HYDROGEN, H (lat. hydrogenium; a. hydrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogen; i. hidrogeno), - kemisk grundstof periodiske system Mendeleevs grundstoffer, som er klassificeret samtidigt i gruppe I og VII, atomnummer 1, atommasse 1,0079. Naturligt brint har stabile isotoper - protium (1 H), deuterium (2 H eller D) og radioaktivt - tritium (3 H eller T). For naturlige forbindelser er det gennemsnitlige forhold D/H = (158±2).10 -6 Ligevægtsindholdet af 3 H på Jorden er ~5,10 27 atomer.
Fysiske egenskaber af brint
Brint blev første gang beskrevet i 1766 af den engelske videnskabsmand G. Cavendish. På normale forhold Brint er en farveløs, lugtfri og smagløs gas. I naturen findes det i fri tilstand i form af H2-molekyler. H2-molekylets dissociationsenergi er 4,776 eV; ioniseringspotentialet for hydrogenatomet er 13.595 eV. Brint er det letteste kendte stof, ved 0°C og 0,1 MPa 0,0899 kg/m 3 ; kogende t - 252,6°C, smeltende t - 259,1°C; kritiske parametre: t - 240°C, tryk 1,28 MPa, massefylde 31,2 kg/m 3. Den mest termisk ledende af alle gasser - 0,174 W/(m.K) ved 0°C og 1 MPa, specifik varme 14.208.10 3 J(kg.K).
Kemiske egenskaber af brint
Flydende brint er meget let (densitet ved -253°C er 70,8 kg/m 3) og flydende (ved -253°C er det 13,8 cP). I de fleste forbindelser udviser hydrogen en oxidationstilstand på +1 (svarende til alkalimetaller), sjældnere -1 (svarende til metalhydrider). Under normale forhold molekylært hydrogen inaktiv; opløselighed i vand ved 20°C og 1 MPa 0,0182 ml/g; meget opløseligt i metaller - Ni, Pt, Pd osv. Med oxygen danner det vand med varmeafgivelse på 143,3 MJ/kg (ved 25°C og 0,1 MPa); ved 550°C og derover ledsages reaktionen af en eksplosion. Ved vekselvirkning med fluor og klor opstår reaktioner også eksplosivt. De vigtigste brintforbindelser: H 2 O, ammoniak NH 3, svovlbrinte H 2 S, CH 4, metal- og halogenhydrider CaH 2, HBr, Hl, samt organiske forbindelser C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH mv. .
Brint i naturen
Brint er et udbredt grundstof i naturen, dets indhold er 1% (efter vægt). Det vigtigste reservoir af brint på Jorden er vand (11,19%, efter masse). Brint er en af hovedkomponenterne i alle naturlige organiske forbindelser. I en fri tilstand er det til stede i vulkanske og andre naturgasser, i (0,0001 %, efter antal atomer). Det udgør hovedparten af massen af Solen, stjerner, interstellar gas og gaståger. I planeternes atmosfærer er det til stede i form af H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH osv. Det er en del af Solens korpuskulære stråling (protonfluxer) og kosmiske stråler(elektronstrømme).
Produktion og brug af brint
Råvarer til industriel produktion brint - olieraffineringsgasser, forgasningsprodukter osv. De vigtigste metoder til fremstilling af brint: reaktion af kulbrinter med vanddamp, delvis oxidation af kulbrinter, oxidomdannelse, elektrolyse af vand. Hydrogen bruges til fremstilling af ammoniak, alkoholer, syntetisk benzin, saltsyre, hydrobehandling af olieprodukter og skæring af metaller med en brint-iltflamme.
Brint er et lovende gasformigt brændstof. Deuterium og tritium har fundet anvendelse i kerneenergi.
interaktion med vand danner en alkali; c) passiv, inaktiv; b) når de interagerer med metaller, danner de salte; d) typiske metaller; 2. Metal, der kan bruges til at fremstille brint (ved at reagere det med vand ved lav temperatur): a) Zn; b) Mg; c) Au; d) Hg; e) K; 3. Oxider og hydroxider, der er i stand til at reagere med både syrer og baser, kaldes: a) amfotere b) sure c) basiske 4. Fra venstre mod højre i perioder, metalliske egenskaber: a) øges b) svækkes c) forblive uændrede 5 Undergrupper af biproduktelementer Gruppe VII: a) klor b) phosphor c) mangan d) francium 6. Ladningen af kernen i et atom bestemmes: a) af periodetallet b) af gruppetallet c) af løbenummeret 7. Strukturen af de atomer af grundstoffer med løbenummer 17 og 35 er det samme: a) totalt antal elektroner; c) mængde elektroniske niveauer; d) antallet af elektroner på det sidste energiniveau; b) antal neutroner; 8. Grundstof med elektronisk formel 1s22s2р63s2p4: a) kulstof; b) svovl; c) chlor; d) natrium; 9. Kulstofatomet har den elektroniske formel: a) 1s22s22р3 b) 1s22s2 c) 1s22s22p2 10. Atomet af hvilket grundstof har følgende struktur af det sidste energiniveau...3s23p5: a) fosfor; b) fluor; c) chlor; d) magnesium; 11. Antallet af uparrede elektroner i elektronskallen af element nr. 19: a) 1; b) 2; ved 3; d) 4; 12. Ordinaltal for et grundstof, hvis atomer er i stand til at danne et højere oxid af RO3-typen: a) nr. 11 (natrium); b) nr. 14 (silicium); c) nr. 16 (svovl); 13. Et grundstof med den elektroniske formel 1s22s22p63s23p5 danner en flygtig brintforbindelse af typen: a) RH4; b) RH3; c) H2R; d) HR; 14. Volumen af 3 mol brint ved normale forhold: a) 22,4 l; b) 44,8 l; c) 67,2 l; d) 89,6 l; e) 112 l; 15. Element af den fjerde periode, placeret i en sekundær undergruppe; oxid og hydroxid udviser amfoter karakter. Dette grundstof danner et oxid af RO-typen og et hydroxid R(OH)2. a) magnesium b) calcium c) zink d) kulstof 16. Maksimal valens af silicium: a) IV b) V c) VI d) VII 17. Minimum valens af selen (nr. 34): a) I b) II c ) III d ) IV 18. Molekylvægt af et salt opnået ved vekselvirkning af to højere oxider elementer med den atomare konfiguration i dem henholdsvis 1s22s22p63s23p64s1 og 1s22s22p3 er lig med: a) 85; b) 111; c) 63; d) 101; e) 164; 19. Produkt "X", som opnås som resultat af omdannelser: Al salt Al(OH)3 X a) Al Cl3 b) Al H3 c) Na Al O2 d) Al e) Al2O3 20. Summen af koefficienterne i reaktionsligningen, diagrammet af hvilke H2S + O2 → SO2 + H2O a) 5; b) 6; ved 7; d) 8; e) 9; 21. Molar masse magnesiumoxid (i g/mol): a) 24; b) 36; c) 40; d) 80; e) 82; 22. Antallet af mol jern(III)oxid, der udgør 800 g af denne forbindelse: a) 1; b) 2; ved 3; d) 4; e) 5; 23. Når 8 g CH4-metan blev brændt, blev 401 kJ varme frigivet. Beregn termisk effekt (Q) kemisk reaktion CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g) + Q: a) + 401 kJ; b) + 802 kJ; c) - 802 kJ; d) + 1604 kJ; e) - 1604 kJ; 24. Under normale forhold optager 128 g oxygen volumenet af: a) 11,2 l; b) 22,4 l; c) 44,8 l; d) 67,2 l; e) 89,6 l; 25. Massefraktion hydrogen i SiH4-forbindelsen er: a) 30%; b) 12,5%; c) 40%; d) 60%; e) 65%; 26. Massefraktionen af oxygen i forbindelsen EO2 er 50%. Navn på grundstof E i forbindelsen: a) nitrogen; b) titanium; c) svovl; d) selen; e) carbon; 27. Antallet af mol jern(III)oxid, der interagerer med 44,8 liter hydrogen (n.s.): a) 0,67 mol; b) 2 mol; c) 0,3 mol; d) 0,4 mol; e) 5 mol; 28. Masse af saltsyre nødvendig for at opnå 44,8 liter hydrogen (n.s.) (Mg + 2HCl = MgCl2 + H2): a) 146 g; b) 73 g; c) 292 g; d) 219 g; e) 20 g; 29. Saltmasse indeholdt i 400 g 80% natriumchloridopløsning: a) 146 g; b) 320 g; c) 210 g; d) 32 g; e) 200 g; 30. Massen af salt, der dannes ved vekselvirkning af kaliumhydroxid med 300 g af en 65 % opløsning af orthophosphorsyre: a) 422 g; b) 196 g; c) 360 g; d) 435 g; e) 200 g;
Det mest almindelige kemiske grundstof i universet er brint. Dette er en slags referencepunkt, fordi dets atomnummer i det periodiske system er lig med én. Menneskeheden håber, at den kan lære mere om det som en af de mest mulige Køretøj i fremtiden. Brint er det enkleste, letteste, mest almindelige grundstof, der er meget af det overalt - femoghalvfjerds procent af den samlede masse af stof. Det er til stede i enhver stjerne, der er især meget brint i gasgiganter. Dens rolle i stjernefusionsreaktioner er nøglen. Uden brint er der intet vand, hvilket betyder, at der ikke er liv. Alle husker, at et vandmolekyle indeholder et oxygenatom, og to atomer i det er brint. Dette er for alle berømte formel H2O.
Hvordan vi bruger det
Hydrogen blev opdaget i 1766 af Henry Cavendish, mens han analyserede oxidationsreaktionen af et metal. Efter flere års observationer indså han, at der under forbrændingen af brint dannes vand. Tidligere isolerede videnskabsmænd dette element, men anså det ikke for uafhængigt. I 1783 modtog brint navnet hydrogen (oversat fra det græske "hydro" - vand og "gen" - at føde). Grundstoffet, der producerer vand, er brint. Dette er en gas, hvis molekylformel er H2. Hvis temperaturen er tæt på stuetemperatur, og trykket er normalt, er dette element umærkeligt. Brint kan ikke engang opdages af menneskelige sanser - det er smagløst, farveløst og lugtløst. Men under tryk og ved en temperatur på -252,87 C (meget koldt!) bliver denne gas flydende. Sådan opbevares det, da det i form af en gas fylder meget mere. Flydende brint bruges som raketbrændstof.
Brint kan blive fast, metallisk, men det kræver ultrahøjt tryk, og det er det, de mest fremtrædende videnskabsmænd - fysikere og kemikere - gør nu. Allerede nu tjener dette element som et alternativt brændstof til transport. Dens anvendelse ligner, hvordan en motor fungerer intern forbrænding: Når brint forbrændes, frigives meget af det kemisk energi. En metode til at skabe en brændselscelle baseret på den er også praktisk udviklet: Når den kombineres med ilt, sker der en reaktion, og herigennem dannes vand og elektricitet. Måske vil transport snart "skifte" fra benzin til brint - mange bilproducenter er interesserede i at skabe alternative brændbare materialer, og der er succeser. Men en ren brintmotor er stadig i fremtiden; der er mange vanskeligheder her. Fordelene er dog sådan, at skabelsen af en brændstoftank med fast brint er i gang fuld sving, og videnskabsmænd og ingeniører vil ikke trække sig tilbage.
Grundlæggende oplysninger
Hydrogenium (lat.) - brint, først serienummer i det periodiske system er det betegnet H. Brintatomet har en masse på 1,0079, det er en gas, der under normale forhold ikke har smag, lugt, ingen farve. Kemikere siden det sekstende århundrede har beskrevet en vis brændbar gas, der betegner det anderledes. Men det virkede for alle samme forhold- når metallet udsættes for syre. Brint, selv af Cavendish selv, blev simpelthen kaldt "brandbar luft" i mange år. Først i 1783 beviste Lavoisier, at vand har en kompleks sammensætning gennem syntese og analyse, og fire år senere gav han det til "brændbar luft" moderne navn. Roden til dette sammensat ord bruges i vid udstrækning, når det er nødvendigt at navngive brintforbindelser og eventuelle processer, hvori det er involveret. For eksempel hydrogenering, hydrid og lignende. EN russisk navn foreslået i 1824 af M. Solovyov.
I naturen har fordelingen af dette element ingen lige. I jordskorpens lithosfære og hydrosfære er dens masse én procent, men brintatomer er så meget som seksten procent. Vand er mest udbredt på Jorden, og 11,19 vægtprocent af det er brint. Det er også helt sikkert til stede i næsten alle forbindelser, der udgør olie, kul, alle naturgasser og ler. Der er brint i alle organismer af planter og dyr - i proteiner, fedtstoffer, nukleinsyrer, kulhydrater og så videre. Den frie tilstand er ikke typisk for brint og forekommer næsten aldrig - der er meget lidt af den i naturlige og vulkanske gasser. En meget ubetydelig mængde brint i atmosfæren er 0,0001%, i antallet af atomer. Men hele strømme af protoner repræsenterer brint i det nære Jord-rum, som udgør det indre strålingsbælte på vores planet.
Plads
Intet grundstof er så almindeligt i rummet som brint. Rumfanget af brint i Solens grundstoffer er mere end halvdelen af dets masse. De fleste stjerner producerer brint i form af plasma. Hovedparten af de forskellige gasser i nebulaer og det interstellare medium består også af brint. Det er til stede i kometer og i atmosfæren på en række planeter. Naturligvis ikke i ren form, - nogle gange som frit H 2 , nogle gange som methan CH 4 , nogle gange som ammoniak NH 3 , endda som vand H 2 O. Radikaler CH, NH, SiN, OH, PH og lignende er meget almindelige. Som en strøm af protoner er brint en del af corpuskulær solstråling og kosmiske stråler.
I almindelig brint er en blanding af to stabile isotoper let brint (eller protium 1 H) og tung brint (eller deuterium - 2 H eller D). Der er andre isotoper: radioaktivt tritium - 3 H eller T, ellers - supertungt brint. Og også meget ustabil 4 N. I naturen indeholder brintforbindelsen isotoper i følgende forhold: for et deuteriumatom er der 6800 protiumatomer. Tritium dannes i atmosfæren fra nitrogen, som påvirkes af neutroner fra kosmiske stråler, men i ubetydelige mængder. Hvad betyder isotopmassetal? Tallet angiver, at protiumkernen kun har én proton, mens deuterium ikke kun har en proton, men også en neutron i atomkernen. Tritium i sin kerne har allerede to neutroner for hver proton. Men 4 H indeholder tre neutroner pr. proton. Derfor fysiske egenskaber og brintisotopers kemiske egenskaber er meget forskellige i forhold til alle andre grundstoffers isotoper - forskellen i masse er for stor.
Struktur og fysiske egenskaber
Strukturen af brintatomet er den enkleste sammenlignet med alle andre grundstoffer: en kerne - en elektron. Ioniseringspotentiale - energien ved at binde en kerne til en elektron - 13.595 elektronvolt (eV). Det er netop på grund af denne strukturs enkelhed, at brintatomet er praktisk som model i kvantemekanik hvornår skal man beregne energiniveauer mere komplekse atomer. I H2-molekylet er der to atomer, der er forbundet med et kemikalie kovalent binding. Henfaldsenergien er meget høj. Atomisk brint kan dannes i kemiske reaktioner såsom zink og saltsyre. Der sker dog praktisk talt ingen interaktion med brint - brints atomare tilstand er meget kort, atomerne rekombinerer straks til H 2 molekyler.
Fra et fysisk synspunkt er brint lettere end alle kendte stoffer - mere end fjorten gange lettere end luft (husk balloner, der flyver væk på ferier - de har brint inde i dem). Det kan dog koge, gøre flydende, smelte, størkne, og kun helium koger og smelter ved lavere temperaturer. Det er svært at gøre det flydende, du har brug for en temperatur under -240 grader Celsius. Men det har meget høj varmeledningsevne. Det er næsten uopløseligt i vand, men det interagerer godt med brint af metaller - det opløses i næsten alle, bedst af alt i palladium (et volumen brint tager otte hundrede og halvtreds volumener). Flydende brint er let og flydende, og når det opløses i metaller, ødelægger det ofte legeringer på grund af interaktion med kulstof (f.eks. stål), diffusion og afkarbonisering sker.
Kemiske egenskaber
I forbindelser viser brint for det meste en oxidationstilstand (valens) på +1, ligesom natrium og andre alkalimetaller. Det betragtes som deres analog, der står i spidsen for den første gruppe af det periodiske system. Men hydrogenionen i metalhydrider er negativt ladet med en oxidationstilstand på -1. Dette grundstof er også tæt på halogener, som endda er i stand til at erstatte det i organiske forbindelser. Det betyder, at brint også kan henføres til den syvende gruppe af det periodiske system. Under normale forhold adskiller brintmolekyler sig ikke i aktivitet, idet de kun kombinerer med de mest aktive ikke-metaller: godt med fluor, og hvis lys - med klor. Men ved opvarmning bliver brint anderledes – det reagerer med mange grundstoffer. Atomisk brint er sammenlignet med molekylært brint meget kemisk aktivt, så der dannes vand i forbindelse med ilt, og energi og varme frigives samtidigt. På stuetemperatur denne reaktion er meget langsom, men når den opvarmes til over fem hundrede og halvtreds grader, sker der en eksplosion.
Brint bruges til at reducere metaller, fordi det fjerner ilt fra deres oxider. Med fluor danner brint en eksplosion selv i mørke og ved minus to hundrede og tooghalvtreds grader Celsius. Klor og brom exciterer kun brint, når det opvarmes eller belyses, og jod kun, når det opvarmes. Brint og nitrogen danner ammoniak (sådan laves de fleste gødninger). Ved opvarmning reagerer det meget aktivt med svovl, og der opnås svovlbrinte. Med tellur og selen er det svært at forårsage en brintreaktion, men med rent kulstof sker reaktionen ved meget høje temperaturer, og der opnås metan. Hydrogen danner forskellige organiske forbindelser med kulilte; tryk, temperatur, katalysatorer påvirker dette, og alt dette er af stor praktisk betydning. Og generelt er brints rolle, såvel som dets forbindelser, ekstremt stor, da det giver syreegenskaber protiske syrer. En hydrogenbinding dannes med mange grundstoffer, hvilket påvirker egenskaberne af både uorganiske og organiske forbindelser.
Kvittering og brug
Brint fremstilles i industriel skala af naturgasser - brændbare gasser, koksovnsgas og olieraffineringsgasser. Det kan også fremstilles ved elektrolyse, hvor elektricitet ikke er for dyrt. Imidlertid på den vigtigste måde Brintproduktion er den katalytiske vekselvirkning mellem kulbrinter, for det meste methan, med vanddamp, når der opnås omdannelse. Metoden til at oxidere carbonhydrider med oxygen er også meget brugt. Brintproduktion fra naturgas er den billigste måde. De to andre er brugen af koksovnsgas og raffinaderigas - brint frigives, når de resterende komponenter er flydende. De bliver lettere flydende, og for brint, som vi husker, har du brug for -252 grader.
Hydrogenperoxid er meget populær i brug. Behandling med denne opløsning anvendes meget ofte. Den molekylære formel H 2 O 2 vil næppe blive navngivet af alle de millioner af mennesker, der ønsker at være blondiner og lette deres hår, såvel som dem, der elsker renlighed i køkkenet. Selv dem, der behandler ridser modtaget fra leg med en killing, indser oftest ikke, at de bruger brintbehandling. Men alle kender historien: siden 1852, brint i lang tid bruges inden for luftfart. Luftskibet, opfundet af Henry Giffard, blev skabt baseret på brint. De blev kaldt zeppelinere. Zeppelinere blev drevet ud af himlen af den hurtige udvikling af flyproduktion. I 1937 var der større ulykke da Hindenburg-luftskibet brændte ned. Efter denne hændelse blev zeppelinere aldrig brugt igen. Men i slutningen af det attende århundrede var distributionen af balloner fyldt med brint udbredt. Ud over produktionen af ammoniak er der nu brug for brint til fremstilling af methylalkohol og andre alkoholer, benzin, hydrogeneret svær brændselsolie og fast brændsel. Du kan ikke undvære brint, når du svejser, når du skærer metaller - det kan være ilt-brint og atom-brint. Og tritium og deuterium giver liv til kerneenergi. Disse er, som vi husker, isotoper af brint.
Neumyvakin
Brint er så godt et kemisk grundstof, at det har sine egne blæsere. Ivan Pavlovich Neumyvakin er doktor i medicinske videnskaber, professor, vinder af statsprisen, og han har mange flere titler og priser, blandt dem. Da han er læge i traditionel medicin, bliver han kåret som den bedste folkehealer i Rusland. Det var ham, der udviklede mange metoder og principper for at levere lægebehandling til astronauter under flyvning. Det var ham, der skabte et unikt hospital - et hospital om bord på et rumskib. Samtidig var han statskoordinator for kosmetisk medicin. Rum og kosmetik. Hans passion for brint er ikke rettet mod at tjene store penge, som det nu er tilfældet i husholdningsmedicin, men tværtimod på at lære folk at helbrede noget bogstaveligt talt med en krone-middel uden et ekstra besøg på et apotek.
Han fremmer behandling med et lægemiddel, der er til stede i bogstaveligt talt alle hjem. Dette er hydrogenperoxid. Du kan kritisere Neumyvakin så meget du vil, han vil stadig insistere på egen hånd: ja, faktisk, bogstaveligt talt kan alt helbredes med hydrogenperoxid, fordi det mætter kroppens indre celler med ilt, ødelægger toksiner, normaliserer syre og basisk balance, og herfra regenereres væv, hele kroppen er forynget organisme. Ingen har endnu set nogen helbredt med brintoverilte, meget mindre undersøgt dem, men Neumyvakin hævder, at ved at bruge dette middel kan du helt slippe af med virale, bakterielle og svampesygdomme, forhindre udvikling af tumorer og åreforkalkning, besejre depression, forynge kroppen og aldrig blive syg ARVI og forkølelse.
Panacea
Ivan Pavlovich er overbevist om, at med korrekt brug af dette enkle lægemiddel og ved at følge alle de enkle instruktioner, kan du overvinde mange sygdomme, herunder meget alvorlige. Listen er enorm: fra paradentose og tonsillitis til myokardieinfarkt, slagtilfælde og diabetes. Sådanne bagateller som bihulebetændelse eller osteochondrose forsvinder fra de første behandlingssessioner. Også selvom kræftsvulster de bliver bange og løber væk fra brintoverilte, fordi immunforsvaret stimuleres, kroppens liv og dens forsvar aktiveres.
Selv børn kan behandles på denne måde, bortset fra at det er bedre for gravide at undlade at indtage brintoverilte indtil videre. Anbefales heller ikke denne metode personer med transplanterede organer på grund af mulig vævsinkompatibilitet. Doseringen skal overholdes nøje: fra en dråbe til ti, tilføje en hver dag. Tre gange om dagen (tredive dråber af en tre procent opløsning af hydrogenperoxid om dagen, wow!) en halv time før måltider. Opløsningen kan administreres intravenøst og under lægeligt tilsyn. Nogle gange kombineres hydrogenperoxid med andre lægemidler for en mere effektiv effekt. Opløsningen anvendes kun internt i fortyndet form - med rent vand.
Udvendigt
Allerede før professor Neumyvakin skabte sin metode, var kompresser og skylninger meget populære. Alle ved, at brintoverilte ligesom alkoholkompresser ikke kan bruges i sin rene form, fordi det vil give vævsforbrændinger, men vorter eller svampeinfektioner smøres lokalt med en stærk opløsning - op til femten procent.
For hududslæt og hovedpine udføres der også procedurer, der involverer hydrogenperoxid. Kompressen skal laves ved hjælp af en bomuldsklud gennemblødt i en opløsning af to teskefulde tre procent hydrogenperoxid og halvtreds milligram rent vand. Dæk stoffet med film og pak det ind med uld eller et håndklæde. Kompressen varer fra et kvarter til halvanden time morgen og aften indtil genopretning.
Lægernes mening
Meningerne er delte; ikke alle er glade for egenskaberne ved hydrogenperoxid; desuden tror de ikke kun på dem, de griner af dem. Blandt lægerne er der også dem, der støttede Neumyvakin og endda tog udviklingen af hans teori op, men de er en minoritet. Mest af Læger anser denne type behandling ikke kun for ineffektiv, men også ofte katastrofal.
Faktisk er der endnu ikke et eneste officielt bevist tilfælde, hvor en patient blev helbredt med hydrogenperoxid. Samtidig er der ingen oplysninger om forringelsen af helbredet i forbindelse med brugen af denne metode. Men kostbar tid er tabt, og den person, der modtog en af alvorlige sygdomme og at stole fuldstændig på Neumyvakins universalmiddel risikerer at komme for sent til starten af hans rigtige traditionelle behandling.
Væske
Brint(lat. Hydrogenium; angivet med symbolet H) er det første element i det periodiske system af grundstoffer. Udbredt i naturen. Kationen (og kernen) af den mest almindelige isotop af hydrogen, 1 H, er protonen. Egenskaberne af 1H-kernen gør det muligt i vid udstrækning at anvende NMR-spektroskopi til analyse af organiske stoffer.
Tre isotoper af brint har deres egne navne: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) og 3 H - tritium (radioaktivt) (T).
Simpelt stof brint - H 2 - lys farveløs gas. Når det blandes med luft eller ilt, er det brandfarligt og eksplosivt. Ikke giftig. Opløselig i ethanol og en række metaller: jern, nikkel, palladium, platin.
Historie
Frigivelsen af brændbar gas under vekselvirkningen mellem syrer og metaller blev observeret i den 16. og XVII århundreder ved begyndelsen af dannelsen af kemi som videnskab. Mikhail Vasilyevich Lomonosov påpegede også direkte dens isolation, men han var allerede helt klar over, at det ikke var flogiston. Den engelske fysiker og kemiker Henry Cavendish undersøgte denne gas i 1766 og kaldte den "brændbar luft". Når den brændte, producerede den "brændbare luft" vand, men Cavendishs tilslutning til phlogiston-teorien forhindrede ham i at drage de korrekte konklusioner. Den franske kemiker Antoine Lavoisier udførte sammen med ingeniøren J. Meunier ved hjælp af specielle gasometre i 1783 syntesen af vand, og derefter dens analyse, nedbrydning af vanddamp med varmt jern. Således slog han fast, at "brændbar luft" er en del af vand og kan fås fra det.
navnets oprindelse
Lavoisier gav brint navnet hydrogène - "føder vand." Det russiske navn "brint" blev foreslået af kemikeren M. F. Soloviev i 1824 - analogt med Slomonosovs "ilt".
Udbredelse
Brint er det mest udbredte grundstof i universet. Det tegner sig for omkring 92% af alle atomer (8% er heliumatomer, andelen af alle andre elementer kombineret er mindre end 0,1%). Brint er således hovedbestanddelen af stjerner og interstellar gas. Under forhold med stjernetemperaturer (f.eks. er Solens overfladetemperatur ~ 6000 °C), eksisterer brint i form af plasma, i interstellare rum dette grundstof eksisterer i form af individuelle molekyler, atomer og ioner og kan danne molekylære skyer, der varierer betydeligt i størrelse, tæthed og temperatur.
Jordens skorpe og levende organismer
Massefraktionen af brint i jordskorpen er 1% - det er det tiende mest udbredte grundstof. Dens rolle i naturen bestemmes dog ikke af massen, men af antallet af atomer, hvis andel blandt andre elementer er 17% (andenplads efter oxygen, hvoraf andelen af atomer er ~ 52%). Derfor er værdien af brint i kemiske processer der forekommer på Jorden er næsten lige så stor som ilt. I modsætning til oxygen, som findes på Jorden i både bundne og frie tilstande, er næsten al brint på Jorden i form af forbindelser; Kun en meget lille mængde brint i form af et simpelt stof er indeholdt i atmosfæren (0,00005 % efter volumen).
Brint er en del af næsten alle organiske stoffer og er til stede i alle levende celler. I levende celler tegner brint sig for næsten 50 % af antallet af atomer.
Kvittering
Industrielle metoder til fremstilling af simple stoffer afhænger af den form, hvori det tilsvarende element findes i naturen, det vil sige, hvad der kan være råmaterialet til dets produktion. Således opnås ilt, som er tilgængeligt i fri tilstand, fysisk - ved adskillelse fra flydende luft. Næsten alt brint er i form af forbindelser, så for at opnå det bruger de kemiske metoder. Der kan især anvendes nedbrydningsreaktioner. En måde at producere brint på er gennem nedbrydning af vand ved elektrisk strøm.
Den vigtigste industrielle metode til fremstilling af brint er reaktionen af metan, som er en del af naturgas, med vand. Det udføres kl høj temperatur(det er let at se, at når metan passerer, selv gennem kogende vand, sker der ingen reaktion):
CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 -165 kJ
I laboratoriet, for at opnå simple stoffer, bruger de ikke nødvendigvis naturlige råvarer, men vælger de udgangsmaterialer, hvorfra det er lettere at isolere det nødvendige stof. For eksempel i laboratoriet får man ikke ilt fra luften. Det samme gælder produktionen af brint. En af laboratoriemetoderne til fremstilling af brint, som nogle gange bruges i industrien, er nedbrydning af vand ved elektrisk strøm.
Typisk produceres brint i laboratoriet ved at reagere zink med saltsyre.
I industrien
1. Elektrolyse af vandige saltopløsninger:
2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2
2.Passering af vanddamp over varm koks ved en temperatur på ca. 1000 °C:
H2O+C? H2+CO
3. Fra naturgas.
Steam konvertering:
CH4 + H20? CO + 3H2 (1000 °C)
Katalytisk oxidation med oxygen:
2CH4 + O2? 2CO + 4H2
4. Krakning og reformering af kulbrinter under olieraffinering.
I laboratoriet
1.Virkningen af fortyndede syrer på metaller. For at udføre denne reaktion bruges zink og fortyndet saltsyre oftest:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
2.Interaktion mellem calcium og vand:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
3.Hydrolyse af hydrider:
NaH + H2O → NaOH + H2
4.Virkning af alkalier på zink eller aluminium:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2
Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2
5.Ved hjælp af elektrolyse. Under elektrolysen af vandige opløsninger af alkalier eller syrer frigives hydrogen ved katoden, for eksempel:
2H3O+ + 2e - → H2 + 2H2O
Fysiske egenskaber
Brint kan eksistere i to former (modifikationer) - i form af ortho- og para-brint. I et ortohydrogenmolekyle o-H 2 (smp. -259,10 °C, kp. -252,56 °C) nukleare spins er rettet identisk (parallelt) og for parahydrogen s-H 2 (smeltepunkt -259,32 °C, kogepunkt -252,89 °C) - modsat hinanden (antiparallel). Ligevægtsblanding o-H2 og s-H 2 ved en given temperatur kaldes ligevægtsbrint e-H2.
Hydrogenmodifikationer kan adskilles ved adsorption på aktivt kul ved en temperatur flydende nitrogen. Ved meget lave temperaturer er ligevægten mellem orthohydrogen og parahydrogen næsten fuldstændig forskudt mod sidstnævnte. Ved 80 K er forholdet mellem former ca. 1:1. Ved opvarmning omdannes desorberet parahydrogen til orthohydrogen, indtil der dannes en blanding, der er i ligevægt ved stuetemperatur (ortho-para: 75:25). Uden en katalysator sker transformationen langsomt (under forhold i det interstellare medium - med karakteristiske tider op til kosmologiske), hvilket gør det muligt at studere egenskaberne af individuelle modifikationer.
Brint er den letteste gas, den er 14,5 gange lettere end luft. Det er klart, at jo mindre massen af molekylerne er, jo højere er deres hastighed ved samme temperatur. Som de letteste molekyler bevæger brintmolekyler sig hurtigere end molekylerne i enhver anden gas og kan dermed overføre varme fra en krop til en anden hurtigere. Det følger heraf, at brint har den højeste varmeledningsevne blandt gasformige stoffer. Dens varmeledningsevne er cirka syv gange højere end luftens varmeledningsevne.
Brintmolekylet er diatomisk - H2. Under normale forhold er det en farveløs, lugtfri og smagløs gas. Massefylde 0,08987 g/l (nr.), kogepunkt −252,76 °C, specifik varme forbrænding 120,9×10 6 J/kg, let opløselig i vand - 18,8 ml/l. Brint er meget opløseligt i mange metaller (Ni, Pt, Pd osv.), især i palladium (850 volumener pr. 1 volumen Pd). Brints opløselighed i metaller er relateret til dets evne til at diffundere gennem dem; Diffusion gennem en kulstoflegering (for eksempel stål) ledsages nogle gange af ødelæggelse af legeringen på grund af vekselvirkningen mellem brint og kulstof (såkaldt dekarbonisering). Praktisk talt uopløselig i sølv.
Flydende brint eksisterer i et meget snævert temperaturområde fra -252,76 til -259,2 °C. Det er en farveløs væske, meget let (densitet ved -253 °C 0,0708 g/cm3) og flydende (viskositet ved -253 °C 13,8 spuaz). De kritiske parametre for brint er meget lave: temperatur -240,2 °C og tryk 12,8 atm. Dette forklarer vanskelighederne ved at gøre brint flydende. I flydende tilstand består ligevægtsbrint af 99,79% para-H2, 0,21% ortho-H2.
Fast brint, smeltepunkt -259,2 °C, massefylde 0,0807 g/cm 3 (ved -262 °C) - snelignende masse, hexagonale krystaller, rumgruppe P6/mmc, celleparametre -en=3,75 c=6,12. Ved højt tryk omdannes brint til en metallisk tilstand.
Isotoper
Brint forekommer i form af tre isotoper, der har individuelle navne: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioaktivt) (T).
Protium og deuterium er stabile isotoper med massetal 1 og 2. Deres indhold i naturen er henholdsvis 99,9885 ± 0,0070 % og 0,0115 ± 0,0070 %. Dette forhold kan variere lidt afhængigt af kilden og metoden til fremstilling af brint.
Hydrogenisotopen 3H (tritium) er ustabil. Dens halveringstid er 12,32 år. Tritium forekommer naturligt i meget små mængder.
Litteraturen giver også data om brintisotoper med massetal på 4 - 7 og halveringstider på 10 -22 - 10 -23 s.
Naturlig brint består af H 2 og HD (deuterium hydrogen) molekyler i et forhold på 3200:1. Indholdet af rent deuteriumbrinte D 2 er endnu mindre. Forholdet mellem koncentrationerne af HD og D 2 er ca. 6400:1.
Af alle isotoper kemiske elementer fysisk og Kemiske egenskaber Brintisotoper adskiller sig stærkest fra hinanden. Dette skyldes den største relative ændring i atommasser.
|
Temperatur |
Temperatur |
Tredobbelt |
Kritisk |
Massefylde |
|
Deuterium og tritium har også orto- og para-modifikationer: s-D 2, o-D 2, s-T 2, o-T 2. Heteroisotopbrint (HD, HT, DT) har ikke orto- og para-modifikationer.
Kemiske egenskaber
Fraktion af dissocierede brintmolekyler
Brintmolekyler H2 er ret stærke, og for at brint skal reagere, skal der bruges meget energi:
H2 = 2H - 432 kJ
Derfor reagerer brint ved almindelige temperaturer kun med meget aktive metaller, såsom calcium, og danner calciumhydrid:
Ca + H2 = CaH2
og med det eneste ikke-metal - fluor, der danner hydrogenfluorid:
Brint reagerer med de fleste metaller og ikke-metaller ved forhøjede temperaturer eller under andre påvirkninger, for eksempel belysning:
O2 + 2H2 = 2H2O
Det kan "tage væk" ilt fra nogle oxider, for eksempel:
CuO + H2 = Cu + H2O
Den skrevne ligning afspejler genoprettende egenskaber brint.
N2 + 3H2 → 2NH3
Danner hydrogenhalogenider med halogener:
F 2 + H 2 → 2HF, reaktionen sker eksplosivt i mørke og ved enhver temperatur,
Cl 2 + H 2 → 2HCl, forløber reaktionen eksplosivt, kun i lyset.
Det interagerer med sod under høj varme:
C + 2H2 → CH4
Interaktion med alkali- og jordalkalimetaller
Ved vekselvirkning med aktive metaller danner hydrogen hydrider:
2Na + H2 → 2NaH
Ca + H2 → CaH2
Mg + H2 → MgH2
Hydrider- saltlignende, faste stoffer, let hydrolyseret:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Interaktion med metaloxider (normalt d-elementer)
Oxider reduceres til metaller:
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe203 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
WO3 + 3H2 → W + 3H2O
Hydrogenering af organiske forbindelser
Molekylær brint er meget udbredt i organisk syntese til genvinding af organiske forbindelser. Disse processer kaldes hydrogeneringsreaktioner. Disse reaktioner udføres i nærværelse af en katalysator ved forhøjet tryk og temperatur. Katalysatoren kan enten være homogen (f.eks. Wilkinson Catalyst) eller heterogen (f.eks. Raney-nikkel, palladium på carbon).
Således dannes der især under den katalytiske hydrogenering af umættede forbindelser såsom alkener og alkyner mættede forbindelser - alkaner.
Geokemi af brint
Frit brint H2 er relativt sjældent i terrestriske gasser, men i form af vand tager det en yderst vigtig del i geokemiske processer.
Hydrogen kan være til stede i mineraler i form af ammoniumion, hydroxylion og krystallinsk vand.
I atmosfæren produceres brint kontinuerligt som følge af nedbrydning af vand ved solstråling. Med en lav masse har brintmolekyler en høj diffusionshastighed (den er tæt på den anden flugthastighed) og falder ned i de øverste lag af atmosfæren og kan flyve ud i det ydre rum.
Funktioner af behandling
Brint danner, når det blandes med luft, en eksplosiv blanding - den såkaldte detonerende gas. Denne gas er mest eksplosiv når volumetrisk forhold brint og ilt 2:1, eller brint og luft ca. 2:5, da luft indeholder ca. 21 % ilt. Brint er også en brandfare. Flydende brint kan forårsage alvorlige forfrysninger, hvis det kommer i kontakt med huden.
Eksplosive koncentrationer af brint og oxygen forekommer fra 4 % til 96 % efter volumen. Ved blanding med luft fra 4 % til 75(74) % efter volumen.
Økonomi
Omkostningerne ved brint til store engrosforsyninger varierer fra $2-5 pr. kg.
Ansøgning
Atomisk brint bruges til atomær brintsvejsning.
Kemisk industri
- Ved fremstilling af ammoniak, methanol, sæbe og plast
- Ved fremstilling af margarine fra flydende vegetabilske olier
- Registreret som kosttilskud E949(pakkegas)
Fødevareindustri
Luftfartsindustrien
Brint er meget let og stiger altid i luften. Engang var luftskibe og balloner fyldt med brint. Men i 30'erne. XX århundrede Der var flere katastrofer, hvor luftskibe eksploderede og brændte. I dag er luftskibe fyldt med helium på trods af dets betydeligt højere omkostninger.
Brændstof
Brint bruges som raketbrændstof.
Der forskes i brugen af brint som brændstof til biler og lastbiler. Brintmotorer forurener ikke miljø og frigiver kun vanddamp.
Brint-ilt brændselsceller bruger brint til direkte at omdanne energien fra en kemisk reaktion til elektrisk energi.
"Flydende brint"("LH") er den flydende tilstand af brint, med en lav specifik massefylde på 0,07 g/cm³ og kryogene egenskaber med et frysepunkt på 14,01 K (−259,14 °C) og et kogepunkt på 20,28 K (−252,87 °C) ). Det er en farveløs, lugtfri væske, som, når den blandes med luft, er klassificeret som eksplosive stoffer med et brændbarhedskoefficientområde på 4-75%. Spin-forholdet af isomerer i flydende hydrogen er: 99,79% - parahydrogen; 0,21 % - orthohydrogen. Brintudvidelseskoefficient ved ændring aggregeringstilstand til gasformig er 848:1 ved 20°C.
Som med enhver anden gas fører fortætning af brint til et fald i dets volumen. Efter fortætning opbevares flydende væske i termisk isolerede beholdere under tryk. Flydende brint Flydende brint, LH2, LH 2) bruges aktivt i industrien, som en form for gaslagring og i rumindustrien som raketbrændstof.
Historie
Den første dokumenterede brug af kunstig køling blev udført af den engelske videnskabsmand William Cullen i 1756, Gaspard Monge var den første til at opnå en flydende tilstand af svovloxid i 1784, Michael Faraday var den første til at opnå flydende ammoniak, den amerikanske opfinder Oliver Evans var den første til at udvikle en kølekompressor i 1805, Jacob Perkins var den første til at patentere kølemaskine i 1834 og John Gorey var den første til at patentere et klimaanlæg i USA i 1851. Werner Siemens foreslog konceptet regenerativ køling i 1857, Karl Linde patenterede udstyr til at producere flydende luft ved hjælp af en kaskade "Joule-Thomson ekspansionseffekt" og regenerativ køling i 1876. I 1885 udgav den polske fysiker og kemiker Zygmunt Wroblewski kritisk temperatur brint 33 K, kritisk tryk 13,3 atm. og kogepunkt ved 23 K. Brint blev først gjort flydende af James Dewar i 1898 ved hjælp af regenerativ køling og hans opfindelse, Dewar-kolben. Den første syntese af en stabil isomer af flydende brint, parahydrogen, blev udført af Paul Harteck og Carl Bonhoeffer i 1929.
Spin-isomerer af brint
Brint ved stuetemperatur består primært af en spin-isomer, orthohydrogen. Efter produktion er flydende brint i en metastabil tilstand og skal omdannes til parahydrogenformen for at undgå den eksplosive eksoterme reaktion, der opstår, når den ændrer sig ved lave temperaturer. Omdannelse til parahydrogenfasen sker normalt ved hjælp af katalysatorer som jernoxid, chromoxid, Aktivt kul, platinbelagt asbest, sjældne jordarters metaller eller ved at bruge uran- eller nikkeladditiver.
Brug
Flydende brint kan bruges som en form for brændstoflagring til forbrændingsmotorer og brændstofceller. Forskellige ubåde (projekter "212A" og "214", Tyskland) og brinttransportkoncepter er blevet skabt ved hjælp af denne aggregerede form for brint (se f.eks. "DeepC" eller "BMW H2R"). På grund af designernes nærhed kan skaberne af LHV-udstyr bruge eller kun modificere systemer ved hjælp af flydende naturgas (LNG). Men på grund af den lavere volumetriske energitæthed kræver forbrænding en større mængde brint end naturgas. Hvis der bruges flydende brint i stedet for "CNG" i stempelmotorer, kræves normalt et mere omfangsrigt brændstofsystem. Med direkte indsprøjtning reducerer øgede tab i indsugningskanalen cylinderfyldning.
Flydende brint bruges også til at afkøle neutroner i neutronspredningsforsøg. Masserne af neutronen og brintkernen er praktisk talt lige store, så energiudvekslingen kl elastisk kollision mest effektive.
Fordele
Fordelen ved at bruge brint er "nul emissioner" af dets brug. Produktet af dets interaktion med luft er vand.
Forhindringer
En liter "ZhV" vejer kun 0,07 kg. Det vil sige, at dens vægtfylde er 70,99 g/l ved 20 K. Flydende brint kræver kryogen lagringsteknologi, såsom specielle termisk isolerede beholdere og kræver særlig håndtering, som er typisk for alle kryogene materialer. I den henseende er han tæt på flydende ilt, men kræver større forsigtighed på grund af brandfare. Selv med isolerede beholdere er det svært at holde det ved de lave temperaturer, der kræves for at holde det flydende (det fordamper typisk med en hastighed på 1 % pr. dag). Når du håndterer det, skal du også følge de sædvanlige sikkerhedsforanstaltninger, når du arbejder med brint - det er koldt nok til at flydende luft, som er eksplosiv.
Raketbrændstof
Flydende brint er en almindelig komponent i raketbrændstoffer, som bruges til jetacceleration af løfteraketter og rumfartøj. I de fleste raketmotorer med flydende brint bruges den først til regenerativ afkøling af dysen og andre motordele, før den blandes med et oxidationsmiddel og brændes for at producere tryk. Moderne motorer, der bruger H 2 /O 2-komponenter, forbruger en brændstofblanding, der er overberiget med brint, hvilket fører til en vis mængde uforbrændt brint i udstødningen. Ud over at øge motorens specifikke impuls ved at reducere molekylvægten, reducerer dette også erosion af dysen og forbrændingskammeret.
Sådanne hindringer for brugen af LH i andre områder, såsom kryogen natur og lav tæthed, er også en begrænsende faktor for anvendelse i dette tilfælde. Fra 2009 er der kun én løfteraket (Delta-4 løfteraket), som udelukkende er en brintraket. Grundlæggende bruges "ZhV" enten på de øverste stadier af raketter eller på blokke, som udfører en væsentlig del af arbejdet med at lancere nyttelasten i rummet i et vakuum. Som en af foranstaltningerne til at øge tætheden af denne type brændstof er der forslag om at bruge slamlignende brint, det vil sige en halvfrossen form for "flydende brint".
Brint
BRINT-EN; m. Kemisk grundstof (H), en let, farveløs og lugtfri gas, der kombineres med ilt for at danne vand.
◁ Brint, åh, åh. Anden forbindelser. B-bakterier. 2. bombe(stor bombe ødelæggende kraft, hvis eksplosive handling er baseret på termonukleær reaktion). Hydrogenholdig, åh, åh.
brint(lat. Hydrogenium), et kemisk grundstof af gruppe VII i det periodiske system. Der findes to stabile isotoper i naturen (protium og deuterium) og en radioaktiv (tritium). Molekylet er diatomisk (H 2). Farveløs og lugtfri gas; massefylde 0,0899 g/l, t kip - 252,76°C. Kombinerer med mange grundstoffer og danner vand med ilt. Det mest almindelige element i kosmos; udgør (i form af plasma) mere end 70 % af Solens og stjernernes masse, hovedparten af gasserne i det interstellare medium og stjernetåger. Hydrogenatomet er en del af mange syrer og baser og de fleste organiske forbindelser. De bruges til fremstilling af ammoniak, saltsyre, til hydrogenering af fedtstoffer osv., ved svejsning og skæring af metaller. Lovende som brændstof (se Brintenergi).
BRINTHYDROGEN (lat. Hydrogenium), H, kemisk grundstof med Atom nummer 1, atommasse 1,00794. Det kemiske symbol for brint, H, læses i vores land som "pine", da dette bogstav udtales på fransk.
Naturligt brint består af en blanding af to stabile nuklider (cm. NUKLID) med massetal 1,007825 (99,985 % i blandingen) og 2,0140 (0,015 %). Derudover indeholder naturlig brint altid små mængder af det radioaktive nuklid - tritium (cm. TRITIUM) 3 N (halveringstid T 1/2 12,43 år). Da kernen i et brintatom kun indeholder 1 proton (der kan ikke være færre protoner i kernen af et atom i et grundstof), siges det nogle gange, at brint danner en naturlig nedre grænse D.I. Mendeleevs periodiske system af grundstoffer (selvom selve grundstoffet brint er placeret helt øverst i tabellen). Grundstoffet brint er placeret i den første periode af det periodiske system. Det er også inkluderet i gruppe 1 (gruppe IA alkalimetaller (cm. ALKALIMETALLER) og til gruppe 7 (gruppe VIIA halogener (cm. HALOGEN)).
Atommasserne af brintisotoper er meget forskellige (flere gange). Dette fører til mærkbare forskelle i deres adfærd i fysiske processer(destillation, elektrolyse osv.) og til visse kemiske forskelle (forskelle i opførsel af isotoper af et grundstof kaldes isotopeffekter; for brint er isotopeffekter de mest signifikante). Derfor, i modsætning til isotoper af alle andre grundstoffer, har brintisotoper specielle symboler og navne. Brint med et massetal på 1 kaldes let brint eller protium (latinsk Protium, fra det græske protos - først), betegnet med symbolet H, og dets kerne kaldes en proton (cm. PROTON (elementær partikel)), symbol s. Brint med masse nummer 2 kaldes tungt brint, deuterium (cm. DEUTERIUM)(Latin Deuterium, fra græsk deuteros - anden), symbolerne 2 H eller D (læs "de") bruges til at betegne det, kernen d er deuteron. Radioaktiv isotop med masse nummer 3 kaldes supertung brint eller tritium (latin Tritum, fra græsk tritos - tredje), symbol 2 H eller T (læs "dem"), nucleus t - triton.
Konfiguration af det enkelte elektronlag af et neutralt uexciteret hydrogenatom 1 s 1
. I forbindelser udviser den oxidationstilstande +1 og, mindre almindeligt, -1 (valens I). Radius af et neutralt hydrogenatom er 0,024 nm. Atomets ioniseringsenergi er 13,595 eV, elektronaffiniteten er 0,75 eV. Ifølge Pauling-skalaen er brints elektronegativitet 2,20. Brint er et ikke-metal.
I sin frie form er det en let brandfarlig gas uden farve, lugt eller smag.
Opdagelseshistorie
Frigivelsen af brændbar gas under interaktionen mellem syrer og metaller blev observeret i det 16. og 17. århundrede ved begyndelsen af dannelsen af kemi som en videnskab. Den berømte engelske fysiker og kemiker G. Cavendish (cm. CAVENDISH Henry) i 1766 undersøgte han denne gas og kaldte den "brandbar luft". Ved forbrænding producerede "brandbar luft" vand, men Cavendishs tilslutning til phlogiston-teorien (cm. PHLOGISTON) forhindrede ham i at drage de rigtige konklusioner. fransk kemiker A. Lavoisier (cm. LAVOISIER Antoine Laurent) sammen med ingeniør J. Meunier (cm. MENIER Jean Baptiste Marie Charles), ved hjælp af specielle gasometre udførte han i 1783 syntesen af vand og derefter dets analyse, nedbrydning af vanddamp med varmt jern. Således slog han fast, at "brændbar luft" er en del af vand og kan fås fra det. I 1787 kom Lavoisier til den konklusion, at "brændbar luft" er et simpelt stof, og derfor hører til de kemiske grundstoffer. Han gav det navnet hydrogen (fra det græske hydor - vand og gennao - jeg føder) - "føder vand." Etableringen af vandets sammensætning satte en stopper for "phlogiston-teorien." Det russiske navn "brint" blev foreslået af kemikeren M. F. Solovyov (cm. SOLOVIEV Mikhail Fedorovich) i 1824. Ved overgangen til det 18. og 19. århundrede blev det fastslået, at brintatomet er meget let (sammenlignet med andre grundstoffers atomer), og brintatomets vægt (masse) blev taget som en sammenligningsenhed for grundstoffernes atommasse. Massen af hydrogenatomet blev tildelt en værdi på 1.
At være i naturen
Brint tegner sig for omkring 1 % af massen af jordskorpen (10. plads blandt alle grundstoffer). Brint findes praktisk talt aldrig i sin frie form på vores planet (dets spor findes i øverste lag atmosfære), men er fordelt næsten overalt på Jorden i vand. Grundstoffet brint findes i organisk og uorganiske forbindelser levende organismer, naturgas, olie, kul. Det er selvfølgelig indeholdt i vand (ca. 11 vægtprocent), i forskellige naturlige krystallinske hydrater og mineraler, som indeholder en eller flere OH-hydroxylgrupper.
Brint som grundstof dominerer universet. Det tegner sig for omkring halvdelen af Solens og andre stjerners masse og er til stede i atmosfæren på en række planeter.
Kvittering
Brint kan fremstilles på mange måder. I industrien bruges naturgasser til dette, samt gasser opnået fra olieraffinering, koksning og forgasning af kul og andre brændsler. Ved fremstilling af brint fra naturgas (hovedkomponenten er metan), gennemgår den katalytisk interaktion med vanddamp og ufuldstændig oxidation med oxygen:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 og CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
Adskillelsen af brint fra koksovnsgas og olieraffineringsgasser er baseret på deres fortætning under dyb afkøling og fjernelse fra blandingen af gasser, der lettere bliver flydende end brint. Når billig elektricitet er tilgængelig, produceres brint ved elektrolyse af vand ved at lede strøm gennem alkaliopløsninger. I laboratorieforhold Brint opnås let ved at omsætte metaller med syrer, for eksempel zink med saltsyre.
Fysiske og kemiske egenskaber
Under normale forhold er brint en let (densitet under normale forhold 0,0899 kg/m3) farveløs gas. Smeltepunkt –259,15 °C, kogepunkt –252,7 °C. Flydende brint (ved kogepunktet) har en massefylde på 70,8 kg/m3 og er den mest let væske. Standard elektrodepotentiale H 2 /H - i en vandig opløsning tages lig med 0. Hydrogen er dårligt opløseligt i vand: ved 0 °C er opløseligheden mindre end 0,02 cm 3 / ml, men det er godt opløseligt i nogle metaller (jernsvamp og andre) ), især godt i metalpalladium (ca. 850 volumener hydrogen i 1 volumen metal). Forbrændingsvarmen af brint er 143,06 MJ/kg.
Eksisterer i form af diatomiske H 2 molekyler. Dissociationskonstanten for H 2 til atomer ved 300 K er 2,56·10 -34. Dissociationsenergien af H 2 molekylet til atomer er 436 kJ/mol. Den indre nukleare afstand i H2-molekylet er 0,07414 nm.
Da kernen i hvert H-atom, der er en del af molekylet, har sit eget spin (cm. SPIN), så kan molekylært hydrogen være i to former: i form af orthohydrogen (o-H 2) (begge spins har samme orientering) og i form af parahydrogen (n-H 2) (spin har forskellige orienteringer). Under normale forhold er normalt brint en blanding af 75 % o-H 2 og 25 % p-H 2. De fysiske egenskaber af p- og o-H 2 afviger lidt fra hinanden. Så hvis kogetemperaturen ren o-N 2 20,45 K, så ren p-N 2 - 20,26 K. Forvandling o-H 2 i p-H 2 er ledsaget af frigivelse af 1418 J/mol varme.
Den videnskabelige litteratur har gentagne gange foreslået, at hvornår høje tryk(over 10 GPa) og ved lave temperaturer (ca. 10 K og derunder) fast brint, som sædvanligvis krystalliserer i et sekskantet gitter molekylær type, kan omdannes til et stof med metalliske egenskaber, måske endda en superleder. Men indtil videre er der ingen klare data om muligheden for en sådan overgang.
Høj styrke kemisk binding mellem atomer i H2-molekylet (hvilket f.eks. ved hjælp af den molekylære orbitale metode kan forklares ved, at i dette molekyle er elektronparret placeret i bindingsorbitalen, og antibonding-orbitalen ikke er optaget af elektroner) fører til det faktum, at ved stuetemperatur brintgas kemisk inaktiv. Så uden opvarmning, med simpel blanding, reagerer brint (eksplosivt) kun med fluorgas:
H2 + F2 = 2HF + Q.
Hvis en blanding af hydrogen og klor ved stuetemperatur bestråles med ultraviolet lys, observeres den øjeblikkelige dannelse af hydrogenchlorid HCl. Reaktionen af brint med oxygen sker eksplosivt, hvis en katalysator, metalpalladium (eller platin), tilsættes blandingen af disse gasser. Når den antændes, en blanding af brint og ilt (den såkaldte detonerende gas (cm. EKSPLOSIV GAS)) eksploderer, og der kan opstå en eksplosion i blandinger, hvor brintindholdet varierer fra 5 til 95 volumenprocent. Ren brint i luft eller i ren ilt brænder stille og frigørende stor mængde varme:
H 2 + 1/2O 2 = H 2 O + 285,75 kJ/mol
Hvis brint interagerer med andre ikke-metaller og metaller, er det kun under visse forhold (opvarmning, højt tryk, tilstedeværelse af en katalysator). Hydrogen reagerer således reversibelt med nitrogen ved forhøjet tryk (20-30 MPa eller mere) og ved en temperatur på 300-400 °C i nærværelse af en katalysator - jern:
3H2 + N2 = 2NH3 + Q.
Også kun ved opvarmning reagerer hydrogen med svovl for at danne svovlbrinte H 2 S, med brom til dannelse af hydrogenbromid HBr, med iod til dannelse af hydrogeniodid HI. Brint reagerer med kul (grafit) og danner en blanding af kulbrinter af forskellig sammensætning. Hydrogen interagerer ikke direkte med bor, silicium og fosfor; forbindelser af disse grundstoffer med brint opnås indirekte.
Ved opvarmning er brint i stand til at reagere med alkaliske, jordalkalimetaller og magnesium med dannelse af forbindelser med en ionbindingsnatur, som indeholder brint i oxidationstilstanden –1. Når calcium opvarmes i en hydrogenatmosfære, dannes der således et saltlignende hydrid med sammensætningen CaH2. Polymer aluminiumhydrid (AlH 3) x er en af de mest stærke reduktionsmidler- opnået indirekte (f.eks. ved anvendelse af organoaluminiumforbindelser). Med mange overgangsmetaller (for eksempel zirconium, hafnium osv.) danner hydrogen forbindelser af variabel sammensætning (faste opløsninger).
Brint er i stand til at reagere ikke kun med mange simple grundstoffer, men også med komplekse stoffer. Først og fremmest er det nødvendigt at bemærke brints evne til at reducere mange metaller fra deres oxider (såsom jern, nikkel, bly, wolfram, kobber osv.). Når det opvarmes til en temperatur på 400-450 °C og derover, reduceres jern således af brint fra enhver af dets oxider, for eksempel:
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O.
Det skal bemærkes, at kun metaller placeret i rækken af standardpotentialer bag mangan kan reduceres fra oxider med brint. Mere aktive metaller (herunder mangan) reduceres ikke til metal fra oxider.
Hydrogen er i stand til at tilføje en dobbelt- eller tredobbeltbinding til mange organiske forbindelser (disse er såkaldte hydrogeneringsreaktioner). For eksempel, i nærvær af en nikkelkatalysator, er det muligt at udføre hydrogeneringen af ethylen C 2 H 4, og ethan C 2 H 6 dannes:
C2H4 + H2 = C2H6.
Methanol fremstilles industrielt ved omsætning af carbonmonoxid (II) og brint:
2H2 + CO = CH3OH.
I forbindelser, hvor et brintatom er forbundet med et atom af et mere elektronegativt grundstof E (E = F, Cl, O, N), dannes der hydrogenbindinger mellem molekylerne (cm. HYDROGENBINDING)(to E-atomer af samme eller to forskellige elementer er forbundet med hinanden gennem atomet H: E"... N... E"", og alle tre atomer er placeret på den samme lige linje). Sådanne bindinger eksisterer mellem molekylerne vand, ammoniak, methanol osv. og føre til en mærkbar stigning i kogetemperaturen for disse stoffer, en stigning i fordampningsvarmen osv.
Ansøgning
Hydrogen anvendes til syntese af ammoniak NH 3, hydrogenchlorid HCl, methanol CH 3 OH, under hydrokrakning (krakning i en brintatmosfære) af naturlige kulbrinter, som et reduktionsmiddel ved fremstilling af visse metaller. Hydrogenering (cm. HYDROGENERING) Naturlige vegetabilske olier bruges til at opnå fast fedt - margarine. Flydende brint bruges som raketbrændstof og også som kølemiddel. En blanding af ilt og brint bruges til svejsning.
På et tidspunkt blev det foreslået, at den vigtigste energikilde i den nærmeste fremtid ville være forbrændingsreaktionen af brint, og brintenergi ville erstatte traditionelle kilder opnå energi (kul, olie osv.). Det blev antaget, at for at opnå brint i i stor skala Det vil være muligt at anvende elektrolyse af vand. Elektrolyse af vand er en ret energikrævende proces, og i øjeblikket er det urentabelt at fremstille brint ved elektrolyse i industriel skala. Men det var forventet, at elektrolyse ville være baseret på brug af middeltemperatur (500-600 °C) varme, hvilket store mængder opstår under arbejdet atomkraftværker. Denne varme har begrænset anvendelse, og muligheden for at fremstille brint med dens hjælp ville både løse miljøproblemet (når brint brændes i luft, er mængden af producerede miljøskadelige stoffer minimal) og problemet med at udnytte middeltemperaturvarme. Dog efter Tjernobyl-katastrofen Udviklingen af atomenergi bliver indskrænket overalt, så denne energikilde bliver utilgængelig. Derfor udsigterne udbredt brug Brint som energikilde skifter stadig indtil i hvert fald midten af det 21. århundrede.
Funktioner af behandling
Brint er ikke giftigt, men ved håndtering skal man hele tiden tage højde for dets høje brand- og eksplosionsfare, og eksplosionsfaren for brint øges pga. høj evne gas til diffusion selv gennem nogle faste materialer. Før du starter nogen opvarmning i en brintatmosfære, skal du sikre dig, at den er ren (når du antænder brint i et reagensglas vendt på hovedet, skal lyden være mat, ikke gøende).
Biologisk rolle
Den biologiske betydning af brint bestemmes af, at det er en del af vandmolekyler og alle de vigtigste grupper af naturlige forbindelser, herunder proteiner, nukleinsyrer, lipider og kulhydrater. Cirka 10% af massen af levende organismer er brint. Brints evne til at dannes hydrogenbinding spiller afgørende rolle i opretholdelse af den rumlige kvaternære struktur af proteiner, samt i implementering af komplementaritetsprincippet (cm. KOMPLETTERENDE) i konstruktionen og funktionerne af nukleinsyrer (det vil sige i opbevaring og implementering genetisk information), generelt i implementeringen af "anerkendelse" på molekylært niveau. Brint (H+ ion) deltager i de vigtigste dynamiske processer og reaktioner i kroppen - i biologisk oxidation, som forsyner levende celler med energi, i fotosyntese i planter, i biosyntetiske reaktioner, i nitrogenfiksering og bakteriel fotosyntese, i vedligeholdelsen syre-base balance og homeostase (cm. HOMØOSTASE), i processer membran transport. Sammen med oxygen og kulstof danner brint således det strukturelle og funktionelle grundlag for livsfænomener.
encyklopædisk ordbog. 2009 .
Synonymer:Se, hvad "brint" er i andre ordbøger:
Tabel over nuklider Generel information Navn, symbol Brint 4, 4H Neutroner 3 Protoner 1 Nuklidets egenskaber Atommasse 4.027810(110) ... Wikipedia
Tabel over nuklider Generel information Navn, symbol Brint 5, 5H Neutroner 4 Protoner 1 Nuklidegenskaber Atommasse 5,035310(110) ... Wikipedia
Nuklidtabel Generel information Navn, symbol Brint 6, 6H Neutroner 5 Protoner 1 Nuklidegenskaber Atommasse 6,044940(280) ... Wikipedia
Tabel over nuklider Generel information Navn, symbol Brint 7, 7H Neutroner 6 Protoner 1 Nuklidens egenskaber Atommasse 7,052750 (1080) ... Wikipedia