოგისტური (წყლის შემქმნელი, წყლის შემქმნელი არსება, წყლის შემქმნელი გაზი, წყალბადის გაზი, წყალბადი). სიტყვების ორივე ჯგუფი წყალბადის ფრანგული სახელების თარგმანია.
წყალბადის იზოტოპები აღმოაჩინეს 1930-იან წლებში და სწრაფად მოიპოვეს დიდი მნიშვნელობა მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში. 1931 წლის ბოლოს, Urey, Breckwedd და Murphy გამოიკვლიეს ნარჩენები თხევადი წყალბადის ხანგრძლივი აორთქლების შემდეგ და აღმოაჩინეს მასში მძიმე წყალბადი 2 ატომური წონის მქონე. ამ იზოტოპს ბერძნულიდან ეწოდა დეიტერიუმი (Deuterium, D) - მეორე, მეორე. . ოთხი წლის შემდეგ, წყალში, რომელიც ექვემდებარება ხანგრძლივ ელექტროლიზს, აღმოაჩინეს წყალბადის კიდევ უფრო მძიმე იზოტოპი 3H, რომელსაც ეწოდა ტრიტიუმი (Tritium, T), ბერძნულიდან - მესამე.
