Hidrogen H Kainatımızda ən çox yayılmış kimyəvi elementlərdən biridir. Maddələrin tərkibində bir element kimi hidrogenin kütləsi başqa bir növ atomların ümumi tərkibinin 75% -ni təşkil edir. O, planetdəki ən vacib və həyati əlaqəyə - suya daxildir. Hidrogenin fərqli xüsusiyyəti həm də onun D. I. Mendeleyevin kimyəvi elementlərinin dövri sistemində ilk element olmasıdır.
Kəşf və kəşf
Paraselsin yazılarında hidrogenə ilk istinadlar XVI əsrə aiddir. Lakin onun havanın qaz qarışığından təcrid edilməsi və yanar xüsusiyyətlərinin öyrənilməsi artıq XVII əsrdə alim Lemeri tərəfindən aparılmışdır. Hidrogeni ingilis kimyaçısı, fiziki və təbiətşünası Henry Cavendish hərtərəfli tədqiq edərək, hidrogenin kütləsinin digər qazlarla müqayisədə ən kiçik olduğunu eksperimental olaraq sübut etdi. Elmin inkişafının sonrakı mərhələlərində bir çox elm adamları, xüsusən də onu "su doğuran" adlandıran Lavuazye ilə birlikdə çalışdılar.
PSHE-dəki mövqeyə görə xarakterikdir
Açılan elementD. I. Mendeleyevin dövri cədvəli hidrogendir. Atomun fiziki və kimyəvi xassələri müəyyən ikilik göstərir, çünki hidrogen eyni vaxtda metal kimi davranırsa və kimyəvi reaksiya prosesində tək bir elektron verirsə, birinci qrupa, əsas alt qrupa aid edilir. yeddinci - valentlik qabığının tam doldurulması halında, yəni onu halogenlərə bənzər kimi xarakterizə edən mənfi hissəciyi qəbul edərkən.
Elementin elektron strukturunun xüsusiyyətləri
Hidrogen atomunun xassələri, onun tərkib hissəsi olduğu mürəkkəb maddələr və ən sadə maddə H2 ilk növbədə hidrogenin elektron konfiqurasiyası ilə müəyyən edilir. Hissəciyin nüvənin ətrafında öz orbitində fırlanan, vahid kütləsi və müsbət yükü (+1) olan bir protonu ehtiva edən Z=(-1) olan bir elektron var. Onun elektron konfiqurasiyası 1s1 kimi yazılmışdır, bu da hidrogen üçün ilk və yeganə s-orbitalda bir mənfi hissəciyin olması deməkdir.
Bir elektron ayrıldıqda və ya verildikdə və bu elementin atomu metallarla əlaqəli bir xüsusiyyətə sahib olduqda, kation alınır. Əslində, hidrogen ionu müsbət elementar hissəcikdir. Buna görə də elektronu olmayan hidrogen sadəcə proton adlanır.
Fiziki xüsusiyyətlər
Hidrogenin fiziki xassələrini qısaca təsvir etsək, o, nisbi atom kütləsi 2-ə bərabər, havadan 14,5 dəfə yüngül, temperaturu olan rəngsiz, az həll olan qazdır.-252,8 dərəcə Selsi mayeləşməsi.
Təcrübədən asanlıqla görə bilərsiniz ki, H2 ən asandır. Bunu etmək üçün üç topu müxtəlif maddələrlə - hidrogen, karbon qazı, adi hava ilə doldurmaq və eyni zamanda onları əlinizdən azad etmək kifayətdir. CO2 ilə doldurulmuş yerə hamıdan daha tez çatacaq, ondan sonra şişirilmiş hava qarışığı aşağı enəcək və tərkibində H2 tavana qalxacaq.
Hidrogen hissəciklərinin kiçik kütləsi və ölçüsü onun müxtəlif maddələrdən keçmə qabiliyyətini əsaslandırır. Eyni topun timsalında bunu yoxlamaq asandır, bir neçə gün ərzində o, özünü söndürəcək, çünki qaz sadəcə rezindən keçəcək. Həmçinin, hidrogen bəzi metalların (palladium və ya platin) strukturunda toplana bilər və temperatur yüksəldikdə ondan buxarlana bilər.
Hidrogenin aşağı həll olma xüsusiyyəti laboratoriya praktikasında suyun yerdəyişməsi üsulu ilə izolyasiyası üçün istifadə olunur. Hidrogenin fiziki xassələri (aşağıdakı cədvəldə əsas parametrlər var) onun tətbiqi sahəsini və istehsal üsullarını müəyyən edir.
| Sadə maddənin atom və ya molekulunun parametri | Məna |
| Atom kütləsi (molyar kütlə) | 1,008 q/mol |
| Elektron konfiqurasiya | 1s1 |
| Kristal qəfəs | Altıbucaqlı |
| İstilik keçiriciliyi | (300 K) 0,1815 Vt/(m K) |
| N-də sıxlıq. y. | 0, 08987 q/l |
| Qaynama nöqtəsi | -252, 76 °C |
| Xüsusi kalorifik dəyər | 120, 9 106 J/kq |
| Ərimə nöqtəsi | -259, 2 °C |
| Suda həllolma | 18, 8ml/L |
İzotop tərkibi
Kimyəvi elementlərin dövri sisteminin bir çox digər nümayəndələri kimi, hidrogen də bir neçə təbii izotopa, yəni nüvədə eyni sayda protona, lakin fərqli sayda neytronlara - sıfır yük və vahidə malik hissəciklərə malikdir. kütlə. Bu xüsusiyyətə malik atomlara misal olaraq oksigen, karbon, xlor, brom və digərləri, o cümlədən radioaktiv atomları göstərmək olar.
Hidrogenin fiziki xassələri 1H, bu qrupun nümayəndələrinin ən çox yayılmışı həmkarlarının eyni xüsusiyyətlərindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Xüsusilə, onların daxil olduğu maddələrin xüsusiyyətləri fərqlidir. Belə ki, tərkibində tək protonlu hidrogen atomu əvəzinə, deuterium 2H olan adi və deuterasiya edilmiş su var - onun iki elementar hissəcikli izotopu: müsbət və yüksüz. Bu izotop adi hidrogendən iki dəfə ağırdır ki, bu da onların təşkil etdiyi birləşmələrin xassələrindəki əsas fərqi izah edir. Təbiətdə deyterium hidrogendən 3200 dəfə azdır. Üçüncü nümayəndə tritium 3Н, nüvədə iki neytron və bir proton var.
Alma və seçmək üsulları
Hidrogenin alınması üçün laboratoriya və sənaye üsulları çox fərqlidir. Bəli, az miqdardaqaz ilk növbədə minerallarla əlaqəli reaksiyalar vasitəsilə hasil edilir, genişmiqyaslı istehsal isə daha çox üzvi sintezdən istifadə edir.
Laboratoriyada aşağıdakı kimyəvi qarşılıqlı təsirlərdən istifadə olunur:
- Qələvi və qələvi torpaq metallarının su ilə qələvi və arzu olunan qazın əmələ gəlməsi reaksiyası.
- Sulu elektrolit məhlulunun elektrolizi, H2↑ anodda, oksigen isə katodda buraxılır.
- Qələvi metal hidridlərinin su ilə parçalanması, məhsullar qələvidir və müvafiq olaraq H qazı2↑.
- Duzlar və H2↑ əmələ gətirmək üçün durulaşdırılmış turşuların metallarla reaksiyası.
- Qələvilərin silisium, alüminium və sink üzərində təsiri də kompleks duzların əmələ gəlməsi ilə paralel olaraq hidrogenin sərbəst buraxılmasına kömək edir.
Sənaye maraqlarında qaz aşağıdakı kimi üsullarla əldə edilir:
- Metanın katalizatorun iştirakı ilə onu təşkil edən sadə maddələrə termik parçalanması (350 dərəcə temperatur kimi göstəricinin dəyərinə çatır) - hidrogen H2↑ və karbon C.
- Karbon dioksid CO2 və H2↑ yaratmaq üçün 1000 dərəcə Selsidə buxarlı suyun koksdan keçirilməsi (ən çox yayılmış üsul)
- 800 dərəcəyə çatan temperaturda nikel katalizatorunda qaz halındakı metanın çevrilməsi.
- Hidrogen kalium və ya natrium xloridlərin sulu məhlullarının elektrolizinin əlavə məhsuludur.
Kimyəviqarşılıqlı əlaqə: ümumiliklər
Hidrogenin fiziki xassələri onun bu və ya digər birləşmə ilə reaksiya proseslərində davranışını əsasən izah edir. Hidrogenin valentliyi 1-dir, çünki dövri cədvəldə birinci qrupda yerləşir və oksidləşmə dərəcəsi fərqlidir. Hidridlərdən başqa bütün birləşmələrdə hidrogen s.o.=(1+), HN, ХН2, ХН3 kimi molekullarda - (1) -).
Ümumiləşdirilmiş elektron cütü yaratmaqla əmələ gələn hidrogen qazı molekulu iki atomdan ibarətdir və enerji baxımından kifayət qədər sabitdir, ona görə də normal şəraitdə bir qədər inertdir və normal şərait dəyişdikdə reaksiyalara girir. Digər maddələrin tərkibindəki hidrogenin oksidləşmə dərəcəsindən asılı olaraq həm oksidləşdirici, həm də reduksiyaedici kimi çıxış edə bilər.
Onun reaksiya verdiyi və hidrogen əmələ gətirdiyi maddələr
Mürəkkəb maddələr əmələ gətirən elementar qarşılıqlı təsirlər (çox vaxt yüksək temperaturda):
- Qələvi və qələvi torpaq metal + hidrogen=hidrid.
- Halogen + H2=hidrogen halidi.
- Kükürd + hidrogen=hidrogen sulfid.
- Oksigen + H2=su.
- Karbon + hidrogen=metan.
- Azot + H2=ammonyak.
Mürəkkəb maddələrlə qarşılıqlı təsir:
- Dəm qazı və hidrogendən sintez qazı hasil edir.
- H2 istifadə edərək metalların oksidlərindən bərpası.
- Doymamış alifatikin hidrogenlə doymasıkarbohidrogenlər.
Hidrogen bağı
Hidrogenin fiziki xassələri elədir ki, onlar elektronmənfi elementlə birləşərək, ortaq elektron cütləri olan qonşu molekullardan (məsələn, oksigen, azot və flüor). Belə bir fenomeni nəzərdən keçirməyin daha yaxşı olduğu ən aydın nümunə sudur. Kovalent və ya ionlardan daha zəif olan hidrogen bağları ilə tikildiyini söyləmək olar, lakin onların çoxluğuna görə, maddənin xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Əsasən, hidrogen bağı su molekullarını dimerlərə və polimerlərə bağlayan və yüksək qaynama nöqtəsinə səbəb olan elektrostatik qarşılıqlı təsirdir.
Mineral birləşmələrdə hidrogen
Bütün qeyri-üzvi turşuların tərkibinə bir proton - hidrogen kimi bir atomun katyonu daxildir. Turşu qalığının oksidləşmə dərəcəsi (-1)-dən çox olan maddəyə çoxəsaslı birləşmə deyilir. Tərkibində bir neçə hidrogen atomu var ki, bu da sulu məhlullarda dissosiasiyanı çoxmərhələli edir. Hər bir sonrakı proton turşunun qalan hissəsindən getdikcə daha çətin ayrılır. Mühitdəki hidrogenlərin kəmiyyət tərkibinə görə onun turşuluğu müəyyən edilir.
Hidrogen həmçinin əsasların hidroksil qruplarını ehtiva edir. Onlarda hidrogen bir oksigen atomuna bağlıdır, nəticədə bu qələvi qalığının oksidləşmə vəziyyəti həmişə (-1) bərabərdir. Mühitdəki hidroksillərin tərkibi onun əsaslığını müəyyən edir.
İnsan fəaliyyətlərində tətbiq
Maddə olan silindrlər, eləcə də oksigen kimi digər mayeləşdirilmiş qazları olan qablar xüsusi görünüşə malikdir. Onlar parlaq qırmızı "Hidrogen" hərfi ilə tünd yaşıl rəngə boyanmışdır. Qaz təxminən 150 atmosfer təzyiq altında bir silindrə vurulur. Hidrogenin fiziki xassələri, xüsusən də qaz halında birləşmənin yüngülliyi onu helium şarları, şarlar və s. ilə qarışıqda doldurmaq üçün istifadə olunur.
İnsanların uzun illər əvvəl istifadə etməyi öyrəndiyi fiziki və kimyəvi xassələri olan hidrogen hal-hazırda bir çox sənaye sahələrində istifadə olunur. Onun böyük hissəsi ammonyak istehsalına gedir. Hidrogen oksidlərdən metalların (hafnium, germanium, qallium, silisium, molibden, volfram, sirkonium və s.) istehsalında da iştirak edir, reaksiyada reduksiyaedici, hidrosiyan və xlorid turşuları, metil spirti və süni maye kimi çıxış edir. yanacaq. Qida sənayesi ondan bitki yağlarını bərk yağlara çevirmək üçün istifadə edir.
Yağların, kömürlərin, karbohidrogenlərin, yağların və mazutların hidrogenləşməsi və hidrogenləşməsinin müxtəlif proseslərində hidrogenin kimyəvi xassələrini və istifadəsini müəyyən etmişdir. Onun köməyi ilə qiymətli daşlar, közərmə lampaları hazırlanır, metal məmulatlar oksigen-hidrogen alovunun təsiri ilə döyülür və qaynaqlanır.
