Ito ay may hugis ng isang bola, ngunit naisip ito bilang isang disk at kahit na isang lumulutang na parihaba, apoy, hangin, lupa at tubig itinuturing na apat pangunahing elemento ng uniberso. Sino ang tumigil sa pagtawag sa tubig bilang isang elemento? Sino ang nag-alis sa kanya ng mataas na ranggo na ito? ? Ang isang bilang ng mga magigiting na chemist, nagtatrabaho nang nakapag-iisa, halos sabay-sabay na ginawa ang pagtuklas na ito.
Ang mga natuklasan ng oxygen at hydrogen
Mula nang itaboy ng mga chemist ang mga alchemist at warlock sa mga retorts, ang pamilya ng mga elemento ay lumago nang sabay-sabay. Kung isang daang taon na ang nakalilipas ay 60 lang ang miyembro, ngayon, binibilang ang artipisyal na nakuhang mga elemento, mayroong isang daan sa kanila. Hahanapin natin ang kanilang mga pangalan, chemical sign, atomic weight at serial number sa anumang chemical table. Ang mga pangalan lamang ng "mga ninuno" ay nawala mula dito. Ang mga natuklasan ng oxygen at hydrogen ay isinasaalang-alang:- Pranses na botika Antoine Laurent Lavoisier. Siya ang tagapamahala ng isang pabrika ng saltpeter at pulbos, at nang maglaon, pagkatapos ng tagumpay ng rebolusyong burges ng Pransya, ang komisyoner ng pambansang kabang-yaman, isa sa mga pinaka-maimpluwensyang tao sa France.
- English chemist Henry Cavendish, na nagmula sa isang matandang ducal na pamilya, na nag-donate ng malaking bahagi ng kanyang kayamanan sa agham.
- Kababayang Cavendish, Joseph Priestley. Siya ay isang pari. Bilang isang masigasig na tagasuporta ng Rebolusyong Pranses, si Priestley ay pinatalsik mula sa Inglatera at tumakas sa Amerika.
- Sikat na Swedish chemist na si Carl Wilhelm Scheele, parmasyutiko.
Oxygen - sa tubig at hangin
Gumawa ng serye ng mga eksperimento sina Lavoisier, Priestley at Scheele. Una sila natuklasan ang oxygen sa tubig at hangin. Dinaglat sa kimika, ito ay tinutukoy ng titik na "O". Pag sinabi naminWalang buhay kung walang tubigito ay hindi pa nasasabi kung kanino, sa katunayan, ang tubig ay may utang sa kanyang kapangyarihang nagbibigay-buhay. Ngayon ay masasagot na natin ang tanong na ito. Ang nagbibigay-buhay na kapangyarihan ng tubig ay nasa oxygen. Ang oxygen ay ang pinakamahalagang elemento ng air envelope na nakapalibot sa Earth. Kung walang oxygen, ang buhay ay namamatay tulad ng apoy ng kandila na inilagay sa ilalim ng garapon na salamin. Kahit na ang pinakamalaking apoy ay humupa kung ang mga nasusunog na bagay ay itinapon ng buhangin, na pinuputol ang pag-access ng oxygen sa kanila.
Ngayon naiintindihan mo na ba kung bakit ang apoy sa kalan ay nasusunog nang husto kung ang tanawin ay sarado? Ang parehong proseso ng pagkasunog ay nangyayari sa ating katawan sa panahon ng metabolismo. Gumagana ang steam engine sa pamamagitan ng paggamit ng thermal energy ng nasusunog na karbon. Sa parehong paraan, ginagamit ng ating katawan ang enerhiya ng mga sustansyang iyon na ating kinokonsumo. Ang hangin na ating nilalanghap ay kinakailangan para sa "kalan" - ang ating katawan - upang masunog ng mabuti, dahil ang ating katawan ay dapat magkaroon ng isang tiyak na temperatura. Kapag huminga tayo, naglalabas tayo ng tubig sa anyo ng singaw at mga produkto ng pagkasunog. 
Pinag-aralan ni Lavoisier ang mga prosesong ito at nalaman iyon Ang pagkasunog ay ang mabilis na kumbinasyon ng iba't ibang mga sangkap na may oxygen sa hangin. Lumilikha ito ng init. Ngunit hindi nasisiyahan si Lavoisier sa katotohanang iyon natuklasan ang oxygen. Nais niyang malaman kung anong mga sangkap ang pinagsama ng oxygen. Pagtuklas ng hydrogen
Halos kasabay ni Cavendish, na nagdecompose din ng tubig sa mga bahaging bahagi nito, ang Lavoisier natuklasan ang hydrogen. Ang elementong ito ay tinatawag na "Hydrogenium", na nangangahulugang: Ang hydrogen ay tinutukoy ng titik na "H". Suriin natin muli kung ang hydrogen ay talagang nasa komposisyon ng tubig. Punan ang isang beaker ng yelo at init ito sa apoy ng isang lampara ng alkohol. (Ang alkohol, tulad ng anumang alkohol, ay mayaman sa hydrogen.) At ano ang makikita natin? Ang panlabas na bahagi ng test tube ay matatakpan ng hamog. O hawakan ang isang malinis na kutsilyo sa ibabaw ng apoy ng kandila. Matatakpan din ng mga patak ng tubig ang kutsilyo. Saan nanggagaling ang tubig? Ang tubig ay nagmumula sa apoy. Kaya apoy ang pinagmumulan ng tubig! Ito ay hindi isang bagong pagtuklas, ngunit ito ay kamangha-manghang. Sasabihin ito ng mga chemist: kapag sinunog ang hydrogen, sa madaling salita, Ang hydrogen ay pinagsama sa oxygen upang bumuo ng singaw ng tubig. Kaya naman ang test tube at ang kutsilyo ay natatakpan ng mga patak ng tubig. Ganun ang nangyari pagtuklas ng komposisyon ng tubig. Kaya, ang hydrogen, na 16 na beses na mas magaan kaysa sa oxygen at 14 na beses na mas magaan kaysa sa hangin, ay nasusunog! Kasabay nito, ito ay bumubuo ng isang malaking halaga ng init. Noong nakaraan, ang mga lobo ay puno ng hydrogen. Napakadelikado noon. Ngayon helium ang ginagamit sa halip na hydrogen. Maaari mo ring sagutin ang pangalawang tanong:Bakit hindi nasusunog ang tubig?Ang tanong na ito ay tila napakasimple na hindi namin ito naitanong noong una. Karamihan ay magsasabi:
Ang tubig ay basa, kaya hindi ito nasusunog.mali. Ang gasolina ay "basa" din, ngunit huwag subukang tingnan kung ito ay nasusunog! Ang tubig ay hindi nasusunog dahil ito mismo ay nabuo bilang resulta ng pagkasunog. Ito, maaaring sabihin ng isa, ay ang "likidong abo" ng hydrogen. Kaya naman pinapatay ng tubig ang apoy gayundin ang buhangin.
Ang layunin ng publikasyon ngayon ay upang mabigyan ang hindi handa na mambabasa ng komprehensibong impormasyon tungkol sa ano ang hydrogen, ano ang mga katangiang pisikal at kemikal nito, saklaw, kahalagahan at paraan ng pagkuha.
Ang hydrogen ay naroroon sa karamihan ng mga organikong sangkap at mga selula, kung saan ito ay bumubuo ng halos dalawang-katlo ng mga atomo.
Larawan 1. Ang hydrogen ay itinuturing na isa sa mga pinakakaraniwang elemento sa kalikasan
Sa pana-panahong sistema ng mga elemento ni Mendeleev, ang hydrogen ay sumasakop sa marangal na unang posisyon na may atomic na timbang na katumbas ng isa.
Ang pangalang "hydrogen" (sa Latin na bersyon - Hydrogenium) ay nagmula sa dalawang sinaunang salitang Griyego: ὕδωρ - "" at γεννάω - "Ako ay nanganak" (literal - "nagsilang) at unang iminungkahi noong 1824 ng Russian chemist na si Mikhail Solovyov.
Ang hydrogen ay isa sa mga elementong bumubuo ng tubig (kasama ang oxygen) (ang kemikal na formula ng tubig ay H 2 O).
Ayon sa mga pisikal na katangian nito, ang hydrogen ay nailalarawan bilang isang walang kulay na gas (mas magaan kaysa sa hangin). Kapag inihalo sa oxygen o hangin, ito ay lubhang nasusunog.
May kakayahang matunaw sa ilang mga metal (titanium, iron, platinum, palladium, nickel) at sa ethanol, ngunit hindi gaanong natutunaw sa pilak.
Ang molekula ng hydrogen ay binubuo ng dalawang atomo at itinalagang H 2 . Ang hydrogen ay may ilang isotopes: protium (H), deuterium (D), at tritium (T).
Kasaysayan ng pagtuklas ng hydrogen
Bumalik sa unang kalahati ng ika-16 na siglo, habang nagsasagawa ng mga eksperimento sa alchemical, paghahalo ng mga metal sa mga acid, napansin ni Paracelsus ang isang hindi kilalang nasusunog na gas hanggang ngayon, na hindi niya maihiwalay sa hangin.
Matapos ang halos isang siglo at kalahati - sa pagtatapos ng ika-17 siglo - ang Pranses na siyentipiko na si Lemery ay nagawang paghiwalayin ang hydrogen (hindi pa alam na ito ay hydrogen) mula sa hangin at patunayan ang pagkasunog nito.
Larawan 2. Henry Cavendish - ang nakatuklas ng hydrogen
Ang mga eksperimento sa kemikal sa kalagitnaan ng ika-18 siglo ay nagpapahintulot kay Mikhail Lomonosov na ihayag ang proseso ng pagpapakawala ng isang tiyak na gas bilang resulta ng ilang mga reaksiyong kemikal, na, gayunpaman, ay hindi phlogiston.
Ang isang tunay na tagumpay sa pag-aaral ng nasusunog na gas ay ginawa ng isang English chemist Henry Cavendish, kung kanino iniuugnay ang pagkatuklas ng hydrogen (1766).
Tinawag ni Cavendish ang gas na ito na "nasusunog na hangin". Isinagawa din niya ang reaksyon ng pagkasunog ng sangkap na ito, na nagresulta sa tubig.
Noong 1783, ang mga French chemist na pinamumunuan ni Antoine Lavoisier ay nagsagawa ng synthesis ng tubig, at kasunod nito - ang agnas ng tubig na may paglabas ng "nasusunog na hangin".
Sa wakas, pinatunayan ng mga pag-aaral na ito ang pagkakaroon ng hydrogen sa komposisyon ng tubig. Si Lavoisier ang nagmungkahi na tawagan ang bagong gas na Hydrogenium (1801).
Mga kapaki-pakinabang na katangian ng hydrogen
Ang hydrogen ay labing-apat at kalahating beses na mas magaan kaysa sa hangin.
Ito rin ay nakikilala sa pamamagitan ng pinakamataas na thermal conductivity sa iba pang mga gas (mas puti kaysa pitong beses ang thermal conductivity ng hangin).
Noong nakaraan, ang mga lobo at airship ay puno ng hydrogen. Matapos ang isang serye ng mga sakuna noong kalagitnaan ng 1930s, na nagtatapos sa mga pagsabog ng airship, ang mga designer ay kailangang maghanap ng kapalit para sa hydrogen.
Ngayon, para sa naturang sasakyang panghimpapawid, ginagamit ang helium, na mas mahal kaysa sa hydrogen, ngunit hindi masyadong sumasabog.
Larawan 3. Ang hydrogen ay ginagamit sa paggawa ng rocket fuel
Sa maraming bansa, isinasagawa ang pananaliksik upang lumikha ng mga makinang pang-ekonomiya para sa mga kotse at trak batay sa hydrogen.
Ang mga sasakyang pinapagana ng hydrogen ay higit na magiliw sa kapaligiran kaysa sa kanilang mga katapat na gasolina at diesel.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon (temperatura ng silid at natural na presyon), ang hydrogen ay nag-aatubili na tumugon.
Kapag ang pinaghalong hydrogen at oxygen ay pinainit hanggang 600 °C, nagsisimula ang isang reaksyon, na nagtatapos sa pagbuo ng mga molekula ng tubig.
Ang parehong reaksyon ay maaaring mapukaw ng isang electric spark.
Ang mga reaksyon na may partisipasyon ng hydrogen ay nakumpleto lamang kapag ang mga sangkap na kasangkot sa reaksyon ay ganap na natupok.
Ang temperatura ng nasusunog na hydrogen ay umabot sa 2500-2800 °C.
Ginagamit ang hydrogen upang linisin ang iba't ibang uri ng gasolina batay sa mga produktong langis at petrolyo.
Sa buhay na kalikasan, walang mapapalitan ang hydrogen, dahil naroroon ito sa anumang organikong bagay (kabilang ang langis) at sa lahat ng mga compound ng protina.
Kung wala ang pakikilahok ng hydrogen ay magiging imposible.
Pinagsama-samang estado ng hydrogen
Ang hydrogen ay maaaring umiral sa tatlong pangunahing estado ng pagsasama-sama:
- puno ng gas;
- likido;
- mahirap.
Ang karaniwang estado ng hydrogen ay isang gas. Sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura nito sa -252.8 °C, nagiging likido ang hydrogen, at pagkatapos ng threshold ng temperatura na -262 °C, nagiging solid ang hydrogen.
Larawan 4. Sa loob ng ilang dekada, ang mamahaling helium ay ginamit upang punan ang mga lobo sa halip na murang hydrogen
Iminumungkahi ng mga siyentipiko na ang hydrogen ay maaaring nasa karagdagang (ikaapat) na estado ng pagsasama-sama - metal.
Upang gawin ito, kailangan mo lamang lumikha ng isang presyon ng dalawa at kalahating milyong mga atmospheres.
Sa ngayon, sayang, ito ay isang siyentipikong hypothesis lamang, dahil wala pang nakakakuha ng "metallic hydrogen".
Liquid hydrogen - dahil sa temperatura nito - kung ito ay nadikit sa balat ng tao, maaari itong magdulot ng matinding frostbite.
Hydrogen sa periodic table
Ang pamamahagi ng mga elemento ng kemikal sa periodic table ng Mendeleev ay batay sa kanilang atomic weight, na kinakalkula na may kaugnayan sa atomic weight ng hydrogen.
Larawan 5. Sa periodic table, ang hydrogen ay nakatalaga ng isang cell na may serial number 1
Sa loob ng maraming taon, walang sinuman ang maaaring pabulaanan o kumpirmahin ang pamamaraang ito.
Sa paglitaw sa simula ng ika-20 siglo at, sa partikular, ang paglitaw ng mga sikat na postulate ng Niels Bohr, na nagpapaliwanag ng istraktura ng atom mula sa pananaw ng quantum mechanics, posible na patunayan ang bisa ng hypothesis ni Mendeleev.
Ang kabaligtaran ay totoo rin: ito ay tiyak na ang pagsusulatan ng mga postulate ni Niels Bohr sa periodic law na pinagbabatayan ng periodic table ang naging pinakamalakas na argumento na pabor sa pagkilala sa kanilang katotohanan.
Ang pakikilahok ng hydrogen sa isang thermonuclear reaction
Ang hydrogen isotopes deuterium at tritium ay mga pinagmumulan ng hindi kapani-paniwalang malakas na enerhiya na inilabas sa panahon ng isang thermonuclear reaction.
Larawan 6. Ang Thermonuclear na pagsabog nang walang hydrogen ay magiging imposible
Ang ganitong reaksyon ay posible sa isang temperatura na hindi mas mababa sa 1060 ° C at magpatuloy nang napakabilis - sa loob ng ilang segundo.
Sa Araw, ang mga reaksiyong thermonuclear ay nagpapatuloy nang mabagal.
Ang gawain ng mga siyentipiko ay maunawaan kung bakit ito nangyayari upang magamit ang kaalamang natamo upang lumikha ng bago - halos hindi mauubos - mga mapagkukunan ng enerhiya.
Ano ang hydrogen (video):
>
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng hydrogen ay sumasakop sa isang mahalagang milestone sa pag-unlad ng agham. Ayon sa mga modernong konseptong pang-agham, ang gas na ito ay isa sa pinakamahalagang sangkap para sa pagkakaroon ng mga bituin, at, samakatuwid, ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya.
Isang Maikling Kasaysayan ng Pagtuklas ng Hydrogen
Ang elemento ay natuklasan ng isang British scientist noong 1766. Ang pinagmulan ng pangalan ay bumalik sa mga salitang Griyego na "hydro" at "genes", na nangangahulugang "tubig" at "generator".
Noon pang 1671, inilathala ni Robert Boyle (1627-1691, English chemist at physicist) ang "New Experiments Concerning the Relationship Between Flame and Air" kung saan inilarawan niya ang reaksyon sa pagitan ng iron filings at dilute acids. Sa panahon ng mga eksperimento, napansin ng siyentipiko na ang reaksyon ng mga sangkap na ito ay humahantong sa ebolusyon ng hydrogen gas ("nasusunog na solusyon ng Mars").
Gayunpaman, noong 1766 lamang naaprubahan ang gas bilang pangunahing elemento ni Henry Cavendish (1731-1810, isang English chemist at physicist na nakatuklas din ng nitrogen), na gumamit ng mercury para sa synthesis. Inilarawan ito ng siyentipiko bilang "nasusunog na hangin ng mga metal". Tumpak na inilarawan ni Cavendish ang mga katangian ng hydrogen, ngunit maling naniniwala na ang gas ay nagmula sa isang metal at hindi mula sa isang acid. Ang modernong pangalan para sa elementong kemikal ay ibinigay ng naturalistang Pranses na si A. L. Lavoisier.
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng hydrogen (H) ay hindi nagtatapos doon. Noong 1931, natuklasan ng propesor ng kimika na si Harold Urey, na nagtrabaho sa Chicago (USA), ang deuterium gas. Ito ang mabigat na isotope ng hydrogen at nakasulat bilang 2 H at D.
Ang mga bloke ng gusali ng uniberso
Sa loob ng mahabang panahon ang mga tao ay hindi maunawaan ang mga katangian ng bagay. Bagama't inakala ng mga sinaunang Griyego na ang "eter" (nakapaligid na espasyo) ay binubuo ng ilang mga elemento, walang malinaw na katwiran at, higit pa, matibay na ebidensya para sa katotohanang ito.
Noong taglagas ng 1803, naipaliwanag ng Englishman ang mga resulta ng ilan sa kanyang pananaliksik sa pamamagitan ng pag-aakalang ang bagay ay binubuo ng mga atomo. Natuklasan din ng mananaliksik na ang lahat ng mga sample ng anumang ibinigay na tambalan ay binubuo ng parehong kumbinasyon ng mga atomo na ito. Nabanggit din ni Dalton na sa isang bilang ng mga compound, ang mga ratio ng mga masa ng pangalawang elemento, na pinagsama sa isang ibinigay na bigat ng unang elemento, ay maaaring bawasan sa maliliit na integer ("Batas ng Maramihang Proporsyon"). Kaya, ang siyentipiko ay may isang tiyak na kaugnayan sa kasaysayan ng pagtuklas ng hydrogen.
Ang pagtatanghal ng "Theory of Atoms" ni Dalton ay naganap sa ika-3 volume ng siyentipikong edisyon na "Systems of Chemistry", na inilathala ni Thomas Thomson noong 1807. Ang materyal ay lumitaw din sa isang artikulo sa strontium oxalates na inilathala sa Philosophical Transactions. Nang sumunod na taon, inilathala ni Dalton ang mga ideyang ito sa kanyang sarili, na gumawa ng mas malawak na pagsusuri sa The New System of Chemical Philosophy. Sa pamamagitan ng paraan, sa loob nito iminungkahi ng siyentipiko ang paggamit ng isang bilog na may isang tuldok sa gitna bilang isang simbolo ng hydrogen.
Unang fuel cell
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng hydrogen ay mayaman sa mga kagiliw-giliw na kaganapan. Noong 1839, ang British scientist na si Sir William Robert Grove ay nagsagawa ng mga eksperimento sa electrolysis. Gumamit siya ng kuryente upang hatiin ang tubig sa hydrogen at oxygen. Nang maglaon, nagtaka ang mananaliksik kung posible bang gawin ang kabaligtaran - upang makabuo ng kuryente mula sa reaksyon ng oxygen na may hydrogen? Tinatakan ni Grove ang mga platinum record sa magkahiwalay na selyadong lalagyan, ang isa ay naglalaman ng hydrogen at ang isa ay oxygen. Kapag ang mga lalagyan ay nahuhulog sa dilute sulfuric acid, isang kasalukuyang dumaloy sa pagitan ng dalawang electrodes, na bumubuo ng tubig sa mga silindro ng gas. Pagkatapos ay ikinonekta ng siyentipiko ang ilang katulad na mga aparato sa isang serye ng circuit upang madagdagan ang boltahe na nilikha sa baterya ng gas.
Simula noon, malaking pag-asa ang inilagay sa hydrogen sa mga tuntunin ng pagkuha ng mga compact, environment friendly na mapagkukunan ng enerhiya. Gayunpaman, ang isyu ng 100% na seguridad at mataas na kahusayan ng mga end device para sa mass consumption ay hindi pa nareresolba. Sa pamamagitan ng paraan, ang terminong "fuel cell" ay unang ginamit ng mga chemist na sina Ludwig Mond at Charles Langer, na nagpatuloy sa pananaliksik ng W. R. Grove.
Autonomous na mapagkukunan ng enerhiya
Noong 1932, si Francis Thomas Bacon, isang inhinyero sa Unibersidad ng Cambridge sa UK, ay nagpatuloy sa paggawa sa mga disenyo ng Grove, Mond at Langer. Pinalitan niya ang mga platinum electrodes ng mas murang nickel mesh, at sa halip na isang electrolyte na may sulfuric acid, gumamit siya ng alkaline potassium hydroxide (hindi gaanong kinakaing unti-unti sa mga electrodes). Ito ay mahalagang paglikha ng unang alkaline fuel cell, na tinatawag na Bacon cell. Kinailangan ng isa pang 27 taon para sa British upang ipakita ang isang planta na may kakayahang gumawa ng 5 kW ng enerhiya, sapat na upang paganahin ang isang welding machine. Sa parehong oras, ipinakita ang unang fuel cell na sasakyan.
Ang mga fuel cell ay ginamit sa kalaunan ng NASA noong 1960s para sa Apollo lunar program. Ang mga cell ng Bacon ay (at nasa) daan-daang spacecraft. Gayundin ang "malalaking baterya" ay ginagamit sa mga submarino.
Kapaki-pakinabang ngunit mapanganib
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng hydrogen ay nauugnay hindi lamang sa mga masasayang sandali. Ang trahedya ng higanteng airship na Hindenburg ay nagpapatotoo sa kung gaano hindi ligtas ang elementong ito. Noong 1930s, nagtayo ang Alemanya ng isang serye ng mga sasakyang panghimpapawid - mga zeppelin. Ang hydrogen ay ginamit bilang gas. Dahil mas magaan kaysa sa nitrogen-oxygen mixture na bumubuo sa karamihan ng atmospera, naging posible ang pagdadala ng malalaking volume ng kargamento.
Noong 1936, ipinakita ng mga taga-disenyo ng Aleman sa mundo ang pinakamalaking airship noong panahong iyon, ang Hindenburg. Ang 245-meter giant ay naglalaman ng 200,000 m3 ng gas. Ang kapasidad ng pagdadala nito ay kamangha-mangha: ang aparato ay nakapagtaas ng hanggang 100 tonelada ng kargamento sa kalangitan. Ang sasakyang panghimpapawid ay ginamit para sa transatlantic na transportasyon sa pagitan ng Alemanya at Estados Unidos. Ang pampasaherong gondola ay tumanggap ng 50 katao na may mga bagahe. 05/06/1937 pagdating sa New York, isang hydrogen leak ang naganap. Nagliyab ang nasusunog na gas, na nagdulot ng pagsabog na ikinamatay ng 36 katao. Simula noon, ang mas ligtas na helium ay ginamit sa halip na hydrogen sa sasakyang panghimpapawid.
Konklusyon
Ang hydrogen ay isa sa pinakamahalagang elemento sa uniberso. Bagama't pinag-aralan nang mabuti ang mga ari-arian nito, hindi ito tumitigil sa interes ng mga siyentipiko, inhinyero, at mga taga-disenyo. Ang elementong ito ay paksa ng libu-libong mga siyentipikong papel, diploma at abstract. Ang kasaysayan ng pagkatuklas ng hydrogen ay ang kasaysayan ng agham mismo, isang sistema ng kaalaman na pumalit sa kamangmangan at relihiyosong mga dogma.
Sa periodic system, ang hydrogen ay matatagpuan sa dalawang grupo ng mga elemento na ganap na magkasalungat sa kanilang mga katangian. Ginagawa nitong ganap na kakaiba ang feature na ito. Ang hydrogen ay hindi lamang isang elemento o sangkap, ngunit isang bahagi din ng maraming kumplikadong mga compound, isang organogenic at biogenic na elemento. Samakatuwid, isinasaalang-alang namin ang mga katangian at katangian nito nang mas detalyado.
Ang paglabas ng nasusunog na gas sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga metal at acid ay naobserbahan noong ika-16 na siglo, iyon ay, sa panahon ng pagbuo ng kimika bilang isang agham. Ang sikat na siyentipikong Ingles na si Henry Cavendish ay nag-aral ng sangkap simula noong 1766 at binigyan ito ng pangalang "nasusunog na hangin". Kapag nasunog, ang gas na ito ay gumagawa ng tubig. Sa kasamaang palad, ang pagsunod ng siyentipiko sa teorya ng phlogiston (hypothetical "hyperfine matter") ay pumigil sa kanya na makarating sa tamang mga konklusyon.
Ang French chemist at naturalist na si A. Lavoisier, kasama ang engineer na si J. Meunier at sa tulong ng mga espesyal na gasometer, noong 1783 ay nagsagawa ng synthesis ng tubig, at pagkatapos ay ang pagsusuri nito sa pamamagitan ng nabubulok na singaw ng tubig na may pulang mainit na bakal. Kaya, ang mga siyentipiko ay nakagawa ng tamang konklusyon. Natagpuan nila na ang "nasusunog na hangin" ay hindi lamang bahagi ng tubig, ngunit maaari ring makuha mula dito.
Noong 1787, iminungkahi ni Lavoisier na ang gas na pinag-aaralan ay isang simpleng sangkap at, nang naaayon, ay isa sa mga pangunahing elemento ng kemikal. Tinawag niya itong hydrogene (mula sa mga salitang Griyego na hydor - tubig + gennao - nanganak ako), iyon ay, "nagsilang ng tubig."
Ang pangalang Ruso na "hydrogen" ay iminungkahi noong 1824 ng chemist na si M. Solovyov. Ang pagpapasiya ng komposisyon ng tubig ay minarkahan ang pagtatapos ng "phlogiston theory". Sa pagliko ng ika-18 at ika-19 na siglo, natagpuan na ang hydrogen atom ay napakagaan (kumpara sa mga atomo ng iba pang mga elemento) at ang masa nito ay kinuha bilang pangunahing yunit para sa paghahambing ng mga atomic na masa, na nakakuha ng isang halaga na katumbas ng 1.
Mga katangiang pisikal
Ang hydrogen ay ang pinakamagaan sa lahat ng mga sangkap na kilala sa agham (ito ay 14.4 beses na mas magaan kaysa sa hangin), ang density nito ay 0.0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ang materyal na ito ay natutunaw (solidifies) at kumukulo (liquefies), ayon sa pagkakabanggit, sa -259.1 ° C at -252.8 ° C (tanging helium ang may mas mababang kumukulo at natutunaw na t °).
Ang kritikal na temperatura ng hydrogen ay napakababa (-240 °C). Para sa kadahilanang ito, ang pagkatunaw nito ay isang medyo kumplikado at magastos na proseso. Ang kritikal na presyon ng isang sangkap ay 12.8 kgf / cm², at ang kritikal na density ay 0.0312 g / cm³. Sa lahat ng mga gas, ang hydrogen ay may pinakamataas na thermal conductivity: sa 1 atm at 0 ° C, ito ay 0.174 W / (mxK).
Ang tiyak na kapasidad ng init ng isang sangkap sa ilalim ng parehong mga kondisyon ay 14.208 kJ / (kgxK) o 3.394 cal / (gh ° C). Ang elementong ito ay bahagyang natutunaw sa tubig (mga 0.0182 ml / g sa 1 atm at 20 ° C), ngunit mahusay - sa karamihan ng mga metal (Ni, Pt, Pa at iba pa), lalo na sa palladium (mga 850 volume bawat volume ng Pd ) .
Ang huling pag-aari ay nauugnay sa kakayahang magkalat, habang ang pagsasabog sa pamamagitan ng isang carbon alloy (halimbawa, bakal) ay maaaring sinamahan ng pagkasira ng haluang metal dahil sa pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa carbon (ang prosesong ito ay tinatawag na decarbonization). Sa likidong estado, ang sangkap ay napakagaan (density - 0.0708 g / cm³ sa t ° \u003d -253 ° C) at likido (lagkit - 13.8 centigrade sa ilalim ng parehong mga kondisyon).
Sa maraming compound, ang elementong ito ay nagpapakita ng +1 valency (oksihenasyon na estado), katulad ng sodium at iba pang alkali metal. Ito ay karaniwang itinuturing bilang isang analogue ng mga metal na ito. Alinsunod dito, pinamumunuan niya ang I group ng Mendeleev system. Sa metal hydride, ang hydrogen ion ay nagpapakita ng negatibong singil (ang estado ng oksihenasyon ay -1), iyon ay, ang Na + H- ay may istraktura na katulad ng Na + Cl- chloride. Alinsunod dito at ilang iba pang mga katotohanan (ang pagiging malapit ng mga pisikal na katangian ng elementong "H" at mga halogens, ang kakayahang palitan ito ng mga halogens sa mga organikong compound), ang Hydrogene ay itinalaga sa pangkat VII ng sistema ng Mendeleev.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang molecular hydrogen ay may mababang aktibidad, direktang pinagsama lamang sa pinaka-aktibo ng mga di-metal (na may fluorine at chlorine, kasama ang huli - sa liwanag). Sa turn, kapag pinainit, nakikipag-ugnayan ito sa maraming elemento ng kemikal.
Ang atomic hydrogen ay may tumaas na aktibidad ng kemikal (kumpara sa molecular hydrogen). Sa oxygen, bumubuo ito ng tubig ayon sa pormula:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
naglalabas ng 285.937 kJ/mol ng init o 68.3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). Sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng temperatura, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa medyo mabagal, at sa t ° >= 550 ° С, ito ay hindi nakokontrol. Ang mga limitasyon ng paputok ng pinaghalong hydrogen + oxygen ayon sa volume ay 4–94% H₂, at ang mga mixture ng hydrogen + air ay 4–74% H₂ (ang pinaghalong dalawang volume ng H₂ at isang volume ng O₂ ay tinatawag na explosive gas).
Ang elementong ito ay ginagamit upang bawasan ang karamihan sa mga metal, dahil ito ay kumukuha ng oxygen mula sa mga oxide:
Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,
CuO + H₂ = Cu + H₂O atbp.
Sa iba't ibang mga halogen, ang hydrogen ay bumubuo ng hydrogen halides, halimbawa:
H₂ + Cl₂ = 2HCl.
Gayunpaman, kapag tumutugon sa fluorine, ang hydrogen ay sumasabog (nangyayari rin ito sa dilim, sa -252 ° C), tumutugon lamang sa bromine at chlorine kapag pinainit o naiilaw, at may yodo lamang kapag pinainit. Kapag nakikipag-ugnayan sa nitrogen, ang ammonia ay nabuo, ngunit sa isang katalista lamang, sa mataas na presyon at temperatura:
ZN₂ + N₂ = 2NH₃.
Kapag pinainit, ang hydrogen ay aktibong tumutugon sa asupre:
H₂ + S = H₂S (hydrogen sulfide),
at mas mahirap - na may tellurium o selenium. Ang hydrogen ay tumutugon sa purong carbon na walang katalista, ngunit sa mataas na temperatura:
2H₂ + C (amorphous) = CH₄ (methane).
Ang sangkap na ito ay direktang tumutugon sa ilan sa mga metal (alkali, alkaline earth at iba pa), na bumubuo ng mga hydride, halimbawa:
Н₂ + 2Li = 2LiH.
Walang maliit na praktikal na kahalagahan ang mga pakikipag-ugnayan ng hydrogen at carbon monoxide (II). Sa kasong ito, depende sa presyon, temperatura at katalista, nabuo ang iba't ibang mga organikong compound: HCHO, CH₃OH, atbp. Ang mga unsaturated hydrocarbon ay nagiging mga puspos sa panahon ng reaksyon, halimbawa:
С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.
Ang hydrogen at ang mga compound nito ay may natatanging papel sa kimika. Tinutukoy nito ang mga acidic na katangian ng tinatawag na. Ang mga protic acid ay may posibilidad na bumuo ng mga hydrogen bond na may iba't ibang elemento, na may malaking epekto sa mga katangian ng maraming inorganic at organic compound.
Pagkuha ng hydrogen
Ang mga pangunahing uri ng mga hilaw na materyales para sa pang-industriyang produksyon ng elementong ito ay mga refinery gas, natural na nasusunog at mga gas ng coke oven. Nakukuha rin ito mula sa tubig sa pamamagitan ng electrolysis (sa mga lugar na may abot-kayang kuryente). Ang isa sa pinakamahalagang pamamaraan para sa paggawa ng materyal mula sa natural na gas ay ang catalytic interaction ng hydrocarbons, pangunahin ang methane, na may water vapor (ang tinatawag na conversion). Halimbawa:
CH₄ + H₂O = CO + ZH₂.
Hindi kumpletong oksihenasyon ng hydrocarbons na may oxygen:
CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.
Ang synthesized carbon monoxide (II) ay sumasailalim sa conversion:
CO + H₂O = CO₂ + H₂.
Ang hydrogen na ginawa mula sa natural na gas ay ang pinakamurang.
Para sa electrolysis ng tubig, ang direktang kasalukuyang ginagamit, na ipinapasa sa isang solusyon ng NaOH o KOH (ang mga acid ay hindi ginagamit upang maiwasan ang kaagnasan ng kagamitan). Sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo, ang materyal ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig o bilang isang resulta ng reaksyon sa pagitan ng hydrochloric acid at zinc. Gayunpaman, mas madalas na ginagamit ang yari na materyal ng pabrika sa mga cylinder.
Mula sa mga refinery gas at coke oven gas, ang elementong ito ay nakahiwalay sa pamamagitan ng pag-alis ng lahat ng iba pang bahagi ng gas mixture, dahil mas madaling matunaw ang mga ito sa panahon ng malalim na paglamig.
Ang materyal na ito ay nagsimulang makuha sa industriya sa pagtatapos ng ika-18 siglo. Pagkatapos ito ay ginamit upang punan ang mga lobo. Sa ngayon, ang hydrogen ay malawakang ginagamit sa industriya, pangunahin sa industriya ng kemikal, para sa produksyon ng ammonia.
Ang mga mass consumer ng substance ay mga tagagawa ng methyl at iba pang mga alcohol, synthetic na gasolina at marami pang ibang produkto. Nakukuha ang mga ito sa pamamagitan ng synthesis mula sa carbon monoxide (II) at hydrogen. Ginagamit ang hydrogen para sa hydrogenation ng mabibigat at solidong likidong gatong, taba, atbp., Para sa synthesis ng HCl, hydrotreating ng mga produktong petrolyo, pati na rin sa pagputol / hinang ng mga metal. Ang pinakamahalagang elemento para sa nuclear energy ay ang mga isotopes nito - tritium at deuterium.
Ang biological na papel ng hydrogen
Humigit-kumulang 10% ng masa ng mga nabubuhay na organismo (sa karaniwan) ay nahuhulog sa elementong ito. Ito ay bahagi ng tubig at ang pinakamahalagang grupo ng mga natural na compound, kabilang ang mga protina, nucleic acid, lipid, carbohydrates. Ano ang nagsisilbi nito?
Ang materyal na ito ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel: sa pagpapanatili ng spatial na istraktura ng mga protina (quaternary), sa pagpapatupad ng prinsipyo ng complementarity ng mga nucleic acid (i.e., sa pagpapatupad at pag-iimbak ng genetic na impormasyon), sa pangkalahatan, sa "pagkilala" sa molekular antas.
Ang hydrogen ion H+ ay nakikibahagi sa mahahalagang dynamic na reaksyon/proseso sa katawan. Kabilang ang: sa biological oxidation, na nagbibigay ng mga buhay na cell na may enerhiya, sa biosynthesis reactions, sa photosynthesis sa mga halaman, sa bacterial photosynthesis at nitrogen fixation, sa pagpapanatili ng acid-base balance at homeostasis, sa mga proseso ng transportasyon ng lamad. Kasama ng carbon at oxygen, ito ay bumubuo ng functional at structural na batayan ng mga phenomena ng buhay.
Matapos ang gawain ni J. Black, maraming mga chemist sa iba't ibang mga laboratoryo sa England, Sweden, France, at Germany ang nagsimulang mag-aral ng mga gas. Nakamit ni G. Cavendish ang malaking tagumpay. Ang lahat ng pang-eksperimentong gawain ng masusing siyentipikong ito ay ibinase sa isang quantitative research method. Malawak niyang ginamit ang pagtimbang ng mga sangkap at ang pagsukat ng mga volume ng gas, na ginagabayan ng batas ng konserbasyon ng masa. Sa unang gawain ni G. Cavendnsh sa kimika ng mga gas (1766), inilarawan ang mga paraan ng pagkuha at pag-aari.
Ang "nasusunog na hangin" ay kilala noon (R. Boyle, N. Lemery). Noong 1745, sinabi ni M. V. Lomonosov, halimbawa, na "kapag ang isang base metal ay natunaw, lalo na sa acidic na alkohol, ang nasusunog na singaw ay tumakas mula sa pagbubukas ng bote, na hindi hihigit sa phlogiston." Ito ay kapansin-pansin sa dalawang aspeto: una, maraming taon bago ang Cavendish, M. V. Lomonosov ay dumating sa konklusyon na ang "nasusunog na hangin" (i.e., hydrogen) ay phlogiston; pangalawa, mula sa sipi sa itaas ay sumusunod na tinanggap ni M. V. Lomonosov ang doktrina ng phlogiston.
Ngunit walang sinuman bago si G. Cavendish ang sumubok na ihiwalay ang "nasusunog na hangin" at pag-aralan ang mga katangian nito. Sa chemical treatise na Three Works Containing Experiments with Artificial Types of Air (1766), ipinakita niya na may mga gas na naiiba sa hangin, ibig sabihin, sa isang banda, "forest or bound air", na, bilang itinatag ni G. Cavendish naging 1.57 beses na mas mabigat kaysa sa ordinaryong hangin, sa kabilang banda, ang "nasusunog na hangin" ay hydrogen. Natanggap ito ni G. Cavendish sa pamamagitan ng pagkilos ng mga dilute acid at acid sa iba't ibang metal. Ang katotohanan na sa ilalim ng pagkilos sa (zinc, iron) ang parehong gas (hydrogen) ay inilabas sa wakas ay kumbinsido G. Cavendish na ang lahat ng mga metal ay naglalaman ng phlogiston, na inilabas sa panahon ng pagbabagong-anyo ng mga metal sa "mga lupa". Kinuha ng Ingles na siyentipiko ang hydrogen para sa purong phlogiston, dahil ang gas ay nasusunog nang hindi nag-iiwan ng nalalabi, at ang mga metal oxide na ginagamot sa gas na ito ay nababawasan sa kaukulang mga metal kapag pinainit.
Henry Cavendish Si G. Cavendish, bilang isang tagasuporta ng teorya ng phlogiston, ay naniniwala na hindi ito inilipat ng metal mula sa acid, ngunit inilabas bilang resulta ng pagkabulok ng "kumplikadong" metal. Kinakatawan niya ang reaksyon ng pagkuha ng "nasusunog na hangin" mula sa mga metal tulad ng sumusunod:
Anong mga pamamaraan at instrumento ang ginamit ng "ama ng kimika ng mga gas na sangkap" ang makikita mula sa mga sumusunod. Ang pag-alis sa Leeds, si J. Priestley, sa kahilingan ng isa sa kanyang mga kakilala, ay nag-iwan sa kanya ng isang labangan na luwad, na ginamit niya bilang pneumatic bath sa kanyang mga eksperimento sa komposisyon ng hangin at na, balintuna na sinabi ni J. Priestley, "ay hindi naiiba. mula sa mga labangan kung saan ang mga labandera ay naglalaba ng mga damit." Noong 1772, pinalitan ni J. Priestley ang tubig na may mercury sa isang pneumatic bath, na nagpapahintulot sa kanya sa unang pagkakataon na makakuha sa dalisay na anyo at pag-aralan ang mga nalulusaw sa tubig na gas: "hydrochloric acid air" () at "volatile alkaline air" - isang walang kulay. gas na may nakasusuklam na masangsang na amoy. Ito ang nakuha niya sa pamamagitan ng pag-init ng ammonium chloride:
2NH 4 Cl + CaO \u003d 2NH 3 + CaCl 2 + H 2
"Ang gold placer na natuklasan ni Priestley ay ... isang mercury bath," isinulat ni W. Ostwald. "Ang isang hakbang sa unahan sa teknikal na bahagi ng mga bagay-pagbabago ng tubig-ay ang susi sa karamihan ng mga natuklasan ni Priestley." Napagmasdan ni J. Priestley na kung ang isang electric spark ay dumaan sa ammonia, ang dami nito ay tumataas nang husto. Noong 1785, itinatag ni K.-L. Berthollet na ito ay dahil sa pagkabulok ng ammonia sa nitrogen at hydrogen. Naobserbahan ni J. Priestley na ang pakikipag-ugnayan ng dalawang malakas na amoy na gas (HCl at NH 3) ay gumagawa ng walang amoy na puting pulbos (NH 4 Cl). Noong 1775, natanggap ni J. Priestley, at c. 1796 - na napagkamalan niyang purong phlogiston.
