Ang hydrogen (H) ay isang napakagaan na elemento ng kemikal, na may nilalamang 0.9% ayon sa masa sa crust ng Earth at 11.19% sa tubig.
Pagkilala sa hydrogen
Sa mga tuntunin ng liwanag, ito ang una sa mga gas. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay walang lasa, walang kulay, at ganap na walang amoy. Kapag ito ay pumasok sa thermosphere, lumilipad ito sa kalawakan dahil sa mababang timbang nito.
Sa buong uniberso, ito ang pinakamaraming elemento ng kemikal (75% ng kabuuang masa ng mga sangkap). Napakaraming bituin sa kalawakan ang ganap na binubuo nito. Halimbawa, ang Araw. Ang pangunahing bahagi nito ay hydrogen. At ang init at liwanag ay resulta ng pagpapalabas ng enerhiya sa panahon ng pagsasanib ng nuclei ng materyal. Gayundin sa kalawakan mayroong mga buong ulap ng mga molekula nito na may iba't ibang laki, densidad at temperatura.
Mga Katangiang Pisikal
Ang mataas na temperatura at presyon ay makabuluhang nagbabago sa mga katangian nito, ngunit sa ilalim ng normal na mga kondisyon ito ay:
Ito ay may mataas na thermal conductivity kung ihahambing sa iba pang mga gas,
Hindi nakakalason at mahinang natutunaw sa tubig
Na may density na 0.0899 g / l sa 0 ° C at 1 atm.,
Nagiging likido sa -252.8°C
Nagiging solid sa -259.1°C.,
Ang tiyak na init ng pagkasunog ay 120.9.106 J/kg.
Nangangailangan ito ng mataas na presyon at napakababang temperatura upang maging likido o solid. Kapag natunaw, ito ay likido at magaan.
Mga katangian ng kemikal
Sa ilalim ng presyon at paglamig (-252.87 gr. C), ang hydrogen ay nakakakuha ng isang likidong estado, na mas magaan sa timbang kaysa sa anumang analogue. Sa loob nito, ito ay tumatagal ng mas kaunting espasyo kaysa sa gas na anyo.
Siya ay isang tipikal na non-metal. Sa mga laboratoryo, nakukuha ito sa pamamagitan ng pagtugon sa mga metal (tulad ng zinc o iron) na may dilute acids. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay hindi aktibo at tumutugon lamang sa mga aktibong non-metal. Maaaring ihiwalay ng hydrogen ang oxygen mula sa mga oxide, at bawasan ang mga metal mula sa mga compound. Ito at ang mga pinaghalong nito ay bumubuo ng mga bono ng hydrogen na may ilang mga elemento.
Ang gas ay lubos na natutunaw sa ethanol at sa maraming mga metal, lalo na ang palladium. Hindi ito natutunaw ng pilak. Maaaring ma-oxidize ang hydrogen sa panahon ng pagkasunog sa oxygen o hangin, at kapag nakikipag-ugnayan sa mga halogens.
Kapag pinagsama sa oxygen, nabuo ang tubig. Kung ang temperatura ay normal, kung gayon ang reaksyon ay mabagal, kung sa itaas 550 ° C - na may isang pagsabog (naging sumasabog na gas).
Paghahanap ng hydrogen sa kalikasan
Bagaman mayroong maraming hydrogen sa ating planeta, hindi madaling mahanap ito sa dalisay nitong anyo. Kaunti lamang ang mahahanap sa panahon ng pagsabog ng bulkan, sa panahon ng pagkuha ng langis at sa lugar ng pagkabulok ng mga organikong bagay.
Mahigit sa kalahati ng kabuuang halaga ay nasa komposisyon na may tubig. Kasama rin ito sa istraktura ng langis, iba't ibang mga luad, nasusunog na gas, hayop at halaman (ang presensya sa bawat buhay na selula ay 50% sa bilang ng mga atomo).
Ikot ng hydrogen sa kalikasan
Bawat taon, isang malaking halaga (bilyon-bilyong tonelada) ng halaman ang nananatiling nabubulok sa mga anyong tubig at lupa, at ang agnas na ito ay nagsaboy ng malaking masa ng hydrogen sa atmospera. Ito ay inilabas din sa panahon ng anumang pagbuburo na dulot ng bakterya, pagkasunog at, kasama ng oxygen, ay nakikilahok sa ikot ng tubig.
Mga aplikasyon para sa hydrogen
Ang elemento ay aktibong ginagamit ng sangkatauhan sa mga aktibidad nito, kaya natutunan namin kung paano makuha ito sa isang pang-industriya na sukat para sa:
Meteorolohiya, paggawa ng kemikal;
paggawa ng margarin;
Bilang gasolina para sa mga rocket (likidong hydrogen);
Power industriya para sa paglamig electric generators;
Welding at pagputol ng mga metal.
Ang masa ng hydrogen ay ginagamit sa paggawa ng sintetikong gasolina (upang mapabuti ang kalidad ng mababang uri ng gasolina), ammonia, hydrogen chloride, alkohol, at iba pang mga materyales. Ang nuclear power ay aktibong gumagamit ng mga isotopes nito.
Ang paghahanda na "hydrogen peroxide" ay malawakang ginagamit sa metalurhiya, industriya ng elektroniko, paggawa ng pulp at papel, sa pagpapaputi ng mga tela ng linen at koton, sa paggawa ng mga tina ng buhok at mga pampaganda, polimer, at sa gamot para sa paggamot ng mga sugat.
Ang "paputok" na katangian ng gas na ito ay maaaring maging isang nakamamatay na sandata - isang bomba ng hydrogen. Ang pagsabog nito ay sinamahan ng pagpapalabas ng isang malaking halaga ng mga radioactive substance at nakakapinsala sa lahat ng nabubuhay na bagay.
Ang pagdikit ng likidong hydrogen at ang balat ay nagbabanta sa malubha at masakit na frostbite.
pamamahagi sa kalikasan. Ang V. ay malawak na ipinamamahagi sa kalikasan, ang nilalaman nito sa crust ng lupa (ang lithosphere at hydrosphere) ay 1% sa masa at 16% sa bilang ng mga atomo. Ang V. ay bahagi ng pinakakaraniwang sangkap sa Earth - tubig (11.19% ng V. ayon sa masa), sa komposisyon ng mga compound na bumubuo ng karbon, langis, natural na gas, luad, pati na rin ang mga organismo ng hayop at halaman (i.e. , sa komposisyon ng mga protina, nucleic acid, taba, carbohydrates, atbp.). Sa malayang estado, ang V. ay napakabihirang, ito ay matatagpuan sa maliit na dami sa bulkan at iba pang natural na gas. Ang kaunting halaga ng libreng V. (0.0001% ayon sa bilang ng mga atom) ay naroroon sa atmospera. Sa malapit-Earth space, ang V. sa anyo ng isang stream ng mga proton ay bumubuo ng panloob ("proton") radiation belt ng Earth. Sa espasyo, ang V. ang pinakakaraniwang elemento. Sa anyo ng plasma, bumubuo ito ng halos kalahati ng masa ng Araw at karamihan sa mga bituin, ang pangunahing bahagi ng mga gas ng interstellar medium at gaseous nebulae. Ang V. ay naroroon sa atmospera ng isang bilang ng mga planeta at sa mga kometa sa anyo ng libreng H2, methane CH4, ammonia NH3, tubig H2O, mga radical tulad ng CH, NH, OH, SiH, PH, atbp. Sa anyo ng isang stream ng mga proton, ang V. ay bahagi ng corpuscular radiation ng Araw at mga cosmic ray.
Isotopes, atom at molekula. Ang Ordinaryong V. ay binubuo ng pinaghalong dalawang stable isotopes: light V., o protium (1H), at heavy V., o deuterium (2H, o D). Sa mga natural na compound ng V., mayroong average na 6,800 1H atoms bawat 1 2H atom. Ang isang radioactive isotope ay artipisyal na nakuha - superheavy B., o tritium (3H, o T), na may malambot na β-radiation at kalahating buhay na T1 / 2 = 12.262 taon. Sa likas na katangian, ang tritium ay nabuo, halimbawa, mula sa atmospheric nitrogen sa ilalim ng pagkilos ng cosmic ray neutrons; ito ay bale-wala sa atmospera (4-10-15% ng kabuuang bilang ng mga atom ng hangin). Isang napaka-hindi matatag na 4H isotope ay nakuha. Ang mga mass number ng isotopes 1H, 2H, 3H at 4H, ayon sa pagkakabanggit 1,2, 3 at 4, ay nagpapahiwatig na ang nucleus ng protium atom ay naglalaman lamang ng 1 proton, deuterium - 1 proton at 1 neutron, tritium - 1 proton at 2 neutrons, 4H - 1 proton at 3 neutrons. Ang malaking pagkakaiba sa masa ng isotopes ng hydrogen ay nagiging sanhi ng isang mas kapansin-pansing pagkakaiba sa kanilang pisikal at kemikal na mga katangian kaysa sa kaso ng mga isotopes ng iba pang mga elemento.
Ang atom V. ay may pinakasimpleng istraktura sa mga atomo ng lahat ng iba pang elemento: ito ay binubuo ng isang nucleus at isang elektron. Ang nagbubuklod na enerhiya ng isang electron na may nucleus (potensyal ng ionization) ay 13.595 eV. Ang neutral atom V. ay maaari ding mag-attach ng pangalawang electron, na bumubuo ng negatibong ion H-; sa kasong ito, ang nagbubuklod na enerhiya ng pangalawang electron na may neutral na atom (electron affinity) ay 0.78 eV. Ginagawang posible ng quantum mechanics na kalkulahin ang lahat ng posibleng antas ng enerhiya ng atom, at, dahil dito, upang magbigay ng kumpletong interpretasyon ng atomic spectrum nito. Ang V atom ay ginagamit bilang isang modelo ng atom sa quantum mechanical kalkulasyon ng mga antas ng enerhiya ng iba pang mas kumplikadong mga atom. Ang B. H2 molecule ay binubuo ng dalawang atom na konektado ng isang covalent chemical bond. Ang enerhiya ng dissociation (ibig sabihin, pagkabulok sa mga atom) ay 4.776 eV (1 eV = 1.60210-10-19 J). Ang interatomic na distansya sa posisyon ng equilibrium ng nuclei ay 0.7414-Å. Sa mataas na temperatura, ang molecular V. dissociates sa atoms (ang antas ng dissociation sa 2000°C ay 0.0013; sa 5000°C ito ay 0.95). Atomic V. ay nabuo din sa iba't ibang mga kemikal na reaksyon (halimbawa, sa pamamagitan ng pagkilos ng Zn sa hydrochloric acid). Gayunpaman, ang pagkakaroon ng V. sa atomic state ay tumatagal lamang ng maikling panahon, ang mga atom ay muling pinagsama sa H2 molecule.
Mga katangiang pisikal at kemikal. V. - ang pinakamagaan sa lahat ng kilalang sangkap (14.4 beses na mas magaan kaysa sa hangin), density 0.0899 g / l sa 0 ° C at 1 atm. V. boils (liquefies) at melts (solidifies) sa -252.6°C at -259.1°C, ayon sa pagkakabanggit (tanging helium ang may mas mababang melting at boiling point). Ang kritikal na temperatura ng V. ay napakababa (-240 ° C), kaya ang pagkatunaw nito ay nauugnay sa malalaking kahirapan; kritikal na presyon 12.8 kgf/cm2 (12.8 atm), kritikal na density 0.0312 g/cm3. Sa lahat ng mga gas, ang V. ay may pinakamataas na thermal conductivity, katumbas ng 0.174 W / (m-K) sa 0 ° C at 1 atm, i.e. 4.16-0-4 cal / (s-cm- ° C). Ang tiyak na kapasidad ng init ng V. sa 0 ° C at 1 atm Cp 14.208-103 j / (kg-K), i.e. 3.394 cal / (g- ° C). V. bahagyang natutunaw sa tubig (0.0182 ml / g sa 20 ° C at 1 atm), ngunit mahusay - sa maraming mga metal (Ni, Pt, Pd, atbp.), lalo na sa paleydyum (850 volume bawat 1 dami ng Pd) . Ang solubility ng V. sa mga metal ay iniuugnay sa kakayahang mag-diffuse sa kanila; Ang pagsasabog sa pamamagitan ng isang carbonaceous na haluang metal (halimbawa, bakal) ay minsan ay sinamahan ng pagkasira ng haluang metal dahil sa pakikipag-ugnayan ng bakal sa carbon (ang tinatawag na decarbonization). Ang likidong tubig ay napakagaan (density sa -253°C 0.0708 g/cm3) at tuluy-tuloy (viscosity sa -253°C 13.8 centigrade).
Sa karamihan ng mga compound, ang V. ay nagpapakita ng isang valency (mas tiyak, isang estado ng oksihenasyon) ng +1, tulad ng sodium at iba pang mga alkali na metal; kadalasan siya ay itinuturing bilang isang analogue ng mga metal na ito, heading 1 gr. Mga sistema ni Mendeleev. Gayunpaman, sa metal hydride, ang B. ion ay negatibong sisingilin (oksihenasyon estado -1), iyon ay, ang Na + H- hydride ay binuo tulad ng Na + Cl- chloride. Ito at ilang iba pang mga katotohanan (ang pagiging malapit ng mga pisikal na katangian ng V. at mga halogens, ang kakayahan ng mga halogens na palitan ang V. sa mga organikong compound) ay nagbibigay ng dahilan upang maiugnay ang V. din sa pangkat VII ng periodic system (para sa higit pang mga detalye, tingnan ang ang periodic system ng mga elemento). Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang molecular V. ay medyo hindi aktibo, na direktang pinagsama sa mga pinaka-aktibo lamang sa mga nonmetals (na may fluorine, at sa liwanag na may chlorine). Gayunpaman, kapag pinainit, ito ay tumutugon sa maraming elemento. Ang Atomic V. ay tumaas ang aktibidad ng kemikal kumpara sa molecular V.. Ang V. ay bumubuo ng tubig na may oxygen: H2 + 1 / 2O2 = H2O na may paglabas ng 285.937-103 J / mol, i.e. 68.3174 kcal / mol ng init (sa 25 ° C at 1 atm). Sa ordinaryong temperatura, ang reaksyon ay nagpapatuloy nang napakabagal, sa itaas ng 550 ° C - na may pagsabog. Ang mga paputok na limitasyon ng pinaghalong hydrogen-oxygen ay (sa dami) mula 4 hanggang 94% H2, at ang hydrogen-air mixture - mula 4 hanggang 74% H2 (isang pinaghalong 2 volume ng H2 at 1 volume ng O2 ay tinatawag na paputok gas). Ang V. ay ginagamit upang bawasan ang maraming metal, dahil inaalis nito ang oxygen mula sa kanilang mga oxide:
CuO + H2 \u003d Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O, atbp.
V. bumubuo ng hydrogen halides na may mga halogen, halimbawa:
H2 + Cl2 = 2HCl.
Kasabay nito, ito ay sumasabog na may fluorine (kahit na sa dilim at sa -252°C), tumutugon lamang sa chlorine at bromine kapag naiilaw o pinainit, at may yodo lamang kapag pinainit. V. nakikipag-ugnayan sa nitrogen upang bumuo ng ammonia: 3H2 + N2 = 2NH3 lamang sa isang katalista at sa mataas na temperatura at presyon. Kapag pinainit, ang V. ay tumutugon nang malakas sa asupre: H2 + S = H2S (hydrogen sulfide), mas mahirap sa selenium at tellurium. Ang V. ay maaaring tumugon sa purong carbon na walang katalista lamang sa mataas na temperatura: 2H2 + C (amorphous) = CH4 (methane). V. direktang tumutugon sa ilang mga metal (alkali, alkaline earth, atbp.), na bumubuo ng mga hydride: H2 + 2Li = 2LiH. Ang malaking praktikal na kahalagahan ay ang mga reaksyon ng carbon monoxide na may carbon monoxide, kung saan, depende sa temperatura, presyon, at katalista, ang iba't ibang mga organikong compound ay nabuo, tulad ng HCHO, CH3OH, at iba pa (tingnan ang Carbon monoxide). Ang unsaturated hydrocarbons ay tumutugon sa hydrogen, nagiging saturated, halimbawa: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (tingnan ang Hydrogenation).
Ang pinakakaraniwang elemento ng kemikal sa uniberso ay hydrogen. Ito ay isang uri ng reference point, dahil sa periodic table ang atomic number nito ay katumbas ng isa. Inaasahan ng sangkatauhan na matututo pa tungkol dito bilang isa sa mga posibleng sasakyan sa hinaharap. Ang hydrogen ay ang pinakasimpleng, pinakamagaan, pinakakaraniwang elemento, ito ay sagana sa lahat ng dako - pitumpu't limang porsyento ng kabuuang masa ng bagay. Ito ay nasa anumang bituin, lalo na ang maraming hydrogen sa mga higanteng gas. Ang papel nito sa stellar fusion reactions ay susi. Kung walang hydrogen, walang tubig, na nangangahulugang walang buhay. Naaalala ng lahat na ang isang molekula ng tubig ay naglalaman ng isang atom ng oxygen, at ang dalawang atom sa loob nito ay hydrogen. Ito ang kilalang formula H 2 O.
Paano natin ito ginagamit
Ang hydrogen ay natuklasan noong 1766 ni Henry Cavendish habang sinusuri ang reaksyon ng oksihenasyon ng isang metal. Pagkatapos ng ilang taon ng pagmamasid, napagtanto niya na sa proseso ng pagsunog ng hydrogen, nabuo ang tubig. Noong nakaraan, ihiwalay ng mga siyentipiko ang elementong ito, ngunit hindi ito itinuturing na independyente. Noong 1783, ang hydrogen ay binigyan ng pangalang hydrogen (isinalin mula sa Griyegong "hydro" - tubig, at "gene" - upang manganak). Ang elementong bumubuo ng tubig ay hydrogen. Ito ay isang gas na ang molecular formula ay H 2 . Kung ang temperatura ay malapit sa temperatura ng silid at ang presyon ay normal, ang elementong ito ay hindi mahahalata. Ang hydrogen ay hindi maaaring mahuli ng mga pandama ng tao - ito ay walang lasa, walang kulay, walang amoy. Ngunit sa ilalim ng presyon at sa temperatura na -252.87 C (napakalamig!) Ang gas na ito ay tumutunaw. Ito ay kung paano ito nakaimbak, dahil sa anyo ng isang gas ay tumatagal ito ng mas maraming espasyo. Ito ay likidong hydrogen na ginagamit bilang rocket fuel.
Ang hydrogen ay maaaring maging solid, metal, ngunit para dito, kailangan ang ultra-high pressure, at ito ang ginagawa ngayon ng mga pinakakilalang siyentipiko, physicist at chemist. Ngayon ang elementong ito ay nagsisilbing alternatibong gasolina para sa transportasyon. Ang paggamit nito ay katulad ng kung paano gumagana ang isang panloob na makina ng pagkasunog: kapag ang hydrogen ay sinunog, ang maraming enerhiya ng kemikal nito ay inilabas. Ang isang paraan para sa paglikha ng isang fuel cell batay dito ay praktikal din na binuo: kapag pinagsama sa oxygen, isang reaksyon ang nangyayari, at sa pamamagitan nito, ang tubig at kuryente ay nabuo. Posible na ang transportasyon ay malapit nang "lumipat" sa halip na gasolina sa hydrogen - maraming mga automaker ang interesado sa paglikha ng mga alternatibong materyales na nasusunog, at may ilang mga tagumpay. Ngunit ang isang purong hydrogen engine ay nasa hinaharap pa rin, maraming mga paghihirap. Gayunpaman, ang mga pakinabang ay tulad na ang paglikha ng isang tangke ng gasolina na may solid hydrogen ay puspusan, at ang mga siyentipiko at inhinyero ay hindi uurong.
Pangunahing impormasyon
Hydrogenium (lat.) - hydrogen, ang unang serial number sa periodic table, ay itinalagang H. Ang hydrogen atom ay may mass na 1.0079, ito ay isang gas na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay walang lasa, walang amoy, walang kulay. Inilarawan ng mga chemist mula noong ikalabing-anim na siglo ang isang tiyak na nasusunog na gas, na nagsasaad nito sa iba't ibang paraan. Ngunit ito ay naging para sa lahat sa ilalim ng parehong mga kondisyon - kapag ang acid ay kumikilos sa metal. Ang hydrogen, kahit na si Cavendish mismo, sa loob ng maraming taon ay tinawag lamang na "nasusunog na hangin." Noong 1783 lamang, pinatunayan ni Lavoisier na ang tubig ay may kumplikadong komposisyon, sa pamamagitan ng synthesis at pagsusuri, at pagkaraan ng apat na taon ay binigyan niya ng "nasusunog na hangin" ang modernong pangalan nito. Ang ugat ng tambalang salita na ito ay malawakang ginagamit kapag kinakailangan na pangalanan ang mga hydrogen compound at anumang proseso kung saan ito nakikilahok. Halimbawa, hydrogenation, hydride at iba pa. At ang pangalang Ruso ay iminungkahi noong 1824 ni M. Solovyov.
Sa kalikasan, ang pamamahagi ng elementong ito ay walang katumbas. Sa lithosphere at hydrosphere ng crust ng lupa, ang masa nito ay isang porsyento, ngunit ang mga atomo ng hydrogen ay kasing dami ng labing anim na porsyento. Ang pinakakaraniwang tubig sa Earth, at 11.19% ayon sa timbang dito ay hydrogen. Gayundin, tiyak na naroroon ito sa halos lahat ng mga compound na bumubuo ng langis, karbon, lahat ng natural na gas, luad. Mayroong hydrogen sa lahat ng mga organismo ng mga halaman at hayop - sa komposisyon ng mga protina, taba, nucleic acid, carbohydrates, at iba pa. Ang libreng estado para sa hydrogen ay hindi pangkaraniwan at halos hindi nangyayari - napakakaunti nito sa natural at bulkan na mga gas. Isang napakababang halaga ng hydrogen sa atmospera - 0.0001%, sa mga tuntunin ng bilang ng mga atomo. Sa kabilang banda, ang buong stream ng mga proton ay kumakatawan sa hydrogen sa malapit sa Earth space, na bumubuo sa panloob na radiation belt ng ating planeta.
Space
Sa kalawakan, walang elementong kasingkaraniwan ng hydrogen. Ang dami ng hydrogen sa komposisyon ng mga elemento ng Araw ay higit sa kalahati ng masa nito. Karamihan sa mga bituin ay bumubuo ng hydrogen sa anyo ng plasma. Ang pangunahing bahagi ng iba't ibang mga gas ng nebulae at ang interstellar medium ay binubuo din ng hydrogen. Ito ay naroroon sa mga kometa, sa kapaligiran ng isang bilang ng mga planeta. Naturally, hindi sa dalisay nitong anyo, alinman bilang libreng H 2, o bilang methane CH 4, o bilang ammonia NH 3, kahit na bilang tubig H 2 O. Kadalasan mayroong mga radikal na CH, NH, SiN, OH, PH at mga katulad nito . Bilang isang stream ng mga proton, ang hydrogen ay bahagi ng corpuscular solar radiation at cosmic ray.
Sa ordinaryong hydrogen, ang pinaghalong dalawang stable isotopes ay light hydrogen (o protium 1 H) at heavy hydrogen (o deuterium - 2 H o D). Mayroong iba pang mga isotopes: radioactive tritium - 3 H o T, kung hindi man - superheavy hydrogen. At din napaka-unstable 4 N. Sa likas na katangian, ang isang hydrogen compound ay naglalaman ng mga isotopes sa gayong mga sukat: mayroong 6800 protium atoms bawat deuterium atom. Ang tritium ay nabuo sa atmospera mula sa nitrogen, na apektado ng cosmic ray neutrons, ngunit bale-wala. Ano ang ibig sabihin ng mass number ng isotopes? Ang bilang ay nagpapahiwatig na ang protium nucleus ay may isang proton lamang, habang ang deuterium ay hindi lamang isang proton, kundi pati na rin ang isang neutron sa nucleus ng isang atom. Ang Tritium ay may dalawang neutron sa nucleus para sa isang proton. Ngunit ang 4 N ay naglalaman ng tatlong neutron bawat proton. Samakatuwid, ang pisikal at kemikal na mga katangian ng hydrogen isotopes ay ibang-iba kumpara sa mga isotopes ng lahat ng iba pang mga elemento - ang pagkakaiba sa masa ay masyadong malaki.
Istraktura at pisikal na katangian
Sa mga tuntunin ng istraktura, ang hydrogen atom ay ang pinakasimpleng kumpara sa lahat ng iba pang mga elemento: isang nucleus - isang elektron. Potensyal ng ionization - ang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus na may elektron - 13.595 electron volts (eV). Ito ay tiyak na dahil sa pagiging simple ng istraktura na ito na ang hydrogen atom ay isang maginhawang modelo sa quantum mechanics kapag ito ay kinakailangan upang kalkulahin ang mga antas ng enerhiya ng mas kumplikadong mga atom. Sa molekula ng H 2, mayroong dalawang atomo na konektado ng isang kemikal na covalent bond. Ang enerhiya ng pagkabulok ay napakataas. Ang atomic hydrogen ay maaaring mabuo sa mga reaksiyong kemikal, tulad ng zinc at hydrochloric acid. Gayunpaman, ang pakikipag-ugnayan sa hydrogen ay halos hindi nangyayari - ang atomic na estado ng hydrogen ay napakaikli, ang mga atomo ay agad na muling pinagsama sa H 2 na mga molekula.
Mula sa pisikal na pananaw, ang hydrogen ay mas magaan kaysa sa lahat ng kilalang sangkap - higit sa labing-apat na beses na mas magaan kaysa sa hangin (tandaan ang mga lumilipad na lobo kapag pista opisyal - mayroon lamang silang hydrogen sa loob). Gayunpaman, ang helium ay maaaring kumulo, matunaw, matunaw, matigas, at ang helium lamang ang kumukulo at natutunaw sa mas mababang temperatura. Mahirap itong tunawin, kailangan mo ng temperatura sa ibaba -240 degrees Celsius. Ngunit mayroon itong napakataas na thermal conductivity. Halos hindi ito natutunaw sa tubig, ngunit perpektong nakikipag-ugnayan ang metal sa hydrogen - natutunaw ito sa halos lahat, pinakamaganda sa lahat sa palladium (850 volume ang ginugugol sa isang volume ng hydrogen). Ang likidong hydrogen ay magaan at tuluy-tuloy, at kapag natunaw sa mga metal, madalas itong sumisira sa mga haluang metal dahil sa pakikipag-ugnayan sa carbon (bakal, halimbawa), ang pagsasabog, ang decarbonization ay nangyayari.
Mga katangian ng kemikal
Sa mga compound, para sa karamihan, ang hydrogen ay nagpapakita ng estado ng oksihenasyon (valence) ng +1, tulad ng sodium at iba pang mga alkali na metal. Siya ay itinuturing na kanilang analogue, na nakatayo sa pinuno ng unang pangkat ng sistema ng Mendeleev. Ngunit ang hydrogen ion sa metal hydride ay negatibong sisingilin, na may estado ng oksihenasyon na -1. Gayundin, ang elementong ito ay malapit sa mga halogens, na kayang palitan ito ng mga organikong compound. Nangangahulugan ito na ang hydrogen ay maaari ding maiugnay sa ikapitong pangkat ng sistemang Mendeleev. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga molekula ng hydrogen ay hindi naiiba sa aktibidad, na pinagsasama lamang sa mga pinaka-aktibong non-metal: ito ay mabuti sa fluorine, at kung ito ay magaan, na may murang luntian. Ngunit kapag pinainit, ang hydrogen ay nagiging iba - ito ay tumutugon sa maraming elemento. Ang atomic hydrogen, kumpara sa molecular hydrogen, ay napaka-aktibo sa kemikal, kaya ang tubig ay nabuo na may kaugnayan sa oxygen, at ang enerhiya at init ay inilabas sa daan. Sa temperatura ng silid, ang reaksyong ito ay napakabagal, ngunit kapag pinainit sa itaas ng limang daan at limampung degree, ang isang pagsabog ay nakuha.
Ginagamit ang hydrogen upang bawasan ang mga metal, dahil inaalis nito ang oxygen mula sa kanilang mga oxide. Sa fluorine, ang hydrogen ay bumubuo ng isang pagsabog kahit na sa dilim at sa minus dalawang daan at limampu't dalawang degrees Celsius. Ang klorin at bromine ay nagpapasigla lamang ng hydrogen kapag pinainit o naiilaw, at yodo lamang kapag pinainit. Ang hydrogen at nitrogen ay bumubuo ng ammonia (ganito ang paggawa ng karamihan sa mga pataba). Kapag pinainit, ito ay aktibong nakikipag-ugnayan sa asupre, at nakuha ang hydrogen sulfide. Sa tellurium at selenium mahirap magdulot ng reaksyon ng hydrogen, ngunit sa purong carbon ang reaksyon ay nangyayari sa napakataas na temperatura, at nakuha ang methane. Sa carbon monoxide, ang hydrogen ay bumubuo ng iba't ibang mga organikong compound, presyon, temperatura, impluwensya ng mga catalyst dito, at lahat ng ito ay may malaking praktikal na kahalagahan. Sa pangkalahatan, ang papel ng hydrogen, pati na rin ang mga compound nito, ay napakahusay, dahil nagbibigay ito ng mga acidic na katangian sa mga protic acid. Ang mga hydrogen bond ay nabuo na may maraming elemento, na nakakaapekto sa mga katangian ng parehong inorganic at organic compound.
Pagkuha at paggamit
Ang hydrogen ay nakuha sa isang pang-industriya na sukat mula sa mga natural na gas - nasusunog, coke oven, mga gas na nagpapadalisay ng langis. Maaari rin itong makuha sa pamamagitan ng electrolysis kung saan hindi masyadong mahal ang kuryente. Gayunpaman, ang pinakamahalagang paraan ng produksyon ng hydrogen ay ang catalytic reaction ng hydrocarbons, karamihan sa methane, na may water vapor, kapag nakuha ang conversion. Ang paraan ng oxidizing hydrocarbons na may oxygen ay malawakang ginagamit. Ang pagkuha ng hydrogen mula sa natural na gas ay ang pinakamurang paraan. Ang dalawa pa ay ang paggamit ng coke oven gas at refinery gas - ang hydrogen ay inilalabas kapag ang iba pang mga bahagi ay natunaw. Ang mga ito ay mas madaling tunaw, at para sa hydrogen, tulad ng naaalala namin, kailangan mo -252 degrees.
Ang hydrogen peroxide ay napakapopular. Ang paggamot sa solusyon na ito ay madalas na ginagamit. Ang molecular formula na H 2 O 2 ay malamang na hindi pinangalanan ng lahat ng milyun-milyong tao na gustong maging blonde at magpagaan ng buhok, gayundin ng mga mahilig sa kalinisan sa kusina. Kahit na ang mga gumagamot sa mga gasgas mula sa paglalaro ng isang kuting ay madalas na hindi napagtanto na sila ay gumagamit ng hydrogen treatment. Ngunit alam ng lahat ang kuwento: mula noong 1852, ang hydrogen ay ginagamit sa aeronautics sa mahabang panahon. Ang airship na naimbento ni Henry Giffard ay batay sa hydrogen. Tinatawag silang mga zeppelin. Ang mga zeppelin ay pinilit na umalis sa kalangitan sa pamamagitan ng mabilis na pag-unlad ng pagtatayo ng sasakyang panghimpapawid. Noong 1937, nagkaroon ng malaking aksidente nang masunog ang Hindenburg airship. Pagkatapos ng insidenteng ito, hindi na muling ginamit ang mga zeppelin. Ngunit sa pagtatapos ng ikalabing walong siglo, ang pamamahagi ng mga lobo na puno ng hydrogen ay nasa lahat ng dako. Bilang karagdagan sa paggawa ng ammonia, ngayon ang hydrogen ay kailangan para sa paggawa ng methyl alcohol at iba pang mga alkohol, gasolina, hydrogenated heavy fuel oil at solid fuel. Hindi mo magagawa nang walang hydrogen kapag hinang, kapag pinuputol ang mga metal - maaari itong maging oxygen-hydrogen at atomic-hydrogen. At ang tritium at deuterium ay nagbibigay buhay sa nuclear energy. Ito, tulad ng naaalala natin, isotopes ng hydrogen.
Neumyvakin
Ang hydrogen bilang isang kemikal na elemento ay napakahusay na hindi nito maiwasang magkaroon ng sarili nitong mga tagahanga. Ivan Pavlovich Neumyvakin - doktor ng mga medikal na agham, propesor, nagwagi ng State Prize at marami pang mga titulo at parangal, kasama ng mga ito. Bilang isang doktor ng tradisyunal na gamot, siya ay pinangalanang pinakamahusay na katutubong manggagamot sa Russia. Siya ang bumuo ng maraming pamamaraan at prinsipyo para sa pagbibigay ng pangangalagang medikal sa mga astronaut sa paglipad. Siya ang lumikha ng isang natatanging ospital - isang ospital na nakasakay sa isang space ship. Kasabay nito, siya ang coordinator ng estado ng direksyon ng kosmetiko na gamot. Space at mga pampaganda. Ang kanyang pagkahilig para sa hydrogen ay hindi naglalayong kumita ng malaking pera, tulad ng kaso ngayon sa domestic medicine, ngunit sa kabaligtaran, upang turuan ang mga tao kung paano gamutin ang anumang bagay mula sa literal na isang penny na lunas, nang walang karagdagang pagbisita sa mga parmasya.
Nagsusulong siya ng paggamot gamit ang isang gamot na literal na naroroon sa bawat tahanan. Ito ay hydrogen peroxide. Maaari mong punahin si Neumyvakin hangga't gusto mo, igiit pa rin niya ang kanyang sarili: oo, sa katunayan, literal na lahat ay maaaring pagalingin ng hydrogen peroxide, dahil ito ay saturates ang mga panloob na selula ng katawan na may oxygen, sinisira ang mga lason, normalize ang acid at alkaline. balanse, at mula dito ang mga tisyu ay muling nabuo, ang buong katawan ay nababagong organismo. Wala pang nakakita sa sinuman na gumaling ng hydrogen peroxide, mas hindi napagmasdan, ngunit sinabi ni Neumyvakin na ang paggamit ng lunas na ito, maaari mong ganap na mapupuksa ang mga viral, bacterial at fungal na sakit, maiwasan ang pag-unlad ng mga tumor at atherosclerosis, talunin ang depresyon, pabatain ang katawan at hindi magkasakit ng SARS at sipon.
Panacea
Sigurado si Ivan Pavlovich na sa wastong paggamit ng simpleng gamot na ito at sa lahat ng mga simpleng tagubilin, maaari mong talunin ang maraming mga sakit, kabilang ang mga napakaseryoso. Napakalaki ng kanilang listahan: mula sa periodontal disease at tonsilitis hanggang sa myocardial infarction, stroke at diabetes. Ang mga bagay na tulad ng sinusitis o osteochondrosis ay lumipad mula sa mga unang sesyon ng paggamot. Kahit na ang mga kanser na tumor ay natatakot at tumakas mula sa hydrogen peroxide, dahil ang immune system ay pinasigla, ang buhay ng katawan at ang mga depensa nito ay naisaaktibo.
Kahit na ang mga bata ay maaaring tratuhin sa ganitong paraan, maliban na ito ay mas mahusay para sa mga buntis na kababaihan na umiwas sa paggamit ng hydrogen peroxide sa ngayon. Ang pamamaraang ito ay hindi rin inirerekomenda para sa mga taong may inilipat na mga organo dahil sa posibleng hindi pagkakatugma ng tissue. Ang dosis ay dapat na mahigpit na sinusunod: mula sa isang patak hanggang sampu, pagdaragdag ng isa araw-araw. Tatlong beses sa isang araw (tatlumpung patak ng tatlong porsyento na solusyon ng hydrogen peroxide bawat araw, wow!) kalahating oras bago kumain. Maaari mong ipasok ang solusyon sa intravenously at sa ilalim ng pangangasiwa ng isang manggagamot. Minsan ang hydrogen peroxide ay pinagsama para sa isang mas epektibong epekto sa iba pang mga gamot. Sa loob ng solusyon ay ginagamit lamang sa diluted form - na may malinis na tubig.
Sa panlabas
Ang mga compress at banlawan ay napakapopular kahit na bago pa nilikha ni Propesor Neumyvakin ang kanyang mga pamamaraan. Alam ng lahat na, tulad ng mga compress ng alkohol, ang hydrogen peroxide ay hindi maaaring gamitin sa dalisay nitong anyo, dahil ito ay magsusunog ng mga tisyu, ngunit ang mga warts o fungal infection ay lokal na lubricated at may isang malakas na solusyon - hanggang labinlimang porsyento.
Sa mga pantal sa balat, na may pananakit ng ulo, ang mga pamamaraan ay isinasagawa din kung saan ang hydrogen peroxide ay kasangkot. Ang compress ay dapat gawin gamit ang isang cotton cloth na ibinabad sa isang solusyon ng dalawang kutsarita ng tatlong porsyento ng hydrogen peroxide at limampung milligrams ng purong tubig. Takpan ang tela ng foil at balutin ng lana o tuwalya. Ang tagal ng compress ay mula sa isang-kapat ng isang oras hanggang isang oras at kalahati sa umaga at gabi hanggang sa pagbawi.
Opinyon ng mga doktor
Ang mga opinyon ay nahahati, hindi lahat ay hinahangaan ang mga katangian ng hydrogen peroxide, bukod dito, hindi lamang sila naniniwala sa kanila, tinatawanan nila sila. Kabilang sa mga doktor ay may mga sumuporta kay Neumyvakin at kinuha pa ang pag-unlad ng kanyang teorya, ngunit sila ay nasa minorya. Karamihan sa mga doktor ay isinasaalang-alang ang gayong plano sa paggamot hindi lamang hindi epektibo, ngunit kadalasang nakamamatay.
Sa katunayan, wala pang opisyal na isang solong napatunayang kaso kapag ang isang pasyente ay gagaling gamit ang hydrogen peroxide. Kasabay nito, walang impormasyon tungkol sa pagkasira ng kalusugan na may kaugnayan sa paggamit ng pamamaraang ito. Ngunit ang mahalagang oras ay nawala, at ang isang tao na nakatanggap ng isa sa mga malubhang sakit at ganap na umasa sa panlunas sa lahat ng Neumyvakin ay may panganib na mahuli sa pagsisimula ng kanyang tunay na tradisyonal na paggamot.
Ang hydrogen ay isang kemikal na elemento na may simbolong H at atomic number 1. Sa karaniwang atomic weight na humigit-kumulang 1.008, ang hydrogen ang pinakamagaan na elemento sa periodic table. Ang monatomic form nito (H) ay ang pinaka-masaganang kemikal sa uniberso, na nagkakahalaga ng humigit-kumulang 75% ng kabuuang masa ng isang baryon. Ang mga bituin ay kadalasang binubuo ng hydrogen sa estado ng plasma. Ang pinakakaraniwang isotope ng hydrogen, na tinatawag na protium (ang pangalan na ito ay bihirang gamitin, simbolo 1H), ay may isang proton at walang neutron. Ang malawakang hitsura ng atomic hydrogen ay unang naganap sa panahon ng recombination. Sa karaniwang mga temperatura at pressure, ang hydrogen ay isang walang kulay, walang amoy, walang lasa, hindi nakakalason, hindi metal, nasusunog na diatomic gas na may molekular na formula na H2. Dahil ang hydrogen ay madaling bumubuo ng mga covalent bond sa karamihan ng mga di-metal na elemento, karamihan sa hydrogen sa Earth ay umiiral sa mga molecular form tulad ng tubig o mga organikong compound. Ang hydrogen ay gumaganap ng isang partikular na mahalagang papel sa mga reaksyon ng acid-base dahil ang karamihan sa mga reaksyon na nakabatay sa acid ay kinabibilangan ng pagpapalitan ng mga proton sa pagitan ng mga natutunaw na molekula. Sa mga ionic compound, ang hydrogen ay maaaring magkaroon ng anyo ng isang negatibong singil (i.e., anion) at kilala bilang isang hydride, o bilang isang positively charged (i.e., cation) species, na tinutukoy ng simbolong H+. Ang hydrogen cation ay inilarawan bilang binubuo ng isang simpleng proton, ngunit ang aktwal na hydrogen cation sa mga ionic compound ay palaging mas kumplikado. Bilang ang tanging neutral na atom kung saan ang equation ng Schrödinger ay maaaring malutas sa analitikong paraan, ang hydrogen (ibig sabihin, ang pag-aaral ng enerhiya at pagbubuklod ng atom nito) ay may mahalagang papel sa pagbuo ng quantum mechanics. Ang hydrogen gas ay unang ginawang artipisyal noong unang bahagi ng ika-16 na siglo sa pamamagitan ng reaksyon ng mga acid sa mga metal. Noong 1766-81. Si Henry Cavendish ang unang nakilala na ang hydrogen gas ay isang discrete substance, at na ito ay gumagawa ng tubig kapag sinunog, kaya ang pangalan nito: hydrogen sa Greek ay nangangahulugang "prodyuser ng tubig". Ang industriyal na produksyon ng hydrogen ay pangunahing nauugnay sa steam conversion ng natural na gas at, mas madalas, na may mas maraming enerhiya-intensive na pamamaraan tulad ng water electrolysis. Karamihan sa hydrogen ay ginagamit malapit sa kung saan ito ginawa, na ang dalawang pinakakaraniwang gamit ay ang pagpoproseso ng fossil fuel (hal. hydrocracking) at produksyon ng ammonia, pangunahin para sa merkado ng pataba. Ang hydrogen ay isang alalahanin sa metalurhiya dahil maaari itong malutong ng maraming mga metal, na nagpapahirap sa disenyo ng mga pipeline at mga tangke ng imbakan.
Ari-arian
Pagkasunog
Ang hydrogen gas (dihydrogen o molecular hydrogen) ay isang nasusunog na gas na masusunog sa hangin sa napakalawak na hanay ng mga konsentrasyon mula 4% hanggang 75% ayon sa volume. Ang enthalpy ng combustion ay 286 kJ/mol:
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ (286 kJ/mol)
Ang hydrogen gas ay bumubuo ng mga paputok na halo na may hangin sa mga konsentrasyon mula 4-74% at may klorin sa mga konsentrasyon hanggang sa 5.95%. Ang mga pagsabog na reaksyon ay maaaring sanhi ng mga spark, init o sikat ng araw. Ang autoignition temperature ng hydrogen, ang spontaneous ignition temperature sa hangin, ay 500 °C (932 °F) . Ang mga purong apoy ng hydrogen-oxygen ay naglalabas ng ultraviolet radiation at may mataas na pinaghalong oxygen ay halos hindi nakikita ng mata, na pinatunayan ng mahinang balahibo ng pangunahing makina ng Space Shuttle kumpara sa lubos na nakikitang balahibo ng Space Shuttle solid rocket booster, na gumagamit ng isang ammonium perchlorate composite. Maaaring kailanganin ang flame detector upang matukoy ang pagtagas ng nasusunog na hydrogen; ang mga naturang pagtagas ay maaaring maging lubhang mapanganib. Ang hydrogen flame sa ilalim ng ibang mga kondisyon ay asul, at kahawig ng asul na apoy ng natural na gas. Ang paglubog ng airship na "Hindenburg" ay isang kilalang halimbawa ng pagkasunog ng hydrogen, at ang kaso ay pinag-uusapan pa rin. Ang nakikitang orange na apoy sa insidenteng ito ay sanhi ng pagkakalantad sa pinaghalong hydrogen at oxygen na sinamahan ng mga carbon compound mula sa balat ng airship. Ang H2 ay tumutugon sa bawat elemento ng oxidizing. Ang hydrogen ay maaaring kusang tumugon sa temperatura ng silid na may chlorine at fluorine upang mabuo ang kaukulang hydrogen halides, hydrogen chloride at hydrogen fluoride, na mga potensyal na mapanganib din na mga acid.
Mga antas ng enerhiya ng elektron
Ang antas ng enerhiya ng ground state ng isang electron sa isang hydrogen atom ay −13.6 eV, na katumbas ng isang ultraviolet photon na may wavelength na humigit-kumulang 91 nm. Ang mga antas ng enerhiya ng hydrogen ay maaaring kalkulahin nang tumpak gamit ang Bohr model ng atom, na nagkonsepto sa electron bilang isang "orbital" na proton, katulad ng orbit ng Earth sa Araw. Gayunpaman, ang atomic electron at proton ay pinagsasama-sama ng electromagnetic force, habang ang mga planeta at celestial na bagay ay pinagsasama-sama ng gravity. Dahil sa discretization ng angular momentum na nai-postulate sa maagang quantum mechanics ni Bohr, ang electron sa modelo ni Bohr ay maaari lamang sumakop sa ilang mga pinapayagang distansya mula sa proton, at sa gayon ay ilang mga pinapayagang enerhiya lamang. Ang isang mas tumpak na paglalarawan ng hydrogen atom ay nagmumula sa isang puro quantum mechanical treatment na gumagamit ng Schrödinger equation, ang Dirac equation, o kahit na ang Feynman integrated circuit upang kalkulahin ang probability density distribution ng isang electron sa paligid ng isang proton. Ang pinaka-kumplikadong pamamaraan ng pagproseso ay nagpapahintulot sa isa na makakuha ng maliliit na epekto ng espesyal na relativity at vacuum polarization. Sa quantum machining, ang electron sa ground state hydrogen atom ay walang anumang torque, na naglalarawan kung paano naiiba ang isang "planetary orbit" sa paggalaw ng isang electron.
Mga anyong molekular sa elementarya
Mayroong dalawang magkaibang spin isomers ng diatomic hydrogen molecules na naiiba sa relative spin ng kanilang nuclei. Sa orthohydrogen form, ang mga spins ng dalawang proton ay parallel at bumubuo ng isang triplet state na may molecular spin quantum number na 1 (1/2 + 1/2); sa parahydrogen form, ang mga spin ay antiparallel at bumubuo ng singlet na may molecular spin quantum number na 0 (1/2 1/2). Sa karaniwang temperatura at presyon, ang hydrogen gas ay naglalaman ng humigit-kumulang 25% ng para form at 75% ng ortho form, na kilala rin bilang "normal na anyo". Ang equilibrium ratio ng orthohydrogen sa parahydrogen ay depende sa temperatura, ngunit dahil ang ortho form ay isang excited na estado at may mas mataas na enerhiya kaysa sa para form, ito ay hindi matatag at hindi maaaring dalisayin. Sa napakababang temperatura, ang estado ng ekwilibriyo ay halos binubuo lamang ng para form. Ang mga thermal na katangian ng likido at gas phase ng purong parahydrogen ay naiiba nang malaki mula sa mga normal na anyo dahil sa mga pagkakaiba sa rotational heat capacities, na tinalakay nang mas detalyado sa hydrogen spin isomers. Ang pagkakaiba ng ortho/pair ay nangyayari rin sa ibang mga molekula na naglalaman ng hydrogen o mga functional na grupo tulad ng tubig at methylene, ngunit ito ay maliit na kabuluhan para sa kanilang mga thermal properties. Ang uncatalyzed interconversion sa pagitan ng para at ortho H2 ay tumataas sa pagtaas ng temperatura; kaya ang mabilis na condensed H2 ay naglalaman ng malalaking halaga ng mataas na enerhiya na orthogonal form, na napakabagal na na-convert sa para form. Ang ortho/para ratio sa condensed H2 ay isang mahalagang salik sa paghahanda at pag-iimbak ng likidong hydrogen: ang conversion mula sa ortho patungo sa para ay exothermic at nagbibigay ng sapat na init upang mag-vaporize ang ilan sa hydrogen liquid, na nagreresulta sa pagkawala ng liquefied material. Ang mga catalyst para sa ortho-para conversion gaya ng iron oxide, activated carbon, platinized asbestos, rare earth metals, uranium compounds, chromium oxide o ilang nickel compound ay ginagamit sa hydrogen cooling.
Mga yugto
hydrogen gas
likidong hydrogen
putik hydrogen
solid hydrogen
metalikong hydrogen
Mga koneksyon
Covalent at organic compounds
Habang ang H2 ay hindi masyadong reaktibo sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon, ito ay bumubuo ng mga compound na may karamihan sa mga elemento. Ang hydrogen ay maaaring bumuo ng mga compound na may mga elementong mas electronegative, tulad ng mga halogens (hal. F, Cl, Br, I) o oxygen; sa mga compound na ito, ang hydrogen ay tumatagal ng isang bahagyang positibong singil. Kapag nakatali sa fluorine, oxygen, o nitrogen, ang hydrogen ay maaaring lumahok sa anyo ng isang medium-strength na non-covalent bond sa hydrogen ng iba pang katulad na mga molekula, isang phenomenon na tinatawag na hydrogen bonding, na kritikal sa katatagan ng maraming biological molecule. Ang hydrogen ay bumubuo rin ng mga compound na may mas kaunting electronegative na mga elemento tulad ng mga metal at metalloid, kung saan ito ay tumatagal sa isang bahagyang negatibong singil. Ang mga compound na ito ay madalas na kilala bilang hydride. Ang hydrogen ay bumubuo ng isang malawak na iba't ibang mga compound na may carbon, na tinatawag na hydrocarbons, at isang mas malawak na iba't ibang mga compound na may heteroatoms, na, dahil sa kanilang karaniwang kaugnayan sa mga nabubuhay na bagay, ay tinatawag na mga organikong compound. Ang pag-aaral ng kanilang mga katangian ay ang pag-aalala ng organikong kimika, at ang kanilang pag-aaral sa konteksto ng mga buhay na organismo ay kilala bilang biochemistry. Sa ilang mga kahulugan, ang mga "organic" na compound ay dapat na naglalaman lamang ng carbon. Gayunpaman, karamihan ay naglalaman din ng hydrogen, at dahil ito ang carbon-hydrogen bond na nagbibigay sa klase ng mga compound na ito ng karamihan sa kanilang mga partikular na kemikal na katangian, ang carbon-hydrogen bond ay kinakailangan sa ilang mga kahulugan ng salitang "organic" sa kimika. Milyun-milyong hydrocarbon ang kilala, at kadalasang nabubuo ang mga ito sa pamamagitan ng mga kumplikadong sintetikong daanan na bihirang may kinalaman sa elemental na hydrogen.
hydride
Ang mga hydrogen compound ay madalas na tinatawag na hydride. Ang terminong "hydride" ay nagmumungkahi na ang H atom ay nakakuha ng negatibo o anionic na karakter, na itinalagang H-, at ginagamit kapag ang hydrogen ay bumubuo ng isang tambalan na may mas electropositive na elemento. Ang pagkakaroon ng hydride anion, na iminungkahi ni Gilbert N. Lewis noong 1916 para sa pangkat 1 at 2 na naglalaman ng asin, ay ipinakita ni Moers noong 1920 sa pamamagitan ng electrolysis ng molten lithium hydride (LiH), na gumagawa ng stoichiometric na halaga ng hydrogen bawat anode. Para sa mga hydride maliban sa pangkat 1 at 2 na mga metal, ang termino ay nakaliligaw dahil sa mababang electronegativity ng hydrogen. Ang isang pagbubukod sa pangkat 2 hydride ay BeH2, na polymeric. Sa lithium aluminum hydride, ang AlH-4 anion ay nagdadala ng mga hydride center na mahigpit na nakakabit sa Al(III). Bagama't ang mga hydride ay maaaring mabuo sa halos lahat ng mga pangunahing elemento ng grupo, ang bilang at kumbinasyon ng mga posibleng compound ay lubhang nag-iiba; halimbawa, mahigit 100 binary borane hydride at isang binary aluminum hydride lang ang kilala. Ang binary indium hydride ay hindi pa natukoy, kahit na mayroong malalaking complex. Sa inorganic chemistry, ang hydride ay maaari ding magsilbi bilang bridging ligands na nag-uugnay sa dalawang metal center sa isang coordination complex. Ang function na ito ay partikular na katangian ng mga elemento ng pangkat 13, lalo na sa mga boranes (boron hydride) at aluminum complex, pati na rin sa mga clustered carboranes.
Mga proton at acid
Ang oksihenasyon ng hydrogen ay nag-aalis ng elektron nito at nagbibigay ng H+, na walang mga electron at walang nucleus, na karaniwang binubuo ng isang proton. Ito ang dahilan kung bakit ang H+ ay madalas na tinutukoy bilang isang proton. Ang pananaw na ito ay sentro sa talakayan ng mga acid. Ayon sa teorya ng Bronsted-Lowry, ang mga acid ay mga proton donor at ang mga base ay proton acceptors. Ang hubad na proton, H+, ay hindi maaaring umiral sa solusyon o sa mga ionic na kristal dahil sa hindi mapaglabanan nitong pagkahumaling sa ibang mga atomo o molekula na may mga electron. Maliban sa mataas na temperatura na nauugnay sa mga plasma, ang mga naturang proton ay hindi maaaring alisin mula sa mga ulap ng elektron ng mga atomo at molekula at mananatiling nakakabit sa kanila. Gayunpaman, ang terminong "proton" ay minsang ginagamit sa metaporikal upang tumukoy sa positively charged o cationic hydrogen na nakakabit sa ibang mga species sa ganitong paraan, at dahil dito ay itinalagang "H+" nang walang anumang kahulugan na ang anumang indibidwal na proton ay malayang umiiral bilang isang species. Upang maiwasan ang paglitaw ng isang hubad na "solvated proton" sa solusyon, ang mga acidic aqueous solution ay iniisip kung minsan na naglalaman ng hindi malamang na fictitious species na tinatawag na "hydronium ion" (H 3 O+). Gayunpaman, kahit na sa kasong ito, ang mga natunaw na hydrogen cation ay mas realistikong nakikita bilang mga organisadong kumpol na bumubuo ng mga species na malapit sa H 9O+4. Ang iba pang mga ion ng oxonium ay matatagpuan kapag ang tubig ay nasa isang acidic na solusyon kasama ng iba pang mga solvents. Sa kabila ng pagiging kakaiba sa Earth, ang isa sa mga pinakakaraniwang ion sa uniberso ay ang H+3, na kilala bilang protonated molecular hydrogen o ang trihydrogen cation.
isotopes
Ang hydrogen ay may tatlong natural na nagaganap na isotopes, na itinalagang 1H, 2H, at 3H. Ang iba pang hindi matatag na nuclei (4H hanggang 7H) ay na-synthesize sa laboratoryo ngunit hindi naobserbahan sa kalikasan. Ang 1H ay ang pinakakaraniwang isotope ng hydrogen, na may kasaganaan ng higit sa 99.98%. Dahil ang nucleus ng isotope na ito ay binubuo lamang ng isang proton, binibigyan ito ng deskriptibo ngunit bihirang ginagamit na pormal na pangalang protium. Ang 2H, ang isa pang matatag na isotope ng hydrogen, ay kilala bilang deuterium at naglalaman ng isang proton at isang neutron sa nucleus. Ito ay pinaniniwalaan na ang lahat ng deuterium sa uniberso ay ginawa sa panahon ng Big Bang at umiral mula noon hanggang ngayon. Ang Deuterium ay hindi isang radioactive na elemento at hindi nagdudulot ng malaking panganib sa toxicity. Ang tubig na pinayaman sa mga molekula na kinabibilangan ng deuterium sa halip na normal na hydrogen ay tinatawag na mabigat na tubig. Ang Deuterium at ang mga compound nito ay ginagamit bilang isang non-radioactive na label sa mga kemikal na eksperimento at sa mga solvent para sa 1H-NMR spectroscopy. Ang mabigat na tubig ay ginagamit bilang isang neutron moderator at coolant para sa mga nuclear reactor. Ang Deuterium ay isa ring potensyal na panggatong para sa komersyal na pagsasanib ng nuklear. Ang 3H ay kilala bilang tritium at naglalaman ng isang proton at dalawang neutron sa nucleus. Ito ay radioactive, nabubulok sa helium-3 sa pamamagitan ng beta decay na may kalahating buhay na 12.32 taon. Ito ay napaka-radioaktibo na maaari itong magamit sa maliwanag na pintura, na ginagawa itong kapaki-pakinabang sa paggawa ng mga relo na may mga luminous na dial, halimbawa. Pinipigilan ng salamin ang paglabas ng kaunting radiation. Ang isang maliit na halaga ng tritium ay natural na ginawa sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga cosmic ray na may mga atmospheric gas; Ang tritium ay inilabas din sa panahon ng pagsubok ng mga sandatang nuklear. Ito ay ginagamit sa nuclear fusion reactions bilang indicator ng isotope geochemistry at sa mga espesyal na self-powered lighting device. Ginamit din ang Tritium sa mga eksperimento sa pag-label ng kemikal at biyolohikal bilang isang radioactive label. Ang hydrogen ay ang tanging elemento na may iba't ibang mga pangalan para sa mga isotopes nito na karaniwang ginagamit ngayon. Sa panahon ng maagang pag-aaral ng radyaktibidad, ang iba't ibang mabibigat na radioactive isotopes ay binigyan ng kanilang sariling mga pangalan, ngunit ang mga naturang pangalan ay hindi na ginagamit, maliban sa deuterium at tritium. Ang mga simbolo na D at T (sa halip na 2H at 3H) ay minsan ginagamit para sa deuterium at tritium, ngunit ang katumbas na simbolo para sa protium P ay ginagamit na para sa phosphorus at sa gayon ay hindi magagamit para sa protium. Sa mga alituntunin ng nomenclature nito, pinapayagan ng International Union of Pure and Applied Chemistry na gamitin ang alinman sa mga simbolo mula sa D, T, 2H, at 3H, bagama't mas gusto ang 2H at 3H. Ang kakaibang atom na muonium (simbulo ng Mu), na binubuo ng isang antimuon at isang electron, ay minsan din ay itinuturing na isang light radioisotope ng hydrogen dahil sa pagkakaiba ng masa sa pagitan ng antimuon at ng electron, na natuklasan noong 1960. Sa panahon ng buhay ng muon, 2.2 μs, ang muonium ay maaaring pumasok sa mga compound gaya ng muonium chloride (MuCl) o sodium muonide (NaMu), katulad ng hydrogen chloride at sodium hydride, ayon sa pagkakabanggit.
Kwento
Pagtuklas at paggamit
Noong 1671, natuklasan at inilarawan ni Robert Boyle ang reaksyon sa pagitan ng iron filings at dilute acids na nagreresulta sa hydrogen gas. Noong 1766, si Henry Cavendish ang unang nakilala ang hydrogen gas bilang isang discrete substance, na pinangalanan ang gas na "flammable air" dahil sa metal-acid reaction. Iminungkahi niya na ang "nasusunog na hangin" ay sa katunayan ay kapareho ng isang hypothetical substance na tinatawag na "phlogiston" at natagpuan muli noong 1781 na ang gas ay gumagawa ng tubig kapag sinunog. Ito ay pinaniniwalaan na siya ang nakatuklas ng hydrogen bilang isang elemento. Noong 1783, binigyan ni Antoine Lavoisier ang elemento ng pangalang hydrogen (mula sa Griyegong ὑδρο-hydro na nangangahulugang "tubig" at -γενής genes na nangangahulugang "tagalikha") nang siya at si Laplace ay muling gumawa ng data ni Cavendish na ang tubig ay nabuo noong sinunog ang hydrogen. Gumawa si Lavoisier ng hydrogen para sa kanyang konserbasyon ng mga mass experiment sa pamamagitan ng pagtugon sa isang stream ng singaw na may metal na bakal sa pamamagitan ng isang maliwanag na lampara na pinainit sa apoy. Ang anaerobic oxidation ng iron sa pamamagitan ng mga proton ng tubig sa mataas na temperatura ay maaaring iskema na kinakatawan ng isang set ng mga sumusunod na reaksyon:
Fe + H2O → FeO + H2
2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2
Maraming mga metal, tulad ng zirconium, ay sumasailalim sa isang katulad na reaksyon sa tubig upang makagawa ng hydrogen. Ang hydrogen ay unang natunaw ni James Dewar noong 1898 gamit ang regenerative refrigeration at ang kanyang imbensyon, ang vacuum flask. Nang sumunod na taon, gumawa siya ng solid hydrogen. Ang Deuterium ay natuklasan noong Disyembre 1931 ni Harold Uray at ang tritium ay inihanda noong 1934 nina Ernest Rutherford, Mark Oliphant at Paul Harteck. Ang mabigat na tubig, na binubuo ng deuterium sa halip na ordinaryong hydrogen, ay natuklasan ng grupo ni Yurey noong 1932. Si François Isaac de Rivaz ay nagtayo ng unang "Rivaz" na makina, isang panloob na makina ng pagkasunog na pinapagana ng hydrogen at oxygen, noong 1806. Inimbento ni Edward Daniel Clark ang hydrogen gas tube noong 1819. Ang bakal ni Döbereiner (ang unang ganap na lighter) ay naimbento noong 1823. Ang unang hydrogen balloon ay naimbento ni Jacques Charles noong 1783. Ang hydrogen ay nagbigay ng pagtaas ng unang maaasahang anyo ng trapiko sa himpapawid pagkatapos ng pag-imbento ni Henri Giffard ng unang hydrogen-lifted airship noong 1852. Itinaguyod ng German Count na si Ferdinand von Zeppelin ang ideya ng mga matibay na airship na itinaas sa hangin sa pamamagitan ng hydrogen, na kalaunan ay tinawag na Zeppelins; ang una sa mga ito ay lumipad sa unang pagkakataon noong 1900. Ang mga regular na nakaiskedyul na flight ay nagsimula noong 1910 at sa pagsiklab ng Unang Digmaang Pandaigdig noong Agosto 1914 ay nakapagsakay sila ng 35,000 pasahero nang walang malaking insidente. Sa panahon ng digmaan, ang hydrogen airships ay ginamit bilang mga observation platform at bombers. Ang unang non-stop transatlantic flight ay ginawa ng British airship R34 noong 1919. Ang regular na serbisyo ng pasahero ay ipinagpatuloy noong 1920s at ang pagtuklas ng helium reserves sa Estados Unidos ay dapat na mapabuti ang kaligtasan ng aviation, ngunit ang gobyerno ng US ay tumanggi na magbenta ng gas para sa layuning ito, kaya ang H2 ay ginamit sa Hindenburg airship, na nawasak sa Sunog sa Milan sa New Jersey noong Mayo 6, 1937. Ang insidente ay nai-broadcast nang live sa radyo at kinunan ng video. Malawak na ipinapalagay na ang sanhi ng pag-aapoy ay isang pagtagas ng hydrogen, gayunpaman, ang mga kasunod na pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang aluminized na patong na tela ay sinindihan ng static na kuryente. Ngunit sa oras na ito, ang reputasyon ng hydrogen bilang isang nakakataas na gas ay nasira na. Sa parehong taon, ang unang hydrogen-cooled turbogenerator na may hydrogen gas bilang coolant sa rotor at stator ay nagsimula noong 1937 sa Dayton, Ohio, ng Dayton Power & Light Co.; dahil sa thermal conductivity ng hydrogen gas, ito ang pinakakaraniwang gas na ginagamit sa larangang ito ngayon. Ang nickel-hydrogen na baterya ay unang ginamit noong 1977 sakay ng US Navigation Technology Satellite 2 (NTS-2). Ang ISS, Mars Odyssey at Mars Global Surveyor ay nilagyan ng mga nickel-hydrogen na baterya. Sa madilim na bahagi ng orbit nito, ang Hubble Space Telescope ay pinapagana din ng mga nickel-hydrogen na baterya, na sa wakas ay pinalitan noong Mayo 2009, mahigit 19 na taon pagkatapos ng paglunsad at 13 taon pagkatapos ng disenyo ng mga ito.
Papel sa quantum theory
Dahil sa simpleng atomic na istraktura nito na isang proton at isang electron lamang, ang hydrogen atom, kasama ang spectrum ng liwanag na nilikha mula o hinihigop nito, ay naging sentro sa pagbuo ng atomic structure theory. Bilang karagdagan, ang pag-aaral ng kaukulang pagiging simple ng molekula ng hydrogen at ang kaukulang H+2 cation ay humantong sa isang pag-unawa sa likas na katangian ng kemikal na bono, na sa lalong madaling panahon ay sumunod sa pisikal na paggamot ng hydrogen atom sa quantum mechanics noong kalagitnaan ng 2020. Isa sa mga unang quantum effect na malinaw na naobserbahan (ngunit hindi naiintindihan sa oras na iyon) ay ang obserbasyon ni Maxwell na kinasasangkutan ng hydrogen kalahating siglo bago nagkaroon ng ganap na quantum mechanical theory. Nabanggit ni Maxwell na ang tiyak na kapasidad ng init ng H2 ay hindi na maibabalik mula sa isang diatomic na gas sa ibaba ng temperatura ng silid at nagsisimulang higit na katulad ng tiyak na kapasidad ng init ng isang monatomic na gas sa mga cryogenic na temperatura. Ayon sa quantum theory, ang pag-uugaling ito ay nagmumula sa spacing ng (quantized) rotational energy levels, na kung saan ay malawak na spaced sa H2 dahil sa mababang masa nito. Ang mga malawak na espasyong antas na ito ay pumipigil sa pantay na paghahati ng thermal energy sa rotational motion sa hydrogen sa mababang temperatura. Ang mga diatom na gas, na binubuo ng mas mabibigat na atomo, ay walang ganoong malawak na espasyo at hindi nagpapakita ng parehong epekto. Ang antihydrogen ay ang antimaterial na analogue ng hydrogen. Binubuo ito ng isang antiproton na may positron. Ang antihydrogen ay ang tanging uri ng antimatter atom na nakuha noong 2015.
Ang pagiging nasa kalikasan
Ang hydrogen ay ang pinakamaraming elemento ng kemikal sa uniberso, na bumubuo ng 75% ng normal na bagay ayon sa masa at higit sa 90% ayon sa bilang ng mga atomo. (Karamihan sa masa ng sansinukob, gayunpaman, ay wala sa anyo ng kemikal na elementong ito, ngunit naisip na mayroon pa ring hindi pa natutuklasang mga mass form tulad ng dark matter at dark energy.) Ang elementong ito ay matatagpuan sa malaking kasaganaan sa mga bituin at mga higante ng gas. Ang mga molekular na ulap ng H2 ay nauugnay sa pagbuo ng bituin. Ang hydrogen ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-on ng mga bituin sa pamamagitan ng proton-proton reaction at nuclear fusion ng CNO cycle. Sa buong mundo, ang hydrogen ay nangyayari pangunahin sa mga estado ng atomic at plasma na may mga katangian na medyo naiiba sa mga katangian ng molecular hydrogen. Bilang isang plasma, ang electron at proton ng hydrogen ay hindi nakagapos sa isa't isa, na nagreresulta sa napakataas na electrical conductivity at mataas na emissivity (bumubuo ng liwanag mula sa Araw at iba pang mga bituin). Ang mga naka-charge na particle ay malakas na apektado ng magnetic at electric field. Halimbawa, sa solar wind, nakikipag-ugnayan sila sa magnetosphere ng Earth, na lumilikha ng mga alon ng Birkeland at aurora. Ang hydrogen ay nasa neutral na atomic na estado sa interstellar medium. Ang malaking halaga ng neutral na hydrogen na matatagpuan sa evanescent Liman-alpha system ay pinaniniwalaan na nangingibabaw sa cosmological baryon density ng Universe hanggang redshift z = 4. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon sa Earth, ang elemental na hydrogen ay umiiral bilang isang diatomic gas, H2. Gayunpaman, ang hydrogen gas ay napakabihirang sa atmospera ng daigdig (1 ppm ayon sa volume) dahil sa magaan na timbang nito, na nagbibigay-daan dito na mas madaling malabanan ang gravity ng lupa kaysa sa mas mabibigat na gas. Gayunpaman, ang hydrogen ay ang pangatlo sa pinakamaraming elemento sa ibabaw ng Earth, na umiiral pangunahin sa anyo ng mga kemikal na compound tulad ng hydrocarbons at tubig. Ang hydrogen gas ay ginawa ng ilang bakterya at algae at isang natural na bahagi ng flute, tulad ng methane, na isang lalong makabuluhang pinagmumulan ng hydrogen. Ang isang molecular form na tinatawag na protonated molecular hydrogen (H+3) ay matatagpuan sa interstellar medium, kung saan ito ay nabuo sa pamamagitan ng ionization ng molecular hydrogen mula sa cosmic rays. Ang naka-charge na ion na ito ay naobserbahan din sa itaas na kapaligiran ng planetang Jupiter. Ang ion ay medyo matatag sa kapaligiran dahil sa mababang temperatura at density nito. Ang H+3 ay isa sa pinakamaraming ion sa uniberso at gumaganap ng isang kilalang papel sa chemistry ng interstellar medium. Ang neutral na triatomic hydrogen H3 ay maaari lamang umiral sa isang excited na anyo at hindi matatag. Sa kaibahan, ang positibong molekular na hydrogen ion (H+2) ay isang bihirang molekula sa uniberso.
Paggawa ng hydrogen
Ang H2 ay ginawa sa mga kemikal at biyolohikal na laboratoryo, kadalasan bilang isang by-product ng iba pang mga reaksyon; sa industriya para sa hydrogenation ng unsaturated substrates; at sa kalikasan bilang isang paraan ng paglilipat ng mga katumbas na pagbabawas sa mga reaksyong biochemical.
Pagbabago ng singaw
Ang hydrogen ay maaaring gawin sa maraming paraan, ngunit sa ekonomiya ang pinakamahalagang proseso ay kinabibilangan ng pag-alis ng hydrogen mula sa mga hydrocarbon, dahil humigit-kumulang 95% ng produksyon ng hydrogen noong 2000 ay nagmula sa steam reforming. Sa komersyo, ang malalaking volume ng hydrogen ay kadalasang ginagawa ng steam reforming ng natural gas. Sa mataas na temperatura (1000-1400 K, 700-1100 °C o 1300-2000 °F) ang singaw (steam) ay tumutugon sa methane upang makagawa ng carbon monoxide at H2.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Ang reaksyong ito ay pinakamahusay na gumagana sa mababang presyon, ngunit maaari pa ring isagawa sa mataas na presyon (2.0 MPa, 20 atm, o 600 pulgada ng mercury). Ito ay dahil ang high pressure H2 ang pinakasikat na produkto at ang mga sistema ng paglilinis ng superheat na may presyon ay mas mahusay na gumaganap sa mas mataas na presyon. Ang pinaghalong produkto ay kilala bilang "synthesis gas" dahil madalas itong direktang ginagamit upang makagawa ng methanol at mga kaugnay na compound. Ang mga hydrocarbon maliban sa methane ay maaaring gamitin upang makagawa ng synthesis gas na may iba't ibang ratios ng produkto. Isa sa maraming komplikasyon ng lubos na na-optimize na teknolohiyang ito ay ang pagbuo ng coke o carbon:
CH4 → C + 2 H2
Samakatuwid, ang steam reforming ay karaniwang gumagamit ng labis na H2O. Ang karagdagang hydrogen ay maaaring makuha mula sa singaw gamit ang carbon monoxide sa pamamagitan ng isang water gas shift reaction, lalo na gamit ang isang iron oxide catalyst. Ang reaksyong ito ay isa ring karaniwang pang-industriyang pinagmumulan ng carbon dioxide:
CO + H2O → CO2 + H2
Ang iba pang mahahalagang pamamaraan para sa H2 ay kinabibilangan ng bahagyang oksihenasyon ng mga hydrocarbon:
2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2
At ang reaksyon ng karbon, na maaaring magsilbing panimula sa reaksyon ng paglilipat na inilarawan sa itaas:
C + H2O → CO + H2
Minsan ang hydrogen ay ginawa at natupok sa parehong proseso ng industriya, nang walang paghihiwalay. Sa proseso ng Haber para sa produksyon ng ammonia, ang hydrogen ay nabuo mula sa natural na gas. Ang electrolysis ng solusyon sa asin upang makagawa ng chlorine ay gumagawa din ng hydrogen bilang isang by-product.
metallic acid
Sa laboratoryo, ang H2 ay karaniwang ginagawa sa pamamagitan ng pag-react sa mga dilute na non-oxidizing acid na may ilang mga reaktibong metal tulad ng zinc na may Kipp apparatus.
Zn + 2 H + → Zn2 + + H2
Ang aluminyo ay maaari ding gumawa ng H2 kapag ginagamot sa mga base:
2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2
Ang electrolysis ng tubig ay isang simpleng paraan upang makagawa ng hydrogen. Ang isang mababang boltahe na kasalukuyang dumadaloy sa tubig at oxygen gas ay nabuo sa anode habang ang hydrogen gas ay nabuo sa katod. Karaniwan, ang katod ay ginawa mula sa platinum o isa pang hindi gumagalaw na metal sa paggawa ng hydrogen para sa imbakan. Kung, gayunpaman, ang gas ay susunugin sa lugar, ang pagkakaroon ng oxygen ay kanais-nais na magsulong ng pagkasunog, at samakatuwid ang parehong mga electrodes ay gagawin ng mga inert na metal. (Halimbawa, ang iron ay nag-oxidize at samakatuwid ay binabawasan ang dami ng oxygen na inilabas). Ang teoretikal na pinakamataas na kahusayan (electricity na ginamit kaugnay sa halaga ng enerhiya ng hydrogen na ginawa) ay nasa hanay na 80-94%.
2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)
Ang isang haluang metal ng aluminyo at gallium sa anyo ng mga butil na idinagdag sa tubig ay maaaring gamitin upang makagawa ng hydrogen. Ang prosesong ito ay gumagawa din ng alumina, ngunit ang mamahaling gallium, na pumipigil sa balat ng oksido mula sa pagbuo sa mga pellets, ay maaaring magamit muli. Ito ay may mahalagang potensyal na implikasyon para sa ekonomiya ng hydrogen, dahil ang hydrogen ay maaaring gawin nang lokal at hindi kailangang dalhin.
Thermochemical properties
Mayroong higit sa 200 thermochemical cycle na maaaring gamitin upang paghiwalayin ang tubig, halos isang dosenang mga cycle na ito, tulad ng iron oxide cycle, ang cerium (IV) oxide cycle, ang cerium (III) oxide cycle, ang zinc-zinc oxide cycle, sulfur iodine cycle, copper cycle, at chlorine at sulfur hybrid cycle ay nasa ilalim ng pananaliksik at pagsubok upang makagawa ng hydrogen at oxygen mula sa tubig at init nang hindi gumagamit ng kuryente. Ang ilang mga laboratoryo (kabilang ang mga nasa France, Germany, Greece, Japan at USA) ay gumagawa ng mga thermochemical na pamamaraan para sa paggawa ng hydrogen mula sa solar energy at tubig.
Anaerobic corrosion
Sa ilalim ng anaerobic na kondisyon, ang mga bakal at bakal na haluang metal ay dahan-dahang na-oxidize ng mga proton ng tubig habang binabawasan sa molekular na hydrogen (H2). Ang anaerobic corrosion ng iron ay unang humahantong sa pagbuo ng iron hydroxide (berdeng kalawang) at maaaring ilarawan ng sumusunod na reaksyon: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. Kaugnay nito, sa ilalim ng anaerobic na mga kondisyon, ang iron hydroxide (Fe (OH) 2) ay maaaring ma-oxidize ng mga proton ng tubig upang bumuo ng magnetite at molecular hydrogen. Ang prosesong ito ay inilalarawan ng reaksyon ng Shikorra: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 iron hydroxide → magnesium + water + hydrogen. Ang well-crystallized magnetite (Fe3O4) ay thermodynamically mas matatag kaysa sa iron hydroxide (Fe(OH)2). Ang prosesong ito ay nangyayari sa panahon ng anaerobic corrosion ng bakal at bakal sa anoxic groundwater at kapag ang mga lupa ay na-reclaim sa ibaba ng water table.
Geological na pinagmulan: serpentinization reaksyon
Sa kawalan ng oxygen (O2) sa malalim na geological na mga kondisyon na nananaig malayo sa kapaligiran ng Earth, ang hydrogen (H2) ay nabuo sa panahon ng serpentinization sa pamamagitan ng anaerobic oxidation ng water protons (H+) ng iron silicate (Fe2+) na nasa crystal lattice ng fayalite ( Fe2SiO4, minal olivine -gland). Ang kaukulang reaksyon na humahantong sa pagbuo ng magnetite (Fe3O4), quartz (SiO2) at hydrogen (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 fayalite + tubig → magnetite + quartz + hydrogen. Ang reaksyong ito ay malapit na kahawig ng reaksyon ng Shikorra na naobserbahan sa anaerobic oxidation ng iron hydroxide sa pakikipag-ugnay sa tubig.
Pagbuo sa mga transformer
Sa lahat ng mga mapanganib na gas na ginawa sa mga power transformer, ang hydrogen ang pinakakaraniwan at nabubuo sa karamihan ng mga pagkakamali; kaya, ang pagbuo ng hydrogen ay isang maagang tanda ng mga seryosong problema sa ikot ng buhay ng isang transpormer.
Mga aplikasyon
Pagkonsumo sa iba't ibang proseso
Malaking dami ng H2 ang kailangan sa industriya ng petrolyo at kemikal. Ang pinakamalaking paggamit ng H2 ay para sa pagproseso ("pag-upgrade") ng mga fossil fuel at para sa paggawa ng ammonia. Sa mga petrochemical plant, ang H2 ay ginagamit sa hydrodealkylation, hydrodesulfurization at hydrocracking. Ang H2 ay may ilang iba pang mahahalagang gamit. Ang H2 ay ginagamit bilang isang hydrogenating agent, lalo na upang mapataas ang saturation level ng unsaturated fats at oil (matatagpuan sa mga item tulad ng margarine), at sa paggawa ng methanol. Ito rin ay pinagmumulan ng hydrogen sa paggawa ng hydrochloric acid. Ginagamit din ang H2 bilang isang pampababa ng ahente para sa mga metal ores. Ang hydrogen ay lubos na natutunaw sa maraming bihirang lupa at mga metal na transisyon at natutunaw sa parehong nanocrystalline at amorphous na mga metal. Ang solubility ng hydrogen sa mga metal ay depende sa mga lokal na distortion o impurities sa crystal lattice. Ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang kapag ang hydrogen ay dinadalisay sa pamamagitan ng pagdaan sa mga mainit na palladium disk, ngunit ang mataas na solubility ng gas ay isang problemang metalurhiko na nakakasira ng maraming metal, na nagpapalubha sa disenyo ng mga pipeline at mga tangke ng imbakan. Bilang karagdagan sa paggamit bilang isang reagent, ang H2 ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa pisika at engineering. Ito ay ginagamit bilang isang shielding gas sa mga pamamaraan ng welding tulad ng atomic hydrogen welding. Ang H2 ay ginagamit bilang isang rotor coolant sa mga de-koryenteng generator sa mga power plant dahil ito ang may pinakamataas na thermal conductivity ng anumang gas. Ginagamit ang Liquid H2 sa cryogenic na pananaliksik, kabilang ang pananaliksik sa superconductivity. Dahil ang H2 ay mas magaan kaysa sa hangin, sa higit lang sa 1/14 ang density ng hangin, ito ay dating malawakang ginamit bilang nakakataas na gas sa mga lobo at airship. Sa mas bagong mga aplikasyon, ang hydrogen ay ginagamit nang maayos o may halong nitrogen (minsan ay tinatawag na forming gas) bilang isang tracer gas para sa instant leak detection. Ginagamit ang hydrogen sa industriya ng automotive, kemikal, enerhiya, aerospace at telekomunikasyon. Ang hydrogen ay isang pinahihintulutang food additive (E 949) na nagpapahintulot sa food leak testing, bukod sa iba pang antioxidant properties. Ang mga bihirang isotopes ng hydrogen ay mayroon ding mga tiyak na aplikasyon. Ang Deuterium (hydrogen-2) ay ginagamit sa mga aplikasyon ng nuclear fission bilang isang mabagal na moderator ng neutron at sa mga reaksyon ng nuclear fusion. Ang mga compound ng Deuterium ay ginagamit sa larangan ng kimika at biology sa pag-aaral ng mga epekto ng isotope ng reaksyon. Ang tritium (hydrogen-3), na ginawa sa mga nuclear reactor, ay ginagamit sa paggawa ng mga hydrogen bomb, bilang isotope marker sa biological sciences, at bilang pinagmumulan ng radiation sa mga makinang na pintura. Ang triple point temperature ng equilibrium hydrogen ay ang pagtukoy sa fixed point sa ITS-90 temperature scale sa 13.8033 Kelvin.
Daluyan ng paglamig
Ang hydrogen ay karaniwang ginagamit sa mga planta ng kuryente bilang isang nagpapalamig sa mga generator dahil sa isang bilang ng mga paborableng katangian na direktang resulta ng mga light diatomic na molekula nito. Kabilang dito ang mababang density, mababang lagkit, at ang pinakamataas na tiyak na kapasidad ng init at thermal conductivity ng anumang gas.
Tagadala ng enerhiya
Ang hydrogen ay hindi isang mapagkukunan ng enerhiya, maliban sa hypothetical na konteksto ng komersyal na fusion power plant na gumagamit ng deuterium o tritium, isang teknolohiya na kasalukuyang malayo sa mature. Ang enerhiya ng Araw ay nagmumula sa nuclear fusion ng hydrogen, ngunit ang prosesong ito ay mahirap makamit sa Earth. Ang elemental na hydrogen mula sa solar, biological o electrical sources ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya upang makagawa nito kaysa sa kinakailangan upang masunog ito, kaya sa mga kasong ito ang hydrogen ay gumagana bilang isang carrier ng enerhiya, katulad ng isang baterya. Maaaring makuha ang hydrogen mula sa fossil sources (tulad ng methane), ngunit ang mga source na ito ay mauubos. Ang density ng enerhiya sa bawat yunit ng volume ng parehong likidong hydrogen at naka-compress na gas na hydrogen sa anumang halos makakamit na presyon ay makabuluhang mas mababa kaysa sa kumbensyonal na pinagmumulan ng enerhiya, bagama't ang density ng enerhiya bawat yunit ng masa ng gasolina ay mas mataas. Gayunpaman, ang elemental na hydrogen ay malawakang tinalakay sa konteksto ng enerhiya bilang isang posibleng hinaharap na pang-ekonomiyang carrier ng enerhiya. Halimbawa, ang CO2 sequestration na sinusundan ng carbon capture at storage ay maaaring gawin sa punto ng produksyon ng H2 mula sa fossil fuels. Ang hydrogen na ginagamit sa transportasyon ay masusunog nang medyo malinis, na may ilang mga paglabas ng NOx ngunit walang mga paglabas ng carbon. Gayunpaman, ang gastos sa imprastraktura na nauugnay sa isang buong conversion sa isang ekonomiya ng hydrogen ay magiging makabuluhan. Ang mga fuel cell ay maaaring direktang gawing kuryente ang hydrogen at oxygen kaysa sa mga internal combustion engine.
industriya ng semiconductor
Ginagamit ang hydrogen upang ibabad ang mga nakabitin na bono ng amorphous silicon at amorphous carbon, na tumutulong upang patatagin ang mga katangian ng materyal. Isa rin itong potensyal na donor ng elektron sa iba't ibang materyales ng oxide kabilang ang ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4, at SrZrO3.
mga biological na reaksyon
Ang H2 ay isang produkto ng ilang anaerobic metabolism at nagagawa ng ilang microorganism, kadalasan sa pamamagitan ng mga reaksyon na na-catalyze ng iron o nickel na naglalaman ng mga enzyme na tinatawag na hydrogenases. Ang mga enzyme na ito ay nagpapagana ng isang nababaligtad na redox na reaksyon sa pagitan ng H2 at ng dalawang proton nito at dalawang bahagi ng electron. Ang paglikha ng hydrogen gas ay nangyayari sa pamamagitan ng paglilipat ng pagbabawas ng mga katumbas na ginawa ng pagbuburo ng pyruvate sa tubig. Ang natural na cycle ng produksyon at pagkonsumo ng hydrogen ng mga organismo ay tinatawag na hydrogen cycle. Ang water splitting, ang proseso kung saan ang tubig ay nahahati sa mga bumubuo nitong proton, electron, at oxygen, ay nangyayari sa mga magaan na reaksyon sa lahat ng mga organismong photosynthetic. Ang ilang mga naturang organismo, kabilang ang algae na Chlamydomonas Reinhardtii at cyanobacteria, ay nag-evolve ng pangalawang yugto sa mga madilim na reaksyon kung saan ang mga proton at electron ay nababawasan upang bumuo ng H2 gas sa pamamagitan ng mga espesyal na hydrogenases sa chloroplast. Ang mga pagtatangka ay ginawa upang genetically baguhin ang cyanobacterial hydrases upang mahusay na synthesize H2 gas kahit na sa pagkakaroon ng oxygen. Ang mga pagsisikap ay ginawa din gamit ang genetically modified algae sa isang bioreactor.
/mol (eV)
(ayon kay Pauling)
mga sangkap
| H | 1 |
| 1,00794 | |
| 1s 1 | |
| hydrogen | |
hydrogen ay ang unang elemento sa Periodic Table ng mga Elemento. Malawak na ipinamamahagi sa kalikasan. Ang cation (at nucleus) ng pinakakaraniwang isotope ng hydrogen 1 H ay ang proton. Ang mga katangian ng 1 H nucleus ay ginagawang posible ang malawakang paggamit ng NMR spectroscopy sa pagsusuri ng mga organikong sangkap.
Kasaysayan ng hydrogen
Ang pagpapakawala ng nasusunog na gas sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga acid at metal ay naobserbahan noong ika-16 at ika-17 siglo sa bukang-liwayway ng pagbuo ng kimika bilang isang agham. Direktang itinuro ni M. V. Lomonosov ang paghihiwalay nito, ngunit tiyak na napagtanto na hindi ito phlogiston. Ang English physicist at chemist na si G. Cavendish noong 1766 ay nag-imbestiga sa gas na ito at tinawag itong "combustible air". Kapag nasunog, ang "nasusunog na hangin" ay nagdulot ng tubig, ngunit ang pagsunod ni Cavendish sa teorya ng phlogiston ay pumigil sa kanya sa pagguhit ng mga tamang konklusyon. Ang Pranses na chemist na si A. Lavoisier, kasama ang inhinyero na si J. Meunier, gamit ang mga espesyal na metro ng gas, noong 1783. isinasagawa ang synthesis ng tubig, at pagkatapos ay ang pagsusuri nito, nabubulok na singaw ng tubig na may pulang-mainit na bakal. Kaya, itinatag niya na ang "nasusunog na hangin" ay bahagi ng tubig at maaaring makuha mula dito.
Pinagmulan ng pangalang hydrogen
Lavoisier na pinangalanang hydrogen hydrogène (mula sa ὕδωρ - "tubig" at γενναω - "Nagsilang ako") - "nagsilang ng tubig." Ang pangalang Ruso na "hydrogen" ay iminungkahi ng chemist na si M.F. Soloviev noong 1824, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa "oxygen" ni Lomonosov.
Kasaganaan ng hydrogen
Sa Uniberso
Ang hydrogen ay ang pinaka-masaganang elemento sa uniberso. Ito ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang 92% ng lahat ng mga atomo (8% ay helium atoms, ang bahagi ng lahat ng iba pang mga elementong pinagsama ay mas mababa sa 0.1%). Kaya, ang hydrogen ang pangunahing bahagi ng mga bituin at interstellar gas. Sa ilalim ng mga kondisyon ng mga stellar na temperatura (halimbawa, ang temperatura sa ibabaw ng Araw ay ~6000 °C), ang hydrogen ay umiiral sa anyo ng plasma, sa interstellar space ang elementong ito ay umiiral sa anyo ng mga indibidwal na molekula, atomo at ion at maaaring bumuo ng molekular. mga ulap na malaki ang pagkakaiba sa laki, density at temperatura.
Ang crust ng lupa at mga buhay na organismo
Ang mass fraction ng hydrogen sa crust ng lupa ay 1% - ito ang ikasampung pinakakaraniwang elemento. Gayunpaman, ang papel nito sa kalikasan ay tinutukoy hindi ng masa, ngunit sa pamamagitan ng bilang ng mga atomo, na ang bahagi sa iba pang mga elemento ay 17% (pangalawang lugar pagkatapos ng oxygen, na ang bahagi ng mga atomo ay ~52%). Samakatuwid, ang kahalagahan ng hydrogen sa mga prosesong kemikal na nagaganap sa Earth ay halos kasing-husay ng oxygen. Hindi tulad ng oxygen, na umiiral sa Earth sa parehong nakatali at malayang estado, halos lahat ng hydrogen sa Earth ay nasa anyo ng mga compound; isang napakaliit na halaga ng hydrogen sa anyo ng isang simpleng sangkap lamang ang matatagpuan sa atmospera (0.00005% sa dami).
Ang hydrogen ay isang sangkap ng halos lahat ng mga organikong sangkap at naroroon sa lahat ng mga buhay na selula. Sa mga buhay na selula, sa pamamagitan ng bilang ng mga atomo, ang hydrogen ay halos 50%.
Pagkuha ng Hydrogen
Ang mga pamamaraang pang-industriya para sa pagkuha ng mga simpleng sangkap ay nakasalalay sa anyo kung saan matatagpuan ang kaukulang elemento sa kalikasan, iyon ay, kung ano ang maaaring maging hilaw na materyal para sa paggawa nito. Kaya, ang oxygen, na magagamit sa isang libreng estado, ay nakuha sa pamamagitan ng isang pisikal na paraan - sa pamamagitan ng paghihiwalay mula sa likidong hangin. Halos lahat ng hydrogen ay nasa anyo ng mga compound, kaya ang mga kemikal na pamamaraan ay ginagamit upang makuha ito. Sa partikular, maaaring gamitin ang mga reaksyon ng agnas. Ang isa sa mga paraan upang makagawa ng hydrogen ay ang reaksyon ng agnas ng tubig sa pamamagitan ng electric current.
Ang pangunahing pamamaraan ng industriya para sa paggawa ng hydrogen ay ang reaksyon sa tubig ng mitein, na bahagi ng natural na gas. Isinasagawa ito sa isang mataas na temperatura (madaling i-verify na kapag ang methane ay naipasa kahit na sa kumukulong tubig, walang reaksyon na nagaganap):
Sa laboratoryo, upang makakuha ng mga simpleng sangkap, hindi kinakailangang natural na hilaw na materyales ang ginagamit, ngunit ang mga paunang sangkap ay pinili kung saan mas madaling ihiwalay ang kinakailangang sangkap. Halimbawa, sa laboratoryo, hindi nakukuha ang oxygen mula sa hangin. Ang parehong naaangkop sa produksyon ng hydrogen. Ang isa sa mga pamamaraan ng laboratoryo para sa paggawa ng hydrogen, na kung minsan ay ginagamit sa industriya, ay ang agnas ng tubig sa pamamagitan ng electric current.
Ang hydrogen ay kadalasang ginagawa sa laboratoryo sa pamamagitan ng pag-react ng zinc sa hydrochloric acid.
Pagkuha ng hydrogen sa industriya
1. Electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga asin:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2
2. Pagpasa ng singaw ng tubig sa mainit na coke sa temperatura na humigit-kumulang 1000°C:
H 2 O + ⇄ H 2 + CO
3.Mula sa natural gas.
Pag-convert ng singaw:
CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C)
Catalytic oxidation na may oxygen:
2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2
4. Pag-crack at pagreporma ng mga hydrocarbon sa proseso ng pagdadalisay ng langis.
Pagkuha ng hydrogen sa laboratoryo
1. Pagkilos ng mga dilute acid sa mga metal. Upang maisagawa ang gayong reaksyon, ang zinc at dilute hydrochloric acid ay kadalasang ginagamit:
+2HCl → ZnCl 2 +H 2
2. Interaksyon ng calcium sa tubig: |
+ 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3. Hydrolysis ng hydride:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
4. Pagkilos ng alkalis sa zinc o aluminyo:
2 + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
+ 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5.Paggamit ng electrolysis. Sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng alkalis o acids, ang hydrogen ay inilabas sa cathode, halimbawa:
2H 3 O + +2e - → H 2 +2H 2 O
Karagdagang impormasyon tungkol sa Hydrogen
Bioreactor para sa produksyon ng hydrogen
Mga Pisikal na Katangian ng Hydrogen
Spectrum ng paglabas ng hydrogen
Emission spectrum ng hydrogen
Ang mga pagbabago sa hydrogen ay maaaring paghiwalayin sa pamamagitan ng adsorption sa aktibong carbon sa temperatura ng likidong nitrogen. Sa napakababang temperatura, ang equilibrium sa pagitan ng orthohydrogen at parahydrogen ay halos ganap na inilipat patungo sa huli. Sa 80 K, ang aspect ratio ay humigit-kumulang 1:1. Ang na-desorbed na parahydrogen ay na-convert sa orthohydrogen sa pag-init hanggang sa pagbuo ng equilibrium mixture sa room temperature (ortho-para: 75:25). Kung walang katalista, ang pagbabagong-anyo ay nagpapatuloy nang dahan-dahan (sa ilalim ng mga kondisyon ng interstellar medium, na may mga katangiang oras hanggang sa panahon ng kosmolohikal), na ginagawang posible na pag-aralan ang mga katangian ng mga indibidwal na pagbabago.
Ang hydrogen ay ang pinakamagaan na gas, ito ay 14.5 beses na mas magaan kaysa sa hangin. Malinaw, mas maliit ang masa ng mga molekula, mas mataas ang kanilang bilis sa parehong temperatura. Bilang ang pinakamagaan, ang mga molekula ng hydrogen ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa mga molekula ng anumang iba pang gas at sa gayon ay maaaring maglipat ng init mula sa isang katawan patungo sa isa pa nang mas mabilis. Sinusunod nito na ang hydrogen ay may pinakamataas na thermal conductivity sa mga gaseous substance. Ang thermal conductivity nito ay halos pitong beses na mas mataas kaysa sa hangin.
Ang molekula ng hydrogen ay diatomic - H 2. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay isang walang kulay, walang amoy at walang lasa na gas. Density 0.08987 g/l (n.o.), boiling point −252.76 °C, tiyak na init ng combustion 120.9 10 6 J/kg, bahagyang natutunaw sa tubig — 18.8 ml/l. Ang hydrogen ay lubos na natutunaw sa maraming metal (, , atbp.), lalo na sa palladium (850 volume kada 1 volume ng Pd). Nauugnay sa solubility ng hydrogen sa mga metal ay ang kakayahang mag-diffuse sa kanila; Ang pagsasabog sa pamamagitan ng isang carbonaceous na haluang metal (halimbawa, bakal) ay minsan ay sinamahan ng pagkasira ng haluang metal dahil sa pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa carbon (ang tinatawag na decarbonization). Halos hindi matutunaw sa pilak.
Phase diagram ng hydrogen
Ang likidong hydrogen ay umiiral sa isang napakakitid na hanay ng temperatura mula −252.76 hanggang −259.2 °C. Ito ay isang walang kulay na likido, napakagaan (density sa -253 °C 0.0708 g / cm 3) at likido (lagkit sa -253 °C 13.8 centigrade). Ang mga kritikal na parameter ng hydrogen ay napakababa: temperatura -240.2 °C at presyon 12.8 atm. Ipinapaliwanag nito ang mga kahirapan sa pagtunaw ng hydrogen. Sa likidong estado, ang equilibrium hydrogen ay binubuo ng 99.79% para-H 2 , 0.21% ortho-H 2 .
Solid hydrogen, melting point −259.2 °C, density 0.0807 g/cm3 (sa −262 °C) — mala-snow na masa, hexagonal na kristal, space group na P6/mmc, mga parameter ng cell a=3,75 c=6.12. Sa mataas na presyon, ang hydrogen ay nagiging metal.
isotopes
Ang hydrogen ay nangyayari sa anyo ng tatlong isotopes, na may mga indibidwal na pangalan: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioactive) (T).
Ang protium at deuterium ay mga stable na isotopes na may mass number 1 at 2. Ang kanilang nilalaman sa kalikasan ay 99.9885 ± 0.0070% at 0.0115 ± 0.0070%, ayon sa pagkakabanggit. Ang ratio na ito ay maaaring bahagyang mag-iba depende sa pinagmulan at paraan ng paggawa ng hydrogen.
Ang hydrogen isotope 3 H (tritium) ay hindi matatag. Ang kalahating buhay nito ay 12.32 taon. Ang tritium ay matatagpuan sa kalikasan sa napakaliit na dami.
Nagbibigay din ang literatura ng data sa hydrogen isotopes na may mass number na 4–7 at kalahating buhay na 10–22–10–23 s.
Ang natural na hydrogen ay binubuo ng H 2 at HD (deuterohydrogen) na mga molekula sa ratio na 3200:1. Ang nilalaman ng purong deuterium hydrogen D 2 ay mas mababa pa. Ang ratio ng konsentrasyon ng HD at D 2 ay humigit-kumulang 6400:1.
Sa lahat ng isotopes ng mga elemento ng kemikal, ang pisikal at kemikal na mga katangian ng hydrogen isotopes ay higit na naiiba sa bawat isa. Ito ay dahil sa pinakamalaking kamag-anak na pagbabago sa masa ng mga atomo.
| Temperatura natutunaw, K |
Temperatura kumukulo, K |
Triple tuldok, K/kPa |
mapanganib tuldok, K/kPa |
Densidad likido/gas, kg/m³ |
|
|---|---|---|---|---|---|
| H2 | 13.95 | 20,39 | 13,96 /7,3 | 32,98 /1,31 | 70,811 /1,316 |
| HD | 16,60 | 22,13 | 16,60 /12,8 | 35,91 /1,48 | 114,80 /1,802 |
| HT | 22,92 | 17,63 /17,7 | 37,13 /1,57 | 158,62 /2,310 | |
| D2 | 18,62 | 23,67 | 18,73 /17,1 | 38,35 /1,67 | 162,50 /2,230 |
| DT | 24.38 | 19,71 /19,4 | 39,42 /1,77 | 211,54 /2,694 | |
| T2 | 25,04 | 20,62 /21,6 | 40,44 /1,85 | 260,17 /3,136 |
Ang Deuterium at tritium ay mayroon ding mga pagbabago sa ortho at para: p-D2, o-D2, p-T2, o-T 2 . Ang heteroisotopic hydrogen (HD, HT, DT) ay walang ortho at para modifications.
Mga katangian ng kemikal
Ang mga molekula ng hydrogen H 2 ay medyo malakas, at upang mag-react ang hydrogen, maraming enerhiya ang dapat gamitin:
H 2 \u003d 2H - 432 kJ
Samakatuwid, sa mga ordinaryong temperatura, ang hydrogen ay tumutugon lamang sa napakaaktibong mga metal, tulad ng calcium, na bumubuo ng calcium hydride:
H 2 \u003d CaH 2
at kasama ang tanging di-metal - fluorine, na bumubuo ng hydrogen fluoride:
F 2 +H 2 \u003d 2HF
Ang hydrogen ay tumutugon sa karamihan ng mga metal at non-metal sa mataas na temperatura o sa ilalim ng iba pang mga impluwensya, tulad ng pag-iilaw:
O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O
Maaari itong "mag-alis" ng oxygen mula sa ilang mga oxide, halimbawa:
CuO + H 2 \u003d + H 2 O
Ang nakasulat na equation ay sumasalamin sa pagbabawas ng mga katangian ng hydrogen.
N 2 + 3H 2 → 2NH 3
Bumubuo ng hydrogen halides na may mga halogen:
F 2 + H 2 → 2HF, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagsabog sa dilim at sa anumang temperatura, Cl 2 + H 2 → 2HCl, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagsabog, sa liwanag lamang.
Nakikipag-ugnayan ito sa soot sa malakas na pag-init:
2H2→CH4
Pakikipag-ugnayan sa mga metal na alkali at alkaline earth
Kapag nakikipag-ugnayan sa mga aktibong metal, ang hydrogen ay bumubuo ng mga hydride:
2 +H 2 → 2NaH +H 2 → CaH 2 +H 2 → MgH 2
hydride- tulad ng asin, solidong sangkap, madaling ma-hydrolyzed:
CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2
Pakikipag-ugnayan sa mga metal oxide (karaniwang d-elemento)
Ang mga oxide ay nabawasan sa mga metal:
CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O
Hydrogenation ng mga organikong compound
Molecular hydrogen ay malawakang ginagamit sa organic synthesis para sa pagbabawas ng mga organic compounds. Ang mga prosesong ito ay tinatawag mga reaksyon ng hydrogenation. Ang mga reaksyong ito ay isinasagawa sa pagkakaroon ng isang katalista sa mataas na presyon at temperatura. Ang katalista ay maaaring maging homogenous (hal. Wilkinson catalyst) o heterogenous (hal. Raney nickel, palladium sa carbon).
Kaya, sa partikular, sa panahon ng catalytic hydrogenation ng mga unsaturated compound, tulad ng mga alkenes at alkynes, ang mga saturated compound, alkanes, ay nabuo.
Geochemistry ng hydrogen
Ang libreng hydrogen H 2 ay medyo bihira sa mga terrestrial na gas, ngunit sa anyo ng tubig ito ay nangangailangan ng isang pambihirang mahalagang bahagi sa mga prosesong geochemical.
Ang hydrogen ay maaaring naroroon sa mga mineral sa anyo ng ammonium ion, hydroxyl ion, at mala-kristal na tubig.
Sa atmospera, ang hydrogen ay patuloy na nagagawa bilang resulta ng pagkabulok ng tubig sa pamamagitan ng solar radiation. Sa pagkakaroon ng maliit na masa, ang mga molekula ng hydrogen ay may mataas na rate ng diffusion motion (ito ay malapit sa pangalawang cosmic velocity) at, pagpasok sa itaas na mga layer ng atmospera, ay maaaring lumipad palayo sa kalawakan.
Mga tampok ng sirkulasyon
Paglalapat ng hydrogen
Ang atomic hydrogen ay ginagamit para sa atomic hydrogen welding.
Industriya ng kemikal
Sa paggawa ng ammonia, methanol, sabon at plastik
industriya ng pagkain
Sa paggawa ng margarin mula sa likidong mga langis ng gulay.
Nakarehistro bilang pandagdag sa pandiyeta E949(nag-iimpake ng gas)
Industriyang panghimpapawid
Ang hydrogen ay napakagaan at palaging tumataas sa hangin. Noong unang panahon, ang mga airship at balloon ay napuno ng hydrogen. Ngunit sa 30s. XX siglo nagkaroon ng ilang aksidente nang sumabog at nasunog ang mga airship. Sa ngayon, ang mga airship ay puno ng helium.
panggatong
Ang hydrogen ay ginagamit bilang rocket fuel. Ang pananaliksik ay isinasagawa sa paggamit ng hydrogen bilang panggatong para sa mga kotse at trak. Ang mga hydrogen engine ay hindi nagpaparumi sa kapaligiran at naglalabas lamang ng singaw ng tubig.
Ang mga hydrogen-oxygen fuel cell ay gumagamit ng hydrogen upang direktang i-convert ang enerhiya ng isang kemikal na reaksyon sa elektrikal na enerhiya.
Hydrogen, Hydrogenium, N (1)
Bilang isang nasusunog (nasusunog) na hangin, ang hydrogen ay kilala sa mahabang panahon. Nakuha ito sa pamamagitan ng pagkilos ng mga acid sa mga metal, ang pagkasunog at pagsabog ng sumasabog na gas ay naobserbahan ng Paracelsus, Boyle, Lemery at iba pang mga siyentipiko noong ika-16-18 na siglo. Sa paglaganap ng teorya ng phlogiston, sinubukan ng ilang chemist na gawing "free phlogiston" ang hydrogen. Ang disertasyon ni Lomonosov na "Sa metallic brilliance" ay naglalarawan ng produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng pagkilos ng "acidic alcohols" (halimbawa, "hydrochloric alcohol", ibig sabihin, hydrochloric acid) sa bakal at iba pang mga metal; ang Russian scientist ang una (1745) na naglagay ng hypothesis na ang hydrogen ("combustible vapor" - vapor inflammabilis) ay isang phlogiston. Si Cavendish, na nag-aral nang detalyado sa mga katangian ng hydrogen, ay naglagay ng katulad na hypothesis noong 1766. Tinawag niya ang hydrogen na "inflammable air" na nakuha mula sa "metal" (Inflammable air from metals), at naniniwala, tulad ng lahat ng phlogistics, na kapag natunaw sa mga acid. , nawawala sa metal ang iyong phlogiston. Lavoisier, na noong 1779 ay nag-aral ng komposisyon ng tubig sa pamamagitan ng synthesis at decomposition nito, na tinatawag na hydrogen Hydrogine (hydrogen), o Hydrogene (hydrogen), mula sa Greek. gidor - tubig at gainome - Nagbubunga ako, nanganak.
Ang komisyon ng nomenclature ng 1787 ay pinagtibay ang salitang produksyon Hydrogene mula sa gennao, nanganak ako. Sa Lavoisier's Table of Simple Bodies, ang hydrogen (Hydrogene) ay binanggit sa limang (liwanag, init, oxygen, nitrogen, hydrogen) "mga simpleng katawan na kabilang sa lahat ng tatlong kaharian ng kalikasan at dapat ituring bilang mga elemento ng mga katawan"; bilang mga lumang kasingkahulugan para sa pangalang Hydrogene, tinatawag ng Lavoisier ang nasusunog na gas (Gaz inflammable), ang base ng nasusunog na gas. Sa panitikan ng kemikal ng Russia noong huling bahagi ng ika-18 at unang bahagi ng ika-19 na siglo. mayroong dalawang uri ng mga pangalan para sa hydrogen: phlogistic (nasusunog na gas, nasusunog na hangin, nasusunog na hangin, nasusunog na hangin) at antiphlogistic (gumawa ng tubig, nilalang na lumilikha ng tubig, gas na lumilikha ng tubig, hydrogen gas, hydrogen). Ang parehong grupo ng mga salita ay mga pagsasalin ng mga pangalang Pranses para sa hydrogen.
Ang hydrogen isotopes ay natuklasan noong 1930s at mabilis na nakakuha ng malaking kahalagahan sa agham at teknolohiya. Sa pagtatapos ng 1931, sinuri nina Urey, Breckwedd at Murphy ang nalalabi pagkatapos ng matagal na pagsingaw ng likidong hydrogen at natagpuan ang mabigat na hydrogen na may atomic na timbang na 2. Ang isotope na ito ay tinatawag na deuterium (Deuterium, D) mula sa Greek - isa pa, pangalawa. . Pagkalipas ng apat na taon, sa tubig na sumailalim sa matagal na electrolysis, natuklasan ang isang mas mabigat na isotope ng hydrogen 3H, na tinatawag na tritium (Tritium, T), mula sa Greek - ang pangatlo.
