Are forma unei mingi, dar l-am imaginat ca pe un disc și chiar drept un dreptunghi plutitor, foc, aer, pământ și apă considerate patru elementele de bază ale universului. Cine a încetat să numească apa element? Cine a lipsit-o de acest rang înalt? ? O serie de chimiști curajoși, lucrând independent, au făcut aproape simultan această descoperire.

Descoperitorii oxigenului și hidrogenului

De când chimiștii i-au împins pe alchimiști și vrăjitori din replică, familia elementelor a crescut deodată. Dacă în urmă cu o sută de ani număra doar 60 de membri, acum, numărând elementele obţinute artificial, sunt o sută. Le vom găsi numele, semnul chimic, greutatea atomică și numărul de serie în orice tabel chimic. Din ea au dispărut doar numele „strămoșilor”. Descoperitorii oxigenului și hidrogenului sunt considerate:

1. chimist francez Antoine Laurent Lavoisier. A fost directorul unei fabrici de salitr și pulbere, iar mai târziu, după victoria revoluției burgheze franceze, comisarul vistieriei naționale, unul dintre cei mai influenți oameni din Franța.
2. chimist englez Henry Cavendish, originar dintr-o veche familie ducală, care a donat o mare parte din averea sa științei.
3. compatriotul Cavendish, Joseph Priestley. Era preot. Ca un susținător înfocat al Revoluției Franceze, Priestley a fost expulzat din Anglia și a fugit în America.
4. Faimosul chimist suedez Carl Wilhelm Scheele, farmacist.

Acestea sunt numele lor. Și ce au făcut?

Oxigen - în apă și aer

Lavoisier, Priestley și Scheele au făcut o serie de experimente. Mai întâi ei a descoperit oxigenul în apă și aer. Abreviat în chimie, este notat cu litera „O”. Când am spus

Nu există viață fără apă

acest lucru încă nu s-a spus cui, de fapt, apa îi datorează puterea dătătoare de viață. Acum putem răspunde la această întrebare. Puterea dătătoare de viață a apei este în oxigen. Oxigenul este cel mai important element al învelișului de aer care înconjoară Pământul. Fără oxigen, viața se stinge ca o flacără de lumânare pusă sub un borcan de sticlă. Chiar și cel mai mare foc se stinge dacă obiectele care arde sunt aruncate cu nisip, întrerupând accesul oxigenului la ele.
Acum înțelegi de ce focul din sobă arde atât de rău dacă priveliștea este închisă? Același proces de ardere are loc în corpul nostru în timpul metabolismului. Motorul cu abur funcționează folosind energia termică a cărbunelui care arde. În același mod, corpul nostru folosește energia acelor nutrienți pe care îi consumăm. Aerul pe care îl respirăm este necesar pentru ca „soba” – corpul nostru – să ardă bine, deoarece corpul nostru trebuie să aibă o anumită temperatură. Când expirăm, eliberăm apă sub formă de vapori și produse de ardere.
Lavoisier a studiat aceste procese și a constatat că arderea este combinarea rapidă a diferitelor substanțe cu oxigenul din aer. Acest lucru creează căldură. Dar Lavoisier nu era mulţumit de faptul că a descoperit oxigenul. El a vrut să știe cu ce substanțe se combină oxigenul.

Descoperirea hidrogenului

Aproape simultan cu Cavendish, care a descompus și apa în părțile sale componente, Lavoisier a descoperit hidrogenul. Acest element se numește „Hidrogeniu”, ceea ce înseamnă: Hidrogenul este notat cu litera „H”. Să examinăm din nou dacă hidrogenul este într-adevăr în interior compozitia apei. Umpleți un pahar cu gheață și încălziți-l peste flacăra unei lămpi cu alcool. (Alcoolul, ca orice alcool, este bogat în hidrogen.) Și ce vom vedea? Partea exterioară a eprubetei va fi acoperită cu rouă. Sau țineți un cuțit curat peste flacăra unei lumânări. Cuțitul va fi, de asemenea, acoperit cu picături de apă. De unde vine apa? Apa vine din foc. Deci focul este sursa apei! Aceasta nu este o descoperire nouă și totuși este uimitoare. Chimiștii ar spune așa: atunci când hidrogenul este ars, cu alte cuvinte, Hidrogenul se combină cu oxigenul pentru a forma vapori de apă. De aceea, eprubeta și cuțitul sunt acoperite cu picături de apă. Așa s-a întâmplat descoperirea compoziţiei apei. Deci, hidrogenul, care este de 16 ori mai ușor decât oxigenul și de 14 ori mai ușor decât aerul, arde! În același timp, generează o cantitate mare de căldură. În trecut, baloanele erau umplute cu hidrogen. A fost foarte periculos. Acum se folosește heliu în loc de hidrogen. Puteți răspunde și la a doua întrebare:

De ce nu arde apa?

Această întrebare pare atât de simplă încât nici nu am pus-o la început. Majoritatea vor spune:

Apa este umedă, deci nu arde.

Gresit. Benzina este și „udă”, dar nu încercați să vedeți dacă ia foc! Apa nu arde deoarece ea însăși s-a format ca urmare a arderii. Aceasta, s-ar putea spune, este „cenusa lichidă” a hidrogenului. De aceea apa stinge focul la fel ca nisipul.

Scopul publicației de astăzi este de a oferi cititorului nepregătit informații complete despre ce este hidrogenul, care sunt proprietățile sale fizice și chimice, domeniul de aplicare, semnificația și metodele de obținere.

Hidrogenul este prezent în marea majoritate a substanțelor organice și a celulelor, în care reprezintă aproape două treimi din atomi.

Foto 1. Hidrogenul este considerat unul dintre cele mai comune elemente din natură

În sistemul periodic de elemente al lui Mendeleev, hidrogenul ocupă prima poziție onorabilă cu o greutate atomică egală cu unu.

Numele „hidrogen” (în versiunea latină - Hidrogeniu) provine din două cuvinte grecești antice: ὕδωρ - „” și γεννάω - „Eu nasc” (literal - „născând) și a fost propus pentru prima dată în 1824 de chimistul rus Mihail Solovyov.

Hidrogenul este unul dintre elementele formatoare de apă (împreună cu oxigenul) (formula chimică a apei este H 2 O).

Conform proprietăților sale fizice, hidrogenul este caracterizat ca un gaz incolor (mai ușor decât aerul). Când este amestecat cu oxigen sau aer, este extrem de inflamabil.

Capabil să se dizolve în unele metale (titan, fier, platină, paladiu, nichel) și în etanol, dar foarte slab solubil în argint.

Molecula de hidrogen este formată din doi atomi și este denumită H 2 . Hidrogenul are mai mulți izotopi: protiu (H), deuteriu (D) și tritiu (T).

Istoria descoperirii hidrogenului

În prima jumătate a secolului al XVI-lea, în timp ce efectua experimente alchimice, amestecând metale cu acizi, Paracelsus a observat un gaz combustibil necunoscut până atunci, pe care nu l-a putut separa de aer.

După aproape un secol și jumătate - la sfârșitul secolului al XVII-lea - omul de știință francez Lemery a reușit să separe hidrogenul (neștiind încă că este hidrogen) de aer și să-i demonstreze combustibilitatea.

Foto 2. Henry Cavendish - descoperitorul hidrogenului

Experimentele chimice de la mijlocul secolului al XVIII-lea i-au permis lui Mihail Lomonosov să dezvăluie procesul de eliberare a unui anumit gaz ca urmare a unor reacții chimice, care, totuși, nu este flogiston.

O adevărată descoperire în studiul gazelor combustibile a fost făcută de un chimist englez Henry Cavendish, căruia i se atribuie descoperirea hidrogenului (1766).

Cavendish a numit acest gaz „aer combustibil”. El a efectuat și reacția de ardere a acestei substanțe, din care a rezultat apă.

În 1783, chimiștii francezi conduși de Antoine Lavoisier au efectuat sinteza apei, iar ulterior - descompunerea apei cu eliberarea de „aer combustibil”.

Aceste studii au demonstrat în cele din urmă prezența hidrogenului în compoziția apei. Lavoisier a fost cel care a sugerat denumirea noului gaz Hidrogeniu (1801).

Proprietăți utile ale hidrogenului

Hidrogenul este de paisprezece ori și jumătate mai ușor decât aerul.

Se distinge, de asemenea, prin cea mai mare conductivitate termică dintre alte gaze (mai albă de șapte ori conductivitatea termică a aerului).

În trecut, baloanele și aeronavele erau pline cu hidrogen. După o serie de catastrofe de la mijlocul anilor 1930, care s-au încheiat cu explozii de dirijabile, designerii au fost nevoiți să caute un înlocuitor pentru hidrogen.

Acum, pentru astfel de aeronave, se folosește heliu, care este mult mai scump decât hidrogenul, dar nu atât de exploziv.

Foto 3. Hidrogenul este folosit pentru a produce combustibil pentru rachete

În multe țări, cercetările sunt în desfășurare pentru a crea motoare economice pentru mașini și camioane pe bază de hidrogen.

Vehiculele pe bază de hidrogen sunt mult mai ecologice decât omologii lor pe benzină și diesel.

În condiții normale (temperatura camerei și presiunea naturală), hidrogenul este reticent la reacție.

Când un amestec de hidrogen și oxigen este încălzit la 600 °C, începe o reacție, care culminează cu formarea de molecule de apă.

Aceeași reacție poate fi provocată cu o scânteie electrică.

Reacțiile cu participarea hidrogenului sunt finalizate numai atunci când componentele implicate în reacție sunt complet consumate.

Temperatura de ardere a hidrogenului ajunge la 2500-2800 °C.

Hidrogenul este folosit pentru purificarea diferitelor tipuri de combustibil pe bază de petrol și produse petroliere.

În natura vie, nu există nimic care să înlocuiască hidrogenul, deoarece este prezent în orice materie organică (inclusiv ulei) și în toți compușii proteici.

Fără participarea hidrogenului ar fi imposibil.

Stări agregate ale hidrogenului

Hidrogenul poate exista în trei stări principale de agregare:

• gazos;
• lichid;
• greu.

Starea obișnuită a hidrogenului este un gaz. Prin scăderea temperaturii sale la -252,8 °C, hidrogenul se transformă într-un lichid, iar după un prag de temperatură de -262 °C, hidrogenul devine solid.

Foto 4. De câteva decenii, heliul scump a fost folosit pentru a umple baloanele în loc de hidrogen ieftin.

Oamenii de știință sugerează că hidrogenul poate fi într-o stare suplimentară (a patra) de agregare - metalică.

Pentru a face acest lucru, trebuie doar să creați o presiune de două milioane și jumătate de atmosfere.

Până acum, din păcate, aceasta este doar o ipoteză științifică, deoarece nimeni nu a reușit încă să obțină „hidrogen metalic”.

Hidrogenul lichid - datorită temperaturii sale - dacă intră în contact cu pielea umană, poate provoca degerături severe.

Hidrogenul în tabelul periodic

Distribuția elementelor chimice în tabelul periodic al lui Mendeleev se bazează pe greutatea lor atomică, calculată în raport cu greutatea atomică a hidrogenului.

Foto 5. În tabelul periodic, hidrogenului i se atribuie o celulă cu numărul de serie 1

Timp de mulți ani, nimeni nu a putut să infirme sau să confirme această abordare.

Odată cu apariția la începutul secolului al XX-lea și, în special, cu apariția celebrelor postulate ale lui Niels Bohr, care explică structura atomului din punctul de vedere al mecanicii cuantice, a fost posibilă demonstrarea validității ipotezei lui Mendeleev.

Opusul este și adevărat: tocmai corespondența postulatelor lui Niels Bohr cu legea periodică care stă la baza tabelului periodic a devenit cel mai convingător argument în favoarea recunoașterii adevărului lor.

Participarea hidrogenului la o reacție termonucleară

Izotopii de hidrogen deuteriu și tritiu sunt surse de energie incredibil de puternice eliberate în timpul unei reacții termonucleare.

Foto 6. Explozia termonucleară fără hidrogen ar fi imposibilă

O astfel de reacție este posibilă la o temperatură nu mai mică de 1060 ° C și se desfășoară foarte repede - în câteva secunde.

Pe Soare, reacțiile termonucleare au loc încet.

Sarcina oamenilor de știință este să înțeleagă de ce se întâmplă acest lucru pentru a folosi cunoștințele dobândite pentru a crea noi - aproape inepuizabile - surse de energie.

Ce este hidrogenul (video):

>

Istoria descoperirii hidrogenului ocupă o piatră de hotar importantă în dezvoltarea științei. Conform conceptelor științifice moderne, acest gaz este una dintre cele mai importante substanțe pentru existența stelelor și, prin urmare, principala sursă de energie.

O scurtă istorie a descoperirii hidrogenului

Elementul a fost descoperit de un om de știință britanic în 1766. Originea numelui se întoarce la cuvintele grecești „hidro” și „gene”, care înseamnă „apă” și „generator”.

Încă din 1671, Robert Boyle (1627-1691, chimist și fizician englez) a publicat „New Experiments Concerning the Relationship Between Flame and Air” în care descria reacția dintre pilitura de fier și acizii diluați. În timpul experimentelor, omul de știință a observat că reacția acestor substanțe duce la degajarea de hidrogen gazos („soluție combustibilă a lui Marte”).

Cu toate acestea, abia în 1766 gazul a fost aprobat ca element principal de către Henry Cavendish (1731-1810, un chimist și fizician englez care a descoperit și azotul), care a folosit mercurul pentru sinteza. Omul de știință l-a descris drept „aer inflamabil al metalelor”. Cavendish a descris cu exactitate proprietățile hidrogenului, dar a crezut în mod eronat că gazul provine dintr-un metal și nu dintr-un acid. Numele modern pentru elementul chimic a fost dat de naturalistul francez A. L. Lavoisier.

Istoria descoperirii hidrogenului (H) nu se termină aici. În 1931, profesorul de chimie Harold Urey, care lucra la Chicago (SUA), a descoperit gazul deuteriu. Este izotopul greu al hidrogenului și este scris ca 2 H și D.

Elementele de construcție ale universului

Multă vreme oamenii nu au putut înțelege proprietățile materiei. Deși grecii antici presupuneau că „eterul” (spațiul înconjurător) este format din anumite elemente, nu exista o justificare clară și, cu atât mai mult, dovezi solide pentru acest fapt.

În toamna anului 1803, englezul a putut explica rezultatele unora dintre cercetările sale presupunând că materia era compusă din atomi. Cercetătorul a descoperit, de asemenea, că toate probele din orice compus dat sunt compuse din aceeași combinație a acestor atomi. Dalton a remarcat, de asemenea, că într-un număr de compuși, rapoartele maselor celui de-al doilea element, care sunt combinate cu o greutate dată a primului element, pot fi reduse la numere întregi mici ("Legea proporțiilor multiple"). Astfel, omul de știință are o anumită legătură cu istoria descoperirii hidrogenului.

Prezentarea „Teoriei atomilor” a lui Dalton a avut loc în volumul III al ediției științifice „Sisteme de chimie”, publicată de Thomas Thomson în 1807. Materialul a apărut și într-un articol despre oxalații de stronțiu publicat în Philosophical Transactions. În anul următor, Dalton a publicat aceste idei pe cont propriu, făcând o analiză mai amplă în The New System of Chemical Philosophy. Apropo, în el, omul de știință a sugerat utilizarea unui cerc cu un punct în centru ca simbol al hidrogenului.

Prima celulă de combustibil

Istoria descoperirii hidrogenului este bogată în evenimente interesante. În 1839, omul de știință britanic Sir William Robert Grove a efectuat experimente de electroliză. A folosit electricitatea pentru a împărți apa în hidrogen și oxigen. Mai târziu, cercetătorul s-a întrebat dacă este posibil să se facă invers - să se genereze electricitate din reacția oxigenului cu hidrogenul? Grove a sigilat discurile de platină în recipiente separate sigilate, unul conținând hidrogen și celălalt oxigen. Când recipientele au fost scufundate în acid sulfuric diluat, un curent a trecut între cei doi electrozi, formând apă în buteliile de gaz. Apoi, omul de știință a conectat mai multe dispozitive similare într-un circuit în serie pentru a crește tensiunea creată în bateria de gaz.

De atunci, s-au pus mari speranțe pe hidrogen în ceea ce privește obținerea de surse de energie compacte, prietenoase cu mediul. Cu toate acestea, problema securității 100% și a eficienței ridicate a dispozitivelor finale pentru consum în masă nu a fost încă rezolvată. Apropo, termenul „pile de combustie” a fost folosit pentru prima dată de chimiștii Ludwig Mond și Charles Langer, care au continuat cercetările lui W. R. Grove.

Surse de energie autonome

În 1932, Francis Thomas Bacon, inginer la Universitatea Cambridge din Marea Britanie, a continuat să lucreze la proiectele Grove, Mond și Langer. El a înlocuit electrozii de platină cu o plasă de nichel mai puțin costisitoare și, în loc de un electrolit cu acid sulfuric, a folosit hidroxid de potasiu alcalin (mai puțin corosiv pentru electrozi). Aceasta a fost în esență crearea primei pile de combustibil alcalin, numită celula Bacon. Britanicii au mai avut nevoie de încă 27 de ani pentru a demonstra o uzină capabilă să producă 5 kW de energie, suficientă pentru a alimenta un aparat de sudură. Aproximativ în aceeași perioadă, a fost demonstrat primul vehicul cu celule de combustibil.

Celulele de combustie au fost folosite ulterior de NASA în anii 1960 pentru programul lunar Apollo. Celulele lui Bacon au fost (și sunt) pe sute de nave spațiale. De asemenea, pe submarine sunt folosite „bateriile mari”.

Util dar periculos

Istoria descoperirii hidrogenului este asociată nu numai cu momente de bucurie. Tragedia navei gigantice Hindenburg demonstrează cât de nesigur este acest element. În anii 1930, Germania a construit o serie de avioane - zeppelinuri. Hidrogenul a fost folosit ca gaz. Fiind mai ușor decât amestecul de azot-oxigen care formează cea mai mare parte a atmosferei, a făcut posibilă transportul unor volume mari de marfă.

În 1936, designerii germani au prezentat lumii cel mai mare dirijabil din acel moment, Hindenburg. Gigantul de 245 de metri conținea 200.000 m3 de gaz. Capacitatea sa de transport este uimitoare: dispozitivul a fost capabil să ridice până la 100 de tone de marfă către cer. Aeronava a fost folosită pentru transportul transatlantic între Germania și Statele Unite. Gondola de pasageri a găzduit 50 de persoane cu bagaje. 05/06/1937 la sosirea la New York, a avut loc o scurgere de hidrogen. Gazul inflamabil s-a aprins, provocând o explozie care a ucis 36 de persoane. De atunci, heliul mai sigur a fost folosit în loc de hidrogen în aeronave.

Concluzie

Hidrogenul este unul dintre cele mai importante elemente din univers. Deși proprietățile sale sunt bine studiate, nu încetează să intereseze oamenii de știință, inginerii și designerii. Acest element face obiectul a mii de lucrări științifice, diplome și rezumate. Istoria descoperirii hidrogenului este istoria științei însăși, un sistem de cunoaștere care a înlocuit ignoranța și dogmele religioase.

În sistemul periodic, hidrogenul este situat în două grupuri de elemente care sunt absolut opuse în proprietățile lor. Această caracteristică îl face complet unic. Hidrogenul nu este doar un element sau o substanță, ci și o componentă a multor compuși complecși, un element organogen și biogen. Prin urmare, luăm în considerare proprietățile și caracteristicile sale mai detaliat.

Eliberarea de gaz combustibil în timpul interacțiunii metalelor și acizilor a fost observată încă din secolul al XVI-lea, adică în timpul formării chimiei ca știință. Celebrul om de știință englez Henry Cavendish a studiat substanța începând cu 1766 și i-a dat numele de „aer combustibil”. Când a fost ars, acest gaz producea apă. Din păcate, aderarea omului de știință la teoria flogistonului (ipotetică „materie hiperfină”) l-a împiedicat să ajungă la concluziile corecte.

Chimistul și naturalistul francez A. Lavoisier, împreună cu inginerul J. Meunier și cu ajutorul gazometrelor speciale, au efectuat în 1783 sinteza apei, iar apoi analiza acesteia prin descompunerea vaporilor de apă cu fier înroșit. Astfel, oamenii de știință au putut ajunge la concluziile corecte. Ei au descoperit că „aerul combustibil” nu face doar parte din apă, ci poate fi obținut și din aceasta.

În 1787, Lavoisier a sugerat că gazul studiat este o substanță simplă și, în consecință, este unul dintre elementele chimice primare. El a numit-o hidrogen (din cuvintele grecești hydor - apă + gennao - eu nasc), adică „născând apă”.

Denumirea rusă „hidrogen” a fost propusă în 1824 de chimistul M. Solovyov. Determinarea compoziției apei a marcat sfârșitul „teoriei flogistului”. La începutul secolelor al XVIII-lea și al XIX-lea s-a constatat că atomul de hidrogen este foarte ușor (în comparație cu atomii altor elemente) iar masa lui a fost luată ca unitate principală de comparare a maselor atomice, obținându-se o valoare egală cu 1.

Proprietăți fizice

Hidrogenul este cea mai ușoară dintre toate substanțele cunoscute științei (este de 14,4 ori mai ușor decât aerul), densitatea sa este de 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Acest material se topește (solidifică) și, respectiv, fierbe (lichefiază), la -259,1 ° C și -252,8 ° C (doar heliul are o temperatură mai mică de fierbere și de topire).

Temperatura critică a hidrogenului este extrem de scăzută (-240 °C). Din acest motiv, lichefierea sa este un proces destul de complicat și costisitor. Presiunea critică a unei substanțe este de 12,8 kgf/cm², iar densitatea critică este de 0,0312 g/cm³. Dintre toate gazele, hidrogenul are cea mai mare conductivitate termică: la 1 atm și 0 ° C, este de 0,174 W / (mxK).

Capacitatea termică specifică a unei substanțe în aceleași condiții este de 14,208 kJ/(kgxK) sau 3,394 cal/(gh°C). Acest element este ușor solubil în apă (aproximativ 0,0182 ml / g la 1 atm și 20 ° C), dar bine - în majoritatea metalelor (Ni, Pt, Pa și altele), în special în paladiu (aproximativ 850 volume per volum de Pd ) .

Această din urmă proprietate este asociată cu capacitatea sa de a difuza, în timp ce difuzia printr-un aliaj de carbon (de exemplu, oțel) poate fi însoțită de distrugerea aliajului din cauza interacțiunii hidrogenului cu carbonul (acest proces se numește decarbonizare). În stare lichidă, substanța este foarte ușoară (densitate - 0,0708 g / cm³ la t ° \u003d -253 ° C) și fluidă (vâscozitate - 13,8 centigrade în aceleași condiții).

În mulți compuși, acest element prezintă o valență +1 (stare de oxidare), similară cu sodiul și alte metale alcaline. De obicei, este considerat un analog al acestor metale. În consecință, el conduce grupul I al sistemului Mendeleev. În hidrurile metalice, ionul de hidrogen prezintă o sarcină negativă (starea de oxidare este -1), adică Na + H- are o structură similară cu clorura Na + Cl-. În conformitate cu aceasta și alte câteva fapte (apropierea proprietăților fizice ale elementului „H” și halogeni, capacitatea de a-l înlocui cu halogeni în compuși organici), hidrogenul este atribuit grupului VII al sistemului Mendeleev.

În condiții normale, hidrogenul molecular are activitate scăzută, combinându-se direct doar cu cel mai activ dintre nemetale (cu fluor și clor, cu acesta din urmă - la lumină). La rândul său, atunci când este încălzit, interacționează cu multe elemente chimice.

Hidrogenul atomic are o activitate chimică crescută (comparativ cu hidrogenul molecular). Cu oxigen, formează apă după formula:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

eliberând 285,937 kJ/mol de căldură sau 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). În condiții normale de temperatură, reacția decurge destul de lent, iar la t ° >= 550 ° С, este necontrolată. Limitele explozive ale unui amestec de hidrogen + oxigen în volum sunt 4–94% H₂, iar amestecurile de hidrogen + aer sunt 4–74% H₂ (un amestec de două volume de H₂ și un volum de O₂ se numește gaz exploziv).

Acest element este folosit pentru a reduce majoritatea metalelor, deoarece ia oxigen din oxizi:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O etc.

Cu diferiți halogeni, hidrogenul formează halogenuri de hidrogen, de exemplu:

H2 + CI2 = 2HCI.

Cu toate acestea, atunci când reacționează cu fluor, hidrogenul explodează (acest lucru se întâmplă și în întuneric, la -252 ° C), reacționează cu bromul și clorul numai când este încălzit sau iluminat și cu iodul numai când este încălzit. Când interacționează cu azotul, se formează amoniac, dar numai pe un catalizator, la presiuni și temperaturi ridicate:

ZN2 + N2 = 2NH3.

Când este încălzit, hidrogenul reacţionează activ cu sulful:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfurat),

si mult mai dificil - cu telur sau seleniu. Hidrogenul reacționează cu carbonul pur fără catalizator, dar la temperaturi ridicate:

2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metan).

Această substanță reacționează direct cu unele dintre metale (alcaline, alcalino-pământoase și altele), formând hidruri, de exemplu:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

De o importanță practică nu mică sunt interacțiunile hidrogenului și monoxidului de carbon (II). În acest caz, în funcție de presiune, temperatură și catalizator, se formează diverși compuși organici: HCHO, CH₃OH etc. Hidrocarburile nesaturate se transformă în saturate în timpul reacției, de exemplu:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Hidrogenul și compușii săi joacă un rol excepțional în chimie. Determină proprietățile acide ale așa-numitelor. acizii protici tind să formeze legături de hidrogen cu diferite elemente, care au un efect semnificativ asupra proprietăților multor compuși anorganici și organici.

Obținerea de hidrogen

Principalele tipuri de materii prime pentru producerea industrială a acestui element sunt gazele de rafinărie, gazele combustibile naturale și gazele de cocs. De asemenea, se obține din apă prin electroliză (în locurile cu energie electrică accesibilă). Una dintre cele mai importante metode de producere a materialului din gaze naturale este interacțiunea catalitică a hidrocarburilor, în principal metanul, cu vaporii de apă (așa-numita conversie). De exemplu:

CH4 + H20 = CO + ZH2.

Oxidarea incompletă a hidrocarburilor cu oxigen:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Monoxidul de carbon sintetizat (II) suferă conversie:

CO + H2O = CO2 + H2.

Hidrogenul produs din gaze naturale este cel mai ieftin.

Pentru electroliza apei se folosește curent continuu, care este trecut printr-o soluție de NaOH sau KOH (acizii nu sunt folosiți pentru a evita coroziunea echipamentului). În condiții de laborator, materialul este obținut prin electroliza apei sau ca rezultat al reacției dintre acidul clorhidric și zinc. Cu toate acestea, mai des utilizate materiale gata făcute din fabrică în cilindri.

Din gazele de rafinărie și gazul cuptorului de cocs, acest element este izolat prin îndepărtarea tuturor celorlalte componente ale amestecului de gaze, deoarece acestea sunt mai ușor lichefiate în timpul răcirii profunde.

Pe plan industrial, acest material a început să fie obținut la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Apoi a fost folosit pentru a umple baloanele. În prezent, hidrogenul este utilizat pe scară largă în industrie, în special în industria chimică, pentru producerea de amoniac.

Consumatorii în masă ai substanței sunt producătorii de alcool metilic și alți alcooli, benzină sintetică și multe alte produse. Sunt obținute prin sinteza din monoxid de carbon (II) și hidrogen. Hidrogenul este utilizat pentru hidrogenarea combustibililor lichizi grei și solizi, grăsimilor etc., pentru sinteza HCl, hidrotratarea produselor petroliere, precum și în tăierea/sudarea metalelor. Cele mai importante elemente pentru energia nucleară sunt izotopii săi - tritiu și deuteriu.

Rolul biologic al hidrogenului

Aproximativ 10% din masa organismelor vii (în medie) cade pe acest element. Face parte din apă și din cele mai importante grupe de compuși naturali, inclusiv proteine, acizi nucleici, lipide, carbohidrați. La ce serveste?

Acest material joacă un rol decisiv: în menținerea structurii spațiale a proteinelor (cuaternar), în implementarea principiului complementarității acizilor nucleici (adică în implementarea și stocarea informațiilor genetice), în general, în „recunoașterea” la nivel molecular. nivel.

Ionul de hidrogen H+ participă la reacții/procese dinamice importante din organism. Inclusiv: în oxidarea biologică, care asigură energie celulelor vii, în reacțiile de biosinteză, în fotosinteza la plante, în fotosinteza bacteriană și fixarea azotului, în menținerea echilibrului acido-bazic și homeostaziei, în procesele de transport membranar. Alături de carbon și oxigen, formează baza funcțională și structurală a fenomenelor vieții.

După lucrările lui J. Black, mulți chimiști din diferite laboratoare din Anglia, Suedia, Franța și Germania au început să studieze gazele. G. Cavendish a obținut un mare succes. Toată munca experimentală a acestui om de știință scrupulos s-a bazat pe o metodă de cercetare cantitativă. A folosit pe scară largă cântărirea substanțelor și măsurarea volumelor de gaze, ghidându-se de legea conservării masei. În prima lucrare a lui G. Cavendnsh despre chimia gazelor (1766), sunt descrise metode de obținere și proprietăți.

„Aerul combustibil” era cunoscut înainte (R. Boyle, N. Lemery). În 1745, M. V. Lomonosov, de exemplu, a remarcat că „atunci când un metal de bază este dizolvat, în special în alcooli acizi, vaporii combustibili ies din deschiderea sticlei, care nu este altceva decât flogiston”. Acest lucru este demn de remarcat în două privințe: în primul rând, cu mulți ani înainte de Cavendish, M. V. Lomonosov a ajuns la concluzia că „aerul combustibil” (adică, hidrogenul) este flogiston; în al doilea rând, din citatul de mai sus rezultă că M. V. Lomonosov a acceptat doctrina flogistului.

Dar nimeni înainte de G. Cavendish nu a încercat să izoleze „aerul combustibil” și să-i studieze proprietățile. În tratatul de chimie Three Works Containing Experiments with Artificial Types of Air (1766), el a arătat că există gaze care diferă de aer, și anume, pe de o parte, „pădure sau aer legat”, care, așa cum a stabilit de G. Cavendish s-a dovedit a fi de 1,57 ori mai greu decât aerul obișnuit, pe de altă parte, „aerul combustibil” este hidrogen. G. Cavendish l-a primit prin acțiunea acizilor și acizilor diluați asupra diferitelor metale. Faptul că sub acțiunea asupra (zinc, fier) ​​a fost eliberat același gaz (hidrogen) l-a convins în cele din urmă pe G. Cavendish că toate metalele conțin flogiston, care este eliberat în timpul transformării metalelor în „pământ”. Omul de știință englez a luat hidrogen pentru flogiston pur, deoarece gazul arde fără a lăsa reziduuri, iar oxizii metalici tratați cu acest gaz se reduc la metalele corespunzătoare atunci când sunt încălziți.

Henry Cavendish

G. Cavendish, în calitate de susținător al teoriei flogistului, credea că acesta nu a fost deplasat de metalul din acid, ci a fost eliberat ca urmare a descompunerii metalului „complex”. El a reprezentat reacția de obținere a „aerului combustibil” din metale astfel:

Ce metode și instrumente a folosit „părintele chimiei substanțelor gazoase” se poate vedea din cele ce urmează. Plecând din Leeds, J. Priestley, la cererea unuia dintre cunoscuții săi, i-a lăsat un jgheab de lut, pe care l-a folosit ca baie pneumatică în experimentele sale privind compoziția aerului și care, remarcă ironic J. Priestley, „nu a fost diferit. din jgheaburi în care spălătoarea rufelor”. În 1772, J. Priestley a înlocuit apa cu mercur într-o baie pneumatică, ceea ce i-a permis pentru prima dată să obțină sub formă pură și să studieze gaze solubile în apă: „aerul cu acid clorhidric” () și „aerul alcalin volatil” - un incolor. gaz cu un miros înțepător sufocant. Acesta a fost cel pe care l-a obținut prin încălzirea clorurii de amoniu:

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

„Placerul de aur descoperit de Priestley a fost... o baie de mercur”, a scris W. Ostwald. „Un pas înainte în partea tehnică a lucrurilor – schimbările de apă – este cheia majorității descoperirilor lui Priestley.” J. Priestley a observat că, dacă o scânteie electrică este trecută prin amoniac, atunci volumul acesteia crește brusc. În 1785, K.-L. Berthollet a stabilit că acest lucru se datorează descompunerii amoniacului în azot și hidrogen. J. Priestley a observat că interacțiunea a două gaze cu miros puternic (HCl și NH 3 ) produce o pulbere albă inodoră (NH 4 Cl). În 1775, J. Priestley a primit, iar c. 1796 - pe care l-a confundat cu flogiston pur.