Sifat fizikal hidrogen. Hartanah dan penggunaan hidrogen

Hidrogen H adalah unsur kimia, salah satu yang paling biasa di alam semesta kita. Jisim hidrogen sebagai unsur dalam komposisi bahan adalah 75% daripada jumlah kandungan atom jenis yang berlainan. Dia memasuki sambungan yang paling penting dan penting di planet ini - air. Ciri khas hidrogen juga merupakan elemen pertama dalam sistem berkala unsur-unsur kimia DI Mendeleyev.

Penemuan dan penyelidikan

Penyebut pertama hidrogen dalam tulisan-tulisan Paracelsus bermula kembali ke abad keenam belas. Tetapi pemisahannya daripada campuran gas udara dan kajian sifat mudah terbakar telah dibuat pada abad ketujuh belas oleh ahli sains Lemery. Ahli kimia ahli kimia, ahli fizik dan semulajadi Henry Cavendish mempelajari dengan teliti hidrogen itu, yang terbukti dengan pengalaman bahawa jisim hidrogen adalah terkecil berbanding dengan gas lain. Di peringkat seterusnya perkembangan sains, ramai saintis bekerja dengannya, khususnya Lavoisier, yang memanggilnya "melahirkan air."

Pencirian oleh kedudukan dalam PSHE

Unsur yang membuka jadual berkala DI Mendeleyev adalah hidrogen. Ciri-ciri fizikal dan kimia atom menunjukkan beberapa jenis keduanya, kerana hidrogen secara serentak merujuk kepada kumpulan pertama, subkumpulan utama, jika ia bertindak seperti logam dan memberikan elektron tunggal dalam tindak balas kimia, dan ke ketujuh - dalam hal pengisian penuh valensi penuh, Zarah negatif, yang menyifatkannya sebagai serupa dengan halogen.

Ciri-ciri struktur elektronik unsur tersebut

Sifat - sifat atom hidrogen, bahan-bahan kompleks di mana ia memasuki, dan bahan H2 yang paling mudah ditentukan terutamanya oleh konfigurasi elektronik hidrogen. Zarah mempunyai satu elektron dengan Z = (-1), yang berputar di orbitnya di sekeliling nukleus yang mengandungi satu proton dengan jisim unit dan cas positif (+1). Konfigurasi elektroniknya ditulis sebagai 1s ¹ , yang bermaksud mempunyai satu zarah negatif pada s-orbital pertama dan hanya untuk hidrogen.

Dengan detasmen atau recoil elektron, dan atom unsur ini mempunyai sifat seperti itu yang menjadikannya berkaitan dengan logam, satu kation diperolehi. Malah, ion hidrogen adalah zarah asas yang positif. Oleh itu, elektron yang dilucutkan hidrogen hanya dipanggil proton.

Hartanah fizikal

Jika untuk menggambarkan sifat fizikal hidrogen secara ringkas, ini adalah gas tidak larut, sedikit larut dengan jisim atom relatif sama dengan 2, 14.5 kali lebih ringan daripada udara, dengan suhu cecair -252.8 darjah Celcius.

Ia mudah dilihat dari pengalaman bahawa H ₂ adalah yang paling ringan. Untuk melakukan ini, sudah cukup untuk mengisi tiga bidang dengan pelbagai bahan - hidrogen, karbon dioksida, udara biasa - dan secara serentak melepaskan mereka dari tangan. Yang terpantas adalah semua yang dipenuhi dengan CO ₂ , selepas campuran udara yang melambung akan jatuh, dan yang mengandung H2 akan naik sama sekali ke langit-langit.

Jisim kecil dan saiz zarah hidrogen membenarkan keupayaannya menembusi pelbagai bahan. Mengenai contoh bola yang sama, mudah untuk dipastikan, selepas beberapa hari, dia sendiri akan ditiup, kerana gas akan melewati getah. Juga, hidrogen boleh terkumpul dalam struktur logam tertentu (palladium atau platinum), dan dengan peningkatan suhu menguap dari itu.

Harta kelarutan rendah hidrogen digunakan dalam amalan makmal untuk pengasingannya dengan kaedah peresapan air. Ciri-ciri fizikal hidrogen (jadual di bawah menunjukkan parameter utama) menentukan skop permohonan dan kaedah pengeluarannya.

Komposisi isotop

Seperti banyak wakil lain sistem berkala unsur-unsur kimia, hidrogen mempunyai beberapa isotop semulajadi, iaitu atom dengan bilangan proton yang sama dalam nukleus, tetapi bilangan neutron-zarah yang berbeza dengan sifar caj dan jisim unit. Contoh-contoh atom yang memiliki harta yang serupa adalah oksigen, karbon, klorin, bromin dan lain-lain, termasuk radioaktif.

Sifat-sifat fizikal hidrogen ¹ H, yang paling biasa dari wakil-wakil kumpulan ini, jauh berbeza dari yang rakan-rakannya. Khususnya, ciri-ciri bahan di mana ia dimasukkan berbeza. Oleh itu, terdapat air yang biasa dan deuterated yang mengandungi komposisinya daripada atom hidrogen dengan satu proton deuterium 2H - isotopnya dengan dua zarah asas: positif dan tidak. Isotop ini dua kali lebih berat daripada hidrogen biasa, yang menerangkan perbezaan kardinal dalam sifat-sifat sebatian yang mereka buat. Secara semula jadi, deuterium berlaku 3200 kali kurang kerap daripada hidrogen. Wakil ketiga adalah tritium 3H, dalam nukleusnya mempunyai dua neutron dan satu proton.

Kaedah mendapatkan dan mengekstrak

Kaedah makmal dan industri untuk mendapatkan hidrogen sangat berbeza. Oleh itu, dalam kuantiti yang kecil, gas dihasilkan terutamanya oleh tindak balas yang melibatkan mineral, dan pengeluaran berskala besar menggunakan sintesis organik hingga ke tahap yang lebih tinggi.

Interaksi kimia berikut digunakan di makmal:

1. Reaksi logam alkali dan alkali tanah dengan air untuk membentuk alkali dan gas yang dikehendaki.
2. Elektrolisis penyelesaian larutan elektrolit, di anod dilepaskan H2 ↑, dan di katoda - oksigen.
3. Penguraian hidrida logam alkali dengan air, produk adalah alkali dan, masing-masing, gas H ₂ ↑.
4. Interaksi asid cair dengan logam untuk membentuk garam dan H ₂ ↑.
5. Tindakan alkali pada silikon, aluminium dan zink juga menyumbang kepada pembebasan hidrogen secara selari dengan pembentukan garam kompleks.

Dalam kepentingan industri, gas dihasilkan oleh kaedah seperti:

1. Penguraian terma metana dengan kehadiran pemangkin bahan penyusun mudah (350 darjah mencapai nilai seperti indeks sebagai suhu) - hidrogen H ₂ ↑ dan karbon C.
2. Lulus air uap melalui kok pada 1000 darjah Celsius dengan pembentukan karbon dioksida CO2 dan H2 ↑ (kaedah paling biasa).
3. Penukaran metana gas pada pemangkin nikel pada suhu mencapai 800 darjah.
4. Hidrogen adalah produk sampingan dalam elektrolisis larutan akueus kalium atau natrium klorida.

Interaksi kimia: peruntukan am

Sifat fizikal hidrogen sebahagian besarnya menerangkan kelakuannya dalam proses tindak balas dengan sebatian tertentu. Valensi hidrogen adalah 1, kerana ia terletak di kumpulan pertama dalam jadual Mendeleyev, dan tahap pengoksidaan adalah berbeza. Dalam semua sebatian, kecuali hidrida, hidrogen dalam soy = (1+), dalam molekul jenis XH, XH ₂ , XH ₃ - (1-).

Molekul gas hidrogen, dibentuk dengan membuat pasangan elektron umum, terdiri daripada dua atom dan cukup stabil dengan lancar, oleh sebab itu, dalam keadaan normal, ia agak lincah dan dalam tindak balas memasuki apabila keadaan normal berubah. Bergantung kepada tahap pengoksidaan hidrogen dalam komposisi bahan-bahan lain, ia boleh bertindak sebagai agen pengoksidaan dan ejen pengurangan.

Bahan-bahan yang ia bertindak balas dan membentuk hidrogen

Interaksi unsur dengan pembentukan bahan kompleks (selalunya pada suhu tinggi):

1. Logam alkali dan alkali bumi + hidrogen = hidrida.
2. Halogen + H ₂ = hidrogen halida.
3. Sulfur + hidrogen = hidrogen sulfida.
4. Oksigen + H2 = air.
5. Karbon + hidrogen = metana.
6. Nitrogen + H ₂ = ammonia.

Interaksi dengan bahan kompleks:

1. Pengeluaran gas sintesis dari karbon monoksida dan hidrogen.
2. Pemulihan logam daripada oksida mereka dengan H ₂ .
3. Ketepuan hidrogen daripada hidrokarbon alifatik tak tepu.

Ikatan hidrogen

Sifat-sifat fizikal hidrogen adalah sedemikian rupa sehingga membolehkannya, ketika bersamaan dengan unsur elektronegatif, membentuk suatu bentuk ikatan khusus dengan atom yang sama dari molekul jiran yang mempunyai pasangan elektron yang tidak terbahagi (misalnya, oksigen, nitrogen dan fluorin). Contoh paling jelas yang mana lebih baik untuk mempertimbangkan fenomena tersebut adalah air. Ia boleh dikatakan dijahit dengan ikatan hidrogen, yang lebih lemah daripada ikatan kovalen atau ionik, tetapi disebabkan oleh fakta bahawa terdapat banyak daripada mereka, ia mempunyai kesan yang signifikan terhadap sifat-sifat bahan. Malah, ikatan hidrogen adalah interaksi elektrostatik yang mengikat molekul air untuk dimer dan polimer, membenarkan titik mendidih yang tinggi.

Hidrogen dalam komposisi sebatian mineral

Komposisi semua asid anorganik termasuk proton-kation atom seperti hidrogen. Bahan yang mempunyai asid residu mempunyai tahap pengoksidaan yang lebih besar daripada (-1) dipanggil sebatian polybasic. Ia mengandungi beberapa atom hidrogen, yang menjadikan pemisahan dalam pelbagai larutan akueus. Setiap proton berikutnya akan terhapus dari asid lain dan lebih sukar. Kandungan kuantitatif hidrogen dalam medium menentukan keasidannya.

Hidrogen juga mengandungi kumpulan hidroksil asas. Di dalamnya, hidrogen disambungkan kepada atom oksigen, sebagai akibatnya, tahap pengoksidaan sisa alkali ini sentiasa sama dengan (-1). Menurut kandungan hidroksil dalam medium, asasnya ditentukan.

Permohonan dalam aktiviti manusia

Silinder dengan bahan, serta bekas dengan gas cecair lain, misalnya oksigen, mempunyai penampilan khusus. Mereka dicat dengan warna hijau gelap dengan tulisan merah "Hydrogen". Gas dipam ke dalam belon dengan tekanan kira-kira 150 atmosfera. Sifat-sifat fizikal hidrogen, khususnya kemudahan agregat gas, digunakan untuk mengisinya dalam campuran dengan helium belon, belon, dan sebagainya.

Hidrogen, sifat fizikal dan kimia yang orang telah belajar untuk digunakan bertahun-tahun yang lalu, kini digunakan dalam banyak industri. Sebahagian besarnya menghasilkan pengeluaran ammonia. Hidrogen juga terlibat dalam pengeluaran logam (hafnium, germanium, galium, silikon, molibdenum, tungsten, zirkonium dan lain-lain) daripada oksida, bertindak balas sebagai ejen pengurangan, asid hydrocyanic, asid hidroklorik, metil alkohol, dan bahan cecair tiruan. Industri makanan menggunakannya untuk menjadikan minyak sayur-sayuran menjadi lemak padat.

Sifat kimia dan penggunaan hidrogen dalam pelbagai proses hidrogenasi dan hidrogenasi lemak, arang, hidrokarbon, minyak dan minyak bahan api telah ditentukan. Dengan bantuannya, batu permata, lampu pijar dihasilkan, memalsukan dan mengimpal produk logam dijalankan di bawah pengaruh api oksigen-hidrogen.