Quali prodotti contengono idrogeno? Idrogeno in natura (0,9% nella crosta terrestre). Scopri cos'è l'idrogeno in altri dizionari

Cronologia della scoperta:

Sin dal XV secolo, molti ricercatori hanno notato il rilascio di gas infiammabile quando gli acidi interagiscono con i metalli. La prima descrizione dettagliata dell'idrogeno, sotto i nomi di "aria combustibile" e "aria deflogisticata", fu data dal chimico inglese Henry Cavendish nel 1766. Nel 1783, Antoine Lavoisier dimostrò che l'idrogeno fa parte dell'acqua e lo incluse nella sua tabella degli elementi chimici chiamata idrogeno (che dà origine all'acqua). Il nome russo "idrogeno" fu proposto dal chimico M.F. Soloviev nel 1824 - per analogia con "ossigeno" M.V. Lomonosov.

Trovare in natura e ottenere:

L’idrogeno rappresenta circa il 92% di tutti gli atomi nell’Universo. È il componente principale della materia delle stelle e del gas interstellare; sotto forma di composti forma l'atmosfera di molti pianeti; Sulla Terra, la quota di atomi di idrogeno è del 17% fa parte della sostanza più comune: l'acqua, e fa parte dei composti che formano gli organismi viventi, dove la quota dei suoi atomi è di circa il 50%; Allo stesso tempo, la frazione di massa dell’idrogeno sulla Terra (crosta terrestre + idrosfera) è di circa l’1,5%
Il metodo principale per produrre idrogeno in laboratorio è l'interazione dei metalli (Zn, Fe) con acidi diluiti, nonché l'elettrolisi delle soluzioni alcaline. Nell'industria, l'idrogeno viene prodotto mediante elettrolisi di soluzioni saline (NaCl), mediante conversione o ossidazione catalitica del metano, mediante cracking o reforming di idrocarburi (raffinazione del petrolio).
Conversione del metano: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2

Proprietà fisiche:

L'idrogeno si presenta sotto forma di tre isotopi, che hanno nomi e simboli individuali: 1 H - protio (H), 2 H - deuterio (D), 3 H - trizio (T). L'idrogeno naturale contiene il 99,99% di protio e lo 0,01% di deuterio. Il trizio si trova naturalmente in quantità molto piccole ed è radioattivo con un tempo di dimezzamento di 12,32 anni.
Sostanza semplice H2, il gas più leggero, incolore, inodore e insapore, punto di fusione -259,1, punto di ebollizione -252,8°C, poco solubile in acqua - 18,8 ml/l. L'idrogeno è altamente solubile in molti metalli (850 volumi per 1 volume di Pd) e può facilmente diffondersi attraverso le membrane metalliche.
Idrogeno pesante D 2 ha una densità doppia e punti di fusione e di ebollizione leggermente più alti (-254,5°C e -249,5°C)

Proprietà chimiche:

A temperature normali, l'idrogeno reagisce solo con metalli molto attivi (ad esempio calcio) e non metalli: fluoro (senza luce, con un'esplosione), cloro (alla luce, con un'esplosione). Reagisce con la maggior parte dei non metalli quando riscaldato (con l'ossigeno, la reazione avviene istantaneamente quando viene acceso). Una miscela 1:2 di ossigeno e idrogeno è chiamata “gas esplosivo”. Ha proprietà riducenti pronunciate, riducendo gli ossidi metallici: ferro, rame, piombo, tungsteno, ecc. In presenza di catalizzatori (Pt, Ni), si aggiunge a legami multipli di composti organici (reazione di idrogenazione).

I collegamenti più importanti:

Ossido di idrogeno, H2O- L'acqua è un liquido incolore, incolore, inodore, insapore. Le proprietà fisiche anomale dell'acqua (Tm = 0°C, Tbp = 100°C) sono dovute alla formazione di legami idrogeno intermolecolari. È un anfolita, che si dissocia per formare ioni idronio e idrossido, tuttavia, il grado di dissociazione è 1,8 * 10 -16, quindi l'acqua pura quasi non conduce corrente elettrica.
L'acqua è una sostanza altamente reattiva. Reazioni principali:
- reazioni di composti con ossidi di metalli e non metalli attivi, con formazione dei corrispondenti idrossidi di natura basica o acida;
- reazioni di idrolisi (reversibili e irreversibili) di molte sostanze inorganiche e organiche;
- reazioni di idratazione - aggiunta di acqua attraverso legami multipli di composti organici.

Perossido di idrogeno - H 2 O 2- un liquido incolore, sciropposo, incolore, inodore, con sapore metallico sgradevole. Alla massima concentrazione - liquido (con una densità di circa 1,5 g/cm3), punto di fusione -0,43°C, punto di ebollizione 150°C. Si scioglie in acqua, alcool etilico, etere etilico in qualsiasi rapporto.
Nelle soluzioni concentrate, il perossido di idrogeno è instabile ed esplode in acqua e ossigeno. Provoca gravi ustioni.
Solitamente utilizzato sotto forma di soluzioni diluite (3%-30%). Ossidante? a cosa serve come candeggina, disinfettante, ecc. In natura si trova negli strati più bassi dell'atmosfera, nelle precipitazioni.

Idruri ionici - MH x- composti di idrogeno con metalli alcalini e alcalino terrosi, dove l'idrogeno ha uno stato di ossidazione pari a -1. Solidi simili al sale. Restauratori. Si decompongono con acqua e acidi per rilasciare idrogeno: NaH + H 2 O → NaOH + H 2

Idruri covalenti - H x X- composti di idrogeno con non metalli, dove l'idrogeno ha uno stato di ossidazione +1. Gas, molti sono velenosi. Riduttori dovuti al non metallo. Le proprietà variano da inerte (metano) a acido (alogenuri di idrogeno). L'ammoniaca NH 3 e, più debole, la fosfina PH 3 presentano proprietà basiche. Ad eccezione degli alogenuri di idrogeno, sono infiammabili con formazione dei corrispondenti ossidi.

Applicazione:

Uno dei primi usi dell’idrogeno fu negli aerei più leggeri dell’aria: palloni aerostatici e dirigibili. A causa dell'elevato rischio di incendio dell'idrogeno, questo utilizzo è stato interrotto, ad eccezione dei palloni meteorologici.

L'idrogeno atomico viene utilizzato per la saldatura con idrogeno atomico. L'idrogeno liquido è uno dei tipi di carburante per missili. Le celle a combustibile idrogeno-ossigeno utilizzano l'idrogeno per convertire direttamente l'energia di una reazione chimica in energia elettrica.

Come agente riducente nella produzione di alcuni metalli, per la produzione di grassi solidi mediante idrogenazione di oli vegetali. Nell'industria chimica - produzione di ammoniaca, acido cloridrico, ecc.

Perossido di idrogeno: una soluzione al 3% viene utilizzata in medicina, cosmetologia e industria per sbiancare paglia, piume, colla, pelliccia, pelle, ecc., una soluzione al 60% viene utilizzata per sbiancare grassi e oli. Soluzioni altamente concentrate (85-90%) mescolate con alcune sostanze infiammabili vengono utilizzate per produrre miscele esplosive, come ossidante nei motori di razzi e siluri.

Deuteruro di litio-6: come fonte di deuterio e trizio nelle armi termonucleari (bomba all'idrogeno).

Novikova O., Pasyuk E.
Università statale di Tyumen, gruppo 502, 2013

Fonti:
Idrogeno // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=55655584
Idrogeno // Enciclopedia online nel mondo. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/VODOROD.html (data di accesso: 23/05/2013).
Pchyolkina G.V. Lezione n.24. Hydrogen// URL Himula.com: https://sites.google.com/site/himulacom/ (data di accesso: 23/05/2013).

Idrogeno

IDROGENO-UN; M. Elemento chimico (H), un gas leggero, incolore e inodore che si combina con l'ossigeno per formare acqua.

◁ Idrogeno, oh, oh. Secondi collegamenti. batteri B. 2a bomba(una bomba dall'enorme potere distruttivo, la cui azione esplosiva si basa su una reazione termonucleare). Idrogeno, oh, oh.

idrogeno

(lat. Hydrogenium), un elemento chimico del gruppo VII della tavola periodica. In natura esistono due isotopi stabili (protio e deuterio) e uno radioattivo (trizio). La molecola è biatomica (H 2). Gas incolore e inodore; densità 0,0899 g/l, T kip - 252,76°C. Si combina con molti elementi e forma acqua con l'ossigeno. L'elemento più comune del cosmo; costituisce (sotto forma di plasma) oltre il 70% della massa del Sole e delle stelle, la parte principale dei gas del mezzo interstellare e delle nebulose. L'atomo di idrogeno fa parte di molti acidi e basi e della maggior parte dei composti organici. Vengono utilizzati nella produzione di ammoniaca, acido cloridrico, per l'idrogenazione dei grassi, ecc., nella saldatura e nel taglio dei metalli. Promettente come combustibile (vedi Energia dell'idrogeno).

IDROGENO

IDROGENO (lat. Idrogenio), H, elemento chimico con numero atomico 1, massa atomica 1.00794. Nel nostro paese il simbolo chimico dell’idrogeno, H, viene letto come “ache”, come viene pronunciata questa lettera in francese.
L'idrogeno naturale è costituito da una miscela di due nuclidi stabili (cm. NUCLIDE) con numeri di massa 1.007825 (99,985% nella miscela) e 2.0140 (0,015%). Inoltre, l'idrogeno naturale contiene sempre piccole quantità di nuclide radioattivo, il trizio (cm. TRITIO) 3 N (emivita T 1/2 12,43 anni). Poiché il nucleo di un atomo di idrogeno contiene solo 1 protone (non possono esserci meno protoni nel nucleo di un atomo di un elemento), a volte si dice che l'idrogeno forma il limite inferiore naturale del sistema periodico di elementi di D. I. Mendeleev (sebbene l'elemento l'idrogeno stesso si trova nella parte più alta delle tabelle). L'elemento idrogeno si trova nel primo periodo della tavola periodica. È anche classificato come gruppo 1 (metalli alcalini del gruppo IA (cm. METALLI ALCALINI)), e al 7° gruppo (alogeni del gruppo VIIA (cm. ALOGENE)).
Le masse atomiche degli isotopi dell'idrogeno differiscono molto fortemente l'una dall'altra (di diverse volte). Ciò porta a notevoli differenze nel loro comportamento nei processi fisici (distillazione, elettrolisi, ecc.) e ad alcune differenze chimiche (le differenze nel comportamento degli isotopi di un elemento sono chiamate effetti isotopici; per l'idrogeno, gli effetti isotopici sono più significativi). Pertanto, a differenza degli isotopi di tutti gli altri elementi, gli isotopi dell'idrogeno hanno simboli e nomi speciali. L'idrogeno con un numero di massa pari a 1 è chiamato idrogeno leggero, o protium (latino Protium, dal greco protos - primo), indicato con il simbolo H, e il suo nucleo è chiamato protone (cm. PROTON (particella elementare)), simbolo pag. L'idrogeno con numero di massa 2 è chiamato idrogeno pesante, deuterio (cm. DEUTERIO)(Latino Deuterio, dal greco deuteros - secondo), per designarlo si usano i simboli 2 H, o D (leggi “de”), il nucleo d è deuterone. Un isotopo radioattivo con un numero di massa pari a 3 è chiamato idrogeno superpesante, o trizio (latino Tritum, dal greco tritos - terzo), simbolo 2 H o T (leggi "quelli"), nucleo t - tritone.
Configurazione dello strato a singolo elettrone di un atomo di idrogeno neutro non eccitato 1 S 1 . Nei composti presenta stati di ossidazione +1 e, meno comunemente, –1 (valenza I). Il raggio di un atomo di idrogeno neutro è 0,024 nm. L'energia di ionizzazione dell'atomo è 13.595 eV, l'affinità elettronica è 0,75 eV. Secondo la scala Pauling l’elettronegatività dell’idrogeno è 2,20. L'idrogeno è un non metallo.
Nella sua forma libera, è un gas leggero infiammabile, senza colore, odore o sapore.
Storia della scoperta
Il rilascio di gas infiammabile durante l'interazione di acidi e metalli fu osservato nei secoli XVI e XVII, all'alba della formazione della chimica come scienza. Il famoso fisico e chimico inglese G. Cavendish (cm. CAVENDISH Enrico) nel 1766 studiò questo gas e lo chiamò “aria infiammabile”. Quando bruciava, "l'aria infiammabile" produceva acqua, ma l'adesione di Cavendish alla teoria del flogisto (cm. FLOGISTONE) gli ha impedito di trarre le giuste conclusioni. Chimico francese A. Lavoisier (cm. LAVOISIER-Antoine Laurent) insieme all'ingegnere J. Meunier (cm. MENIER Jean Baptiste Marie Charles), utilizzando appositi gasometri, nel 1783 effettuò la sintesi dell'acqua, e poi la sua analisi, decomponendo il vapore acqueo con ferro caldo. Pertanto, ha stabilito che "l'aria combustibile" fa parte dell'acqua e può essere ottenuta da essa. Nel 1787 Lavoisier giunse alla conclusione che “l'aria combustibile” è una sostanza semplice e quindi appartiene agli elementi chimici. Gli diede il nome idrogeno (dal greco hydor - acqua e gennao - partorisco) - "dare vita all'acqua". L’accertamento della composizione dell’acqua pose fine alla “teoria del flogisto”. Il nome russo “idrogeno” è stato proposto dal chimico M. F. Solovyov (cm. SOLOVIEV Michail Fedorovich) nel 1824. A cavallo tra il XVIII e il XIX secolo, fu stabilito che l'atomo di idrogeno è molto leggero (rispetto agli atomi di altri elementi) e il peso (massa) dell'atomo di idrogeno fu preso come unità di confronto per le masse atomiche degli elementi. Alla massa dell'atomo di idrogeno è stato assegnato il valore 1.
Essere nella natura
L'idrogeno rappresenta circa l'1% della massa della crosta terrestre (10° posto tra tutti gli elementi). L'idrogeno non si trova praticamente mai nella sua forma libera sul nostro pianeta (le sue tracce si trovano negli strati superiori dell'atmosfera), ma come parte dell'acqua è distribuito quasi ovunque sulla Terra. L'elemento idrogeno fa parte dei composti organici e inorganici degli organismi viventi, del gas naturale, del petrolio e del carbone. Naturalmente è contenuto nell'acqua (circa 11% in peso), in vari idrati cristallini e minerali naturali, che contengono uno o più gruppi ossidrile OH.
L'idrogeno come elemento domina l'Universo. Rappresenta circa la metà della massa del Sole e di altre stelle ed è presente nell'atmosfera di numerosi pianeti.
Ricevuta
L’idrogeno può essere prodotto in molti modi. Nell'industria vengono utilizzati gas naturali per questo, nonché gas ottenuti dalla raffinazione del petrolio, dalla cokeria e dalla gassificazione del carbone e di altri combustibili. Quando si produce idrogeno dal gas naturale (il componente principale è il metano), subisce l'interazione catalitica con il vapore acqueo e l'ossidazione incompleta con l'ossigeno:
CH4 + H2O = CO + 3H2 e CH4 + 1/2 O2 = CO2 + 2H2
La separazione dell'idrogeno dai gas di cokeria e dai gas di raffinazione del petrolio si basa sulla loro liquefazione durante il raffreddamento profondo e sulla rimozione dalla miscela di gas che si liquefanno più facilmente dell'idrogeno. Quando è disponibile elettricità a basso costo, l’idrogeno viene prodotto mediante elettrolisi dell’acqua facendo passare la corrente attraverso soluzioni alcaline. In condizioni di laboratorio, l'idrogeno si ottiene facilmente facendo reagire i metalli con acidi, ad esempio lo zinco con acido cloridrico.
Proprietà fisiche e chimiche
In condizioni normali, l'idrogeno è un gas leggero (densità in condizioni normali 0,0899 kg/m3) incolore. Punto di fusione –259,15 °C, punto di ebollizione –252,7 °C. L'idrogeno liquido (al punto di ebollizione) ha una densità di 70,8 kg/m 3 ed è il liquido più leggero. Il potenziale dell'elettrodo standard H 2 /H - in una soluzione acquosa è considerato pari a 0. L'idrogeno è scarsamente solubile in acqua: a 0 °C la solubilità è inferiore a 0,02 cm 3 / ml, ma è altamente solubile in alcuni metalli ( ferro spugnoso e altri), particolarmente buono - nel palladio metallico (circa 850 volumi di idrogeno in 1 volume di metallo). Il calore di combustione dell'idrogeno è 143,06 MJ/kg.
Esiste sotto forma di molecole biatomiche H 2. La costante di dissociazione dell'H 2 in atomi a 300 K è 2,56·10 -34. L'energia di dissociazione della molecola H 2 in atomi è 436 kJ/mol. La distanza internucleare nella molecola di H 2 è 0,07414 nm.
Poiché il nucleo di ciascun atomo di H che fa parte della molecola ha il proprio spin (cm. ROTAZIONE), allora l'idrogeno molecolare può essere in due forme: sotto forma di ortoidrogeno (o-H 2) (entrambi gli spin hanno lo stesso orientamento) e sotto forma di paraidrogeno (n-H 2) (gli spin hanno orientamenti diversi). In condizioni normali, l'idrogeno normale è una miscela del 75% di o-H 2 e del 25% di p-H 2. Le proprietà fisiche di p- e o-H 2 differiscono leggermente l'una dall'altra. Quindi, se il punto di ebollizione di o-H 2 puro è 20,45 K, allora p-H 2 puro è 20,26 K. La trasformazione di o-H 2 in p-H 2 è accompagnata dal rilascio di 1418 J/mol di calore.
È stato ripetutamente suggerito nella letteratura scientifica che ad alte pressioni (superiori a 10 GPa) e a basse temperature (circa 10 K e inferiori), l'idrogeno solido, solitamente cristallizzando in un reticolo molecolare esagonale, può trasformarsi in una sostanza con proprietà metalliche, forse anche un superconduttore. Tuttavia, finora non ci sono dati chiari sulla possibilità di una tale transizione.
L'elevata forza del legame chimico tra gli atomi nella molecola H2 (che, ad esempio, utilizzando il metodo dell'orbitale molecolare, può essere spiegata dal fatto che in questa molecola la coppia di elettroni si trova nell'orbitale di legame e l'orbitale di antilegame è non occupato da elettroni) porta al fatto che a temperatura ambiente il gas idrogeno è chimicamente inattivo. Quindi, senza riscaldamento, con semplice miscelazione, l'idrogeno reagisce (in modo esplosivo) solo con il fluoro gassoso:
H2 + FA2 = 2HF + Q.
Se una miscela di idrogeno e cloro a temperatura ambiente viene irradiata con luce ultravioletta, si osserva la formazione immediata di acido cloridrico HCl. La reazione dell'idrogeno con l'ossigeno avviene in modo esplosivo se alla miscela di questi gas viene aggiunto un catalizzatore, il palladio metallico (o il platino). Quando viene accesa, una miscela di idrogeno e ossigeno (il cosiddetto gas detonante (cm. GAS ESPLOSIVI)) esplode e può verificarsi un'esplosione in miscele in cui il contenuto di idrogeno varia dal 5 al 95% in volume. L'idrogeno puro nell'aria o nell'ossigeno puro brucia silenziosamente, rilasciando una grande quantità di calore:
H2 + 1/2O2 = H2O + 285,75 kJ/mol
Se l'idrogeno interagisce con altri non metalli e metalli, è solo in determinate condizioni (riscaldamento, alta pressione, presenza di un catalizzatore). Pertanto, l'idrogeno reagisce in modo reversibile con l'azoto a pressione elevata (20-30 MPa o più) e ad una temperatura di 300-400 °C in presenza di un catalizzatore, il ferro:
3H2 + N2 = 2NH3 + Q.
Inoltre, solo quando riscaldato, l'idrogeno reagisce con lo zolfo per formare idrogeno solforato H 2 S, con il bromo per formare acido bromidrico HBr, con lo iodio per formare idrogeno ioduro HI. L'idrogeno reagisce con il carbone (grafite) per formare una miscela di idrocarburi di varia composizione. L'idrogeno non interagisce direttamente con il boro, il silicio e i composti del fosforo di questi elementi con l'idrogeno sono ottenuti indirettamente;
Quando riscaldato, l'idrogeno è in grado di reagire con i metalli alcalini, alcalino terrosi e il magnesio per formare composti con un legame ionico, che contengono idrogeno nello stato di ossidazione –1. Pertanto, quando il calcio viene riscaldato in un'atmosfera di idrogeno, si forma un idruro simile al sale con la composizione CaH 2. L'idruro di alluminio polimerico (AlH 3) x - uno degli agenti riducenti più potenti - è ottenuto indirettamente (ad esempio utilizzando composti organoalluminio). Con molti metalli di transizione (ad esempio zirconio, afnio, ecc.), l'idrogeno forma composti di composizione variabile (soluzioni solide).
L'idrogeno è in grado di reagire non solo con molte sostanze semplici, ma anche complesse. Innanzitutto è necessario notare la capacità dell'idrogeno di ridurre molti metalli dai loro ossidi (come ferro, nichel, piombo, tungsteno, rame, ecc.). Pertanto, quando riscaldato a una temperatura di 400-450 °C e superiore, il ferro viene ridotto con l'idrogeno di uno qualsiasi dei suoi ossidi, ad esempio:
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O.
Va notato che solo i metalli situati nella serie di potenziali standard dietro il manganese possono essere ridotti dagli ossidi con idrogeno. I metalli più attivi (compreso il manganese) non vengono ridotti a metallo dagli ossidi.
L'idrogeno è in grado di aggiungere un doppio o triplo legame a molti composti organici (queste sono le cosiddette reazioni di idrogenazione). Ad esempio, in presenza di un catalizzatore di nichel, è possibile effettuare l'idrogenazione dell'etilene C 2 H 4 e si forma l'etano C 2 H 6:
C2H4 + H2 = C2H6.
Il metanolo viene prodotto industrialmente dalla reazione del monossido di carbonio (II) e dell'idrogeno:
2H2 + CO = CH3OH.
Nei composti in cui un atomo di idrogeno è collegato a un atomo di un elemento più elettronegativo E (E = F, Cl, O, N), si formano legami idrogeno tra le molecole (cm. LEGAME IDROGENO)(due atomi E dello stesso o due elementi diversi sono collegati tra loro tramite l'atomo H: E"... N... E"", e tutti e tre gli atomi si trovano sulla stessa linea retta). Tali legami esistono tra le molecole di acqua, ammoniaca, metanolo, ecc. e portare ad un notevole aumento dei punti di ebollizione di queste sostanze, ad un aumento del calore di evaporazione, ecc.
Applicazione
L'idrogeno viene utilizzato nella sintesi di ammoniaca NH 3, acido cloridrico HCl, metanolo CH 3 OH, durante l'idrocracking (cracking in atmosfera di idrogeno) di idrocarburi naturali, come agente riducente nella produzione di alcuni metalli. Idrogenazione (cm. IDROGENAZIONE) Per ottenere il grasso solido: la margarina vengono utilizzati oli vegetali naturali. L'idrogeno liquido viene utilizzato come carburante per missili e anche come refrigerante. Nella saldatura viene utilizzata una miscela di ossigeno e idrogeno.
Un tempo, è stato suggerito che nel prossimo futuro la principale fonte di produzione di energia sarebbe stata la reazione di combustione dell'idrogeno e che l'energia dell'idrogeno avrebbe sostituito le tradizionali fonti di produzione di energia (carbone, petrolio, ecc.). Si presumeva che sarebbe stato possibile utilizzare l'elettrolisi dell'acqua per produrre idrogeno su larga scala. L'elettrolisi dell'acqua è un processo piuttosto ad alta intensità energetica e attualmente non è redditizio produrre idrogeno mediante elettrolisi su scala industriale. Ma ci si aspettava che l’elettrolisi si basasse sull’uso del calore a media temperatura (500-600 °C), che si forma in grandi quantità durante il funzionamento delle centrali nucleari. Questo calore ha un uso limitato e la possibilità di produrre idrogeno con il suo aiuto risolverebbe sia il problema ambientale (quando l’idrogeno viene bruciato nell’aria, la quantità di sostanze dannose per l’ambiente prodotte è minima) sia il problema dell’utilizzo del calore a media temperatura. Tuttavia, dopo il disastro di Chernobyl, lo sviluppo dell’energia nucleare è stato limitato ovunque, tanto che questa fonte di energia è diventata indisponibile. Pertanto, le prospettive per un uso diffuso dell’idrogeno come fonte di energia stanno ancora cambiando almeno fino alla metà del 21° secolo.
Caratteristiche del trattamento
L'idrogeno non è tossico, ma quando lo si maneggia è necessario tenere costantemente in considerazione l'elevato rischio di incendio ed esplosione, inoltre il rischio di esplosione dell'idrogeno aumenta a causa dell'elevata capacità del gas di diffondersi anche attraverso alcuni materiali solidi. Prima di iniziare qualsiasi operazione di riscaldamento in un'atmosfera di idrogeno, è necessario assicurarsi che sia pulita (quando si accende l'idrogeno in una provetta capovolta, il suono dovrebbe essere sordo, non abbaiare).
Ruolo biologico
Il significato biologico dell'idrogeno è determinato dal fatto che fa parte delle molecole d'acqua e di tutti i gruppi più importanti di composti naturali, tra cui proteine, acidi nucleici, lipidi e carboidrati. Circa il 10% della massa degli organismi viventi è costituito da idrogeno. La capacità dell'idrogeno di formare un legame idrogeno gioca un ruolo decisivo nel mantenimento della struttura quaternaria spaziale delle proteine, nonché nell'attuazione del principio di complementarità (cm. COMPLEMENTARE) nella costruzione e nelle funzioni degli acidi nucleici (cioè nella conservazione e implementazione dell'informazione genetica), in generale nell'attuazione del “riconoscimento” a livello molecolare. L'idrogeno (ione H+) partecipa ai più importanti processi e reazioni dinamici del corpo: all'ossidazione biologica, che fornisce energia alle cellule viventi, alla fotosintesi nelle piante, alle reazioni biosintetiche, alla fissazione dell'azoto e alla fotosintesi batterica, al mantenimento dell'acido equilibrio delle basi e omeostasi (cm. OMEOSTASI), nei processi di trasporto di membrana. Pertanto, insieme all'ossigeno e al carbonio, l'idrogeno costituisce la base strutturale e funzionale dei fenomeni vitali.

Dizionario enciclopedico. 2009 .

Sinonimi:

Scopri cos'è "idrogeno" in altri dizionari:

Tabella dei nuclidi Informazioni generali Nome, simbolo Idrogeno 4, 4H Neutroni 3 Protoni 1 Proprietà dei nuclidi Massa atomica 4.027810(110) ... Wikipedia

Tabella dei nuclidi Informazioni generali Nome, simbolo Idrogeno 5, 5H Neutroni 4 Protoni 1 Proprietà dei nuclidi Massa atomica 5.035310(110) ... Wikipedia

Tabella dei nuclidi Informazioni generali Nome, simbolo Idrogeno 6, 6H Neutroni 5 Protoni 1 Proprietà dei nuclidi Massa atomica 6.044940(280) ... Wikipedia

Tabella dei nuclidi Informazioni generali Nome, simbolo Idrogeno 7, 7H Neutroni 6 Protoni 1 Proprietà del nuclide Massa atomica 7.052750 (1080) ... Wikipedia

Designazione - H (Idrogeno);
Nome latino: Hydrogenium;
Periodo - I;
Gruppo - 1 (Ia);
Massa atomica - 1.00794;
Numero atomico - 1;
Raggio atomico = 53 pm;
Raggio covalente = 32 pm;
Distribuzione degli elettroni - 1s 1;
temperatura di fusione = -259,14°C;
punto di ebollizione = -252,87°C;
Elettronegatività (secondo Pauling/secondo Alpred e Rochow) = 2,02/-;
Stato di ossidazione: +1; 0; -1;
Densità (n.) = 0,0000899 g/cm 3 ;
Volume molare = 14,1 cm 3 /mol.

Composti binari dell'idrogeno con l'ossigeno:

L'idrogeno (“dare vita all'acqua”) fu scoperto dallo scienziato inglese G. Cavendish nel 1766. È l'elemento più semplice in natura: un atomo di idrogeno ha un nucleo e un elettrone, motivo per cui l'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'Universo (costituisce più della metà della massa della maggior parte delle stelle).

Dell’idrogeno possiamo dire che “la bobina è piccola, ma costosa”. Nonostante la sua "semplicità", l'idrogeno fornisce energia a tutti gli esseri viventi sulla Terra: sul Sole avviene una reazione termonucleare continua durante la quale da quattro atomi di idrogeno si forma un atomo di elio, questo processo è accompagnato dal rilascio di una quantità colossale di energia (per maggiori dettagli vedere Fusione nucleare).

Nella crosta terrestre la frazione di massa dell'idrogeno è solo dello 0,15%. Nel frattempo, la stragrande maggioranza (95%) di tutte le sostanze chimiche conosciute sulla Terra contengono uno o più atomi di idrogeno.

Nei composti con non metalli (HCl, H 2 O, CH 4 ...), l'idrogeno cede il suo unico elettrone a elementi più elettronegativi, mostrando uno stato di ossidazione +1 (più spesso), formando solo legami covalenti (vedi Covalente legame).

Nei composti con metalli (NaH, CaH 2 ...), l'idrogeno, al contrario, accetta un altro elettrone nel suo unico orbitale s, cercando così di completare il suo strato elettronico, esibendo uno stato di ossidazione pari a -1 (meno spesso), spesso formando un legame ionico (vedi legame ionico), perché la differenza di elettronegatività dell'atomo di idrogeno e dell'atomo di metallo può essere piuttosto grande.

H2

Allo stato gassoso, l'idrogeno esiste sotto forma di molecole biatomiche, formando un legame covalente non polare.

Le molecole di idrogeno hanno:

grande mobilità;
grande forza;
bassa polarizzabilità;
dimensioni e peso ridotti.

Proprietà dell'idrogeno gassoso:

il gas più leggero in natura, incolore e inodore;
scarsamente solubile in acqua e solventi organici;
si dissolve in piccole quantità nei metalli liquidi e solidi (soprattutto platino e palladio);
difficile da liquefare (a causa della sua bassa polarizzabilità);
ha la più alta conduttività termica tra tutti i gas conosciuti;
quando riscaldato reagisce con molti non metalli, esibendo le proprietà di un agente riducente;
a temperatura ambiente reagisce con il fluoro (si verifica un'esplosione): H 2 + F 2 = 2HF;
reagisce con i metalli per formare idruri, mostrando proprietà ossidanti: H 2 + Ca = CaH 2 ;

Nei composti, l'idrogeno mostra le sue proprietà riducenti molto più fortemente delle sue proprietà ossidanti. L’idrogeno è l’agente riducente più potente dopo carbone, alluminio e calcio. Le proprietà riducenti dell'idrogeno sono ampiamente utilizzate nell'industria per ottenere metalli e non metalli (sostanze semplici) da ossidi e galluri.

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Reazioni dell'idrogeno con sostanze semplici

L'idrogeno accetta un elettrone, svolgendo un ruolo agente riducente, nelle reazioni:

Con ossigeno(quando acceso o in presenza di catalizzatore), in rapporto 2:1 (idrogeno:ossigeno) si forma un gas esplosivo detonante: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
Con grigio(se riscaldato a 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
Con cloro(quando acceso o irradiato con raggi UV): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
Con fluoro: H20+F2 = 2H+1F
Con azoto(se riscaldato in presenza di catalizzatori o ad alta pressione): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

L'idrogeno dona un elettrone, svolgendo un ruolo agente ossidante, nelle reazioni con alcalino E terra alcalina metalli con la formazione di idruri metallici - composti ionici simili al sale contenenti ioni idruro H - si tratta di sostanze cristalline bianche instabili.

Ca+H2 = CaH2 -1 2Na+H2 0 = 2NaH -1

Non è tipico che l'idrogeno presenti uno stato di ossidazione pari a -1. Quando reagiscono con l'acqua, gli idruri si decompongono, riducendo l'acqua ad idrogeno. La reazione dell'idruro di calcio con l'acqua è la seguente:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Reazioni dell'idrogeno con sostanze complesse

ad alte temperature, l'idrogeno riduce molti ossidi metallici: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
l'alcol metilico si ottiene dalla reazione dell'idrogeno con il monossido di carbonio (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
Nelle reazioni di idrogenazione, l'idrogeno reagisce con molte sostanze organiche.

Le equazioni delle reazioni chimiche dell'idrogeno e dei suoi composti sono discusse più dettagliatamente nella pagina "Idrogeno e suoi composti - equazioni delle reazioni chimiche che coinvolgono l'idrogeno".

Applicazioni dell'idrogeno

nell'energia nucleare vengono utilizzati gli isotopi dell'idrogeno: deuterio e trizio;
nell'industria chimica l'idrogeno viene utilizzato per la sintesi di molte sostanze organiche, ammoniaca, acido cloridrico;
nell'industria alimentare l'idrogeno viene utilizzato nella produzione di grassi solidi attraverso l'idrogenazione degli oli vegetali;
per la saldatura e il taglio dei metalli si utilizza l'elevata temperatura di combustione dell'idrogeno nell'ossigeno (2600°C);
nella produzione di alcuni metalli l'idrogeno viene utilizzato come agente riducente (vedi sopra);
poiché l'idrogeno è un gas leggero, viene utilizzato in aeronautica come riempitivo per palloni aerostatici, aerostati e dirigibili;
L’idrogeno viene utilizzato come combustibile miscelato con CO.

Recentemente, gli scienziati hanno prestato molta attenzione alla ricerca di fonti alternative di energia rinnovabile. Uno dei settori promettenti è l'energia dell'“idrogeno”, in cui l'idrogeno viene utilizzato come combustibile, il cui prodotto di combustione è l'acqua normale.

Metodi per produrre idrogeno

Metodi industriali per la produzione di idrogeno:

conversione del metano (riduzione catalitica del vapore acqueo) con vapore acqueo ad alta temperatura (800°C) su catalizzatore al nichel: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
conversione del monossido di carbonio con vapore acqueo (t=500°C) su catalizzatore Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
decomposizione termica del metano: CH 4 = C + 2H 2;
gassificazione di combustibili solidi (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
elettrolisi dell'acqua (un metodo molto costoso che produce idrogeno molto puro): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Metodi di laboratorio per la produzione di idrogeno:

azione sui metalli (normalmente zinco) con acido cloridrico o solforico diluito: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2;
interazione del vapore acqueo con la limatura di ferro calda: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

Liquido

Idrogeno(lat. Idrogenio; indicato dal simbolo H) è il primo elemento della tavola periodica degli elementi. Ampiamente distribuito in natura. Il catione (e nucleo) dell'isotopo più comune dell'idrogeno, 1 H, è il protone. Le proprietà del nucleo 1 H rendono possibile un ampio utilizzo della spettroscopia NMR nell'analisi di sostanze organiche.

Tre isotopi dell'idrogeno hanno i loro nomi: 1 H - protio (H), 2 H - deuterio (D) e 3 H - trizio (radioattivo) (T).

La sostanza semplice idrogeno - H 2 - è un gas leggero e incolore. Se miscelato con aria o ossigeno, è infiammabile ed esplosivo. Non tossico. Solubile in etanolo e numerosi metalli: ferro, nichel, palladio, platino.

Storia

Il rilascio di gas infiammabile durante l'interazione di acidi e metalli fu osservato nei secoli XVI e XVII, all'alba della formazione della chimica come scienza. Anche Mikhail Vasilyevich Lomonosov ne ha sottolineato direttamente l'isolamento, ma era già sicuramente consapevole che non si trattava di flogisto. Il fisico e chimico inglese Henry Cavendish esaminò questo gas nel 1766 e lo chiamò “aria combustibile”. Quando bruciava, “l’aria combustibile” produceva acqua, ma l’adesione di Cavendish alla teoria del flogisto gli impedì di trarre le conclusioni corrette. Il chimico francese Antoine Lavoisier, insieme all'ingegnere J. Meunier, utilizzando speciali gasometri, nel 1783 effettuò la sintesi dell'acqua, e quindi la sua analisi, decomponendo il vapore acqueo con ferro caldo. Pertanto, ha stabilito che "l'aria combustibile" fa parte dell'acqua e può essere ottenuta da essa.

origine del nome

Lavoisier diede all’idrogeno il nome idrogène – “dare vita all’acqua”. Il nome russo "idrogeno" fu proposto dal chimico M. F. Soloviev nel 1824 - per analogia con "ossigeno" di Slomonosov.

Prevalenza

L’idrogeno è l’elemento più abbondante nell’Universo. Rappresenta circa il 92% di tutti gli atomi (l'8% sono atomi di elio, la quota di tutti gli altri elementi combinati è inferiore allo 0,1%). Pertanto, l'idrogeno è il componente principale delle stelle e del gas interstellare. In condizioni di temperature stellari (ad esempio, la temperatura superficiale del Sole è di ~ 6000 °C), l'idrogeno esiste sotto forma di plasma; nello spazio interstellare questo elemento esiste sotto forma di singole molecole, atomi e ioni e può formarsi nubi molecolari che variano significativamente in dimensioni, densità e temperatura.

La crosta terrestre e gli organismi viventi

La frazione di massa dell'idrogeno nella crosta terrestre è dell'1%: è il decimo elemento più abbondante. Tuttavia, il suo ruolo in natura non è determinato dalla massa, ma dal numero di atomi, la cui quota tra gli altri elementi è del 17% (il secondo posto dopo l'ossigeno, la cui quota di atomi è ~ 52%). Pertanto, l’importanza dell’idrogeno nei processi chimici che avvengono sulla Terra è quasi pari a quella dell’ossigeno. A differenza dell’ossigeno, che esiste sulla Terra sia nello stato legato che libero, quasi tutto l’idrogeno sulla Terra è sotto forma di composti; Nell'atmosfera è contenuta solo una piccolissima quantità di idrogeno sotto forma di sostanza semplice (0,00005% in volume).

L'idrogeno fa parte di quasi tutte le sostanze organiche ed è presente in tutte le cellule viventi. Nelle cellule viventi, l'idrogeno rappresenta quasi il 50% del numero di atomi.

Ricevuta

I metodi industriali per produrre sostanze semplici dipendono dalla forma in cui si trova in natura l'elemento corrispondente, cioè da quale può essere la materia prima per la sua produzione. Pertanto, l'ossigeno, disponibile allo stato libero, si ottiene fisicamente, mediante separazione dall'aria liquida. Quasi tutto l'idrogeno è sotto forma di composti, quindi per ottenerlo vengono utilizzati metodi chimici. In particolare si possono utilizzare reazioni di decomposizione. Un modo per produrre idrogeno è attraverso la decomposizione dell’acqua mediante corrente elettrica.

Il principale metodo industriale per produrre idrogeno è la reazione del metano, che fa parte del gas naturale, con l'acqua. Si effettua ad alta temperatura (è facile verificare che passando il metano anche attraverso acqua bollente non avviene alcuna reazione):

CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 −165 kJ

In laboratorio, per ottenere sostanze semplici, non si utilizzano necessariamente materie prime naturali, ma si scelgono quelle materie prime da cui è più facile isolare la sostanza richiesta. Ad esempio, in laboratorio l'ossigeno non si ottiene dall'aria. Lo stesso vale per la produzione di idrogeno. Uno dei metodi di laboratorio per produrre idrogeno, talvolta utilizzato nell'industria, è la decomposizione dell'acqua mediante corrente elettrica.

Tipicamente, l'idrogeno viene prodotto in laboratorio facendo reagire lo zinco con acido cloridrico.

Nell'industria

1.Elettrolisi di soluzioni saline acquose:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Passaggio del vapore acqueo sul coke caldo ad una temperatura di circa 1000 °C:

H2O+C? H2+CO

3. Dal gas naturale.

Conversione del vapore:

CH4 + H2O? CO+3H2 (1000 °C)

Ossidazione catalitica con ossigeno:

2CH4 + O2 ? 2CO+4H2

4. Cracking e reforming degli idrocarburi durante la raffinazione del petrolio.

Nel laboratorio

1.L'effetto degli acidi diluiti sui metalli. Per eseguire questa reazione, vengono spesso utilizzati zinco e acido cloridrico diluito:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

2.Interazione del calcio con l'acqua:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Idrolisi degli idruri:

NaH + H2O → NaOH + H2

4.L'effetto degli alcali su zinco o alluminio:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Utilizzando l'elettrolisi. Durante l'elettrolisi di soluzioni acquose di alcali o acidi, al catodo viene rilasciato idrogeno, ad esempio:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Proprietà fisiche

L'idrogeno può esistere in due forme (modifiche): sotto forma di orto e para-idrogeno. In una molecola di ortoidrogeno o-H 2 (mp −259,10 °C, bp −252,56 °C) gli spin nucleari sono diretti in modo identico (parallelo) e per il paraidrogeno P-H 2 (punto di fusione −259,32 °C, punto di ebollizione −252,89 °C) - opposti l'uno all'altro (antiparallelo). Miscela di equilibrio o-H2 e P-H 2 a una data temperatura viene chiamato idrogeno all’equilibrio e-H2.

Le modifiche dell'idrogeno possono essere separate mediante adsorbimento su carbone attivo alla temperatura dell'azoto liquido. A temperature molto basse l’equilibrio tra ortoidrogeno e paraidrogeno è quasi completamente spostato verso quest’ultimo. A 80 K il rapporto tra le forme è di circa 1:1. Quando riscaldato, il paraidrogeno desorbito viene convertito in ortoidrogeno fino a formare una miscela che è in equilibrio a temperatura ambiente (orto-para: 75:25). Senza catalizzatore, la trasformazione avviene lentamente (in condizioni del mezzo interstellare - con tempi caratteristici fino a quelli cosmologici), il che rende possibile studiare le proprietà delle singole modifiche.

L’idrogeno è il gas più leggero, è 14,5 volte più leggero dell’aria. Ovviamente quanto più piccola è la massa delle molecole tanto maggiore sarà la loro velocità a parità di temperatura. Essendo le molecole più leggere, le molecole di idrogeno si muovono più velocemente delle molecole di qualsiasi altro gas e quindi possono trasferire il calore da un corpo all'altro più velocemente. Ne consegue che l'idrogeno ha la più alta conduttività termica tra le sostanze gassose. La sua conduttività termica è circa sette volte superiore alla conduttività termica dell'aria.

La molecola di idrogeno è biatomica - H2. In condizioni normali è un gas incolore, inodore e insapore. Densità 0,08987 g/l (n.s.), punto di ebollizione −252,76 °C, calore specifico di combustione 120,9×10 6 J/kg, poco solubile in acqua - 18,8 ml/l. L'idrogeno è altamente solubile in molti metalli (Ni, Pt, Pd, ecc.), specialmente nel palladio (850 volumi per 1 volume di Pd). La solubilità dell'idrogeno nei metalli è legata alla sua capacità di diffondersi attraverso di essi; La diffusione attraverso una lega di carbonio (ad esempio l'acciaio) è talvolta accompagnata dalla distruzione della lega dovuta all'interazione dell'idrogeno con il carbonio (la cosiddetta decarbonizzazione). Praticamente insolubile nell'argento.

Idrogeno liquido esiste in un intervallo di temperature molto ristretto compreso tra −252,76 e −259,2 ° C. È un liquido incolore, molto leggero (densità a −253 °C 0,0708 g/cm3) e fluido (viscosità a −253 °C 13,8 spuaz). I parametri critici dell'idrogeno sono molto bassi: temperatura −240,2 °C e pressione 12,8 atm. Questo spiega le difficoltà nella liquefazione dell’idrogeno. Allo stato liquido, l'idrogeno all'equilibrio è costituito per il 99,79% da para-H2 e per lo 0,21% da orto-H2.

Idrogeno solido, punto di fusione −259,2 °C, densità 0,0807 g/cm 3 (a −262 °C) - massa simile alla neve, cristalli esagonali, gruppo spaziale P6/mmc, parametri della cella UN=3,75 C=6.12. Ad alta pressione, l'idrogeno si trasforma in uno stato metallico.

Isotopi

L'idrogeno si presenta sotto forma di tre isotopi, che hanno nomi individuali: 1 H - protio (H), 2 H - deuterio (D), 3 H - trizio (radioattivo) (T).

Il protio e il deuterio sono isotopi stabili con numeri di massa 1 e 2. Il loro contenuto in natura è rispettivamente 99,9885 ± 0,0070% e 0,0115 ± 0,0070%. Questo rapporto può variare leggermente a seconda della fonte e del metodo di produzione dell'idrogeno.

L'isotopo dell'idrogeno 3H (trizio) è instabile. La sua emivita è di 12,32 anni. Il trizio si trova naturalmente in quantità molto piccole.

La letteratura fornisce anche dati su isotopi di idrogeno con numero di massa di 4 - 7 e emivita di 10 -22 - 10 -23 s.

L'idrogeno naturale è costituito da molecole di H 2 e HD (idrogeno di deuterio) in un rapporto di 3200:1. Il contenuto di idrogeno di deuterio puro D 2 è ancora inferiore. Il rapporto tra le concentrazioni di HD e D 2 è di circa 6400:1.

Di tutti gli isotopi degli elementi chimici, le proprietà fisiche e chimiche degli isotopi dell'idrogeno differiscono maggiormente tra loro. Ciò è dovuto alla più grande variazione relativa delle masse atomiche.

Temperatura fusione, K	Temperatura bollente, K	Triplicare punto, K/kPa	Critico punto, K/kPa	Densità liquido/gas, kg/m³

Deuterio e trizio hanno anche modifiche orto e para: P-D2, o-D2, P-T2, o-T2. L'idrogeno eteroisotopico (HD, HT, DT) non presenta modifiche orto e para.

Proprietà chimiche

Frazione di molecole di idrogeno dissociate

Le molecole di idrogeno H2 sono piuttosto forti e affinché l'idrogeno reagisca è necessario spendere molta energia:

H2 = 2H − 432 kJ

Pertanto, a temperature ordinarie, l'idrogeno reagisce solo con metalli molto attivi, come il calcio, formando idruro di calcio:

Ca+H2 = CaH2

e con l'unico non metallico - fluoro, formando acido fluoridrico:

L'idrogeno reagisce con la maggior parte dei metalli e dei non metalli a temperature elevate o sotto altri influssi, ad esempio l'illuminazione:

O2 + 2H2 = 2H2O

Può “togliere” ossigeno ad alcuni ossidi, ad esempio:

CuO + H2 = Cu + H2O

L'equazione scritta riflette le proprietà riducenti dell'idrogeno.

N2 + 3H2 → 2NH3

Forma alogenuri di idrogeno con alogeni:

F 2 + H 2 → 2HF, la reazione avviene in modo esplosivo al buio e a qualsiasi temperatura,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, la reazione procede in modo esplosivo, solo alla luce.

Interagisce con la fuliggine a fuoco elevato:

C + 2H 2 → CH 4

Interazione con metalli alcalini e alcalino terrosi

Quando interagisce con i metalli attivi, l'idrogeno forma idruri:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg+H2→MgH2

Idruri- sostanze solide, simili al sale, facilmente idrolizzate:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Interazione con ossidi metallici (solitamente elementi D)

Gli ossidi sono ridotti a metalli:

CuO + H2 → Cu + H2O

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Idrogenazione dei composti organici

L'idrogeno molecolare è ampiamente utilizzato nella sintesi organica per la riduzione dei composti organici. Questi processi sono chiamati Reazioni di idrogenazione. Queste reazioni vengono effettuate in presenza di un catalizzatore a pressione e temperatura elevate. Il catalizzatore può essere omogeneo (ad esempio Wilkinson Catalyst) o eterogeneo (ad esempio nichel Raney, palladio su carbonio).

Pertanto, in particolare, durante l'idrogenazione catalitica di composti insaturi come alcheni e alchini, si formano composti saturi: gli alcani.

Geochimica dell'idrogeno

L'idrogeno libero H2 è relativamente raro nei gas terrestri, ma sotto forma di acqua svolge un ruolo estremamente importante nei processi geochimici.

L'idrogeno può essere presente nei minerali sotto forma di ione ammonio, ione ossidrile e acqua cristallina.

Nell'atmosfera l'idrogeno viene continuamente prodotto a seguito della decomposizione dell'acqua ad opera della radiazione solare. Avendo una massa ridotta, le molecole di idrogeno hanno un'elevata velocità di movimento di diffusione (vicina alla seconda velocità cosmica) e, quando entrano negli strati superiori dell'atmosfera, possono volare nello spazio.

Caratteristiche del trattamento

L'idrogeno, quando miscelato con l'aria, forma una miscela esplosiva, il cosiddetto gas detonante. Questo gas è più esplosivo quando il rapporto volumetrico tra idrogeno e ossigeno è 2:1, o idrogeno e aria è circa 2:5, poiché l'aria contiene circa il 21% di ossigeno. Anche l’idrogeno rappresenta un pericolo di incendio. L'idrogeno liquido può causare gravi congelamenti se entra in contatto con la pelle.

Concentrazioni esplosive di idrogeno e ossigeno si verificano dal 4% al 96% in volume. In miscela con aria dal 4% al 75(74)% in volume.

Economia

Il costo dell’idrogeno per le grandi forniture all’ingrosso varia da 2 a 5 dollari al kg.

Applicazione

L'idrogeno atomico viene utilizzato per la saldatura con idrogeno atomico.

Industria chimica

Nella produzione di ammoniaca, metanolo, sapone e plastica
Nella produzione di margarina da oli vegetali liquidi
Registrato come integratore alimentare E949(gas di imballaggio)

Industria alimentare

Industria aeronautica

L'idrogeno è molto leggero e sale sempre nell'aria. Un tempo i dirigibili e i palloncini erano riempiti di idrogeno. Ma negli anni '30. XX secolo Ci furono diversi disastri durante i quali i dirigibili esplosero e bruciarono. Al giorno d'oggi, i dirigibili sono pieni di elio, nonostante il suo costo notevolmente più elevato.

Carburante

L'idrogeno viene utilizzato come combustibile per missili.

Sono in corso ricerche sull’uso dell’idrogeno come carburante per automobili e camion. I motori a idrogeno non inquinano l'ambiente ed emettono solo vapore acqueo.

Le celle a combustibile idrogeno-ossigeno utilizzano l'idrogeno per convertire direttamente l'energia di una reazione chimica in energia elettrica.

"Idrogeno liquido"(“LH”) è lo stato liquido dell'idrogeno, con una bassa densità specifica di 0,07 g/cm³ e proprietà criogeniche con un punto di congelamento di 14,01 K (−259,14 °C) e un punto di ebollizione di 20,28 K (−252,87 °C ). È un liquido incolore e inodore che, se miscelato con l'aria, è classificato come esplosivo con un intervallo di infiammabilità del 4-75%. Il rapporto di rotazione degli isomeri nell'idrogeno liquido è: 99,79% - paraidrogeno; 0,21% - ortoidrogeno. Il coefficiente di espansione dell'idrogeno quando cambia il suo stato di aggregazione in gassoso è 848:1 a 20°C.

Come qualsiasi altro gas, la liquefazione dell'idrogeno porta ad una diminuzione del suo volume. Dopo la liquefazione, il liquido liquido viene immagazzinato in contenitori termicamente isolati sotto pressione. Idrogeno liquido Idrogeno liquido, LH2, LH 2) è utilizzato attivamente nell'industria, come forma di stoccaggio del gas, e nell'industria spaziale, come carburante per missili.

Storia

Il primo utilizzo documentato della refrigerazione artificiale fu effettuato dallo scienziato inglese William Cullen nel 1756, Gaspard Monge fu il primo ad ottenere uno stato liquido di ossido di zolfo nel 1784, Michael Faraday fu il primo ad ottenere l'ammoniaca liquefatta, l'inventore americano Oliver Evans fu il primo a sviluppare un compressore di refrigerazione nel 1805, Jacob Perkins fu il primo a brevettare una macchina di raffreddamento nel 1834 e John Gorey fu il primo a brevettare un condizionatore d'aria negli Stati Uniti nel 1851. Werner Siemens propose il concetto di raffreddamento rigenerativo nel 1857, Karl Linde brevettò un'apparecchiatura per la produzione di aria liquida utilizzando un "effetto di espansione Joule-Thomson" a cascata e un raffreddamento rigenerativo nel 1876. Nel 1885, il fisico e chimico polacco Zygmunt Wroblewski pubblicò la temperatura critica dell'idrogeno 33 K, la pressione critica 13,3 atm. e punto di ebollizione a 23 K. L'idrogeno fu liquefatto per la prima volta da James Dewar nel 1898 utilizzando il raffreddamento rigenerativo e la sua invenzione, il pallone Dewar. La prima sintesi di un isomero stabile dell'idrogeno liquido, il paraidrogeno, fu effettuata da Paul Harteck e Carl Bonhoeffer nel 1929.

Isomeri di spin dell'idrogeno

L'idrogeno a temperatura ambiente è costituito principalmente da un isomero di spin, l'ortoidrogeno. Dopo la produzione, l'idrogeno liquido è in uno stato metastabile e deve essere convertito nella forma paraidrogeno per evitare la reazione esotermica esplosiva che si verifica quando cambia a basse temperature. La conversione alla fase paraidrogeno viene solitamente effettuata utilizzando catalizzatori come ossido di ferro, ossido di cromo, carbone attivo, amianto rivestito di platino, metalli delle terre rare o attraverso l'uso di additivi di uranio o nichel.

Utilizzo

L’idrogeno liquido può essere utilizzato come forma di stoccaggio del carburante per motori a combustione interna e celle a combustibile. Utilizzando questa forma aggregata di idrogeno sono stati creati diversi sottomarini (progetti "212A" e "214", Germania) e concetti di trasporto dell'idrogeno (vedi ad esempio "DeepC" o "BMW H2R"). A causa della vicinanza dei progetti, i creatori di apparecchiature LHV possono utilizzare o modificare solo sistemi che utilizzano gas naturale liquefatto (GNL). Tuttavia, a causa della minore densità energetica volumetrica, la combustione richiede un volume maggiore di idrogeno rispetto al gas naturale. Se nei motori a pistoni viene utilizzato l'idrogeno liquido al posto del "GNC", di solito è necessario un sistema di alimentazione più ingombrante. Con l'iniezione diretta, le maggiori perdite nel tratto di aspirazione riducono il riempimento del cilindro.

L'idrogeno liquido viene utilizzato anche per raffreddare i neutroni negli esperimenti di diffusione dei neutroni. Le masse del neutrone e del nucleo di idrogeno sono quasi uguali, quindi lo scambio di energia durante una collisione elastica è più efficace.

Vantaggi

Il vantaggio dell’utilizzo dell’idrogeno sono le “zero emissioni” del suo utilizzo. Il prodotto della sua interazione con l'aria è l'acqua.

Ostacoli

Un litro di "ZhV" pesa solo 0,07 kg. Cioè, il suo peso specifico è di 70,99 g/l a 20 K. L'idrogeno liquido richiede una tecnologia di stoccaggio criogenico, come speciali contenitori termicamente isolati e richiede una manipolazione speciale, tipica di tutti i materiali criogenici. In questo senso è simile all'ossigeno liquido, ma richiede maggiore cautela a causa del pericolo di incendio. Anche con contenitori isolati, è difficile mantenerlo alle basse temperature necessarie per mantenerlo liquido (in genere evapora a una velocità dell'1% al giorno). Quando lo maneggi, devi anche seguire le consuete precauzioni di sicurezza quando lavori con l'idrogeno: fa abbastanza freddo da liquefare l'aria, che è esplosiva.

Carburante per missili

L’idrogeno liquido è un componente comune dei carburanti per missili, utilizzato per la propulsione di veicoli di lancio e veicoli spaziali. Nella maggior parte dei motori a razzo a idrogeno liquido, viene prima utilizzato per raffreddare in modo rigenerativo l'ugello e altre parti del motore prima di essere miscelato con un ossidante e bruciato per produrre la spinta. I motori moderni che utilizzano componenti H 2 /O 2 consumano una miscela di carburante eccessivamente arricchita di idrogeno, che porta ad una certa quantità di idrogeno incombusto nei gas di scarico. Oltre ad aumentare l'impulso specifico del motore riducendo il peso molecolare, ciò riduce anche l'erosione dell'ugello e della camera di combustione.

Tali ostacoli all'uso dell'LH in altri ambiti, come la natura criogenica e la bassa densità, rappresentano anche in questo caso un fattore limitante per l'uso. Nel 2009 esiste un solo veicolo di lancio (veicolo di lancio Delta-4), che è interamente un razzo a idrogeno. Fondamentalmente, "ZhV" viene utilizzato sugli stadi superiori dei razzi o sui blocchi, che svolgono una parte significativa del lavoro di lancio del carico utile nello spazio nel vuoto. Come una delle misure per aumentare la densità di questo tipo di carburante, ci sono proposte per utilizzare l'idrogeno simile ai fanghi, cioè una forma semicongelata di "idrogeno liquido".

Idrogeno insieme a azoto, ossigeno e carbonio appartiene al gruppo dei cosiddetti elementi organogeni.

Sono questi elementi che costituiscono principalmente il corpo umano. La proporzione di idrogeno in esso raggiunge il 10% in massa e il 50% in numero di atomi ( ogni secondo atomo nel corpo è idrogeno).

L'idrogeno è l'elemento più comune nel nostro universo: la sua quota è di circa il 75% in massa e il 92% in numero di atomi. A differenza dell’ossigeno, che esiste sia in natura che nell’organismo in forma libera, l’idrogeno si trova quasi interamente sotto forma di suoi composti (il composto principale idrogeno - acqua).

Ruolo biologico dell'idrogeno

L'idrogeno come elemento separato non ha valore biologico. I composti in esso contenuti sono importanti per l'organismo, ovvero acqua, proteine, grassi, carboidrati, vitamine, sostanze biologicamente attive (ad eccezione dei minerali), ecc. Il valore più grande, ovviamente, è la combinazione di idrogeno e ossigeno - acqua, che in realtà è l'ambiente per l'esistenza di tutte le cellule del corpo. Un altro gruppo di importanti composti dell'idrogeno sono gli acidi: la loro capacità di rilasciare ioni idrogeno consente di formare il pH dell'ambiente. Una funzione importante dell'idrogeno è anche la sua capacità di formare legami idrogeno, che, ad esempio, formano forme attive di proteine e la struttura a doppio filamento del DNA nello spazio.

Principali fonti alimentari di idrogeno

L'idrogeno si trova in quasi tutte le sostanze alimentari, ma la maggior parte entra nel corpo sotto forma di acqua.

Cause della carenza di idrogeno

Non c'è carenza di idrogeno in quanto tale; una carenza dei suoi composti, ad esempio l'acqua, si osserva quando l'assorbimento nel corpo è insufficiente o l'escrezione accelerata non compensata.

Conseguenze della carenza di idrogeno

Proprio come nel caso delle cause, si osservano le conseguenze di una carenza dei suoi composti, molto spesso acqua. In questo caso si osservano: disidratazione, sete, diminuzione del turgore dei tessuti, secchezza della pelle e delle mucose, aumento della concentrazione sanguigna, ipotensione arteriosa.

Idrogeno in eccesso

Non vi è nemmeno un eccesso di idrogeno in quanto tale; è possibile un eccesso di apporto dei suoi composti. In questo caso, si osserva un'immagine caratteristica di un particolare composto. Ad esempio, nel caso di eccesso di acqua (iperidratazione) si osserva più spesso rigonfiamento.

Domanda giornaliera di idrogeno: non standardizzata