A hidrogén fizikai tulajdonságai. A hidrogén tulajdonságai és alkalmazásai. A hidrogén, speciális tulajdonságai és reakciói

Megvan a maga sajátos pozíciója a periódusos rendszerben, amely tükrözi az általa mutatott tulajdonságokat, és beszél elektronikus szerkezetéről. Azonban mindegyik között van egy speciális atom, amely egyszerre két sejtet foglal el. Két elemcsoportban található, amelyek tulajdonságaikban teljesen ellentétesek. Ez a hidrogén. Az ilyen tulajdonságok teszik egyedivé.

A hidrogén nem csak egy elem, hanem egy egyszerű anyag is, és sokak szerves része is összetett vegyületek, biogén és organogén elem. Ezért nézzük meg részletesebben jellemzőit és tulajdonságait.

A hidrogén mint kémiai elem

A hidrogén a fő alcsoport első csoportjának, valamint az első mellékperiódusban a fő alcsoport hetedik csoportjának eleme. Ez az időszak csak két atomból áll: a héliumból és az általunk vizsgált elemből. Ismertesse a hidrogén helyzetének fő jellemzőit a periódusos rendszerben.

1. A hidrogén atomszáma 1, az elektronok száma azonos, és ennek megfelelően a protonok száma is azonos. Atomtömeg - 1,00795. Ennek az elemnek három 1, 2, 3 tömegszámú izotópja van. Ezek tulajdonságai azonban nagyon eltérőek, mivel a hidrogén esetében akár eggyel is megnövekszik a tömeg, azonnal kétszeres.
2. Az a tény, hogy csak egy elektront tartalmaz a külső felületén, lehetővé teszi, hogy sikeresen mutasson oxidáló és redukáló tulajdonságokat. Ezenkívül az elektron adományozása után szabad pályán marad, amely a donor-akceptor mechanizmus szerint részt vesz a kémiai kötések kialakításában.
3. A hidrogén erős redukálószer. Ezért fő helye a fő alcsoport első csoportja, ahol a legaktívabb fémek - lúgok - élén áll.
4. Erős redukálószerekkel, például fémekkel való kölcsönhatás esetén azonban oxidálószer is lehet, amely elektront fogad el. Ezeket a vegyületeket hidrideknek nevezzük. E tulajdonsága szerint a halogének azon alcsoportját vezeti, amelyhez hasonló.
5. Nagyon kicsi atomtömege miatt a hidrogént tartják a legtöbbnek könnyű elem. Ráadásul a sűrűsége is nagyon alacsony, így a könnyedség mércéje is.

Így nyilvánvaló, hogy a hidrogénatom egy teljesen egyedi elem, ellentétben az összes többi elemmel. Ebből következően tulajdonságai is különlegesek, és nagyon fontosak a keletkező egyszerű és összetett anyagok. Tekintsük őket tovább.

Egyszerű anyag

Ha erről az elemről mint molekuláról beszélünk, akkor azt kell mondanunk, hogy kétatomos. Vagyis a hidrogén (egyszerű anyag) gáz. Empirikus képlete H2, grafikus képlete pedig egyetlen szigma H-H kapcsolaton keresztül lesz írva. Az atomok közötti kötés kialakulásának mechanizmusa kovalens nempoláris.

1. Gőz-metán reformálás.
2. Széngázosítás - a folyamat során a szenet 1000 0 C-ra hevítik, ami hidrogén és magas széntartalmú szén képződését eredményezi.
3. Elektrolízis. Ez a módszer csak különféle sók vizes oldataihoz használható, mivel az olvadékok nem vezetnek vízkisüléshez a katódon.

A hidrogén előállításának laboratóriumi módszerei:

1. Fém-hidridek hidrolízise.
2. A híg savak hatása az aktív fémekre és a közepes aktivitásra.
3. Alkáli és alkáliföldfémek kölcsönhatása vízzel.

A képződött hidrogén összegyűjtéséhez fejjel lefelé kell tartania a kémcsövet. Hiszen ezt a gázt nem lehet úgy összegyűjteni, mint pl. szén-dioxid. Ez hidrogén, sokkal könnyebb, mint a levegő. Gyorsan elpárolog, nagy mennyiségben levegővel keveredve felrobban. Ezért a kémcsövet meg kell fordítani. Feltöltés után gumidugóval le kell zárni.

Az összegyűjtött hidrogén tisztaságának ellenőrzéséhez vigyen egy meggyújtott gyufát a nyakába. Ha a csattanás tompa és halk, az azt jelenti, hogy a gáz tiszta, minimális levegőszennyeződéssel. Ha hangos és fütyül, akkor koszos, nagy arányban tartalmaz idegen komponenseket.

Felhasználási területek

A hidrogén elégetésekor annyi szabadul fel nagyszámú energia (hő), hogy ez a gáz a legjövedelmezőbb tüzelőanyag. Ráadásul környezetbarát is. Mindazonáltal alkalmazása ezen a területen a mai napig korlátozott. Ez a szintézis problémáinak köszönhető, amelyeket nem gondoltak át teljesen, és amelyeket nem sikerült megoldani. tiszta hidrogén, amely alkalmas lenne reaktorok, motorok és hordozható eszközök üzemanyagként való felhasználására, valamint fűtőkazánok lakóépületek.

Végül is ennek a gáznak a előállításának módszerei meglehetősen drágák, ezért először ki kell dolgozni egy speciális szintézis módszert. Olyan, amely lehetővé teszi a termék nagy mennyiségben és minimális költséggel történő beszerzését.

Számos fő terület van, ahol az általunk fontolóra vett gázt használják.

1. Kémiai szintézisek. A hidrogénezést szappanok, margarinok és műanyagok előállítására használják. Hidrogén részvételével metanolt és ammóniát, valamint más vegyületeket szintetizálnak.
2. Élelmiszeriparban - E949 adalékanyagként.
3. Repülési ipar (rakétatudomány, repülőgépgyártás).
4. Villamosenergia-ipar.
5. Meteorológia.
6. Környezetbarát üzemanyag.

Nyilvánvaló, hogy a hidrogén ugyanolyan fontos, mint amennyire bőséges a természetben. Több nagy szerepet az általa alkotott különféle vegyületek játszanak.

Hidrogénvegyületek

Ezek hidrogénatomokat tartalmazó összetett anyagok. Az ilyen anyagoknak több fő típusa van.

1. Hidrogén-halogenidek. Az általános képlet a HHal. Közülük különösen fontos a hidrogén-klorid. Ez egy olyan gáz, amely vízben oldva sósavoldatot képez. Ez a sav megtalálja széles körű alkalmazás szinte minden kémiai szintézisben. Ráadásul szerves és szervetlen egyaránt. A hidrogén-klorid egy HCL empirikus képletű vegyület, és az egyik legnagyobb hazánkban évente előállított vegyület. A hidrogén-halogenidek közé tartozik még a hidrogén-jodid, a hidrogén-fluorid és a hidrogén-bromid. Ezek mindegyike a megfelelő savakat képezi.
2. Illékony Szinte mindegyik meglehetősen mérgező gáz. Például hidrogén-szulfid, metán, szilán, foszfin és mások. Ugyanakkor nagyon gyúlékonyak.
3. A hidridek fémekkel alkotott vegyületek. A sók osztályába tartoznak.
4. Hidroxidok: bázisok, savak és amfoter vegyületek. Szükségszerűen tartalmaznak egy vagy több hidrogénatomot. Példa: NaOH, K 2, H 2 SO 4 és mások.
5. Hidrogén-hidroxid. Ez a vegyület jobban ismert víznek. Egy másik név a hidrogén-oxid. Az empirikus képlet így néz ki - H 2 O.
6. Hidrogén-peroxid. Ez egy erős oxidálószer, amelynek képlete H 2 O 2.
7. Számos szerves vegyület: szénhidrogének, fehérjék, zsírok, lipidek, vitaminok, hormonok, illóolajokés mások.

Nyilvánvaló, hogy az általunk vizsgált elem vegyületeinek sokfélesége igen nagy. Ez ismét megerősíti magas érték a természet és az ember, valamint minden élőlény számára.

- ez a legjobb oldószer

Mint fentebb említettük, ennek az anyagnak a közös neve víz. Két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll, amelyeket kovalens poláris kötések kötnek össze. A vízmolekula egy dipólus, ez magyarázza számos tulajdonságát. Különösen univerzális oldószer.

Szinte minden kémiai folyamat a vízi környezetben zajlik. Az élő szervezetek képlékeny és energia-anyagcseréjének belső reakcióit szintén hidrogén-oxid felhasználásával hajtják végre.

A vizet joggal tekintik a bolygó legfontosabb anyagának. Köztudott, hogy egyetlen élő szervezet sem tud nélküle élni. A Földön három halmazállapotban létezhet:

• folyékony;
• gáz (gőz);
• szilárd (jég).

A molekulában lévő hidrogén izotópjától függően háromféle vizet különböztetünk meg.

1. Világos vagy protium. 1-es tömegszámú izotóp. Képlet - H 2 O. Ez az összes élőlény szokásos formája.
2. Deutérium vagy nehéz, képlete D 2 O. 2 H izotópot tartalmaz.
3. Szupernehéz vagy trícium. A képlet úgy néz ki, mint T3O, izotóp - 3H.

A bolygó friss protiumvízkészletei nagyon fontosak. Már sok országban hiány van belőle. Módszereket fejlesztenek ki a sós víz kezelésére ivóvíz előállítására.

A hidrogén-peroxid univerzális gyógymód

Ez a vegyület, mint fentebb említettük, kiváló oxidálószer. Erős képviselőkkel azonban restaurátorként is tud viselkedni. Ezenkívül kifejezett baktericid hatással rendelkezik.

Ennek a vegyületnek egy másik neve peroxid. Ebben a formában használják az orvostudományban. A kérdéses vegyület kristályos hidrátjának 3%-os oldata az orvosi gyógyszer, mely apró sebek kezelésére szolgál, fertőtlenítés céljából. Azonban bebizonyosodott, hogy ez megnöveli a seb gyógyulási idejét.

A hidrogén-peroxidot rakéta-üzemanyagban, az iparban fertőtlenítésre és fehérítésre, valamint habosítószerként is használják megfelelő anyagok (például hab) előállításához. Ezenkívül a peroxid segít az akváriumok tisztításában, fehéríti a hajat és fehéríti a fogakat. Azonban károsítja a szöveteket, ezért a szakemberek nem ajánlják erre a célra.

29. előadás

Hidrogén. Víz

Az előadás vázlata:

Víz. Vegyi és fizikai tulajdonságok

A hidrogén és a víz szerepe a természetben

A hidrogén mint kémiai elem

A hidrogén az egyetlen eleme D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének, amelynek helye nem egyértelmű. Vegyjele kétszer szerepel a periódusos rendszerben: mind az IA, mind a VIIA csoportban. Ez azzal magyarázható, hogy a hidrogénnek számos olyan tulajdonsága van, amely mindkettővel egyesíti alkálifémekés halogénekkel (14. táblázat).

14. táblázat

A hidrogén tulajdonságainak összehasonlítása az alkálifémek és halogének tulajdonságaival

Hasonlóságok az alkálifémekkel	Hasonlóság a halogénekhez
Kint energia szint A hidrogénatomok egy elektront tartalmaznak. A hidrogén s elem	A külső és egyetlen szint befejezése előtt a hidrogénatomoknak, akárcsak a halogénatomoknak, egy elektron hiányzik
A hidrogén redukáló tulajdonságokat mutat. Az oxidáció következtében a hidrogén a vegyületeiben leggyakrabban előforduló oxidációs állapotot kapja +1	Az alkáli- és alkáliföldfémekkel alkotott vegyületekben a hidrogén oxidációs állapota -1-es, ami megerősíti oxidáló tulajdonságait.
Feltételezzük, hogy fémkristályrácsos szilárd hidrogén létezik a térben.	A fluorhoz és klórhoz hasonlóan a hidrogén is gáz normál körülmények között. Molekulái a halogén molekulákhoz hasonlóan kétatomosak és kovalens nempoláris kötésen keresztül jönnek létre

A természetben a hidrogén három 1, 2 és 3 tömegszámú izotóp formájában létezik: protium 1 1 H, deutérium 2 1 D és trícium 3 1 T. Az első kettő stabil izotóp, a harmadik pedig radioaktív. BAN BEN természetes keverék A Protium az uralkodó izotóp. A H:D:T izotópok közötti mennyiségi arányok 1:1,46 10 -5: 4,00 10 -15.

A hidrogénizotópok vegyületei tulajdonságaiban különböznek egymástól. Például a könnyű protiumvíz (H 2 O) forráspontja – 100 o C, illetve 0 o C, a deutériumvízé (D 2 O) pedig – 101,4 o C és 3,8 o C. A reakciósebesség a könnyű víz magasabb, mint a nehéz víz.

Az Univerzumban a hidrogén a leggyakoribb elem – az Univerzum tömegének körülbelül 75%-át vagy atomjainak több mint 90%-át teszi ki. A hidrogén a víz része a Föld legfontosabb geológiai héjában - a hidroszférában.

A hidrogén a szénnel együtt minden szerves anyagot képez, vagyis része a Föld élő héjának - a bioszférának. A földkéregben - a litoszférában - a hidrogén tömegtartalma mindössze 0,88%, azaz az összes elem között a 9. helyen áll. Levegő boríték A Föld légköre a molekuláris hidrogénnek tulajdonítható teljes térfogat kevesebb mint egy milliomod részét tartalmazza. Csak ben található felső rétegek légkör.

A hidrogén előállítása és felhasználása

A 16. században Paracelsus középkori orvos és alkimista nyert először hidrogént úgy, hogy egy vaslemezt mártott kénsavba, majd 1766-ban Henry Cavendish angol kémikus bebizonyította, hogy a hidrogén nem csak a vas és a kénsav kölcsönhatása révén keletkezik, hanem más fémeket is más savakkal. Cavendish először írta le a hidrogén tulajdonságait is.

BAN BEN laboratórium körülmények között hidrogént kapunk:

1. Fémek kölcsönhatása savval:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Alkáli és alkáliföldfémek kölcsönhatása vízzel

2Na + 2H 2O → 2NaOH + H2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

BAN BEN ipar A hidrogént a következő módokon nyerik:

1. Sók, savak és lúgok vizes oldatainak elektrolízise. A leggyakrabban használt megoldás asztali só:

2NaCl + 2H 2O →el. jelenlegi H 2 + Cl 2 + NaOH

2. Vízgőz redukálása forró koksszal:

C + H 2 O → t CO + H 2

A keletkező szén-monoxid és hidrogén keveréket ún vízgáz (szintézisgáz),és széles körben használják különféle vegyi termékek (ammónia, metanol stb.) szintézisére. A hidrogén elválasztása a vízgáztól szén-monoxid vízgőzzel hevítve szén-dioxiddá alakul:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. Metán fűtése vízgőz és oxigén jelenlétében. Jelenleg ez a módszer a fő:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

A hidrogént széles körben használják:

1. ammónia és hidrogén-klorid ipari szintézise;

2. beszerzése metanol és szintetikus folyékony üzemanyag szintézisgáz részeként (2 térfogatrész hidrogén és 1 térfogatrész CO);

3. olajfrakciók hidrogénezése és hidrokrakkolása;

4. folyékony zsírok hidrogénezése;

5. fémek vágása és hegesztése;

6. volfrám, molibdén és rénium kinyerése oxidjaikból;

7. űrmotorok üzemanyagként.

8. be termonukleáris reaktorok Tüzelőanyagként hidrogén izotópokat használnak.

Fizikai és Kémiai tulajdonságok hidrogén

A hidrogén színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Sűrűség a sz. 0,09 g/l (14-szer könnyebb a levegőnél). A hidrogén rosszul oldódik vízben (100 térfogat vízben csak 2 térfogat gáz), de a d-fémek - nikkel, platina, palládium - jól felszívják (egy térfogat palládiumban legfeljebb 900 térfogat hidrogént oldanak fel).

BAN BEN kémiai reakciók A hidrogén redukáló és oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik. Leggyakrabban a hidrogén redukálószerként működik.

1. Kölcsönhatás nem fémekkel. A hidrogén nemfémekkel illékony hidrogénvegyületeket képez (lásd 25. előadás).

Halogénekkel a reakció sebessége és körülményei fluortól jódig változnak: fluorral a hidrogén sötétben is robbanásszerűen reagál, klórral a reakció egészen nyugodtan, kevés fénnyel történő besugárzással megy végbe, brómmal és jóddal a reakciók reverzibilisek és csak hevítésre mennek végbe:

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + I 2 → t 2HI

Oxigénnelés a kénhidrogén enyhe melegítéssel reagál. Oxigén és hidrogén 1:2 arányú keverékét nevezzük robbanásveszélyes gáz:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

Nitrogénnel, foszforral és szénnel a reakció hő hatására, emelt nyomáson és katalizátor jelenlétében megy végbe. A reakciók reverzibilisek:

3H 2 + N 2 → kat., p, t2NH3

2H 2 + 3P → kat., p, t3PH 3

H 2 + C → kat., p, t CH 4

2. Interakció összetett anyagok. Magas hőmérsékleten a hidrogén redukálja a fémeket oxidjaikból:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. Nál nél kölcsönhatás alkáli- és alkáliföldfémekkel A hidrogén oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. Kölcsönhatás szerves anyagokkal. A hidrogén aktívan kölcsönhatásba lép számos szerves anyaggal, ezeket a reakciókat hidrogénezési reakcióknak nevezzük. Az ilyen reakciókat részletesebben a „Szerves kémia” gyűjtemény III. részében tárgyaljuk.

Folyékony

Hidrogén(lat. Hidrogén; szimbólum jelzi H) az elemek periódusos rendszerének első eleme. A természetben széles körben elterjedt. A hidrogén leggyakoribb izotópjának, az 1H-nak a kationja (és magja) a proton. Az 1H atommag tulajdonságai lehetővé teszik az NMR spektroszkópia széles körben történő alkalmazását az elemzésben szerves anyag.

A hidrogén három izotópjának saját neve van: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D) és 3 H - trícium (radioaktív) (T).

Az egyszerű anyag a hidrogén - H 2 - világos színtelen gáz. Levegővel vagy oxigénnel keverve gyúlékony és robbanásveszélyes. Nem mérgező. Oldódik etanolban és számos fémben: vas, nikkel, palládium, platina.

Sztori

A savak és fémek kölcsönhatása során éghető gáz felszabadulását a 16. ill XVII századok a kémia mint tudomány kialakulásának hajnalán. Mihail Vasziljevics Lomonoszov is egyenesen rámutatott az elszigeteltségre, de már határozottan tisztában volt vele, hogy nem flogisztonról van szó. Henry Cavendish angol fizikus és vegyész 1766-ban megvizsgálta ezt a gázt, és „éghető levegőnek” nevezte. Égéskor az „éghető levegő” vizet termelt, de Cavendish ragaszkodott a flogiszton elmélethez, ami megakadályozta abban, hogy helyes következtetéseket. Antoine Lavoisier francia kémikus, J. Meunier mérnökkel közösen, speciális gázmérők segítségével 1783-ban a víz szintézisét, majd elemzését végezte el, forró vassal lebontva a vízgőzt. Így megállapította, hogy az „éghető levegő” a víz része, és abból nyerhető.

név eredete

Lavoisier a hidrogént a hidrogénnek nevezte el – „víz szülése”. A „hidrogén” orosz nevet M. F. Szolovjov kémikus javasolta 1824-ben - Szlomonoszov „oxigénjével” analógiaként.

Prevalencia

A hidrogén a legelterjedtebb elem az Univerzumban. Az összes atom körülbelül 92%-át teszi ki (8% héliumatom, az összes többi elem részesedése együttvéve kevesebb, mint 0,1%). Így a hidrogén a csillagok és a csillagközi gázok fő alkotóeleme. Csillaghőmérséklet körülményei között (például a Nap felszíni hőmérséklete ~ 6000 °C) a hidrogén plazma formájában létezik; a csillagközi térben ez az elem egyedi molekulák, atomok és ionok formájában létezik, és kialakulhat. molekulafelhők, amelyek mérete, sűrűsége és hőmérséklete jelentősen eltér egymástól.

A földkéreg és az élő szervezetek

A hidrogén tömeghányada a földkéregben 1% - ez a tizedik legnagyobb mennyiségben előforduló elem. A természetben betöltött szerepét azonban nem a tömeg, hanem az atomok száma határozza meg, melynek aránya a többi elem között 17% (második helyen az oxigén után, amelynek az atomok aránya ~ 52%). Ezért a hidrogén jelentősége a Földön végbemenő kémiai folyamatokban majdnem akkora, mint az oxigéné. Ellentétben az oxigénnel, amely kötött és szabad állapotban is létezik a Földön, a Földön szinte minden hidrogén vegyület formájában van; csak nagyon kis mennyiségben hidrogén formájában egyszerű anyag a légkörben található (0,00005 térfogatszázalék).

A hidrogén szinte minden szerves anyag része, és minden élő sejtben jelen van. Az élő sejtekben a hidrogén az atomok számának közel 50%-át teszi ki.

Nyugta

Az egyszerű anyagok előállításának ipari módszerei attól függnek, hogy a megfelelő elem milyen formában található meg a természetben, vagyis mi lehet az előállítás alapanyaga. Így a szabad állapotban rendelkezésre álló oxigént fizikailag - a folyékony levegőtől való elválasztással - nyerik. Szinte az összes hidrogén vegyület formájában van, ezért kinyerésére használják kémiai módszerek. Különösen a bomlási reakciók használhatók. A hidrogén előállításának egyik módja a víz elektromos áram általi lebontása.

A hidrogén előállításának fő ipari módszere a készítményben lévő metán vízzel való reakciója. földgáz. Magas hőmérsékleten hajtják végre (könnyű ellenőrizni, hogy a metán forrásban lévő vízen való átengedésekor nem történik reakció):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 -165 kJ

A laboratóriumban az egyszerű anyagok beszerzéséhez nem feltétlenül természetes alapanyagokat használnak, hanem azokat a kiindulási anyagokat választják, amelyekből könnyebben izolálható a szükséges anyag. Például a laboratóriumban az oxigént nem a levegőből nyerik. Ugyanez vonatkozik a hidrogén előállítására is. A hidrogén előállításának egyik laboratóriumi módszere, amelyet időnként az iparban is alkalmaznak, a víz elektromos árammal történő lebontása.

A hidrogént általában laboratóriumban állítják elő cink és sósav reakciójával.

Az iparban

1. Vizes sóoldatok elektrolízise:

2NaCl + 2H 2O → H2 + 2NaOH + Cl 2

2. Vízgőz átvezetése körülbelül 1000 °C hőmérsékletű forró kokszon:

H2O+C? H2+CO

3. Földgázból.

Steam átalakítás:

CH4+H20? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalitikus oxidáció oxigénnel:

2CH4+O2? 2CO + 4H2

4. Szénhidrogének krakkolása és reformálása az olajfinomítás során.

A laboratóriumban

1.A híg savak hatása fémekre. Ennek a reakciónak a végrehajtásához a cinket és a hígítást sósav:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.A kalcium kölcsönhatása vízzel:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidridok hidrolízise:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Lúgok hatása cinkre vagy alumíniumra:

2Al + 2NaOH + 6H 2O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2O → K2 + H2

5.Elektrolízis segítségével. Lúgok vagy savak vizes oldatainak elektrolízise során a katódon hidrogén szabadul fel, például:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fizikai tulajdonságok

A hidrogén két formában létezhet (módosítások) - orto- és parahidrogén formájában. Ortohidrogén molekulában o-H 2 (olvadáspont -259,10 °C, forráspont -252,56 °C) a mag spinjei azonosan (párhuzamosan) irányulnak, és a parahidrogénre p-H 2 (olvadáspont -259,32 °C, forráspont -252,89 °C) - egymással szemben (antipárhuzamos). Egyensúlyi keverék o-H 2 és p-H 2 adott hőmérsékleten ún egyensúlyi hidrogén e-H2.

A hidrogénmódosulások folyékony nitrogén hőmérsékleten aktív szénen történő adszorpcióval választhatók el. Nagyon alacsony hőmérsékletek az ortohidrogén és a parahidrogén közötti egyensúly szinte teljesen az utóbbi felé tolódik el. 80 K-en a formák aránya megközelítőleg 1:1. Hevítéskor a deszorbeált parahidrogén ortohidrogénné alakul, amíg egy olyan keverék nem képződik, amely szobahőmérsékleten egyensúlyban van (orto-para: 75:25). Katalizátor nélkül az átalakulás lassan megy végbe (a csillagközi közeg körülményei között - jellemző időkkel egészen a kozmológiaiig), ami lehetővé teszi az egyes módosulások tulajdonságainak tanulmányozását.

A hidrogén a legkönnyebb gáz, 14,5-szer könnyebb a levegőnél. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb a molekulák tömege, annál nagyobb a sebességük ugyanazon a hőmérsékleten. A hidrogénmolekulák, mint a legkönnyebb molekulák, gyorsabban mozognak, mint bármely más gáz molekulái, így gyorsabban képesek átadni a hőt egyik testről a másikra. Ebből következik, hogy a gáz halmazállapotú anyagok közül a hidrogénnek van a legnagyobb hővezető képessége. Hővezető képessége megközelítőleg hétszer nagyobb, mint a levegő hővezető képessége.

A hidrogénmolekula kétatomos - H2. Nál nél normál körülmények között színtelen, szagtalan és íztelen gáz. Sűrűség 0,08987 g/l (sz.), forráspont –252,76 °C, fajlagos hőégés 120,9×10 6 J/kg, vízben gyengén oldódik - 18,8 ml/l. A hidrogén nagyon jól oldódik számos fémben (Ni, Pt, Pd stb.), különösen a palládiumban (850 térfogat/1 térfogat Pd). A hidrogén oldhatósága fémekben összefügg azzal a képességével, hogy átdiffundáljon rajtuk; A szénötvözeten (például acélon) keresztül történő diffúzió néha az ötvözet megsemmisülésével jár a hidrogén és a szén kölcsönhatása miatt (úgynevezett dekarbonizáció). Ezüstben gyakorlatilag nem oldódik.

Folyékony hidrogén nagyon szűk -252,76 és -259,2 °C közötti hőmérsékleti tartományban létezik. Színtelen folyadék, nagyon könnyű (sűrűsége -253 °C-on 0,0708 g/cm3) és folyékony (viszkozitása -253 °C-on 13,8 spuaz). A hidrogén kritikus paraméterei nagyon alacsonyak: hőmérséklet –240,2 °C és nyomás 12,8 atm. Ez magyarázza a hidrogén cseppfolyósításának nehézségeit. BAN BEN folyékony halmazállapot Az egyensúlyi hidrogén 99,79% para-H2-ből, 0,21% orto-H2-ből áll.

Szilárd hidrogén, olvadáspont -259,2 °C, sűrűség 0,0807 g/cm 3 (-262 °C-on) - hószerű tömeg, hatszögletű kristályok, P6/mmc tércsoport, cella paraméterek a=3,75 c=6.12. Nál nél magas vérnyomás a hidrogén fémes állapotba kerül.

Izotópok

A hidrogén három izotóp formájában fordul elő, amelyek egyedi nevekkel rendelkeznek: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D), 3 H - trícium (radioaktív) (T).

A protium és a deutérium 1-es és 2-es tömegszámú stabil izotópok. Természeti tartalmuk 99,9885 ± 0,0070%, illetve 0,0115 ± 0,0070%. Ez az arány a hidrogénforrástól és a hidrogén előállítási módszerétől függően kissé változhat.

A 3H hidrogénizotóp (trícium) instabil. Felezési ideje 12,32 év. A trícium a természetben nagyon kis mennyiségben fordul elő.

A szakirodalom 4 - 7 tömegszámú és 10 -22 - 10 -23 s felezési idejű hidrogénizotópokról is közöl adatokat.

A természetes hidrogén H 2 és HD (deutériumhidrogén) molekulákból áll, 3200:1 arányban. A tiszta deutérium-hidrogén D 2 tartalma még ennél is kisebb. A HD és a D 2 koncentrációjának aránya megközelítőleg 6400:1.

Az összes izotóp közül kémiai elemek A hidrogénizotópok fizikai és kémiai tulajdonságai a legnagyobb mértékben különböznek egymástól. Ez az atomtömegek legnagyobb relatív változásának köszönhető.

	Hőfok olvasztó, K	Hőfok forró, K	Hármas pont, K/kPa	Kritikai pont, K/kPa	Sűrűség folyadék/gáz, kg/m³

A deutériumnak és a tríciumnak is vannak orto- és paramódosításai: p-D 2, o-D 2, p-T 2, o-T 2. A heteroizotóp hidrogén (HD, HT, DT) nem rendelkezik orto- és para-módosításokkal.

Kémiai tulajdonságok

Disszociált hidrogénmolekulák frakciója

A H2 hidrogénmolekulák meglehetősen erősek, és ahhoz, hogy a hidrogén reagálhasson, sok energiát kell elkölteni:

H 2 = 2H – 432 kJ

Ezért normál hőmérsékleten a hidrogén csak nagyon aktív fémek például kalciummal, kalcium-hidridet képezve:

Ca + H 2 = CaH 2

és az egyetlen nemfémes fluorral, amely hidrogén-fluoridot képez:

A hidrogén reakcióba lép a legtöbb fémmel és nemfémmel magas hőmérsékleten vagy egyéb hatások hatására, például világítás hatására:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

„Elveheti” az oxigént bizonyos oxidoktól, például:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

A felírt egyenlet a hidrogén redukáló tulajdonságait tükrözi.

N2 + 3H2 → 2NH3

Halogénekkel hidrogén-halogenideket képez:

F 2 + H 2 → 2HF, a reakció sötétben és bármilyen hőmérsékleten robbanásszerűen megy végbe,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, a reakció robbanásszerűen megy végbe, csak fényben.

Nagy hő hatására kölcsönhatásba lép a kormmal:

C + 2H 2 → CH 4

Kölcsönhatás alkáli- és alkáliföldfémekkel

Az aktív fémekkel való kölcsönhatás során a hidrogén hidrideket képez:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Hidridok- sószerű, szilárd anyagok, könnyen hidrolizálódnak:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Kölcsönhatás fém-oxidokkal (általában d-elemekkel)

Az oxidok fémekké redukálódnak:

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

Szerves vegyületek hidrogénezése

A molekuláris hidrogént széles körben használják a szerves szintézisben szerves vegyületek redukciójára. Ezeket a folyamatokat ún hidrogénezési reakciók. Ezeket a reakciókat katalizátor jelenlétében hajtjuk végre magas vérnyomásés hőmérséklet. A katalizátor lehet homogén (pl. Wilkinson Catalyst) vagy heterogén (pl. Raney-nikkel, palládium szénen).

Így különösen a telítetlen vegyületek, például alkének és alkinok katalitikus hidrogénezése során telített vegyületek képződnek - alkánok.

A hidrogén geokémiája

A szabad hidrogén H2 viszonylag ritka a szárazföldi gázokban, de víz formájában rendkívül fontos szerepet játszik a geokémiai folyamatokban.

A hidrogén az ásványokban ammóniumion, hidroxil-ion és kristályos víz formájában lehet jelen.

A légkörben a víz napsugárzás általi bomlása következtében folyamatosan hidrogén keletkezik. A kis tömegű hidrogénmolekulák rendelkeznek Magassebesség diffúziós mozgás (közel van a másodikhoz szökési sebesség), és a légkör felső rétegeibe esve a világűrbe repülhet.

A kezelés jellemzői

A hidrogén levegővel keveredve robbanásveszélyes keveréket képez - az úgynevezett detonáló gázt. Ez a gáz akkor a legrobbanékonyabb, ha a hidrogén és az oxigén térfogataránya 2:1, vagy a hidrogén és a levegő körülbelül 2:5, mivel a levegő körülbelül 21% oxigént tartalmaz. A hidrogén szintén tűzveszélyes. A folyékony hidrogén súlyos fagyási sérüléseket okozhat, ha a bőrrel érintkezik.

A hidrogén és az oxigén robbanásveszélyes koncentrációja 4-96 térfogatszázalék között van. Levegővel keverve 4-75 (74) térfogatszázalék.

Gazdaság

A hidrogén ára a nagy nagykereskedelmi készletekhez 2-5 dollár/kg között mozog.

Alkalmazás

Az atomos hidrogént atomhidrogénes hegesztéshez használják.

Vegyipar

• Ammónia, metanol, szappan és műanyag gyártásban
• Margarin előállítása során folyékony növényi olajokból
• Regisztrálva mint élelmiszer-adalékok E949(csomagoló gáz)

Élelmiszeripar

Légi közlekedési ágazat

A hidrogén nagyon könnyű, és mindig felemelkedik a levegőben. Egyszer régen léghajók és Léggömbök tele van hidrogénnel. De a 30-as években. XX század Több katasztrófa is történt, amelyek során léghajók robbantak és égtek. Napjainkban a léghajókat héliummal töltik meg, annak ellenére, hogy lényegesen magasabb költsége van.

Üzemanyag

A hidrogént rakéta-üzemanyagként használják.

Kutatások folynak a hidrogén személygépkocsik üzemanyagaként való felhasználásáról és teherautók. Hidrogén motorok ne szennyezze környezetés csak vízgőzt bocsátanak ki.

A hidrogén-oxigén üzemanyagcellák hidrogént használnak arra, hogy a kémiai reakció energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítsák.

"folyékony hidrogén"("LH") a hidrogén folyékony halmazállapota, alacsony, 0,07 g/cm³ fajlagos sűrűséggel, kriogén tulajdonságokkal, 14,01 K (-259,14 °C) fagyásponttal és 20,28 K (-252,87 °C) forrásponttal. ). Színtelen, szagtalan folyadék, amely levegővel keverve robbanásveszélyesnek minősül, 4-75%-os gyúlékonysági tartományban. Az izomerek spinaránya folyékony hidrogénben: 99,79% - parahidrogén; 0,21% - ortohidrogén. A hidrogén tágulási együtthatója, ha aggregált állapotát gáz halmazállapotúvá változtatja, 848:1 20 °C-on.

Mint minden más gáz esetében, a hidrogén cseppfolyósítása térfogatának csökkenéséhez vezet. A cseppfolyósítás után a folyékony folyadékot hőszigetelt tartályokban, nyomás alatt tárolják. Folyékony hidrogén Folyékony hidrogén, LH2, LH 2) aktívan használják az iparban, mint egyfajta gáztárolást, és az űriparban rakéta-üzemanyagként.

Sztori

A mesterséges hűtés első dokumentált alkalmazását William Cullen angol tudós hajtotta végre 1756-ban, Gaspard Monge volt az első, aki 1784-ben szerezte meg a kén-oxid folyékony halmazállapotát, Michael Faraday szerzett először cseppfolyósított ammóniát, Oliver Evans amerikai feltaláló. volt az első, aki fejlődött hűtőkompresszor 1805-ben Jacob Perkins volt az első, aki 1834-ben szabadalmaztatott egy hűtőgépet, és John Gorey volt az első, aki 1851-ben szabadalmaztatott egy légkondicionálót az Egyesült Államokban. Werner Siemens 1857-ben javasolta a regeneratív hűtés koncepcióját, Karl Linde pedig 1876-ban szabadalmaztatta a folyékony levegő előállítására szolgáló berendezést kaszkád "Joule-Thomson expanziós effektus" és regeneratív hűtés alkalmazásával. Zygmunt Wroblewski lengyel fizikus és kémikus 1885-ben publikálta kritikus hőmérséklet hidrogén 33 K, kritikus nyomás 13,3 atm. és forráspontja 23 K. A hidrogént először James Dewar cseppfolyósította 1898-ban regeneratív hűtéssel és találmányával, a Dewar-lombikkal. A folyékony hidrogén stabil izomerjének, a parahidrogénnek az első szintézisét Paul Harteck és Carl Bonhoeffer végezte 1929-ben.

A hidrogén spin-izomerjei

A hidrogén szobahőmérsékleten elsősorban egy spin-izomerből, az ortohidrogénből áll. Az előállítás után a folyékony hidrogén metastabil állapotban van, és parahidrogén formává kell alakítani, hogy elkerüljük a robbanásveszélyes exoterm reakciót, amely alacsony hőmérsékleten változik. A parahidrogén-fázissá való átalakítás általában katalizátorok, például vas-oxid, króm-oxid, Aktív szén platinabevonatú azbeszt, ritkaföldfémek vagy urán- vagy nikkeladalékok használatával.

Használat

A folyékony hidrogén üzemanyag-tárolóként használható belső égésű motorokhoz és üzemanyagcellákhoz. Különféle tengeralattjárókat ("212A" és "214" projektek, Németország) és hidrogénszállítási koncepciókat hoztak létre a hidrogén ezen aggregált formájának felhasználásával (lásd például "DeepC" vagy "BMW H2R"). A tervek közelsége miatt az LHV berendezések megalkotói csak cseppfolyósított földgázt (LNG) használó rendszereket használhatnak, illetve módosíthatnak. Az alacsonyabb térfogati energiasűrűség miatt azonban az égéshez nagyobb térfogatú hidrogénre van szükség, mint a földgázé. Ha folyékony hidrogént használnak a "CNG" helyett a dugattyús motorokban, akkor egy nagyobb üzemanyagrendszer. Közvetlen befecskendezéssel a szívócsatornában bekövetkező megnövekedett veszteségek csökkentik a hengerek feltöltését.

A folyékony hidrogént neutronok hűtésére is használják a neutronszórási kísérletekben. A neutron és a hidrogén atommag tömege gyakorlatilag egyenlő, így az energiacsere at rugalmas ütközés leghatékonyabb.

Előnyök

A hidrogén használatának előnye a használat „nulla kibocsátása”. A levegővel való kölcsönhatás terméke a víz.

Akadályok

Egy liter „ZhV” mindössze 0,07 kg. Vagyis a fajsúlya 20 K-en 70,99 g/l. A folyékony hidrogén kriogén tárolási technológiát, például speciális hőszigetelt tartályokat igényel, és különleges kezelést igényel, ami minden kriogén anyagra jellemző. Ebből a szempontból közel áll a folyékony oxigénhez, de fokozott óvatosságot igényel a tűzveszély miatt. Még szigetelt edényekkel is nehéz a folyékony tartáshoz szükséges alacsony hőmérsékleten tartani (jellemzően napi 1%-os párologtatással). A hidrogénnel való munkavégzés során a szokásos biztonsági óvintézkedéseket is be kell tartani - elég hideg ahhoz, hogy cseppfolyósítsa a levegőt, ami robbanásveszélyes.

Rakéta üzemanyag

A folyékony hidrogén a rakéta-üzemanyagok gyakori összetevője, amelyet hordozórakéták és űrhajók meghajtására használnak. A legtöbb folyékony hidrogénes rakétamotorban először a fúvóka és a motor egyéb alkatrészeinek regeneratív hűtésére használják, mielőtt oxidálószerrel összekeverik és elégetik, hogy tolóerőt hozzon létre. A H 2 /O 2 komponenseket használó modern motorok hidrogénben túldúsított üzemanyag-keveréket fogyasztanak, ami bizonyos mennyiségű el nem égett hidrogént eredményez a kipufogógázban. Ez amellett, hogy a molekulatömeg csökkentésével növeli a motor fajlagos impulzusát, csökkenti a fúvóka és az égéstér erózióját is.

Az LH más területeken történő felhasználásának akadályai, mint például a kriogén természet és az alacsony sűrűség, szintén korlátozó tényezőt jelentenek a ebben az esetben. 2009-től csak egy hordozórakéta (Delta-4 hordozórakéta) létezik, amely teljes egészében hidrogénrakéta. Alapvetően a "ZhV"-t vagy a rakéták felső fokozatain használják, vagy olyan blokkokon, amelyek az indítási munka jelentős részét végzik. hasznos teher az űrbe való bejutás vákuumban történik. Az ilyen típusú üzemanyagok sűrűségének növelésére irányuló intézkedések egyikeként az iszapszerű hidrogén, azaz a „folyékony hidrogén” félig fagyott formájának alkalmazását javasolják.

MEGHATÁROZÁS

Hidrogén– a kémiai elemek periódusos rendszerének első eleme D.I. Mengyelejev. Szimbólum - N.

Atomtömeg – 1 amu. A hidrogénmolekula kétatomos – H2.

Elektronikus konfiguráció hidrogénatom – 1s 1. A hidrogén az s-elemek családjába tartozik. Vegyületeiben -1, 0, +1 oxidációs állapotot mutat. A természetes hidrogén két stabil izotópból áll - protium 1H (99,98%) és deutérium 2H (D) (0,015%) - és radioaktív trícium 3H (T) izotópból (nyomokban, felezési idő - 12,5 év).

A hidrogén kémiai tulajdonságai

Normál körülmények között a molekuláris hidrogén viszonylag alacsony reaktivitást mutat, ami a molekulában lévő kötések nagy erősségével magyarázható. Hevítéskor kölcsönhatásba lép szinte minden egyszerű anyaggal, amelyet a fő alcsoportok elemei képeznek (kivéve a nemesgázokat, B, Si, P, Al). A kémiai reakciókban redukálószerként (gyakrabban) és oxidálószerként (ritkábban) egyaránt működhet.

Hidrogén kiállítások a redukálószer tulajdonságai(H20-2e → 2H+) a következő reakciókban:

1. Egyszerű anyagokkal - nem fémekkel való kölcsönhatás reakciói. A hidrogén reagál halogénekkel, továbbá a kölcsönhatás reakciója fluorral normál körülmények között, sötétben, robbanással, klórral - megvilágítással (vagy UV besugárzással) láncmechanizmus szerint, brómmal és jóddal csak hevítve; oxigén(az oxigén és hidrogén 2:1 térfogatarányú keverékét „robbanásveszélyes gáznak” nevezzük), szürke, nitrogénÉs szén:

H2+Hal2=2HHal;

2H2+02=2H20+Q (t);

H2+S=H2S (t=150-300C);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500 C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

2. Összetett anyagokkal való kölcsönhatás reakciói. A hidrogén reagál alacsony aktivitású fémek oxidjaival, és csak azokat a fémeket képes redukálni, amelyek a cinktől jobbra lévő tevékenységsorba tartoznak:

CuO + H2 = Cu + H20 (t);

Fe 2O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2O (t);

WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2O (t).

A hidrogén reagál nem fém oxidokkal:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300 C, p = 250 – 300 atm, kat = ZnO, Cr 2 O 3).

A hidrogén hidrogénezési reakciókba lép be a cikloalkánok, alkének, arének, aldehidek és ketonok stb. osztályába tartozó szerves vegyületekkel. Mindezeket a reakciókat melegítéssel, nyomás alatt, platina vagy nikkel katalizátorként hajtják végre:

CH2=CH2+H2↔CH3-CH3;

C6H6 + 3H2↔ C6H12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3.

Hidrogén oxidálószerként(H 2 +2e → 2H -) alkáli- és alkáliföldfémekkel való reakciókban jelenik meg. Ebben az esetben hidridek képződnek - kristályos ionos vegyületek, amelyekben a hidrogén oxidációs állapota -1.

2Na +H2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

A hidrogén fizikai tulajdonságai

A hidrogén könnyű, színtelen, szagtalan gáz, sűrűsége környezeti körülmények között. – 0,09 g/l, a levegőnél 14,5-szer könnyebb, t forr = -252,8C, t pl = -259,2C. A hidrogén rosszul oldódik vízben és szerves oldószerekben, néhány fémben jól oldódik: nikkelben, palládiumban, platinában.

A modern kozmokémia szerint a hidrogén a leggyakoribb elem az Univerzumban. A hidrogén létezésének fő formája a világűr– egyes atomok. A hidrogén a 9. legelterjedtebb elem a Földön az összes elem közül. A Földön a hidrogén fő mennyisége kötött állapotban van - víz, olaj, földgáz összetételében, szén stb. A hidrogén ritkán található egyszerű anyag formájában - vulkáni gázok összetételében.

Hidrogén termelés

Vannak laboratóriumi és ipari módszerek a hidrogén előállítására. A laboratóriumi módszerek közé tartozik a fémek kölcsönhatása savakkal (1), valamint az alumínium kölcsönhatása lúgok vizes oldataival (2). A hidrogén előállítására szolgáló ipari eljárások közül a lúgok és sók vizes oldatainak elektrolízise (3) és a metánátalakítás (4) fontos szerepet játszik:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2Na + 3 H2 (2);

2NaCl + 2H 2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Amikor 23,8 g ónfém reagált feleslegben lévő sósavval, hidrogén szabadul fel 12,8 g mennyiségben. fém réz Határozza meg az ón oxidációs állapotát a kapott vegyületben!
Megoldás	Az ónatom elektronszerkezete (...5s 2 5p 2) alapján megállapíthatjuk, hogy az ónt két oxidációs állapot jellemzi - +2, +4. Ennek alapján egyenleteket készítünk a lehetséges reakciókra: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3). Határozzuk meg a rézanyag mennyiségét: v(Cu)=m(Cu)/M(Cu)=12,8/64=0,2 mol. A 3. egyenlet szerint a hidrogén anyag mennyisége: v(H2)=v(Cu)=0,2 mol. Az ón tömegének ismeretében megtaláljuk az anyag mennyiségét: v(Sn)=m(Sn)/M(Sn)=23,8/119=0,2 mol. Hasonlítsuk össze az ón és hidrogén anyagok mennyiségét az 1. és 2. egyenlet alapján, és a feladat feltételei szerint: v1 (Sn): v1 (H2) = 1:1 (1. egyenlet); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (2. egyenlet); v(Sn): v(H2) = 0,2:0,2 = 1:1 (probléma feltétel). Ezért az ón az 1. egyenlet szerint reagál sósavval, és az ón oxidációs állapota +2.
Válasz	Az ón oxidációs állapota +2.

2. PÉLDA

Gyakorlat	A 2,0 g cink/18,7 ml 14,6%-os sósav (oldat sűrűsége 1,07 g/ml) hatására felszabaduló gázt 4,0 g réz(II)-oxid feletti melegítéssel engedtük át. Mekkora a kapott szilárd keverék tömege?
Megoldás	Amikor a cink sósavval reagál, hidrogén szabadul fel: Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (1), amely hevítéskor a réz(II)-oxidot rézvé redukálja(2): CuO + H 2 = Cu + H 2 O. Nézzük meg az első reakcióban szereplő anyagok mennyiségét: m(HCl-oldat) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl)=20,0. 0,146 = 2,92 g; v(HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. A cinkből hiány van, így a felszabaduló hidrogén mennyisége: v(H2)=v(Zn)=0,031 mol. A második reakcióban a hidrogén hiányzik, mert: v(СuО) = 4,0/80 = 0,05 mol. A reakció eredményeként 0,031 mol CuO 0,031 mol Cu-vá alakul, és a tömegveszteség: m(СuО) – m(Сu) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 g. A CuO és Cu szilárd keverékének tömege a hidrogén áthaladása után: 4,0-0,5 = 3,5 g.
Válasz	A CuO és Cu szilárd keverékének tömege 3,5 g.

MEGHATÁROZÁS

Hidrogén- a periódusos rendszer első eleme. Megnevezés - H a latin „hydrogenium” szóból. Az első periódusban található, IA csoport. Nem fémekre utal. A nukleáris töltés 1.

A hidrogén az egyik leggyakoribb kémiai elem - részesedése mindhárom héj tömegének körülbelül 1% -a földkéreg(légkör, hidroszféra és litoszféra), amely atomszázalékra átszámítva 17,0 értéket ad.

Ennek az elemnek a fő mennyisége kötött állapotban van. Tehát a víz körülbelül 11 tömeg%-ot tartalmaz. %, agyag - körülbelül 1,5% stb. A szénnel alkotott vegyületek formájában a hidrogén az olaj, az éghető földgázok és minden szervezet része.

A hidrogén színtelen és szagtalan gáz (az atomszerkezet diagramja az 1. ábrán látható). Olvadáspontja és forráspontja nagyon alacsony (-259 o C, illetve -253 o C). A hidrogén hőmérsékleten (-240 o C) és nyomás alatt cseppfolyósodni képes, és a keletkező folyadék gyors elpárologtatásával szilárd halmazállapotúvá válik (átlátszó kristályok). Vízben kevéssé oldódik - 2:100 térfogatarányban. A hidrogént bizonyos fémekben, például vasban való oldhatóság jellemzi.

Rizs. 1. A hidrogénatom szerkezete.

A hidrogén atom- és molekulatömege

MEGHATÁROZÁS

Relatív atomtömeg elem egy adott elem atomjának tömegének a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyított aránya.

A relatív atomtömeg dimenzió nélküli, és A r jelölése ("r" index - a kezdeti angol szó relatív, ami „rokont” jelent). Az atomos hidrogén relatív atomtömege 1,008 amu.

A molekulák tömegét, valamint az atomok tömegét atomtömeg-egységekben fejezzük ki.

MEGHATÁROZÁS

Molekuláris tömeg Az anyagot egy molekula tömegének nevezzük, atomtömeg egységekben kifejezve. Relatív molekulatömeg Az anyagokat egy adott anyag molekulája tömegének a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyított arányának nevezzük, amelynek tömege 12 amu.

Ismeretes, hogy a hidrogénmolekula kétatomos - H 2 . A hidrogénmolekula relatív molekulatömege egyenlő lesz:

Mr (H2) = 1,008 × 2 = 2,016.

A hidrogén izotópjai

A hidrogénnek három izotópja van: protium 1 H, deutérium 2 H vagy D és trícium 3 H vagy T. Tömegszámuk 1, 2 és 3. A protium és a deutérium stabil, a trícium radioaktív (felezési ideje 12,5 év). A természetes vegyületekben a deutérium és a protium átlagosan 1:6800 arányban találhatók (az atomok száma alapján). A trícium elhanyagolható mennyiségben fordul elő a természetben.

Az 1 H hidrogénatom magja egy protont tartalmaz. A deutérium és trícium atommagok a proton mellett egy és két neutront is tartalmaznak.

Hidrogén ionok

A hidrogénatom vagy feladhatja egyetlen elektronját, hogy pozitív iont képezzen (ami csupasz proton), vagy egy elektront nyerhet, hogy negatív ionná váljon, amelynek héliumelektron konfigurációja van.

Az elektron teljes eltávolítása a hidrogénatomról nagyon nagy ionizációs energiát igényel:

H + 315 kcal = H + + e.

Ennek eredményeként, amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép a metalloidokkal, nem ionos, hanem csak poláris kötések keletkeznek.

A semleges atom hajlamát arra, hogy többlet elektront szerezzen, az elektronaffinitásának értéke jellemzi. A hidrogénben meglehetősen gyengén fejeződik ki (ez azonban nem jelenti azt, hogy ilyen hidrogénion nem létezhet):

H + e = H - + 19 kcal.

Hidrogén molekula és atom

A hidrogénmolekula két atomból áll - H2. Íme néhány tulajdonság, amely a hidrogénatomot és a molekulát jellemzi:

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Bizonyítsuk be, hogy léteznek hidridek általános képlet EN x 12,5% hidrogént tartalmaz.
Megoldás	Számítsuk ki a hidrogén és az ismeretlen elem tömegét úgy, hogy a minta tömege 100 g: m(H) = m (EN x) × w (H); m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 g. m(E) = m (EN x) - m(H); m(E) = 100-12,5 = 87,5 g. Határozzuk meg a hidrogén anyag és az ismeretlen elem mennyiségét úgy, hogy az utóbbi moláris tömegét „x”-vel jelöljük (a hidrogén moláris tömege 1 g/mol):