Apakah produk yang mengandungi hidrogen? Hidrogen dalam alam semula jadi (0.9% dalam kerak bumi). Lihat apa "hidrogen" dalam kamus lain

Sejarah penemuan:

Sejak abad ke-15, ramai penyelidik telah mencatatkan pembebasan gas mudah terbakar apabila asid berinteraksi dengan logam. Penerangan terperinci pertama hidrogen, di bawah nama "udara mudah terbakar" dan "udara dephlogisticated", diberikan oleh ahli kimia Inggeris Henry Cavendish pada tahun 1766. Pada tahun 1783, Antoine Lavoisier membuktikan bahawa hidrogen adalah sebahagian daripada air dan memasukkannya ke dalam jadual unsur kimianya yang dipanggil hidrogen (melahirkan air). Nama Rusia "hidrogen" dicadangkan oleh ahli kimia M.F. Soloviev pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" M.V. Lomonosov.

Mencari dalam alam semula jadi dan memperoleh:

Hidrogen menyumbang kira-kira 92% daripada semua atom di Alam Semesta. Ia adalah komponen utama jirim bintang dan gas antara bintang dalam bentuk sebatian ia membentuk atmosfera banyak planet. Di Bumi, bahagian atom hidrogen adalah 17%; ia adalah sebahagian daripada bahan yang paling biasa - air, dan merupakan sebahagian daripada sebatian yang membentuk organisma hidup, di mana bahagian atomnya adalah kira-kira 50%. Pada masa yang sama, pecahan jisim hidrogen di Bumi (kerak bumi + hidrosfera) adalah kira-kira 1.5%
Kaedah utama menghasilkan hidrogen di makmal ialah interaksi logam (Zn, Fe) dengan asid cair, serta elektrolisis larutan alkali. Dalam industri, hidrogen dihasilkan melalui elektrolisis larutan garam (NaCl), melalui penukaran atau pengoksidaan pemangkin metana, melalui keretakan atau pembentukan semula hidrokarbon (penapisan minyak).
Penukaran metana: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2

Ciri-ciri fizikal:

Hidrogen berlaku dalam bentuk tiga isotop, yang mempunyai nama dan simbol individu: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (T). Hidrogen semulajadi mengandungi 99.99% protium dan 0.01% deuterium. Tritium berlaku secara semula jadi dalam kuantiti yang sangat kecil dan bersifat radioaktif dengan separuh hayat 12.32 tahun.
Bahan mudah H2, gas paling ringan, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, takat lebur -259.1, takat didih -252.8°C, sedikit larut dalam air - 18.8 ml/l. Hidrogen sangat larut dalam banyak logam (850 isipadu setiap 1 isipadu Pd) dan boleh meresap dengan mudah melalui membran logam.
Hidrogen berat D 2 mempunyai dua kali ganda ketumpatan dan takat lebur dan didih sedikit lebih tinggi (-254.5°C dan -249.5°C)

Sifat kimia:

Pada suhu biasa, hidrogen bertindak balas hanya dengan logam yang sangat aktif (cth kalsium) dan bukan logam: fluorin (tanpa cahaya, dengan letupan), klorin (dalam cahaya, dengan letupan). Ia bertindak balas dengan kebanyakan bukan logam apabila dipanaskan (dengan oksigen, tindak balas berlaku serta-merta apabila dinyalakan). Campuran 1:2 oksigen dan hidrogen dipanggil "gas letupan." Ia telah menyatakan sifat pengurangan, mengurangkan oksida logam: besi, tembaga, plumbum, tungsten, dll. Dengan kehadiran pemangkin (Pt, Ni), ia menambah kepada pelbagai ikatan sebatian organik (tindak balas penghidrogenan).

Sambungan yang paling penting:

Hidrogen oksida, H2O- air ialah cecair tidak berwarna, tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa. Sifat fizik anomali air (Tm = 0°C, Tbp = 100°C) adalah disebabkan oleh pembentukan ikatan hidrogen antara molekul. Ia adalah amfolit, berpisah untuk membentuk ion hidronium dan hidroksida, bagaimanapun, tahap pemisahan ialah 1.8 * 10 -16, jadi air tulen hampir tidak mengalirkan arus elektrik.
Air adalah bahan yang sangat reaktif. Reaksi utama:
- tindak balas sebatian dengan oksida logam aktif dan bukan logam, dengan pembentukan hidroksida yang sepadan dengan sifat asas atau berasid;
- tindak balas hidrolisis (boleh balik dan tidak boleh balik) daripada banyak bahan bukan organik dan organik;
- tindak balas penghidratan - penambahan air pada pelbagai ikatan sebatian organik.

Hidrogen peroksida - H 2 O 2- cecair tidak berwarna, sirap, tidak berwarna, tidak berbau, dengan rasa logam yang tidak menyenangkan. Pada kepekatan maksimum - cecair (dengan ketumpatan kira-kira 1.5 g/cm3), takat lebur -0.43°C, takat didih 150°C. Ia larut dalam air, etil alkohol, etil eter dalam sebarang nisbah.
Dalam larutan pekat, hidrogen peroksida tidak stabil dan meletup ke dalam air dan oksigen. Menyebabkan luka bakar yang teruk.
Biasanya digunakan dalam bentuk larutan cair (3%-30%). Pengoksida? apakah kegunaannya sebagai peluntur, pembasmi kuman, dsb. Secara semula jadi, ia ditemui di lapisan bawah atmosfera, dalam pemendakan.

Hidrida ionik - MH x- sebatian hidrogen dengan logam alkali dan alkali tanah, di mana hidrogen mempunyai keadaan pengoksidaan -1. Pepejal seperti garam. Pemulih. Mereka terurai dengan air dan asid untuk membebaskan hidrogen: NaH + H 2 O → NaOH + H 2

Hidrida kovalen - H x X- sebatian hidrogen dengan bukan logam, di mana hidrogen mempunyai keadaan pengoksidaan +1. Gas, banyak yang beracun. Peredam kerana bukan logam. Sifat berbeza daripada lengai (metana) kepada berasid (hidrogen halida). Ammonia NH 3 dan, lebih lemah, fosfin PH 3 mempamerkan sifat asas. Kecuali hidrogen halida, ia mudah terbakar dengan pembentukan oksida yang sepadan.

Permohonan:

Salah satu penggunaan pertama hidrogen adalah dalam pesawat yang lebih ringan daripada udara: belon dan kapal udara. Disebabkan bahaya kebakaran tinggi hidrogen, penggunaan ini telah dihentikan, kecuali belon cuaca.

Hidrogen atom digunakan untuk kimpalan hidrogen atom. Hidrogen cecair adalah salah satu jenis bahan api roket. Sel bahan api hidrogen-oksigen menggunakan hidrogen untuk menukar secara langsung tenaga tindak balas kimia kepada tenaga elektrik.

Sebagai agen pengurangan dalam pengeluaran logam tertentu, untuk pengeluaran lemak pepejal melalui penghidrogenan minyak sayuran. Dalam industri kimia - pengeluaran ammonia, hidrogen klorida, dll.

Hidrogen peroksida: penyelesaian 3% digunakan dalam perubatan, kosmetologi dan industri untuk melunturkan jerami, bulu, gam, bulu, kulit, dll., penyelesaian 60% digunakan untuk pelunturan lemak dan minyak. Larutan pekat tinggi (85-90%) dicampur dengan beberapa bahan mudah terbakar digunakan untuk menghasilkan campuran mudah letupan, sebagai pengoksida dalam enjin roket dan torpedo.

Litium-6 deuteride: sebagai sumber deuterium dan tritium dalam senjata termonuklear (bom hidrogen).

Novikova O., Pasyuk E.
Universiti Negeri Tyumen, kumpulan 502, 2013

Sumber:
Hidrogen // Wikipedia. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=55655584
Hidrogen // Ensiklopedia Dalam Talian Di Seluruh Dunia. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/VODOROD.html (tarikh capaian: 05/23/2013).
Pchyolkina G.V. Pelajaran #24. Hidrogen// URL Himula.com: https://sites.google.com/site/himulacom/ (tarikh akses: 05/23/2013).

Hidrogen

HIDROGEN-A; m. Unsur kimia (H), gas ringan, tidak berwarna dan tidak berbau yang bergabung dengan oksigen untuk membentuk air.

◁ Hidrogen, oh, oh. Sambungan kedua. B bakteria. bom ke-2(bom dengan kuasa pemusnah yang sangat besar, tindakan letupan yang berdasarkan tindak balas termonuklear). Hidrogen, oh, oh.

hidrogen

(lat. Hydrogenium), unsur kimia kumpulan VII sistem berkala. Terdapat dua isotop stabil yang terdapat di alam semula jadi (protium dan deuterium) dan satu radioaktif (tritium). Molekulnya adalah diatomik (H 2). Gas tidak berwarna dan tidak berbau; ketumpatan 0.0899 g/l, t kip - 252.76°C. Bergabung dengan banyak unsur dan membentuk air dengan oksigen. Unsur kosmos yang paling biasa; membentuk (dalam bentuk plasma) lebih daripada 70% daripada jisim Matahari dan bintang, bahagian utama gas medium antara bintang dan nebula. Atom hidrogen adalah sebahagian daripada banyak asid dan bes, dan kebanyakan sebatian organik. Ia digunakan dalam pengeluaran ammonia, asid hidroklorik, untuk penghidrogenan lemak, dsb., dalam mengimpal dan memotong logam. Menjanjikan sebagai bahan api (lihat tenaga Hidrogen).

HIDROGEN

HIDROGEN (lat. Hydrogenium), H, unsur kimia dengan nombor atom 1, jisim atom 1.00794. Simbol kimia untuk hidrogen, H, dibaca di negara kita sebagai "sakit," kerana huruf ini disebut dalam bahasa Perancis.
Hidrogen semulajadi terdiri daripada campuran dua nuklida yang stabil (cm. NUKLID) dengan nombor jisim 1.007825 (99.985% dalam campuran) dan 2.0140 (0.015%). Di samping itu, hidrogen semulajadi sentiasa mengandungi jumlah kecil nuklida radioaktif - tritium (cm. TRITIUM) 3 N (separuh hayat T 1/2 12.43 tahun). Memandangkan nukleus atom hidrogen mengandungi hanya 1 proton (tidak boleh ada lebih sedikit proton dalam nukleus atom unsur), kadangkala dikatakan bahawa hidrogen membentuk sempadan bawah semula jadi bagi sistem berkala unsur D. I. Mendeleev (walaupun unsur hidrogen itu sendiri terletak di bahagian paling atas jadual). Unsur hidrogen terletak dalam tempoh pertama jadual berkala. Ia juga dikelaskan sebagai kumpulan 1 (logam alkali kumpulan IA (cm. LOGAM ALKALI)), dan kepada kumpulan 7 (kumpulan VIIA halogen (cm. HALOGEN)).
Jisim atom isotop hidrogen sangat berbeza (beberapa kali). Ini membawa kepada perbezaan ketara dalam tingkah laku mereka dalam proses fizikal (penyulingan, elektrolisis, dll.) dan kepada perbezaan kimia tertentu (perbezaan dalam kelakuan isotop satu unsur dipanggil kesan isotop; untuk hidrogen, kesan isotop adalah paling ketara). Oleh itu, tidak seperti isotop semua unsur lain, isotop hidrogen mempunyai simbol dan nama khas. Hidrogen dengan nombor jisim 1 dipanggil hidrogen ringan, atau protium (Latin Protium, daripada protos Yunani - pertama), dilambangkan dengan simbol H, dan nukleusnya dipanggil proton. (cm. PROTON (zarah asas)), simbol p. Hidrogen dengan nombor jisim 2 dipanggil hidrogen berat, deuterium (cm. DEUTERIUM)(Latin Deuterium, daripada deuteros Yunani - kedua), simbol 2 H, atau D (baca “de”) digunakan untuk menamakannya, nukleus d ialah deuteron. Isotop radioaktif dengan nombor jisim 3 dipanggil hidrogen superheavy, atau tritium (Latin Tritum, daripada tritos Yunani - ketiga), simbol 2 H atau T (baca "mereka"), nukleus t - triton.
Konfigurasi lapisan elektron tunggal bagi atom hidrogen tak tereksiat neutral 1 s 1 . Dalam sebatian ia mempamerkan keadaan pengoksidaan +1 dan, kurang biasa, -1 (valens I). Jejari atom hidrogen neutral ialah 0.024 nm. Tenaga pengionan atom ialah 13.595 eV, pertalian elektron ialah 0.75 eV. Menurut skala Pauling, keelektronegatifan hidrogen ialah 2.20. Hidrogen ialah bukan logam.
Dalam bentuk bebasnya, ia adalah gas mudah terbakar ringan tanpa warna, bau atau rasa.
Sejarah penemuan
Pembebasan gas mudah terbakar semasa interaksi asid dan logam telah diperhatikan pada abad ke-16 dan ke-17 pada awal pembentukan kimia sebagai sains. Ahli fizik dan kimia Inggeris terkenal G. Cavendish (cm. CAVENDISH Henry) pada tahun 1766 dia menyiasat gas ini dan memanggilnya "udara mudah terbakar." Apabila dibakar, "udara mudah terbakar" menghasilkan air, tetapi pematuhan Cavendish kepada teori phlogiston (cm. PHLOGISTON) menghalangnya daripada membuat kesimpulan yang betul. Ahli kimia Perancis A. Lavoisier (cm. LAVOISIER Antoine Laurent) bersama jurutera J. Meunier (cm. MENIER Jean Baptiste Marie Charles), menggunakan gasometer khas, pada tahun 1783 dia menjalankan sintesis air, dan kemudian analisisnya, mengurai wap air dengan besi panas. Oleh itu, beliau menegaskan bahawa "udara mudah terbakar" adalah sebahagian daripada air dan boleh diperoleh daripadanya. Pada tahun 1787, Lavoisier membuat kesimpulan bahawa "udara mudah terbakar" adalah bahan mudah, dan oleh itu tergolong dalam unsur kimia. Dia memberinya nama hydrogene (dari bahasa Yunani hydor - air dan gennao - saya melahirkan) - "melahirkan air." Penubuhan komposisi air menamatkan "teori phlogiston." Nama Rusia "hidrogen" dicadangkan oleh ahli kimia M. F. Solovyov (cm. SOLOVIEV Mikhail Fedorovich) pada tahun 1824. Pada permulaan abad ke-18 dan ke-19, telah ditetapkan bahawa atom hidrogen adalah sangat ringan (berbanding dengan atom unsur lain), dan berat (jisim) atom hidrogen telah diambil sebagai unit perbandingan untuk jisim atom unsur. Jisim atom hidrogen diberi nilai 1.
Berada di alam semula jadi
Hidrogen menyumbang kira-kira 1% daripada jisim kerak bumi (tempat ke-10 di antara semua unsur). Hidrogen secara praktikal tidak pernah ditemui dalam bentuk bebasnya di planet kita (jejaknya ditemui di lapisan atas atmosfera), tetapi sebagai sebahagian daripada air ia diedarkan hampir di mana-mana di Bumi. Unsur hidrogen adalah sebahagian daripada sebatian organik dan bukan organik organisma hidup, gas asli, minyak, dan arang batu. Ia, sudah tentu, terkandung dalam air (kira-kira 11% berat), dalam pelbagai hidrat dan mineral kristal semulajadi, yang mengandungi satu atau lebih kumpulan hidroksil OH.
Hidrogen sebagai unsur menguasai Alam Semesta. Ia menyumbang kira-kira separuh daripada jisim Matahari dan bintang lain, dan terdapat di atmosfera beberapa planet.
resit
Hidrogen boleh dihasilkan dalam pelbagai cara. Dalam industri, gas asli digunakan untuk ini, serta gas yang diperoleh daripada penapisan minyak, coking dan pengegasan arang batu dan bahan api lain. Apabila menghasilkan hidrogen daripada gas asli (komponen utama ialah metana), ia mengalami interaksi pemangkin dengan wap air dan pengoksidaan tidak lengkap dengan oksigen:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 dan CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
Pengasingan hidrogen daripada gas ketuhar kok dan gas penapisan minyak adalah berdasarkan pencairannya semasa penyejukan dalam dan penyingkiran daripada campuran gas yang mencairkan lebih mudah daripada hidrogen. Apabila elektrik murah tersedia, hidrogen dihasilkan melalui elektrolisis air dengan mengalirkan arus melalui larutan alkali. Dalam keadaan makmal, hidrogen mudah diperoleh dengan bertindak balas logam dengan asid, contohnya, zink dengan asid hidroklorik.
Sifat fizikal dan kimia
Dalam keadaan biasa, hidrogen ialah gas ringan (ketumpatan dalam keadaan normal 0.0899 kg/m3) tidak berwarna. Takat lebur –259.15 °C, takat didih –252.7 °C. Hidrogen cecair (pada takat didih) mempunyai ketumpatan 70.8 kg/m 3 dan merupakan cecair paling ringan. Potensi elektrod piawai H 2 /H - dalam larutan akueus diambil bersamaan dengan 0. Hidrogen kurang larut dalam air: pada 0 °C keterlarutan kurang daripada 0.02 cm 3 / ml, tetapi ia sangat larut dalam beberapa logam ( besi span dan lain-lain), terutamanya yang baik - dalam paladium logam (kira-kira 850 jilid hidrogen dalam 1 isipadu logam). Haba pembakaran hidrogen ialah 143.06 MJ/kg.
Wujud dalam bentuk molekul H 2 diatomik. Pemalar pemisahan H 2 kepada atom pada 300 K ialah 2.56·10 -34. Tenaga penceraian molekul H 2 kepada atom ialah 436 kJ/mol. Jarak antara nuklear dalam molekul H 2 ialah 0.07414 nm.
Oleh kerana nukleus setiap atom H yang merupakan sebahagian daripada molekul mempunyai putaran sendiri (cm. SPIN), maka hidrogen molekul boleh dalam dua bentuk: dalam bentuk ortohidrogen (o-H 2) (kedua-dua putaran mempunyai orientasi yang sama) dan dalam bentuk parahidrogen (n-H 2) (putaran mempunyai orientasi yang berbeza). Di bawah keadaan biasa, hidrogen biasa ialah campuran 75% o-H 2 dan 25% p-H 2. Sifat fizikal p- dan o-H 2 berbeza sedikit antara satu sama lain. Jadi, jika takat didih o-H 2 tulen ialah 20.45 K, maka p-H 2 tulen ialah 20.26 K. Perubahan o-H 2 kepada p-H 2 disertai dengan pembebasan 1418 J/mol haba.
Telah berulang kali dicadangkan dalam kesusasteraan saintifik bahawa pada tekanan tinggi (melebihi 10 GPa) dan pada suhu rendah (kira-kira 10 K dan ke bawah), hidrogen pepejal, biasanya menghablur dalam kekisi molekul heksagon, boleh berubah menjadi bahan dengan sifat logam, mungkin juga superkonduktor. Bagaimanapun, setakat ini tiada data jelas mengenai kemungkinan peralihan tersebut.
Kekuatan tinggi ikatan kimia antara atom dalam molekul H2 (yang, sebagai contoh, menggunakan kaedah orbital molekul, boleh dijelaskan oleh fakta bahawa dalam molekul ini pasangan elektron terletak dalam orbital ikatan, dan orbital antiikatan adalah tidak diduduki oleh elektron) membawa kepada fakta bahawa pada suhu bilik Gas hidrogen tidak aktif secara kimia. Jadi, tanpa pemanasan, dengan pencampuran mudah, hidrogen bertindak balas (meletup) hanya dengan gas fluorin:
H 2 + F 2 = 2HF + Q.
Jika campuran hidrogen dan klorin pada suhu bilik disinari dengan cahaya ultraungu, maka pembentukan segera hidrogen klorida HCl diperhatikan. Tindak balas hidrogen dengan oksigen berlaku secara meletup jika pemangkin, paladium logam (atau platinum), ditambah kepada campuran gas-gas ini. Apabila dinyalakan, campuran hidrogen dan oksigen (yang dipanggil gas meletup (cm. GAS LETUPAN)) meletup, dan letupan boleh berlaku dalam campuran di mana kandungan hidrogen berjulat antara 5 hingga 95 peratus mengikut isipadu. Hidrogen tulen dalam udara atau dalam oksigen tulen terbakar secara senyap, membebaskan sejumlah besar haba:
H 2 + 1/2O 2 = H 2 O + 285.75 kJ/mol
Jika hidrogen berinteraksi dengan bukan logam dan logam lain, ia hanya dalam keadaan tertentu (pemanasan, tekanan tinggi, kehadiran mangkin). Oleh itu, hidrogen bertindak balas secara berbalik dengan nitrogen pada tekanan tinggi (20-30 MPa atau lebih) dan pada suhu 300-400 °C dengan kehadiran mangkin - besi:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
Juga, hanya apabila dipanaskan, hidrogen bertindak balas dengan sulfur untuk membentuk hidrogen sulfida H 2 S, dengan bromin untuk membentuk hidrogen bromida HBr, dengan iodin untuk membentuk hidrogen iodida HI. Hidrogen bertindak balas dengan arang batu (grafit) untuk membentuk campuran hidrokarbon pelbagai komposisi. Hidrogen tidak berinteraksi secara langsung dengan boron, silikon, dan fosforus sebatian unsur-unsur ini dengan hidrogen diperoleh secara tidak langsung.
Apabila dipanaskan, hidrogen mampu bertindak balas dengan alkali, logam alkali tanah dan magnesium untuk membentuk sebatian dengan ikatan ionik, yang mengandungi hidrogen dalam keadaan pengoksidaan –1. Oleh itu, apabila kalsium dipanaskan dalam suasana hidrogen, hidrida seperti garam dengan komposisi CaH 2 terbentuk. Polimer aluminium hidrida (AlH 3) x - salah satu agen penurunan yang paling berkuasa - diperoleh secara tidak langsung (contohnya, menggunakan sebatian organoaluminum). Dengan banyak logam peralihan (contohnya, zirkonium, hafnium, dll.), hidrogen membentuk sebatian komposisi berubah (larutan pepejal).
Hidrogen mampu bertindak balas bukan sahaja dengan banyak bahan mudah, tetapi juga dengan bahan kompleks. Pertama sekali, perlu diperhatikan keupayaan hidrogen untuk mengurangkan banyak logam daripada oksidanya (seperti besi, nikel, plumbum, tungsten, tembaga, dll.). Oleh itu, apabila dipanaskan pada suhu 400-450 °C dan ke atas, besi dikurangkan oleh hidrogen daripada mana-mana oksidanya, contohnya:
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.
Perlu diingatkan bahawa hanya logam yang terletak dalam siri potensi piawai di belakang mangan boleh dikurangkan daripada oksida dengan hidrogen. Logam yang lebih aktif (termasuk mangan) tidak dikurangkan kepada logam daripada oksida.
Hidrogen mampu menambah ikatan berganda atau tiga kali ganda kepada banyak sebatian organik (ini adalah apa yang dipanggil tindak balas penghidrogenan). Sebagai contoh, dengan kehadiran pemangkin nikel, adalah mungkin untuk menjalankan penghidrogenan etilena C 2 H 4, dan etana C 2 H 6 terbentuk:
C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.
Metanol dihasilkan secara industri melalui tindak balas karbon monoksida (II) dan hidrogen:
2H 2 + CO = CH 3 OH.
Dalam sebatian di mana atom hidrogen disambungkan kepada atom unsur yang lebih elektronegatif E (E = F, Cl, O, N), ikatan hidrogen terbentuk antara molekul. (cm. IKATAN HIDROGEN)(dua atom E yang sama atau dua unsur berbeza disambungkan antara satu sama lain melalui atom H: E"... N... E"", dan ketiga-tiga atom terletak pada garis lurus yang sama). Ikatan sedemikian wujud antara molekul air, ammonia, metanol, dsb. dan membawa kepada peningkatan ketara dalam takat didih bahan ini, peningkatan haba penyejatan, dsb.
Permohonan
Hidrogen digunakan dalam sintesis ammonia NH 3, hidrogen klorida HCl, metanol CH 3 OH, semasa hydrocracking (meretak dalam suasana hidrogen) hidrokarbon semula jadi, sebagai agen penurunan dalam pengeluaran logam tertentu. Penghidrogenan (cm. HIDROGENASI) Minyak sayuran semulajadi digunakan untuk mendapatkan lemak pepejal - marjerin. Hidrogen cecair digunakan sebagai bahan api roket dan juga sebagai penyejuk. Campuran oksigen dan hidrogen digunakan dalam kimpalan.
Pada satu masa, dicadangkan bahawa dalam masa terdekat sumber utama pengeluaran tenaga ialah tindak balas pembakaran hidrogen, dan tenaga hidrogen akan menggantikan sumber pengeluaran tenaga tradisional (arang batu, minyak, dll.). Diandaikan bahawa adalah mungkin untuk menggunakan elektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen secara besar-besaran. Elektrolisis air adalah proses yang agak intensif tenaga, dan pada masa ini ia tidak menguntungkan untuk menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis pada skala industri. Tetapi dijangka bahawa elektrolisis akan berdasarkan penggunaan haba suhu sederhana (500-600 °C), yang berlaku dalam kuantiti yang banyak semasa operasi loji kuasa nuklear. Haba ini mempunyai penggunaan terhad, dan kemungkinan menghasilkan hidrogen dengan bantuannya akan menyelesaikan kedua-dua masalah alam sekitar (apabila hidrogen dibakar di udara, jumlah bahan berbahaya alam sekitar yang dihasilkan adalah minimum) dan masalah menggunakan haba suhu pertengahan. Walau bagaimanapun, selepas bencana Chernobyl, pembangunan tenaga nuklear telah disekat di mana-mana, sehingga sumber tenaga ini tidak tersedia. Oleh itu, prospek penggunaan meluas hidrogen sebagai sumber tenaga masih beralih sehingga sekurang-kurangnya pertengahan abad ke-21.
Ciri-ciri rawatan
Hidrogen bukanlah toksik, tetapi apabila mengendalikannya, seseorang mesti sentiasa mengambil kira bahaya kebakaran dan letupan yang tinggi, dan bahaya letupan hidrogen meningkat disebabkan oleh keupayaan tinggi gas untuk meresap walaupun melalui beberapa bahan pepejal. Sebelum memulakan sebarang operasi pemanasan dalam suasana hidrogen, anda harus memastikan bahawa ia adalah bersih (apabila menyalakan hidrogen dalam tabung uji terbalik, bunyi harus kusam, bukan menyalak).
Peranan biologi
Kepentingan biologi hidrogen ditentukan oleh fakta bahawa ia adalah sebahagian daripada molekul air dan semua kumpulan sebatian semula jadi yang paling penting, termasuk protein, asid nukleik, lipid, dan karbohidrat. Kira-kira 10% daripada jisim organisma hidup adalah hidrogen. Keupayaan hidrogen untuk membentuk ikatan hidrogen memainkan peranan penting dalam mengekalkan struktur kuaterner ruang protein, serta dalam melaksanakan prinsip saling melengkapi. (cm. PELENGKAP) dalam pembinaan dan fungsi asid nukleik (iaitu, dalam penyimpanan dan pelaksanaan maklumat genetik), secara umum dalam pelaksanaan "pengiktirafan" pada peringkat molekul. Hidrogen (ion H+) mengambil bahagian dalam proses dan tindak balas dinamik yang paling penting dalam badan - dalam pengoksidaan biologi, yang menyediakan sel hidup dengan tenaga, dalam fotosintesis dalam tumbuhan, dalam tindak balas biosintetik, dalam penetapan nitrogen dan fotosintesis bakteria, dalam mengekalkan asid- keseimbangan asas dan homeostasis (cm. HOMEOSTASIS), dalam proses pengangkutan membran. Oleh itu, bersama dengan oksigen dan karbon, hidrogen membentuk asas struktur dan fungsi bagi fenomena kehidupan.

Kamus ensiklopedia. 2009 .

sinonim:

Lihat apa "hidrogen" dalam kamus lain:

Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 4, Neutron 4H 3 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 4.027810(110) ... Wikipedia

Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 5, 5H Neutron 4 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 5.035310(110) ... Wikipedia

Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 6, 6H Neutron 5 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 6.044940(280) ... Wikipedia

Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 7, 7H Neutron 6 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 7.052750 (1080) ... Wikipedia

Jawatan - H (Hidrogen);
Nama Latin - Hydrogenium;
Tempoh - I;
Kumpulan - 1 (Ia);
Jisim atom - 1.00794;
Nombor atom - 1;
Jejari atom = 53 petang;
Jejari kovalen = 32 petang;
Pengagihan elektron - 1s 1;
suhu lebur = -259.14°C;
takat didih = -252.87°C;
Keelektronegatifan (mengikut Pauling/menurut Alpred dan Rochow) = 2.02/-;
Keadaan pengoksidaan: +1; 0; -1;
Ketumpatan (no.) = 0.0000899 g/cm 3 ;
Isipadu molar = 14.1 cm 3 /mol.

Sebatian binari hidrogen dengan oksigen:

Hidrogen (“melahirkan air”) ditemui oleh saintis Inggeris G. Cavendish pada tahun 1766. Ia adalah unsur paling mudah dalam alam semula jadi - atom hidrogen mempunyai nukleus dan satu elektron, itulah sebabnya mengapa hidrogen adalah unsur yang paling banyak di Alam Semesta (mengandungi lebih daripada separuh jisim kebanyakan bintang).

Mengenai hidrogen kita boleh mengatakan bahawa "spool itu kecil, tetapi mahal." Walaupun "kesederhanaan", hidrogen membekalkan tenaga kepada semua makhluk hidup di Bumi - tindak balas termonuklear berterusan berlaku di Matahari di mana satu atom helium terbentuk daripada empat atom hidrogen, proses ini disertai dengan pembebasan sejumlah besar tenaga. (untuk butiran lanjut, lihat gabungan nuklear).

Dalam kerak bumi, pecahan jisim hidrogen hanya 0.15%. Sementara itu, majoriti besar (95%) daripada semua bahan kimia yang diketahui di Bumi mengandungi satu atau lebih atom hidrogen.

Dalam sebatian dengan bukan logam (HCl, H 2 O, CH 4 ...), hidrogen memberikan satu-satunya elektronnya kepada unsur yang lebih elektronegatif, menunjukkan keadaan pengoksidaan +1 (lebih kerap), membentuk hanya ikatan kovalen (lihat Kovalen ikatan).

Dalam sebatian dengan logam (NaH, CaH 2 ...), hidrogen, sebaliknya, menerima elektron lain ke dalam satu-satunya orbital snya, dengan itu cuba melengkapkan lapisan elektroniknya, menunjukkan keadaan pengoksidaan -1 (kurang kerap), sering membentuk ikatan ionik (lihat ikatan ionik), kerana perbezaan keelektronegatifan atom hidrogen dan atom logam boleh menjadi agak besar.

H 2

Dalam keadaan gas, hidrogen wujud dalam bentuk molekul diatomik, membentuk ikatan kovalen nonpolar.

Molekul hidrogen mempunyai:

mobiliti yang hebat;
kekuatan besar;
kebolehpolaran rendah;
saiz kecil dan berat.

Sifat-sifat gas hidrogen:

gas paling ringan dalam alam semula jadi, tidak berwarna dan tidak berbau;
kurang larut dalam air dan pelarut organik;
larut dalam jumlah kecil dalam logam cecair dan pepejal (terutamanya platinum dan paladium);
sukar untuk mencairkan (kerana kebolehpolarannya yang rendah);
mempunyai kekonduksian terma tertinggi daripada semua gas yang diketahui;
apabila dipanaskan, ia bertindak balas dengan banyak bukan logam, menunjukkan sifat agen pengurangan;
pada suhu bilik ia bertindak balas dengan fluorin (letupan berlaku): H 2 + F 2 = 2HF;
bertindak balas dengan logam untuk membentuk hidrida, mempamerkan sifat pengoksidaan: H 2 + Ca = CaH 2 ;

Dalam sebatian, hidrogen mempamerkan sifat pengurangannya dengan lebih kuat daripada sifat pengoksidaannya. Hidrogen adalah agen penurun yang paling berkuasa selepas arang batu, aluminium dan kalsium. Sifat pengurangan hidrogen digunakan secara meluas dalam industri untuk mendapatkan logam dan bukan logam (bahan mudah) daripada oksida dan gallides.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Tindak balas hidrogen dengan bahan mudah

Hidrogen menerima elektron, memainkan peranan agen pengurangan, dalam tindak balas:

Dengan oksigen(apabila dinyalakan atau dengan kehadiran mangkin), dalam nisbah 2:1 (hidrogen:oksigen) gas meletup meletup terbentuk: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
Dengan kelabu(apabila dipanaskan hingga 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
Dengan klorin(apabila dinyalakan atau disinari dengan sinaran UV): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
Dengan fluorin: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
Dengan nitrogen(apabila dipanaskan dengan kehadiran pemangkin atau pada tekanan tinggi): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Hidrogen menderma elektron, memainkan peranan agen pengoksidaan, dalam tindak balas dengan beralkali Dan tanah beralkali logam dengan pembentukan hidrida logam - sebatian ion seperti garam yang mengandungi ion hidrida H - ini adalah bahan kristal putih yang tidak stabil.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Ia bukan tipikal untuk hidrogen menunjukkan keadaan pengoksidaan -1. Apabila bertindak balas dengan air, hidrida terurai, mengurangkan air kepada hidrogen. Tindak balas kalsium hidrida dengan air adalah seperti berikut:

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

Tindak balas hidrogen dengan bahan kompleks

pada suhu tinggi, hidrogen mengurangkan banyak oksida logam: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
metil alkohol diperolehi melalui tindak balas hidrogen dengan karbon monoksida (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
Dalam tindak balas penghidrogenan, hidrogen bertindak balas dengan banyak bahan organik.

Persamaan tindak balas kimia hidrogen dan sebatiannya dibincangkan dengan lebih terperinci pada halaman "Hidrogen dan sebatiannya - persamaan tindak balas kimia yang melibatkan hidrogen."

Aplikasi hidrogen

dalam tenaga nuklear, isotop hidrogen digunakan - deuterium dan tritium;
dalam industri kimia, hidrogen digunakan untuk sintesis banyak bahan organik, ammonia, hidrogen klorida;
dalam industri makanan, hidrogen digunakan dalam pengeluaran lemak pepejal melalui penghidrogenan minyak sayuran;
untuk mengimpal dan memotong logam, suhu pembakaran tinggi hidrogen dalam oksigen (2600°C) digunakan;
dalam pengeluaran beberapa logam, hidrogen digunakan sebagai agen penurunan (lihat di atas);
memandangkan hidrogen ialah gas ringan, ia digunakan dalam aeronautik sebagai pengisi untuk belon, aerostat dan kapal udara;
Hidrogen digunakan sebagai bahan api bercampur dengan CO.

Baru-baru ini, saintis telah memberi banyak perhatian kepada pencarian sumber alternatif tenaga boleh diperbaharui. Salah satu kawasan yang menjanjikan ialah tenaga "hidrogen", di mana hidrogen digunakan sebagai bahan api, hasil pembakarannya adalah air biasa.

Kaedah untuk menghasilkan hidrogen

Kaedah industri untuk menghasilkan hidrogen:

penukaran metana (pengurangan pemangkin wap air) dengan wap air pada suhu tinggi (800°C) pada mangkin nikel: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
penukaran karbon monoksida dengan wap air (t=500°C) pada mangkin Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
penguraian haba metana: CH 4 = C + 2H 2;
pengegasan bahan api pepejal (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
elektrolisis air (kaedah yang sangat mahal yang menghasilkan hidrogen yang sangat tulen): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Kaedah makmal untuk menghasilkan hidrogen:

tindakan ke atas logam (biasanya zink) dengan asid sulfurik hidroklorik atau cair: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
interaksi wap air dengan pemfailan besi panas: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

Cecair

Hidrogen(lat. Hidrogenium; ditunjukkan oleh simbol H) ialah unsur pertama jadual berkala unsur. Diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi. Kation (dan nukleus) bagi isotop hidrogen yang paling biasa, 1 H, ialah proton. Sifat-sifat nukleus 1 H memungkinkan untuk menggunakan spektroskopi NMR secara meluas dalam analisis bahan organik.

Tiga isotop hidrogen mempunyai nama mereka sendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) dan 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Bahan ringkas hidrogen - H 2 - ialah gas ringan tidak berwarna. Apabila dicampur dengan udara atau oksigen, ia mudah terbakar dan mudah meletup. Tidak toksik. Larut dalam etanol dan beberapa logam: besi, nikel, paladium, platinum.

cerita

Pembebasan gas mudah terbakar semasa interaksi asid dan logam telah diperhatikan pada abad ke-16 dan ke-17 pada awal pembentukan kimia sebagai sains. Mikhail Vasilyevich Lomonosov juga secara langsung menunjukkan pengasingannya, tetapi dia sudah pasti sedar bahawa ia bukan phlogiston. Ahli fizik dan ahli kimia Inggeris Henry Cavendish memeriksa gas ini pada tahun 1766 dan memanggilnya "udara mudah terbakar." Apabila dibakar, "udara mudah terbakar" menghasilkan air, tetapi pematuhan Cavendish kepada teori phlogiston menghalangnya daripada membuat kesimpulan yang betul. Ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier, bersama-sama dengan jurutera J. Meunier, menggunakan gasometer khas, pada tahun 1783 menjalankan sintesis air, dan kemudian analisisnya, mengurai wap air dengan besi panas. Oleh itu, beliau menegaskan bahawa "udara mudah terbakar" adalah sebahagian daripada air dan boleh diperoleh daripadanya.

asal nama

Lavoisier memberi nama hidrogen kepada hidrogen - "melahirkan air." Nama Rusia "hidrogen" dicadangkan oleh ahli kimia M. F. Soloviev pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" Slomonosov.

Kelaziman

Hidrogen adalah unsur yang paling banyak di Alam Semesta. Ia menyumbang kira-kira 92% daripada semua atom (8% ialah atom helium, bahagian semua unsur lain yang digabungkan adalah kurang daripada 0.1%). Oleh itu, hidrogen adalah komponen utama bintang dan gas antara bintang. Dalam keadaan suhu bintang (contohnya, suhu permukaan Matahari ialah ~ 6000 °C), hidrogen wujud dalam bentuk plasma dalam ruang antara bintang, unsur ini wujud dalam bentuk molekul individu, atom dan ion dan boleh terbentuk awan molekul yang berbeza dengan ketara dalam saiz, ketumpatan dan suhu.

Kerak bumi dan organisma hidup

Pecahan jisim hidrogen dalam kerak bumi ialah 1% - ia adalah unsur kesepuluh yang paling banyak. Walau bagaimanapun, peranannya dalam alam semula jadi tidak ditentukan oleh jisim, tetapi oleh bilangan atom, bahagiannya antara unsur lain ialah 17% (tempat kedua selepas oksigen, bahagian atomnya ialah ~ 52%). Oleh itu, kepentingan hidrogen dalam proses kimia yang berlaku di Bumi adalah hampir sama hebatnya dengan oksigen. Tidak seperti oksigen, yang wujud di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi adalah dalam bentuk sebatian; Hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk bahan ringkas terkandung dalam atmosfera (0.00005% mengikut isipadu).

Hidrogen adalah sebahagian daripada hampir semua bahan organik dan terdapat dalam semua sel hidup. Dalam sel hidup, hidrogen menyumbang hampir 50% daripada bilangan atom.

resit

Kaedah perindustrian untuk menghasilkan bahan mudah bergantung pada bentuk di mana unsur yang sepadan ditemui di alam semula jadi, iaitu, apa yang boleh menjadi bahan mentah untuk pengeluarannya. Oleh itu, oksigen, yang tersedia dalam keadaan bebas, diperoleh secara fizikal - dengan pemisahan dari udara cecair. Hampir semua hidrogen adalah dalam bentuk sebatian, jadi kaedah kimia digunakan untuk mendapatkannya. Khususnya, tindak balas penguraian boleh digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah melalui penguraian air oleh arus elektrik.

Kaedah perindustrian utama untuk menghasilkan hidrogen ialah tindak balas metana, yang merupakan sebahagian daripada gas asli, dengan air. Ia dijalankan pada suhu tinggi (mudah untuk mengesahkan bahawa apabila menghantar metana walaupun melalui air mendidih, tiada tindak balas berlaku):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Di makmal, untuk mendapatkan bahan mudah, mereka tidak semestinya menggunakan bahan mentah semula jadi, tetapi memilih bahan permulaan yang lebih mudah untuk mengasingkan bahan yang diperlukan. Sebagai contoh, di makmal, oksigen tidak diperoleh daripada udara. Perkara yang sama berlaku untuk pengeluaran hidrogen. Salah satu kaedah makmal untuk menghasilkan hidrogen, yang kadang-kadang digunakan dalam industri, ialah penguraian air oleh arus elektrik.

Lazimnya, hidrogen dihasilkan di makmal dengan bertindak balas zink dengan asid hidroklorik.

Dalam industri

1. Elektrolisis larutan garam akueus:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Melepasi wap air ke atas kok panas pada suhu kira-kira 1000 °C:

H2O+C? H2+CO

3. Daripada gas asli.

Penukaran wap:

CH 4 + H 2 O ? CO + 3H 2 (1000 °C)

Pengoksidaan katalitik dengan oksigen:

2CH 4 + O 2 ? 2CO + 4H2

4. Keretakan dan pembentukan semula hidrokarbon semasa penapisan minyak.

Dalam makmal

1.Kesan asid cair pada logam. Untuk menjalankan tindak balas ini, zink dan asid hidroklorik cair paling kerap digunakan:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interaksi kalsium dengan air:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidrolisis hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Kesan alkali pada zink atau aluminium:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Menggunakan elektrolisis. Semasa elektrolisis larutan akueus alkali atau asid, hidrogen dibebaskan di katod, contohnya:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Ciri-ciri fizikal

Hidrogen boleh wujud dalam dua bentuk (pengubahsuaian) - dalam bentuk ortho- dan para-hydrogen. Dalam molekul ortohidrogen o-H 2 (mp. −259.10 °C, bp. −252.56 °C) putaran nuklear diarahkan secara sama (selari), dan untuk parahidrogen hlm-H 2 (takat lebur −259.32 °C, takat didih −252.89 °C) - bertentangan antara satu sama lain (antiparallel). Campuran keseimbangan o-H 2 dan hlm-H 2 pada suhu tertentu dipanggil keseimbangan hidrogen e-H2.

Pengubahsuaian hidrogen boleh dipisahkan dengan penjerapan pada karbon aktif pada suhu nitrogen cecair. Pada suhu yang sangat rendah, keseimbangan antara ortohidrogen dan parahidrogen hampir sepenuhnya beralih ke arah yang kedua. Pada 80 K nisbah bentuk adalah lebih kurang 1:1. Apabila dipanaskan, parahidrogen terdesorpsi ditukar kepada ortohidrogen sehingga campuran terbentuk yang keseimbangan pada suhu bilik (orto-para: 75:25). Tanpa pemangkin, transformasi berlaku secara perlahan (di bawah keadaan medium antara bintang - dengan masa ciri sehingga kosmologi), yang memungkinkan untuk mengkaji sifat pengubahsuaian individu.

Hidrogen adalah gas paling ringan, ia adalah 14.5 kali lebih ringan daripada udara. Jelas sekali, semakin kecil jisim molekul, semakin tinggi kelajuannya pada suhu yang sama. Sebagai molekul yang paling ringan, molekul hidrogen bergerak lebih cepat daripada molekul mana-mana gas lain dan dengan itu boleh memindahkan haba dari satu badan ke badan yang lain dengan lebih cepat. Ia berikutan bahawa hidrogen mempunyai kekonduksian terma tertinggi di antara bahan gas. Kekonduksian termanya adalah kira-kira tujuh kali lebih tinggi daripada kekonduksian terma udara.

Molekul hidrogen adalah diatomik - H2. Di bawah keadaan biasa, ia adalah gas tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Ketumpatan 0.08987 g/l (n.s.), takat didih −252.76 °C, haba tentu pembakaran 120.9×10 6 J/kg, larut sedikit dalam air - 18.8 ml/l. Hidrogen sangat larut dalam banyak logam (Ni, Pt, Pd, dll.), terutamanya dalam paladium (850 isipadu setiap 1 isipadu Pd). Keterlarutan hidrogen dalam logam adalah berkaitan dengan keupayaannya untuk meresap melaluinya; Resapan melalui aloi karbon (contohnya, keluli) kadangkala disertai dengan pemusnahan aloi akibat interaksi hidrogen dengan karbon (yang dipanggil penyahkarbonan). Praktikal tidak larut dalam perak.

Hidrogen cecair wujud dalam julat suhu yang sangat sempit dari -252.76 hingga -259.2 °C. Ia adalah cecair tidak berwarna, sangat ringan (ketumpatan pada −253 °C 0.0708 g/cm3) dan cecair (kelikatan pada −253 °C 13.8 spuaz). Parameter kritikal hidrogen adalah sangat rendah: suhu −240.2 °C dan tekanan 12.8 atm. Ini menerangkan kesukaran dalam mencairkan hidrogen. Dalam keadaan cecair, keseimbangan hidrogen terdiri daripada 99.79% para-H2, 0.21% orto-H2.

Hidrogen pepejal, takat lebur −259.2 °C, ketumpatan 0.0807 g/cm 3 (pada −262 °C) - jisim seperti salji, hablur heksagon, kumpulan ruang P6/mmc, parameter sel a=3,75 c=6.12. Pada tekanan tinggi, hidrogen berubah menjadi keadaan logam.

Isotop

Hidrogen berlaku dalam bentuk tiga isotop, yang mempunyai nama individu: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Protium dan deuterium ialah isotop stabil dengan nombor jisim 1 dan 2. Kandungannya secara semula jadi ialah 99.9885 ± 0.0070% dan 0.0115 ± 0.0070%, masing-masing. Nisbah ini mungkin berbeza sedikit bergantung kepada sumber dan kaedah menghasilkan hidrogen.

Isotop hidrogen 3H (tritium) tidak stabil. Separuh hayatnya ialah 12.32 tahun. Tritium berlaku secara semula jadi dalam kuantiti yang sangat kecil.

Kesusasteraan juga menyediakan data tentang isotop hidrogen dengan nombor jisim 4 - 7 dan separuh hayat 10 -22 - 10 -23 s.

Hidrogen semulajadi terdiri daripada molekul H 2 dan HD (deuterium hidrogen) dalam nisbah 3200:1. Kandungan deuterium hidrogen D 2 tulen adalah lebih sedikit. Nisbah kepekatan HD dan D 2 adalah lebih kurang 6400:1.

Daripada semua isotop unsur kimia, sifat fizikal dan kimia isotop hidrogen sangat berbeza antara satu sama lain. Ini disebabkan oleh perubahan relatif terbesar dalam jisim atom.

Suhu lebur, K	Suhu mendidih, K	Bertiga titik, K/kPa	kritikal titik, K/kPa	Ketumpatan cecair/gas, kg/m³

Deuterium dan tritium juga mempunyai pengubahsuaian orto dan para: hlm-D 2 , o-D 2 , hlm-T 2, o-T 2 . Hidrogen heteroisotop (HD, HT, DT) tidak mempunyai pengubahsuaian orto dan para.

Sifat kimia

Pecahan molekul hidrogen tercerai

Molekul hidrogen H2 agak kuat, dan untuk hidrogen bertindak balas, banyak tenaga mesti dibelanjakan:

H 2 = 2H − 432 kJ

Oleh itu, pada suhu biasa, hidrogen bertindak balas hanya dengan logam yang sangat aktif, seperti kalsium, membentuk kalsium hidrida:

Ca + H 2 = CaH 2

dan dengan satu-satunya bukan logam - fluorin, membentuk hidrogen fluorida:

Hidrogen bertindak balas dengan kebanyakan logam dan bukan logam pada suhu tinggi atau di bawah pengaruh lain, contohnya, pencahayaan:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Ia boleh "mengambil" oksigen daripada beberapa oksida, contohnya:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Persamaan bertulis mencerminkan sifat pengurangan hidrogen.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Membentuk hidrogen halida dengan halogen:

F 2 + H 2 → 2HF, tindak balas berlaku secara meletup dalam gelap dan pada sebarang suhu,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, tindak balas berlaku secara meletup, hanya dalam cahaya.

Ia berinteraksi dengan jelaga di bawah haba yang tinggi:

C + 2H 2 → CH 4

Interaksi dengan logam alkali dan alkali tanah

Apabila berinteraksi dengan logam aktif, hidrogen membentuk hidrida:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Hidrida- bahan pepejal seperti garam, mudah dihidrolisis:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interaksi dengan oksida logam (biasanya unsur-d)

Oksida direduksi menjadi logam:

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

Penghidrogenan sebatian organik

Hidrogen molekul digunakan secara meluas dalam sintesis organik untuk pengurangan sebatian organik. Proses-proses ini dipanggil tindak balas penghidrogenan. Tindak balas ini dijalankan dengan kehadiran mangkin pada tekanan dan suhu tinggi. Mangkin boleh sama ada homogen (cth Wilkinson Catalyst) atau heterogen (cth Raney nikel, paladium pada karbon).

Oleh itu, khususnya, semasa penghidrogenan katalitik sebatian tak tepu seperti alkena dan alkuna, sebatian tepu terbentuk - alkana.

Geokimia hidrogen

Hidrogen H2 bebas agak jarang berlaku dalam gas daratan, tetapi dalam bentuk air ia mengambil bahagian yang sangat penting dalam proses geokimia.

Hidrogen boleh terdapat dalam mineral dalam bentuk ion ammonium, ion hidroksil dan air kristal.

Di atmosfera, hidrogen dihasilkan secara berterusan hasil daripada penguraian air oleh sinaran suria. Mempunyai jisim yang rendah, molekul hidrogen mempunyai kelajuan gerakan resapan yang tinggi (ia hampir dengan kelajuan kosmik kedua) dan, apabila ia memasuki lapisan atas atmosfera, ia boleh terbang ke angkasa lepas.

Ciri-ciri rawatan

Hidrogen, apabila dicampur dengan udara, membentuk campuran letupan - yang dipanggil gas meletup. Gas ini paling mudah meletup apabila nisbah isipadu hidrogen dan oksigen ialah 2:1, atau hidrogen dan udara adalah lebih kurang 2:5, kerana udara mengandungi kira-kira 21% oksigen. Hidrogen juga merupakan bahaya kebakaran. Hidrogen cecair boleh menyebabkan radang dingin yang teruk jika ia bersentuhan dengan kulit.

Kepekatan letupan hidrogen dan oksigen berlaku daripada 4% hingga 96% mengikut isipadu. Apabila dicampur dengan udara daripada 4% hingga 75(74)% mengikut isipadu.

Ekonomi

Kos hidrogen untuk bekalan borong besar berkisar antara $2-5 setiap kg.

Permohonan

Hidrogen atom digunakan untuk kimpalan hidrogen atom.

Industri kimia

Dalam penghasilan ammonia, metanol, sabun dan plastik
Dalam pengeluaran marjerin daripada minyak sayuran cecair
Berdaftar sebagai makanan tambahan E949(gas pembungkusan)

Industri Makanan

Industri penerbangan

Hidrogen sangat ringan dan sentiasa naik di udara. Pada suatu masa dahulu, kapal udara dan belon dipenuhi dengan hidrogen. Tetapi dalam 30-an. abad XX Terdapat beberapa bencana di mana kapal udara meletup dan terbakar. Pada masa kini, kapal udara dipenuhi dengan helium, walaupun kosnya jauh lebih tinggi.

Bahan api

Hidrogen digunakan sebagai bahan api roket.

Penyelidikan sedang dijalankan mengenai penggunaan hidrogen sebagai bahan api untuk kereta dan trak. Enjin hidrogen tidak mencemarkan alam sekitar dan hanya mengeluarkan wap air.

Sel bahan api hidrogen-oksigen menggunakan hidrogen untuk menukar secara langsung tenaga tindak balas kimia kepada tenaga elektrik.

"Hidrogen Cecair"(“LH”) ialah keadaan cecair hidrogen, dengan ketumpatan spesifik rendah 0.07 g/cm³ dan sifat kriogenik dengan takat beku 14.01 K (−259.14 °C) dan takat didih 20.28 K (−252.87 °C ). Ia adalah cecair tidak berwarna, tidak berbau, yang apabila dicampur dengan udara dikelaskan sebagai bahan letupan dengan julat mudah terbakar 4-75%. Nisbah putaran isomer dalam hidrogen cecair ialah: 99.79% - parahidrogen; 0.21% - ortohidrogen. Pekali pengembangan hidrogen apabila menukar keadaan pengagregatannya kepada gas ialah 848:1 pada 20°C.

Seperti mana-mana gas lain, pencairan hidrogen membawa kepada penurunan isipadunya. Selepas pencairan, cecair cecair disimpan dalam bekas berpenebat haba di bawah tekanan. Hidrogen cecair Hidrogen cecair, LH2, LH 2) digunakan secara aktif dalam industri, sebagai satu bentuk penyimpanan gas, dan dalam industri angkasa, sebagai bahan api roket.

cerita

Penggunaan penyejukan tiruan yang pertama didokumentasikan telah dijalankan oleh saintis Inggeris William Cullen pada tahun 1756, Gaspard Monge adalah yang pertama memperoleh keadaan cecair sulfur oksida pada tahun 1784, Michael Faraday adalah orang pertama yang mendapatkan ammonia cecair, pencipta Amerika Oliver Evans adalah yang pertama membangunkan pemampat penyejukan pada tahun 1805, Jacob Perkins adalah orang pertama yang mematenkan mesin penyejuk pada tahun 1834 dan John Gorey adalah orang pertama yang mematenkan penghawa dingin di Amerika Syarikat pada tahun 1851. Werner Siemens mencadangkan konsep penyejukan regeneratif pada tahun 1857, Karl Linde mempatenkan peralatan untuk menghasilkan udara cecair menggunakan lata "kesan pengembangan Joule-Thomson" dan penyejukan regeneratif pada tahun 1876. Pada tahun 1885, ahli fizik dan kimia Poland Zygmunt Wroblewski menerbitkan suhu kritikal hidrogen 33 K, tekanan kritikal 13.3 atm. dan takat didih pada 23 K. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh James Dewar pada tahun 1898 menggunakan penyejukan regeneratif dan ciptaannya, kelalang Dewar. Sintesis pertama isomer stabil hidrogen cecair, parahidrogen, telah dijalankan oleh Paul Harteck dan Carl Bonhoeffer pada tahun 1929.

Isomer putaran hidrogen

Hidrogen pada suhu bilik terdiri terutamanya daripada isomer putaran, ortohidrogen. Selepas pengeluaran, hidrogen cecair berada dalam keadaan metastabil dan mesti ditukar kepada bentuk parahidrogen untuk mengelakkan tindak balas eksotermik letupan yang berlaku apabila ia berubah pada suhu rendah. Penukaran kepada fasa parahidrogen biasanya dicapai menggunakan pemangkin seperti oksida besi, kromium oksida, karbon teraktif, asbestos bersalut platinum, logam nadir bumi, atau melalui penggunaan bahan tambahan uranium atau nikel.

Penggunaan

Hidrogen cecair boleh digunakan sebagai satu bentuk simpanan bahan api untuk enjin pembakaran dalaman dan sel bahan api. Pelbagai kapal selam (projek "212A" dan "214", Jerman) dan konsep pengangkutan hidrogen telah dicipta menggunakan bentuk agregat hidrogen ini (lihat sebagai contoh "DeepC" atau "BMW H2R"). Disebabkan kedekatan reka bentuk, pencipta peralatan LHV boleh menggunakan atau hanya mengubah suai sistem menggunakan gas asli cecair (LNG). Walau bagaimanapun, disebabkan ketumpatan tenaga isipadu yang lebih rendah, pembakaran memerlukan isipadu hidrogen yang lebih besar daripada gas asli. Jika hidrogen cecair digunakan dan bukannya "CNG" dalam enjin omboh, sistem bahan api yang lebih besar biasanya diperlukan. Dengan suntikan terus, peningkatan kehilangan dalam saluran pengambilan mengurangkan pengisian silinder.

Hidrogen cecair juga digunakan untuk menyejukkan neutron dalam eksperimen penyerakan neutron. Jisim neutron dan nukleus hidrogen adalah hampir sama, jadi pertukaran tenaga semasa perlanggaran anjal adalah paling berkesan.

Kelebihan

Kelebihan menggunakan hidrogen ialah "pelepasan sifar" penggunaannya. Hasil interaksinya dengan udara ialah air.

Halangan

Satu liter "ZhV" beratnya hanya 0.07 kg. Iaitu, graviti tentunya ialah 70.99 g/l pada 20 K. Hidrogen cecair memerlukan teknologi penyimpanan kriogenik, seperti bekas penebat haba khas dan memerlukan pengendalian khas, yang tipikal untuk semua bahan kriogenik. Ia hampir dalam hal ini dengan oksigen cecair, tetapi memerlukan lebih berhati-hati kerana bahaya kebakaran. Walaupun dengan bekas bertebat, adalah sukar untuk menyimpannya pada suhu rendah yang diperlukan untuk memastikan ia cair (ia biasanya menyejat pada kadar 1% sehari). Semasa mengendalikannya, anda juga perlu mengikuti langkah berjaga-jaga keselamatan biasa apabila bekerja dengan hidrogen - ia cukup sejuk untuk mencairkan udara, yang boleh meletup.

Bahan api roket

Hidrogen cecair ialah komponen biasa bahan api roket, yang digunakan untuk menggerakkan kenderaan pelancar dan kapal angkasa. Dalam kebanyakan enjin roket hidrogen cecair, ia pertama kali digunakan untuk menyejukkan muncung dan bahagian enjin lain secara regeneratif sebelum ia dicampur dengan pengoksida dan dibakar untuk menghasilkan tujahan. Enjin moden yang menggunakan komponen H 2 /O 2 menggunakan campuran bahan api yang terlalu diperkaya dengan hidrogen, yang membawa kepada sejumlah hidrogen yang tidak terbakar dalam ekzos. Selain meningkatkan impuls spesifik enjin dengan mengurangkan berat molekul, ini juga mengurangkan hakisan muncung dan kebuk pembakaran.

Halangan sedemikian terhadap penggunaan LH di kawasan lain, seperti sifat kriogenik dan ketumpatan rendah, juga merupakan faktor pengehad untuk digunakan dalam kes ini. Sehingga 2009, hanya terdapat satu kenderaan pelancar (kenderaan pelancar Delta-4), yang sepenuhnya merupakan roket hidrogen. Pada asasnya, "ZhV" digunakan sama ada pada peringkat atas roket atau pada blok, yang melakukan sebahagian besar kerja melancarkan muatan ke angkasa dalam vakum. Sebagai salah satu langkah untuk meningkatkan ketumpatan bahan api jenis ini, terdapat cadangan untuk menggunakan hidrogen seperti enapcemar, iaitu bentuk separa beku "hidrogen cecair".

Hidrogen bersama dengan nitrogen, oksigen dan karbon tergolong dalam kumpulan yang dipanggil unsur organogenik.

Ia adalah unsur-unsur yang terutamanya terdiri daripada tubuh manusia. Perkadaran hidrogen di dalamnya mencapai 10% mengikut jisim, dan 50% mengikut bilangan atom ( setiap atom kedua dalam badan ialah hidrogen).

Hidrogen ialah unsur yang paling biasa di alam semesta kita - bahagiannya adalah kira-kira 75% mengikut jisim dan 92% mengikut bilangan atom. Tidak seperti oksigen, yang wujud dalam alam semula jadi dan dalam badan dalam bentuk bebas, hidrogen hampir keseluruhannya ditemui dalam bentuk sebatiannya (sebatian utama hidrogen - air).

Peranan biologi hidrogen

Hidrogen sebagai unsur yang berasingan tidak mempunyai nilai biologi. Sebatian yang terkandung di dalamnya penting untuk tubuh iaitu air, protein, lemak, karbohidrat, vitamin, bahan aktif secara biologi (kecuali mineral), dsb. Nilai terbesar, sudah tentu, adalah gabungan hidrogen dan oksigen - air, yang sebenarnya adalah persekitaran untuk kewujudan semua sel badan. Satu lagi kumpulan sebatian hidrogen penting ialah asid - keupayaannya untuk membebaskan ion hidrogen memungkinkan untuk membentuk pH persekitaran. Fungsi penting hidrogen juga adalah keupayaannya untuk membentuk ikatan hidrogen, yang, sebagai contoh, membentuk bentuk aktif protein dan struktur DNA untai dua di angkasa.

Sumber makanan utama hidrogen

Hidrogen terdapat dalam hampir semua bahan makanan, tetapi kebanyakannya masuk ke dalam badan dalam bentuk air.

Punca kekurangan hidrogen

Tiada kekurangan hidrogen seperti itu; kekurangan sebatiannya, contohnya, air, diperhatikan apabila pengambilan tidak mencukupi ke dalam badan atau perkumuhan dipercepatkan tanpa pampasan.

Akibat kekurangan hidrogen

Sama seperti dalam kes punca, akibat kekurangan sebatiannya, selalunya air, diperhatikan. Dalam kes ini, perkara berikut diperhatikan: dehidrasi, dahaga, penurunan turgor tisu, kulit kering dan membran mukus, peningkatan kepekatan darah, hipotensi arteri.

Hidrogen berlebihan

Tidak ada lebihan hidrogen seperti itu sama ada lebihan bekalan sebatiannya mungkin. Dalam kes ini, ciri gambar sebatian tertentu diperhatikan. Sebagai contoh, dalam kes air yang berlebihan (overhydration) paling kerap diperhatikan bengkak.

Permintaan harian untuk hidrogen: tidak diseragamkan