interacțiunea cu apa formează alcalii; c) pasiv, inactiv; b) atunci când interacționează cu metalele formează săruri; G) metale tipice; 2. Un metal care poate fi folosit pentru a produce hidrogen (prin reacția lui cu apa la n.a.): a) Zn; b) Mg; c) Au; d) Hg; e) K; 3. Oxizii și hidroxizii care sunt capabili să reacționeze atât cu acizii, cât și cu alcalii se numesc: a) amfoteri b) acizi c) bazici 4. De la stânga la dreapta pe perioade proprietăți metalice: a) cresc b) slăbesc c) rămân neschimbate 5. Element dintr-un subgrup lateral din grupa VII: a) clor b) fosfor c) mangan d) franciu 6. Sarcina nucleului atomic este determinată: a) de perioadă numărul b) prin numărul grupului c) prin numărul de serie 7. La fel și în structura atomilor elementelor cu numerele de serie 17 și 35: a) total electroni; c) cantitatea nivele electronice; d) numărul de electroni pe ultimul nivel de energie; b) numărul de neutroni; 8. Articol cu formula electronica 1s22s2p63s2p4: a) carbon; b) sulf; c) clor; d) sodiu; 9. Atomul de carbon are formula electronică: a) 1s22s22p3 b) 1s22s2 c) 1s22s22p2 10. Care atom de element are următoarea structură a ultimului nivel energetic ... 3s23p5: a) fosfor; b) fluor; c) clor; d) magneziu; 11. Numărul de electroni nepereche în învelișul de electroni elementul nr. 19: a) 1; b) 2; în 3; d) 4; 12. Număr de serie un element ai cărui atomi sunt capabili să formeze un oxid superior de tip RO3: a) Nr. 11 (sodiu); b) Nr. 14 (siliciu); c) Nr. 16 (sulf); 13. Un element cu formula electronică 1s22s22p63s23p5 formează un volatil legătură de hidrogen tip: a) RH4; b) RH3; c) H2R; d) HR; 14. Volumul a 3 moli de hidrogen la conditii normale: a) 22,4 l; b) 44,8 l; c) 67,2 l; d) 89,6 l; e) 112 l; 15. Element al perioadei a patra, situat în subgrup secundar; oxidul și hidroxidul prezintă caracter amfoter. Acest element formează oxid de tip RO și hidroxid R(OH)2. a) magneziu b) calciu c) zinc d) carbon 16. Valenta maxima a siliciului: a) IV b) V c) VI d) VII 17. Valenta minima a seleniului (nr. 34): a) I b) II c ) III d ) IV 18. Masa moleculara sare obţinută prin interacţiunea a doi oxizi mai mari elemente cu configurația atomului în ele, respectiv, 1s22s22p63s23p64s1 și 1s22s22p3 este egal cu: a) 85; b) 111; c) 63; d) 101; e) 164; 19. Produsul „X”, care se obține în urma transformărilor: Al sare Al (OH) 3 X a) Al Cl3 b) Al H3 c) Na Al O2 d) Al e) Al2O3 20. Suma coeficienților în ecuația reacției, a cărei schemă H2S + O2 → SO2 + H2O a) 5; b) 6; la 7; d) 8; e) 9; 21. Masă molară oxid de magneziu (în g/mol): a) 24; b) 36; c) 40; d) 80; e) 82; 22. Numărul de moli de oxid de fier (III) care alcătuiesc 800 g această legătură: a) 1; b) 2; în 3; d) 4; e) 5; 23. În timpul arderii a 8 g de CH4 metan, s-a eliberat 401 kJ de căldură. Calculați efectul termic (Q) reactie chimica CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g) + Q: a) + 401 kJ; b) + 802 kJ; c) - 802 kJ; d) + 1604 kJ; e) - 1604 kJ; 24. În condiţii normale, 128 g oxigen ocupă volumul: a) 11,2 litri; b) 22,4 l; c) 44,8 l; d) 67,2 l; e) 89,6 l; 25. Fractiune in masa hidrogenul din compusul SiH4 este: a) 30%; b) 12,5%; c) 40%; d) 60%; e) 65%; 26. Fracția de masă a oxigenului din compusul EO2 este de 50%. Denumirea elementului E din compus: a) azot; b) titan; c) sulf; d) seleniu; e) carbon; 27. Numărul de moli de oxid de fier (III) care interacționează cu 44,8 litri de hidrogen (n.o.): a) 0,67 mol; b) 2 mol; c) 0,3 mol; d) 0,4 mol; e) 5 mol; 28. Greutate de acid clorhidric necesar pentru a obține 44,8 litri de hidrogen (n.o.) (Mg + 2HCl = MgCl2 + H2): a) 146 g; b) 73 g; c) 292 g; d) 219 g; e) 20 g; 29. Masa de sare conținută în 400 g soluție de clorură de sodiu 80%: a) 146 g; b) 320 g; c) 210 g; d) 32 g; e) 200 g; 30. Masa de sare, care se formează prin interacțiunea hidroxidului de potasiu cu 300 g de soluție 65% de acid ortofosforic: a) 422 g; b) 196 g; c) 360 g; d) 435 g; e) 200 g;

În 1766, chimistul englez G. Cavendish a colectat „aerul combustibil” deplasat de metale din acizi și i-a studiat proprietățile. Dar abia 15 ani mai târziu s-a dovedit că acest „aer” face parte din apă și i s-a dat denumirea de „hidrogeniu”, adică „născând apă”, „hidrogen”.

Ponderea hidrogenului de pe Pământ, inclusiv apă și aer, reprezintă aproximativ 1% din masă. Este foarte comun și vital element important. Face parte din toate plantele și animalele, precum și din cea mai comună substanță de pe Pământ - apa.

Hidrogenul este cel mai abundent element din univers. Stă la începutul unui lung şi proces complex sinteza elementelor din stele.

Energia solară este principala sursă de viață pe Pământ. Și principiul fundamental al acestei energii - reactie termonucleara care apar pe Soare în mai multe etape. Rezultatul său este formarea a 4 nuclee de hidrogen - protoni ai unui nucleu de heliu și doi pozitroni. În același timp, evidențiază o cantitate mare energie.

Omul a reușit să reproducă pe Pământ o asemănare nu foarte exactă a reacției solare principale. LA condiţiile pământeşti putem forța doar izotopii grei ai hidrogenului 2 H - deuteriu și 3 H - tritiu să intre într-o astfel de reacție. Hidrogenul obișnuit cu o masă atomică de 1 - protium - este în afara controlului nostru în acest sens. Gestionate fuziunea termonucleara ca o sursă nelimitată de energie pașnică nu este încă disponibilă omului.

LA sistem periodic elementele pe care le ocupă hidrogenul loc special. Acesta este elementul care începe tabelul periodic Mendeleev. De obicei se află în grupul I deasupra litiului. Deoarece atomul de hidrogen are un singur electron de valență (și în general un electron). Cu toate acestea, în editii moderneîn tabelul periodic este plasat și hidrogenul grupa VII peste fluor, deoarece hidrogenul se găsește în comun cu halogenii. În plus, hidrogenul este capabil să formeze compuși cu metale - hidruri. În practică, cea mai importantă dintre acestea este combinația de litiu cu hidrogenul greu deuteriu.

Izotopii tuturor elementelor au fizice de bază și Proprietăți chimice practic identic. Dar pentru izotopii de hidrogen - protiu, deuteriu și tritiu - diferă destul de mult. De exemplu, punctele de fierbere ale protiului, deuteriului și tritiului diferă cu câteva grade. Prin urmare, izotopii hidrogenului sunt mai ușor de separat decât izotopii oricărui alt element.

Hidrogenul este un gaz incolor, inodor și fără gust. Este cel mai ușor dintre toate gazele, de 14,4 ori mai ușor decât aerul. Hidrogenul devine lichid la -252,6°C și solid la -259,1°C.

LA conditii normale activitate chimică hidrogenul este scăzut, reacționează cu fluorul, iodul și clorul. Dar la temperatură ridicată hidrogenul interacționează cu brom, iod, sulf, seleniu, telur, iar în prezența catalizatorilor cu azot, formând amoniac NH3. Un amestec de 2 volume de H2 și 1 volum de O2 - se numește gaz exploziv - explodează violent la aprindere. Hidrogenul arde în oxigen cu o flacără neluminoasă, formând apă.

La temperatura ridicata hidrogenul este capabil să „elimine” oxigenul din moleculele multor compuși, inclusiv majoritatea oxizilor metalici. Pentru un chimist, hidrogenul este, în primul rând, un agent reducător excelent, deși este încă destul de scump. Da, și nu este ușor să lucrezi cu el. Prin urmare, la scară industrială, reducerea hidrogenului (de exemplu, metalele din oxizi) este utilizată foarte limitat.

Hidrogenul este utilizat pe scară largă în procesul de hidrogenare - transformarea grăsimilor lichide în cele solide, de exemplu, pentru a obține margarină comestibilă din uleiuri vegetale, precum și într-o serie de sinteze chimice. Cei mai mari consumatori de hidrogen în industria chimica rămân încă producția de amoniac și alcool metilic.

Un interes din ce în ce mai mare se manifestă astăzi pentru hidrogenul ca sursă de energie termică. Într-adevăr, arderea hidrogenului pur eliberează semnificativ mai multa caldura decât atunci când ardem aceeași cantitate de combustibil. Au existat chiar și modele pentru vehicule alimentate cu hidrogen. În cele mai multe dintre ele, sursa de hidrogen este hidrurile solide ale unor metale, care, în anumite condiții, rețin ferm hidrogenul asociat acestora. Dar merită să schimbați aceste condiții, de exemplu, creșterea temperaturii peste un prag, de obicei destul de scăzut, iar hidrogenul începe să fie eliberat într-un dispozitiv care înlocuiește un carburator într-o astfel de mașină. Desigur, pe cale de a crea masă mașină cu hidrogen există încă multe dificultăți tehnice. Dar, se pare, ele vor fi depășite destul de curând, deoarece un astfel de combustibil este benefic din punct de vedere energetic. În plus, atunci când hidrogenul este ars, acesta nu se formează impurități nocive poluând atmosfera și se obține doar apă curată.

Lichid

Hidrogen(lat. Hidrogeniu; notat cu simbolul H) este primul element al sistemului periodic de elemente. Distribuit pe scară largă în natură. Cationul (și nucleul) celui mai comun izotop al hidrogenului 1 H este protonul. Proprietățile nucleului 1 H fac posibilă utilizarea pe scară largă a spectroscopiei RMN în analiză materie organică.

Cei trei izotopi ai hidrogenului au nume proprii: 1 H - protiu (H), 2 H - deuteriu (D) si 3 H - tritiu (radioactiv) (T).

Substanța simplă hidrogen - H 2 - este un gaz ușor incolor. Într-un amestec cu aer sau oxigen, este combustibil și exploziv. Non-toxic. Solubil în etanol și o serie de metale: fier, nichel, paladiu, platină.

Poveste

Eliberarea de gaz combustibil în timpul interacțiunii acizilor și metalelor a fost observată în al XVI-lea și secolele XVIIîn zorii formării chimiei ca ştiinţă. Mihail Vasilyevich Lomonosov a subliniat, de asemenea, în mod direct izolarea sa, dar și-a dat deja seama cu siguranță că acesta nu a fost flogiston. fizician englez si chimist Henry Cavendishîn 1766 a investigat acest gaz și l-a numit „aer combustibil”. Când era ars, „aerul combustibil” producea apă, dar aderarea lui Cavendish la teoria flogistului l-a împiedicat să facă acest lucru. concluzii corecte. chimist francez Antoine Lavoisier, împreună cu inginerul J. Meunier, folosind gazometre speciale, în 1783 au efectuat sinteza apei, iar apoi analiza acesteia, descompunând vaporii de apă cu fier înroșit. Astfel, a stabilit că „aerul combustibil” face parte din apă și poate fi obținut din aceasta.

originea numelui

Lavoisier a dat numele hidrogen hidrogenului, adică „purtător de apă”. nume rusesc„hidrogenul” a fost propus de chimistul M.F. Solovyov în 1824 – prin analogie cu „oxigenul” lui Slomonosov.

Prevalența

Hidrogenul este cel mai abundent element din univers. Reprezintă aproximativ 92% din toți atomii (8% sunt atomi de heliu, ponderea tuturor celorlalte elemente luate împreună este mai mică de 0,1%). Astfel, hidrogenul este principalul componentă stele și gaz interstelar. În condițiile temperaturilor stelare (de exemplu, temperatura suprafeței Soarelui este de ~ 6000 °C), hidrogenul există sub formă de plasmă; în spațiul interstelar, acest element există sub formă de molecule, atomi și ioni individuali și poate formează nori moleculari care variază semnificativ în mărime, densitate și temperatură.

Scoarța terestră și organismele vii

Fracția de masă a hidrogenului în Scoarta terestra este 1% - acesta este al zecelea element cel mai frecvent. Cu toate acestea, rolul său în natură este determinat nu de masă, ci de numărul de atomi, a căror pondere între alte elemente este de 17% (locul al doilea după oxigen, a căror proporție de atomi este de ~ 52%). Prin urmare, importanța hidrogenului în procesele chimice care au loc pe Pământ este aproape la fel de mare ca cea a oxigenului. Spre deosebire de oxigen, care există pe Pământ atât în ​​stare legată, cât și în stare liberă, aproape tot hidrogenul de pe Pământ este sub formă de compuși; doar o cantitate foarte mică de hidrogen sub formă de substanță simplă se găsește în atmosferă (0,00005% în volum).

Hidrogenul este un constituent al aproape tuturor substanțelor organice și este prezent în toate celulele vii. În celulele vii, după numărul de atomi, hidrogenul reprezintă aproape 50%.

chitanta

Metode industriale de obținere substanțe simple depind de forma în care se află în natură elementul corespunzător, adică care poate fi materia primă pentru producerea lui. Deci, se obține oxigenul, disponibil în stare liberă într-un mod fizic- extragerea din aer lichid. Hidrogenul, pe de altă parte, este aproape totul sub formă de compuși, prin urmare, pentru a-l obține, metode chimice. În special, pot fi utilizate reacții de descompunere. Una dintre modalitățile de producere a hidrogenului este reacția de descompunere a apei prin curent electric.

De bază mod industrial producția de hidrogen - reacția cu apa a metanului, care face parte din gaz natural. Se efectuează la o temperatură ridicată (este ușor de verificat că atunci când metanul este trecut chiar și prin apă clocotită, nu are loc nicio reacție):

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

In laborator, pentru obtinerea de substante simple se folosesc nu neaparat materii prime naturale, ci acelea materii prime de care este mai ușor să izolați substanța dorită. De exemplu, în laborator, oxigenul nu se obține din aer. Același lucru este valabil și pentru producția de hidrogen. Unul dintre metode de laborator obţinerea hidrogenului, care este uneori folosit în industrie, este descompunerea apei prin curent electric.

Hidrogenul este produs de obicei în laborator prin reacția zincului cu acid clorhidric.

În industrie

1. Electroliza solutii apoase saruri:

2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + CI2

2. Trecerea vaporilor de apă peste cocs fierbinte la o temperatură de aproximativ 1000 °C:

H2O+C? H2 + CO

3.De la gaze naturale.

Conversie la abur:

CH4 + H20? CO + 3H 2 (1000 °C)

Oxidarea catalitică cu oxigen:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Cracarea și reformarea hidrocarburilor în procesul de rafinare a petrolului.

In laborator

1.Acțiunea acizilor diluați asupra metalelor. Pentru a efectua o astfel de reacție, zincul și acidul clorhidric diluat sunt cel mai adesea utilizate:

Zn + 2HCI → ZnCl2 + H2

2.Interacțiunea calciului cu apa:

Ca + 2H2O → Ca (OH)2 + H2

3.Hidroliza hidrurilor:

NaH + H2O → NaOH + H2

4.Acțiunea alcalinelor asupra zincului sau aluminiului:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2

5.Cu ajutorul electrolizei.În timpul electrolizei soluțiilor apoase de alcalii sau acizi, hidrogenul este eliberat la catod, de exemplu:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Proprietăți fizice

Hidrogenul poate exista sub două forme (modificări) - sub formă de orto- și para-hidrogen. În molecula de ortohidrogen o-H 2 (p.t. -259,10 ° C, bp. -252,56 ° C) spinurile nucleare sunt direcționate în același mod (paralel), în timp ce parahidrogenul p-H 2 (p.t. −259,32 ° C, bp. −252,89 ° C) - opus unul altuia (anti-paralel). Amestecul de echilibru o-H2 şi p-H 2 la o temperatură dată se numește hidrogen de echilibru e-H2.

Modificările de hidrogen pot fi separate prin adsorbție pe cărbune activ la temperatura azotului lichid. La foarte temperaturi scăzute echilibrul dintre ortohidrogen și parahidrogen este aproape în întregime deplasat către acesta din urmă. La 80 K, raportul de aspect este de aproximativ 1:1. Parahidrogenul desorbit, atunci când este încălzit, se transformă în ortohidrogen până la formarea unui echilibru la temperatura camerei amestecuri (orto-para: 75:25). Fără catalizator, transformarea are loc lent (în condițiile mediului interstelar - cu timpuri caracteristice până la cele cosmologice), ceea ce face posibilă studierea proprietăților modificărilor individuale.

Hidrogenul este cel mai ușor gaz, de 14,5 ori mai ușor decât aerul. Este evident că ce greutate mai mică molecule, cu atât viteza lor este mai mare la aceeași temperatură. Fiind cele mai ușoare, moleculele de hidrogen se mișcă mai repede decât moleculele oricărui alt gaz și astfel pot transfera căldura de la un corp la altul mai repede. Rezultă că hidrogenul are cea mai mare conductivitate termică dintre substante gazoase. Conductivitatea sa termică este de aproximativ șapte ori mai mare decât cea a aerului.

Molecula de hidrogen este diatomică - H 2. În condiții normale, este un gaz incolor, inodor și fără gust. Densitate 0,08987 g/l (n.o.), punctul de fierbere −252,76 °C, căldura specifică ardere 120,9 × 10 6 J / kg, ușor solubil în apă - 18,8 ml / l. Hidrogenul este foarte solubil în multe metale (Ni, Pt, Pd etc.), în special în paladiu (850 volume per 1 volum de Pd). Legat de solubilitatea hidrogenului în metale este capacitatea acestuia de a difuza prin ele; difuzia printr-un aliaj carbonic (de exemplu, oțel) este uneori însoțită de distrugerea aliajului din cauza interacțiunii hidrogenului cu carbonul (așa-numita decarbonizare). Practic insolubil în argint.

hidrogen lichid există într-un interval de temperatură foarte îngust de la -252,76 la -259,2 °C. Este un lichid incolor, foarte ușor (densitate la -253 °C 0,0708 g/cm 3) și fluid (vâscozitate la -253 °C 13,8 centigrade). Parametrii critici ai hidrogenului sunt foarte scazuti: temperatura -240,2 °C si presiune 12,8 atm. Aceasta explică dificultățile în lichefierea hidrogenului. În stare lichidă, hidrogenul de echilibru este format din 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Hidrogen solid, punct de topire -259,2 °C, densitate 0,0807 g/cm3 (la -262 °C) - masă asemănătoare zăpezii, cristale hexagonale, grup spațial P6/mmc, parametrii celulei A=3,75 c=6,12. La presiune ridicata hidrogenul intră în stare metalică.

izotopi

Hidrogenul apare sub formă trei izotopi, care au denumiri individuale: 1 H - protiu (H), 2 H - deuteriu (D), 3 H - tritiu (radioactiv) (T).

Protiul și deuteriul sunt izotopi stabili cu numerele de masă 1 și 2. Conținutul lor în natură este de 99,9885 ± 0,0070% și, respectiv, 0,0115 ± 0,0070%. Acest raport poate varia ușor în funcție de sursa și metoda de producere a hidrogenului.

Izotopul hidrogenului 3H (tritiu) este instabil. Timpul său de înjumătățire este de 12,32 ani. Tritiul se găsește în natură în cantități foarte mici.

Literatura oferă, de asemenea, date despre izotopii de hidrogen cu numere de masă 4–7 și timpi de înjumătățire 10–22–10–23 s.

Hidrogenul natural constă din molecule H 2 și HD (deuterohidrogen) într-un raport de 3200:1. Conținutul de hidrogen de deuteriu pur D 2 este și mai mic. Raportul de concentrație al HD și D 2 este de aproximativ 6400:1.

Dintre toți izotopii elemente chimice proprietățile fizice și chimice ale izotopilor de hidrogen diferă cel mai mult unele de altele. Acest lucru se datorează celei mai mari modificări relative a maselor de atomi.

	Temperatura topire, K	Temperatura fierbere, K	Triplu punct, K/kPa	critic punct, K/kPa	Densitate lichid/gaz, kg/m³

Deuteriul și tritiul au, de asemenea, modificări orto și para: p-D2, o-D2, p-T2, o-T2. Hidrogenul heteroizotopic (HD, HT, DT) nu prezintă modificări orto și para.

Proprietăți chimice

Fracțiunea moleculelor de hidrogen disociate

Moleculele de hidrogen H 2 sunt destul de puternice și, pentru ca hidrogenul să reacționeze, trebuie cheltuită multă energie:

H 2 \u003d 2H - 432 kJ

Prin urmare, la temperaturi obișnuite, hidrogenul reacționează numai cu metale foarte active, cum ar fi calciul, formând hidrură de calciu:

Ca + H 2 \u003d CaH 2

și cu singurul nemetal - fluor, formând fluorură de hidrogen:

Hidrogenul reacționează cu majoritatea metalelor și nemetalelor la temperaturi ridicate sau sub alte influențe, cum ar fi iluminarea:

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

Poate „lua” oxigenul de la unii oxizi, de exemplu:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O

Ecuația scrisă reflectă proprietăți de restaurare hidrogen.

N2 + 3H2 → 2NH3

Formează halogenuri de hidrogen cu halogeni:

F 2 + H 2 → 2HF, reacția are loc cu o explozie în întuneric și la orice temperatură,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reacția se desfășoară cu o explozie, numai în lumină.

Interacționează cu funinginea la încălzire puternică:

C + 2H2 → CH4

Interacțiune cu metale alcaline și alcalino-pământoase

Când interacționează cu metalele active, hidrogenul formează hidruri:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg + H2 → MgH2

hidruri- ser fiziologic, solide, usor de hidrolizat:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Interacțiunea cu oxizii metalici (de obicei elemente d)

Oxizii se reduc la metale:

CuO + H2 → Cu + H2O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Hidrogenarea compușilor organici

Hidrogenul molecular este utilizat pe scară largă în sinteza organica pentru recuperarea compuşilor organici. Aceste procese sunt numite reactii de hidrogenare. Aceste reacții sunt efectuate în prezența unui catalizator la presiune ridicată si temperatura. Catalizatorul poate fi fie omogen (de exemplu, catalizatorul Wilkinson), fie eterogen (de exemplu, nichel Raney, paladiu pe carbon).

Astfel, în special, în timpul hidrogenării catalitice a compușilor nesaturați, cum ar fi alchene și alchine, se formează compuși saturați, alcani.

Geochimia hidrogenului

Hidrogenul liber H 2 este relativ rar în gazele terestre, dar sub formă de apă acceptă exclusiv participare importantăîn procesele geochimice.

Hidrogenul poate fi prezent în minerale sub formă de ion de amoniu, ion hidroxil și apă cristalină.

Hidrogenul este produs continuu în atmosferă ca urmare a descompunerii apei. radiatie solara. Având o masă mică, moleculele de hidrogen au o rată mare de mișcare de difuzie (este aproape de a doua viteza spatiala) și, intrând în atmosfera superioară, poate zbura în spațiul cosmic.

Caracteristicile circulației

Hidrogenul, atunci când este amestecat cu aer, formează un amestec exploziv - așa-numitul gaz exploziv. Acest gaz este cel mai exploziv la raportul de volum hidrogen și oxigen 2:1 sau hidrogen și aer aproximativ 2:5, deoarece aerul conține aproximativ 21% oxigen. Hidrogenul este, de asemenea, un pericol de incendiu. Hidrogenul lichid poate provoca degerături severe dacă intră în contact cu pielea.

Concentrațiile explozive de hidrogen cu oxigen apar de la 4% la 96% în volum. Când este amestecat cu aer de la 4% la 75(74)% din volum.

Economie

Costul hidrogenului în livrările mari angro variază între 2 și 5 USD pe kg.

Aplicație

Hidrogenul atomic este utilizat pentru sudarea cu hidrogen atomic.

Industria chimica

• În producția de amoniac, metanol, săpun și materiale plastice
• În producția de margarină din uleiuri vegetale lichide
• Înregistrat ca aditiv alimentar E949(gaz de ambalare)

industria alimentară

Industria aviatica

Hidrogenul este foarte ușor și se ridică mereu în aer. Odată dirijabile și baloane umplut cu hidrogen. Dar în anii 30. Secolului 20 au avut loc mai multe catastrofe, în timpul cărora dirijabilele au explodat și au ars. În zilele noastre, dirijabilele sunt pline cu heliu, în ciuda costului său semnificativ mai mare.

Combustibil

Hidrogenul este folosit ca combustibil pentru rachete.

Sunt în desfășurare cercetări privind utilizarea hidrogenului ca combustibil pentru mașini și camioane. Motoarele cu hidrogen nu poluează mediu inconjuratorși emit doar vapori de apă.

Pilele de combustibil cu hidrogen-oxigen folosesc hidrogenul pentru a transforma direct energia unei reacții chimice în energie electrică.

„Hidrogen lichid”(“LW”) este o stare lichidă de agregare a hidrogenului, cu o greutate specifică scăzută de 0,07 g/cm³ și proprietăți criogenice cu un punct de îngheț de 14,01 K (−259,14 °C) și un punct de fierbere de 20,28 K (−252,87 °C). Este un lichid incolor, inodor care, atunci când este amestecat cu aer, este substanțe explozive cu un interval de factor de aprindere de 4-75%. Raportul de spin al izomerilor din hidrogenul lichid este: 99,79% - parahidrogen; 0,21% - ortohidrogen. Coeficientul de dilatare a hidrogenului la schimbare starea de agregare gazos este 848:1 la 20°C.

Ca și în cazul oricărui alt gaz, hidrogenul lichefiat îi reduce volumul. După lichefiere, „ZHV” este depozitat în recipiente izolate termic sub presiune. Hidrogen lichid hidrogen lichid, LH2, LH 2) este utilizat pe scară largă în industrie, ca formă de stocare a gazelor, și în industria spațială, ca combustibil pentru rachete.

Poveste

Prima utilizare documentată a refrigerarii artificiale în 1756 a fost de către omul de știință englez William Cullen, Gaspard Monge a fost primul care a obținut starea lichidă a oxidului de sulf în 1784, Michael Faraday a fost primul care a obținut amoniac lichefiat, inventatorul american Oliver Evans a fost primul care a dezvoltat un compresor de refrigerare în 1805, Jacob Perkins a fost primul care a brevetat mașina de răcire în 1834, iar John Gorey a fost primul din SUA care a brevetat aparatul de aer condiționat în 1851. Werner Siemens a propus conceptul de răcire regenerativă în 1857, Carl Linde a brevetat echipamente pentru producerea de aer lichid folosind un „efect de expansiune Joule-Thomson” în cascadă și răcire regenerativă în 1876. În 1885, fizicianul și chimistul polonez Zygmund Wroblewski a publicat temperatura critică a hidrogenului 33 K, presiunea critică 13,3 atm. și un punct de fierbere la 23 K. Hidrogenul a fost pentru prima dată lichefiat de James Dewar în 1898 folosind refrigerarea regenerativă și invenția sa, vasul Dewar. Prima sinteză a unui izomer stabil de hidrogen lichid, parahidrogenul, a fost realizată de Paul Harteck și Karl Bonhoeffer în 1929.

Izomerii de rotație ai hidrogenului

Hidrogenul la temperatura camerei este format în principal din izomerul de spin, ortohidrogen. După producție, hidrogenul lichid este într-o stare metastabilă și trebuie transformat în formă parahidrogen pentru a evita exploziile. reacție exotermă, care are loc atunci când se modifică la temperaturi scăzute. Conversia în faza parahidrogenă se realizează de obicei folosind catalizatori precum oxidul de fier, oxidul de crom, Cărbune activ azbest placat cu platină, metale din pământuri rare sau prin utilizarea aditivilor de uraniu sau nichel.

Utilizare

Hidrogenul lichid ar putea fi folosit ca formă de stocare a combustibilului pentru motoare combustie internași pile de combustibil. Diverse submarine (proiectele „212A” și „214”, Germania) și concepte de transport de hidrogen au fost create folosind acest formă agregată hidrogen (vezi de exemplu „DeepC” sau „BMW H2R”). Datorită apropierii de design, creatorii de echipamente de pe „ZHV” pot folosi sau modifica doar sisteme care utilizează gaz natural lichefiat („GNL”). Cu toate acestea, din cauza inferior densitate în vrac Energia pentru ardere necesită mai mult hidrogen decât gazul natural. Dacă se folosește hidrogen lichid în loc de „CNG” în motoarele cu piston, este de obicei necesar un sistem de combustibil mai voluminos. Cu injecția directă, pierderile crescute în tractul de admisie reduc umplerea cilindrilor.

Hidrogenul lichid este, de asemenea, folosit pentru a răci neutronii în experimentele de împrăștiere a neutronilor. Masele unui neutron și ale unui nucleu de hidrogen sunt aproape egale, deci schimbul de energie la ciocnire elastică cel mai eficient.

Avantaje

Avantajul utilizării hidrogenului este „emisia zero” a aplicării acestuia. Produsul interacțiunii sale cu aerul este apa.

Obstacole

Un litru de „ZHV” cântărește doar 0,07 kg. Adică a lui gravitație specifică este de 70,99 g/L la 20 K. Hidrogenul lichid necesită tehnologie de stocare criogenică, cum ar fi recipiente speciale izolate termic și necesită o manipulare specială, care este comună tuturor materialelor criogenice. Este aproape în acest sens de oxigen lichid, dar necesită mai multă precauție din cauza pericolului de incendiu. Chiar și în recipiente izolate, este dificil să-l păstrezi la temperatura scăzută necesară pentru a-l menține lichid (de obicei se evaporă cu o rată de 1% pe zi). Atunci când îl manipulați, trebuie să respectați și măsurile de siguranță obișnuite atunci când lucrați cu hidrogen - este suficient de rece pentru a lichefia aerul, care este exploziv.

Combustibil pentru racheta

Hidrogenul lichid este o componentă comună a combustibililor pentru rachete, care este utilizată pentru accelerarea cu reacție a vehiculelor de lansare și nava spatiala. În majoritatea motoarelor de rachetă cu combustibil lichid, hidrogenul este folosit mai întâi pentru a răci regenerativ duza și alte părți ale motorului înainte de a fi amestecat cu un oxidant și ars pentru a produce forță. Motoarele moderne alimentate cu H 2 /O 2 în uz consumă un amestec de combustibil bogat în hidrogen, ceea ce are ca rezultat niște hidrogen nears în evacuare. Pe lângă creșterea impulsului specific al motorului prin reducerea greutății moleculare, aceasta reduce și erodarea duzei și a camerei de ardere.

Astfel de obstacole în calea utilizării „ZHV” în alte domenii, cum ar fi natura criogenică și densitate scazuta, sunt, de asemenea, un factor de descurajare de utilizat acest caz. Pentru 2009, există un singur vehicul de lansare (LV "Delta-4"), care este în întregime o rachetă cu hidrogen. Practic, „ZHV” este folosit fie pe treptele superioare ale rachetelor, fie pe blocuri, care efectuează o parte semnificativă a muncii de lansare a sarcinii utile în spațiu în vid. Ca una dintre măsurile de creștere a densității acestui tip de combustibil, există propuneri de utilizare a hidrogenului asemănător nămolului, adică forma semi-înghețată de „ZHV”.

În sistemul periodic are propriile sale anumit loc poziție, care reflectă proprietățile afișate de el și vorbește despre ale lui structura electronica. Cu toate acestea, printre toate există un atom special care ocupă două celule deodată. Este situat în două grupe de elemente care sunt complet opuse în proprietățile lor manifestate. Acesta este hidrogen. Aceste caracteristici îl fac unic.

Hidrogenul nu este doar un element, ci și o substanță simplă, precum și o parte integrantă a multora conexiuni complexe, element biogen și organogen. Prin urmare, luăm în considerare caracteristicile și proprietățile sale mai detaliat.

Hidrogenul ca element chimic

Hidrogenul este un element din primul grup al subgrupului principal, precum și al șaptelea grup al subgrupului principal în prima perioadă mică. Această perioadă este formată din doar doi atomi: heliu și elementul pe care îl luăm în considerare. Să descriem principalele caracteristici ale poziției hidrogenului în sistemul periodic.

1. Numărul de serie al hidrogenului este 1, numărul de electroni este același, respectiv numărul de protoni este același. Masa atomică este 1,00795. Există trei izotopi ai acestui element cu numere de masă 1, 2, 3. Cu toate acestea, proprietățile fiecăruia dintre ei sunt foarte diferite, deoarece o creștere a masei chiar și cu unul pentru hidrogen este imediat dublă.
2. Faptul că conține doar un electron pe exterior îi permite să prezinte cu succes atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare. În plus, după eliberarea unui electron, acesta rămâne un orbital liber, care participă la formare legături chimice conform mecanismului donor-acceptor.
3. Hidrogenul este un agent reducător puternic. Prin urmare, primul grup al subgrupului principal este considerat a fi locul său principal, unde conduce cel mai mult metale active- alcaline.
4. Cu toate acestea, atunci când interacționează cu agenți reducători puternici, cum ar fi, de exemplu, metale, poate fi, de asemenea, un agent de oxidare, acceptând un electron. Acești compuși se numesc hidruri. Pe această bază, conduce subgrupul de halogeni, cu care este similar.
5. Datorită unui foarte mic masă atomică Hidrogenul este considerat cel mai ușor element. În plus, densitatea sa este și foarte mică, deci este și reperul pentru ușurință.

Astfel, este evident că atomul de hidrogen este un cu totul unic, spre deosebire de toate celelalte elemente. În consecință, proprietățile sale sunt și ele deosebite, iar cele formate sunt simple și substanțe complexe foarte important. Să le luăm în considerare mai departe.

substanță simplă

Dacă vorbim despre acest element ca moleculă, atunci trebuie să spunem că este diatomic. Adică hidrogenul (o substanță simplă) este un gaz. Formula sa empirică va fi scrisă ca H 2, iar cea grafică - printr-un singur legătură sigma H-H. Mecanismul de formare a legăturilor între atomi este covalent nepolar.

1. Reformarea cu abur a metanului.
2. Gazeificarea cărbunelui - procesul presupune încălzirea cărbunelui la 1000 0 C, rezultând formarea hidrogenului și a cărbunelui cu conținut ridicat de carbon.
3. Electroliză. Aceasta metoda poate fi utilizat numai pentru soluții apoase de diferite săruri, deoarece topiturile nu conduc la descărcarea apei la catod.

Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:

1. Hidroliza hidrurilor metalice.
2. Acțiunea acizilor diluați asupra metalelor active și activitate medie.
3. Interacțiunea dintre alcaline și metale alcalino-pământoase cu apă.

Pentru a colecta hidrogenul rezultat, este necesar să țineți eprubeta întoarsă cu susul în jos. La urma urmei, acest gaz nu poate fi colectat în același mod ca, de exemplu, dioxid de carbon. Acesta este hidrogen, este mult mai ușor decât aerul. Se risipește rapid și cantitati mari explodează atunci când este amestecat cu aer. Prin urmare, tubul trebuie răsturnat. După umplere, acesta trebuie închis cu un dop de cauciuc.

Pentru a verifica puritatea hidrogenului colectat, ar trebui să aduceți un chibrit aprins la gât. Dacă bumbacul este surd și liniștit, atunci gazul este curat, cu impurități minime ale aerului. Dacă zgomotos și șuierat - murdar, cu cotă mare componente străine.

Domenii de utilizare

Când hidrogenul este ars, se eliberează un numar mare de energie (căldură), că acest gaz este considerat cel mai profitabil combustibil. În plus, este prietenos cu mediul. Cu toate acestea, utilizarea sa în acest domeniu este în prezent limitată. Acest lucru se datorează problemelor prost concepute și nerezolvate ale sintetizării hidrogenului pur, care ar fi potrivit pentru utilizare ca combustibil în reactoare, motoare și dispozitive portabile, precum și în cazanele de încălzire rezidențiale.

La urma urmei, metodele de obținere a acestui gaz sunt destul de costisitoare, așa că mai întâi este necesar să se dezvolte o metodă specială de sinteză. Una care vă va permite să primiți produsul în volum mare si la un cost minim.

Există mai multe domenii principale în care gazul pe care îl luăm în considerare este utilizat.

1. Sinteze chimice. Pe baza hidrogenării, se obțin săpunuri, margarine și materiale plastice. Cu participarea hidrogenului, se sintetizează metanol și amoniac, precum și alți compuși.
2. LA Industria alimentară- ca aditiv E949.
3. Industria aviației (construcții de rachete, construcții de avioane).
4. Industria energetică.
5. Meteorologie.
6. Combustibil de tip ecologic.

Evident, hidrogenul este la fel de important, pe atât de abundent în natură. Mai mult mare rol joacă diferiții compuși formați de acesta.

Compuși cu hidrogen

Acestea sunt substanțe complexe care conțin atomi de hidrogen. Există mai multe tipuri principale de astfel de substanțe.

1. Halogenuri de hidrogen. Formula generala- H Hal. Printre acestea, o importanță deosebită este clorura de hidrogen. Este un gaz care se dizolvă în apă pentru a forma o soluție de acid clorhidric. Acest acid se găsește aplicare largăîn aproape toate sinteze chimice. Și atât organice cât și anorganice. Clorura de hidrogen este un compus care are formula empirică HCL și este unul dintre cele mai mari ca producție anuală din țara noastră. Halogenurile de hidrogen includ, de asemenea, iodură de hidrogen, fluorură de hidrogen și bromură de hidrogen. Toate formează acizii corespunzători.
2. Volatile Aproape toate sunt gaze destul de otrăvitoare. De exemplu, hidrogen sulfurat, metan, silan, fosfină și altele. Cu toate acestea, sunt foarte inflamabile.
3. Hidrurile sunt compuși cu metale. Ele aparțin clasei sărurilor.
4. Hidroxizi: baze, acizi și compuși amfoteri. Compoziția lor include în mod necesar atomi de hidrogen, unul sau mai mulți. Exemplu: NaOH, K2, H2SO4 şi altele.
5. Hidroxid de hidrogen. Acest compus este mai bine cunoscut sub numele de apă. Un alt nume pentru oxidul de hidrogen. Formula empirică arată astfel - H 2 O.
6. Apă oxigenată. Acesta este cel mai puternic agent oxidant, a cărui formulă este H 2 O 2.
7. Numeroși compuși organici: hidrocarburi, proteine, grăsimi, lipide, vitamine, hormoni, uleiuri esențiale și altele.

Evident, varietatea de compuși ai elementului pe care îl luăm în considerare este foarte mare. Acest lucru confirmă încă o dată importanța sa ridicată pentru natură și om, precum și pentru toate ființele vii.

este cel mai bun solvent

După cum am menționat mai sus, numele comun substanță dată- apa. Constă din doi atomi de hidrogen și unul de oxigen legați împreună prin covalent legături polare. Molecula de apă este un dipol, ceea ce explică multe dintre proprietățile sale. În special, faptul că este un solvent universal.

Exact la mediu acvatic aproape totul se întâmplă procese chimice. Reacții interne ale plasticului și metabolismul energeticîn organismele vii se efectuează și folosind oxid de hidrogen.

Apa este considerată a fi cea mai mare substanță importantă pe planeta. Se știe că niciun organism viu nu poate trăi fără el. Pe Pământ, poate exista în trei stări de agregare:

• lichid;
• gaz (abur);
• solid (gheață).

În funcție de izotopul hidrogenului care face parte din moleculă, există trei tipuri de apă.

1. Lumină sau protium. Un izotop cu un număr de masă de 1. Formula este H 2 O. Aceasta este forma obișnuită pe care o folosesc toate organismele.
2. Deuteriu sau greu, formula sa este D 2 O. Contine izotopul 2 H.
3. Super grele sau tritiu. Formula arată ca T3O, izotopul este 3H.

Rezervele de apă proaspătă protium de pe planetă sunt foarte importante. Deja lipsește în multe țări. Se dezvoltă metode de tratare a apei sărate în vederea obținerii apei de băut.

Peroxidul de hidrogen este un remediu universal

Acest compus, așa cum sa menționat mai sus, este un excelent agent de oxidare. Cu toate acestea, cu reprezentanți puternici se poate comporta și ca un reductor. În plus, are un efect bactericid pronunțat.

Un alt nume pentru acest compus este peroxid. În această formă este utilizat în medicină. O soluție de 3% din hidratul cristalin al compusului în cauză este un medicament medical care este utilizat pentru tratarea rănilor mici în scopul decontaminării acestora. Cu toate acestea, s-a dovedit că în acest caz, vindecarea rănilor crește în timp.

Peroxidul de hidrogen este, de asemenea, utilizat în combustibil pentru racheta, în industria de dezinfecție și albire, ca agent de spumare pentru producerea de materiale adecvate (spumă, de exemplu). În plus, peroxidul ajută la curățarea acvariilor, la albirea părului și la albirea dinților. Cu toate acestea, în același timp dăunează țesuturilor, de aceea nu este recomandată de specialiști în acest scop.