Kipengele cha kawaida cha kemikali katika Ulimwengu ni hidrojeni. Hii ni hatua ya mwanzo yake mwenyewe, kwa sababu katika meza ya mara kwa mara iko nambari ya atomiki sawa na moja. Ubinadamu unatumai kuwa inaweza kujifunza zaidi kuihusu kama mojawapo ya magari yanayowezekana katika siku zijazo. Hidrojeni ni rahisi zaidi, nyepesi, kipengele cha kawaida, kuna mengi yake kila mahali - asilimia sabini na tano ya jumla ya molekuli ya suala. Ipo katika nyota yoyote, hasa katika makubwa ya gesi. Jukumu lake katika athari za fusion ya nyota ni muhimu. Bila hidrojeni hakuna maji, ambayo ina maana hakuna maisha. Kila mtu anakumbuka kwamba molekuli ya maji ina atomi moja ya oksijeni, na atomi mbili ndani yake ni hidrojeni. Hii ndiyo fomula inayojulikana sana H 2 O.
Jinsi tunavyoitumia
Haidrojeni iligunduliwa mnamo 1766 na Henry Cavendish wakati wa kuchambua mmenyuko wa oksidi wa chuma. Baada ya miaka kadhaa ya uchunguzi, aligundua kwamba wakati wa mwako wa hidrojeni, maji hutengenezwa. Hapo awali, wanasayansi walitenga kipengele hiki, lakini hawakuona kuwa huru. Mnamo 1783, hidrojeni ilipokea jina la hidrojeni (iliyotafsiriwa kutoka kwa Kigiriki "hydro" - maji, na "gen" - kuzaa). Kipengele kinachozalisha maji ni hidrojeni. Hii ni gesi ambayo fomula yake ya molekuli ni H2. Ikiwa hali ya joto iko karibu na joto la kawaida na shinikizo ni la kawaida, kipengele hiki hakionekani. Haidrojeni inaweza hata isigundulike na hisi za binadamu - haina ladha, haina rangi na haina harufu. Lakini chini ya shinikizo na kwa joto la -252.87 C (baridi sana!) Gesi hii hupunguza. Hivi ndivyo inavyohifadhiwa, kwani kwa namna ya gesi inachukua nafasi zaidi. Hidrojeni kioevu hutumiwa kama mafuta ya roketi.
Hydrojeni inaweza kuwa imara, metali, lakini hii inahitaji shinikizo la juu-juu, na hivi ndivyo wanasayansi mashuhuri - wanafizikia na kemia - wanafanya sasa. Tayari sasa kipengele hiki kinatumika kama mafuta mbadala kwa usafiri. Matumizi yake ni sawa na jinsi injini ya mwako wa ndani inavyofanya kazi: wakati hidrojeni inapochomwa, nyingi hutolewa. nishati ya kemikali. Njia ya kuunda seli ya mafuta kwa msingi wake pia imeandaliwa kivitendo: inapojumuishwa na oksijeni, mmenyuko hufanyika, na kupitia hii, maji na umeme huundwa. Labda, hivi karibuni usafiri "utabadilika" kutoka kwa petroli hadi hidrojeni - watengenezaji wengi wa magari wana nia ya kuunda vifaa vingine vinavyoweza kuwaka, na kuna mafanikio. Lakini injini ya hidrojeni bado iko katika siku zijazo; kuna shida nyingi hapa. Walakini, faida ni kwamba uundaji wa tanki la mafuta na hidrojeni thabiti unaendelea kikamilifu, na wanasayansi na wahandisi hawatarudi nyuma.
Taarifa za msingi
Hydrogenium (lat.) - hidrojeni, kwanza nambari ya serial katika jedwali la upimaji, linaloashiria H. Atomu ya hidrojeni ina uzito wa 1.0079, ni gesi ambayo haina hali ya kawaida hakuna ladha, hakuna harufu, hakuna rangi. Wanakemia tangu karne ya kumi na sita wameelezea fulani gesi inayowaka, ikiashiria tofauti. Lakini ilifanya kazi kwa kila mtu chini ya hali sawa - wakati chuma kilikuwa wazi kwa asidi. Hydrojeni, hata na Cavendish mwenyewe, iliitwa tu "hewa inayoweza kuwaka" kwa miaka mingi. Mnamo 1783 tu Lavoisier alithibitisha kuwa maji yana muundo mgumu kupitia usanisi na uchambuzi, na miaka minne baadaye alitoa "hewa inayoweza kuwaka" jina lake la kisasa. Mzizi wa hii neno kiwanja hutumika sana wakati ni muhimu kutaja misombo ya hidrojeni na michakato yoyote ambayo inahusika. Kwa mfano, hidrojeni, hidridi na kadhalika. A Jina la Kirusi iliyopendekezwa mwaka wa 1824 na M. Solovyov.
Kwa asili, usambazaji wa kipengele hiki hauna sawa. Katika lithosphere na hydrosphere ya ukoko wa dunia, uzito wake ni asilimia moja, lakini atomi za hidrojeni ni kama asilimia kumi na sita. Maji ni mengi zaidi duniani, na 11.19% kwa wingi wake ni hidrojeni. Pia kwa hakika iko katika karibu misombo yote inayounda mafuta, makaa ya mawe, gesi zote za asili, na udongo. Kuna hidrojeni katika viumbe vyote vya mimea na wanyama - katika protini, mafuta, asidi ya nucleic, wanga, na kadhalika. Hali ya bure sio kawaida kwa hidrojeni na karibu haitokei - kuna kidogo sana katika gesi asilia na volkeno. Kiasi kidogo sana cha hidrojeni katika angahewa ni 0.0001%, kwa idadi ya atomi. Lakini vijito vyote vya protoni vinawakilisha hidrojeni katika nafasi ya karibu ya Dunia, ambayo hufanya ukanda wa mionzi ya ndani ya sayari yetu.
Nafasi
Hakuna kipengele kinachojulikana katika nafasi kama hidrojeni. Kiasi cha hidrojeni katika vipengele vya Jua ni zaidi ya nusu ya wingi wake. Nyota nyingi hutoa hidrojeni katika mfumo wa plasma. Wingi wa gesi mbalimbali za nebulae na kati ya nyota pia hujumuisha hidrojeni. Inapatikana katika comets na katika anga ya idadi ya sayari. Kwa kawaida, sio ndani fomu safi, - wakati mwingine kama bure H 2 , wakati mwingine methane CH 4 , wakati mwingine amonia NH 3 , hata kama maji H 2 O. Radicals CH, NH, SiN, OH, PH na kadhalika ni ya kawaida sana. Kama mkondo wa protoni, hidrojeni ni sehemu ya mionzi ya jua ya corpuscular na mionzi ya cosmic.
Katika hidrojeni ya kawaida, mchanganyiko wa isotopu mbili thabiti ni hidrojeni nyepesi (au protium 1 H) na hidrojeni nzito (au deuterium - 2 H au D). Kuna isotopu zingine: tritium ya mionzi - 3 H au T, vinginevyo - hidrojeni nzito. Na pia imara sana 4 N. Kwa asili, kiwanja cha hidrojeni kina isotopu kwa uwiano wafuatayo: kwa atomi moja ya deuterium kuna atomi 6800 za protium. Tritium huundwa katika anga kutoka kwa nitrojeni, ambayo huathiriwa na neutroni kutoka kwa mionzi ya cosmic, lakini kwa kiasi kidogo. Nambari za molekuli za isotopu zinamaanisha nini? Nambari inaonyesha kwamba kiini cha protium kina protoni moja tu, wakati deuterium haina protoni tu, bali pia neutroni katika kiini cha atomiki. Tritium katika kiini chake tayari ina nyutroni mbili kwa kila protoni. Lakini 4 H ina neutroni tatu kwa kila protoni. Kwa hiyo, mali ya kimwili na kemikali ya isotopu ya hidrojeni ni tofauti sana ikilinganishwa na isotopu ya vipengele vingine vyote - tofauti katika wingi ni kubwa sana.
Muundo na mali ya kimwili
Muundo wa atomi ya hidrojeni ni rahisi zaidi ikilinganishwa na vipengele vingine vyote: kiini kimoja - elektroni moja. Uwezo wa ionization - nishati ya kumfunga kiini kwa elektroni - 13.595 volts elektroni (eV). Ni kwa sababu ya unyenyekevu wa muundo huu kwamba atomi ya hidrojeni ni rahisi kama mfano mechanics ya quantum wakati unahitaji kuhesabu viwango vya nishati vya atomi ngumu zaidi. Katika molekuli ya H2 kuna atomi mbili ambazo zimeunganishwa na dhamana ya covalent ya kemikali. Nishati ya kuoza ni ya juu sana. Hidrojeni ya atomiki inaweza kutengenezwa katika athari za kemikali kama vile zinki na asidi hidrokloriki. Walakini, kwa kweli hakuna mwingiliano na hidrojeni hufanyika - hali ya atomiki ya hidrojeni ni fupi sana, atomi huungana mara moja kuwa H 2 molekuli.
Kwa mtazamo wa kimwili, hidrojeni ni nyepesi zaidi vitu vinavyojulikana- zaidi ya mara kumi na nne nyepesi kuliko hewa (kumbuka baluni zinazoruka wakati wa likizo - zina hidrojeni ndani). Walakini, inaweza kuchemsha, kuyeyuka, kuyeyuka, kuganda, na majipu ya heliamu tu na kuyeyuka zaidi. joto la chini. Ni ngumu kuyeyusha, unahitaji joto chini ya -240 digrii Celsius. Lakini ina conductivity ya juu sana ya mafuta. Ni karibu isiyo na maji, lakini inaingiliana vizuri na hidrojeni ya metali - inayeyuka karibu yote, bora zaidi katika palladium (kiasi kimoja cha hidrojeni huchukua kiasi cha mia nane na hamsini). Kioevu hidrojeni ni mwanga na maji, na wakati kufutwa katika metali, mara nyingi huharibu aloi kutokana na mwingiliano na kaboni (chuma, kwa mfano), kuenea na decarbonization hutokea.
Tabia za kemikali
Katika misombo, kwa sehemu kubwa, hidrojeni huonyesha hali ya oxidation (valence) ya +1, kama vile sodiamu na metali nyingine za alkali. Inachukuliwa kama analog yao, imesimama kwenye kichwa cha kikundi cha kwanza cha mfumo wa upimaji. Lakini ioni ya hidrojeni katika hidridi za chuma huchajiwa vibaya, na hali ya oxidation ya -1. Kipengele hiki pia ni karibu na halojeni, ambayo inaweza hata kuibadilisha katika misombo ya kikaboni. Hii ina maana kwamba hidrojeni pia inaweza kuhusishwa na kundi la saba la mfumo wa mara kwa mara. Katika hali ya kawaida, molekuli za hidrojeni hazitofautiani katika shughuli, kuchanganya tu na zisizo za metali zinazofanya kazi zaidi: nzuri na fluorine, na ikiwa ni mwanga - na klorini. Lakini inapokanzwa, hidrojeni inakuwa tofauti - humenyuka na vipengele vingi. Hidrojeni ya atomiki, ikilinganishwa na hidrojeni ya molekuli, inafanya kazi sana kwa kemikali, hivyo maji huundwa kuhusiana na oksijeni, na nishati na joto hutolewa wakati huo huo. Kwa joto la kawaida mmenyuko huu ni polepole sana, lakini inapokanzwa zaidi ya digrii mia tano na hamsini, mlipuko hutokea.
Hidrojeni hutumiwa kupunguza metali kwa sababu huondoa oksijeni kutoka kwa oksidi zao. Kwa florini, hidrojeni huunda mlipuko hata gizani na kwa minus mia mbili na hamsini na mbili digrii Selsiasi. Klorini na bromini husisimua hidrojeni tu inapokanzwa au kuangaziwa, na iodini inapokanzwa tu. Hidrojeni na nitrojeni huunda amonia (hii ndio jinsi mbolea nyingi hufanywa). Inapokanzwa, humenyuka kikamilifu na sulfuri, na sulfidi hidrojeni hupatikana. Ni vigumu kusababisha mmenyuko wa hidrojeni na tellurium na selenium, lakini kwa kaboni safi majibu hutokea sana joto la juu, na methane huzalishwa. Hidrojeni huunda misombo mbalimbali ya kikaboni na monoxide ya kaboni; shinikizo, joto, vichocheo huathiri hili, na yote haya ni ya umuhimu mkubwa wa vitendo. Kwa ujumla, jukumu la hidrojeni, pamoja na misombo yake, ni muhimu sana, kwani inatoa mali ya asidi kwa asidi ya protic. Kifungo cha hidrojeni kinaundwa na vipengele vingi, vinavyoathiri mali ya misombo ya isokaboni na ya kikaboni.
Risiti na matumizi
Hidrojeni huzalishwa kwa kiwango cha viwanda kutokana na gesi asilia - gesi zinazoweza kuwaka, gesi ya tanuri ya coke, na gesi za kusafisha mafuta. Inaweza pia kuzalishwa na electrolysis ambapo umeme sio ghali sana. Hata hivyo kwa njia muhimu zaidi Uzalishaji wa hidrojeni ni mwingiliano wa kichocheo wa hidrokaboni, hasa methane, na mvuke wa maji, ubadilishaji unapopatikana. Njia ya oxidizing hidrokaboni na oksijeni pia hutumiwa sana. Uzalishaji wa haidrojeni kutoka gesi asilia ni njia ya gharama nafuu. Nyingine mbili ni matumizi ya gesi ya tanuri ya coke na gesi ya kusafishia - hidrojeni hutolewa wakati vipengele vilivyobaki vikiwa na kioevu. Wao ni kioevu kwa urahisi zaidi, na kwa hidrojeni, kama tunavyokumbuka, unahitaji digrii -252.
Peroxide ya hidrojeni ni maarufu sana katika matumizi. Matibabu na suluhisho hili hutumiwa mara nyingi sana. Mchanganyiko wa Masi H 2 O 2 hauwezekani kutajwa na wale mamilioni ya watu ambao wanataka kuwa blondes na kupunguza nywele zao, pamoja na wale wanaopenda usafi jikoni. Hata wale wanaoshughulikia mikwaruzo iliyopokelewa kutoka kwa kucheza na kitten mara nyingi hawatambui kuwa wanatumia matibabu ya hidrojeni. Lakini kila mtu anajua historia: tangu 1852, hidrojeni imetumika kwa muda mrefu katika aeronautics. Airship, zuliwa na Henry Giffard, iliundwa kwa msingi wa hidrojeni. Waliitwa zeppelins. Zeppelins zilizohamishwa kutoka angani maendeleo ya haraka utengenezaji wa ndege. Mnamo 1937, ajali kubwa ilitokea wakati meli ya Hindenburg iliungua. Baada ya tukio hili, zeppelins hazikutumiwa tena. Lakini mwisho wa karne ya kumi na nane kuenea maputo, iliyojaa hidrojeni, ilikuwa kila mahali. Mbali na uzalishaji wa amonia, hidrojeni sasa inahitajika kwa ajili ya uzalishaji wa pombe ya methyl na alkoholi nyingine, petroli, maji ya mafuta mazito ya hidrojeni na mafuta magumu. Huwezi kufanya bila hidrojeni wakati wa kulehemu, wakati wa kukata metali - inaweza kuwa oksijeni-hidrojeni na atomiki-hidrojeni. Na tritium na deuterium hutoa uhai kwa nishati ya nyuklia. Hizi, kama tunavyokumbuka, ni isotopu za hidrojeni.
Neumyvakin
Hydrojeni ni kipengele kizuri cha kemikali ambacho kina mashabiki wake. Ivan Pavlovich Neumyvakin - daktari sayansi ya matibabu, profesa, mshindi wa Tuzo ya Serikali na ana vyeo na tuzo nyingi zaidi, miongoni mwao. Kuwa daktari wa dawa za jadi, anaitwa mganga bora wa watu nchini Urusi. Ni yeye ambaye alitengeneza njia na kanuni nyingi za kutoa huduma ya matibabu kwa wanaanga katika ndege. Ni yeye aliyeunda hospitali ya kipekee - hospitali kwenye meli ya anga. Wakati huo huo, alikuwa mratibu wa serikali wa dawa za vipodozi. Nafasi na vipodozi. Mapenzi yake ya hidrojeni hayalengi kupata pesa nyingi, kama ilivyo sasa katika dawa za nyumbani, lakini, kinyume chake, kufundisha watu jinsi ya kuponya chochote kihalisi na dawa ya senti, bila ziara ya ziada kwa duka la dawa.
Anakuza matibabu na dawa ambayo iko katika kila nyumba halisi. Hii ni peroxide ya hidrojeni. Unaweza kumkosoa Neumyvakin kama unavyopenda, bado atasisitiza peke yake: ndio, kwa kweli, kila kitu kinaweza kuponywa na peroksidi ya hidrojeni, kwa sababu inajaa seli za ndani za mwili na oksijeni, huharibu sumu, hurekebisha asidi na. usawa wa alkali, na kutoka hapa tishu zinafanywa upya, mwili mzima unafanywa upya. Hakuna mtu ambaye bado ameona mtu yeyote akiponywa na peroksidi ya hidrojeni, hata kidogo kuwachunguza, lakini Neumyvakin anadai kwamba kwa kutumia dawa hii, unaweza kujikwamua kabisa magonjwa ya virusi, bakteria na kuvu, kuzuia ukuaji wa tumors na atherosclerosis, kushindwa unyogovu, kurejesha nguvu. mwili na kamwe usiugue ARVI na homa.
Panacea
Ivan Pavlovich ana hakika kwamba kwa matumizi sahihi ya dawa hii rahisi na kufuata maelekezo yote rahisi, unaweza kushinda magonjwa mengi, ikiwa ni pamoja na makubwa sana. Orodha ni kubwa: kutoka kwa ugonjwa wa periodontal na tonsillitis hadi infarction ya myocardial, viharusi na ugonjwa wa kisukari. Tapeli kama vile sinusitis au osteochondrosis hupotea kutoka kwa vikao vya kwanza vya matibabu. Hata uvimbe wa saratani wanaogopa na kukimbia peroxide ya hidrojeni kwa sababu mfumo wa kinga huchochewa, uhai wa mwili na ulinzi wake umeanzishwa.
Hata watoto wanaweza kutibiwa kwa njia hii, isipokuwa kwamba ni bora kwa wanawake wajawazito kukataa kutumia peroxide ya hidrojeni kwa sasa. Njia hii pia haipendekezi kwa watu wenye kupandikiza chombo kutokana na uwezekano wa kutofautiana kwa tishu. Kipimo lazima zizingatiwe madhubuti: kutoka tone moja hadi kumi, na kuongeza moja kila siku. Mara tatu kwa siku (matone thelathini ya ufumbuzi wa asilimia tatu ya peroxide ya hidrojeni kwa siku, wow!) Nusu saa kabla ya chakula. Suluhisho linaweza kusimamiwa kwa njia ya ndani na chini ya usimamizi wa matibabu. Wakati mwingine peroxide ya hidrojeni inajumuishwa na madawa mengine kwa athari ya ufanisi zaidi. Suluhisho hutumiwa ndani tu katika fomu ya diluted - na maji safi.
Nje
Hata kabla ya Profesa Neumyvakin kuunda njia yake, compresses na rinses walikuwa maarufu sana. Kila mtu anajua kuwa, kama vile kukandamiza pombe, peroksidi ya hidrojeni haiwezi kutumika katika hali yake safi, kwa sababu itasababisha kuchoma kwa tishu, lakini warts au maambukizo ya kuvu hutiwa mafuta ndani na suluhisho kali - hadi asilimia kumi na tano.
Kwa ngozi ya ngozi na maumivu ya kichwa, taratibu pia hufanyika ambazo zinahusisha peroxide ya hidrojeni. Compress inapaswa kufanywa kwa kitambaa cha pamba kilichowekwa katika suluhisho la vijiko viwili vya asilimia tatu ya peroxide ya hidrojeni na milligrams hamsini. maji safi. Funika kitambaa na filamu na kuifunga kwa pamba au kitambaa. Compress hudumu kutoka robo ya saa hadi saa na nusu asubuhi na jioni hadi kupona.
Maoni ya madaktari
Maoni yamegawanywa; sio kila mtu anafurahiya na mali ya peroksidi ya hidrojeni; zaidi ya hayo, sio tu hawawaamini, wanawacheka. Miongoni mwa madaktari pia kuna wale waliounga mkono Neumyvakin na hata walichukua maendeleo ya nadharia yake, lakini ni wachache. Wengi wa Madaktari wanaona aina hii ya matibabu sio tu isiyofaa, lakini pia mara nyingi ni mbaya.
Hakika, bado hakuna kesi moja iliyothibitishwa rasmi ambayo mgonjwa aliponywa na peroxide ya hidrojeni. Wakati huo huo, hakuna taarifa kuhusu kuzorota kwa afya kuhusiana na matumizi ya njia hii. Lakini wakati wa thamani hupotea, na mtu ambaye amepokea moja ya magonjwa makubwa na anategemea kabisa hatari ya panacea ya Neumyvakin kuchelewa kwa kuanza kwa matibabu yake halisi ya jadi.
Katika meza ya mara kwa mara, hidrojeni iko katika makundi mawili ya vipengele ambavyo ni kinyume kabisa katika mali zao. Kipengele hiki ifanye kuwa ya kipekee kabisa. Hidrojeni sio tu kipengele au dutu, lakini pia ni sehemu muhimu ya misombo mingi ngumu, organogenic na. kipengele cha biogenic. Kwa hiyo, hebu tuangalie mali na sifa zake kwa undani zaidi.
Kutolewa kwa gesi inayoweza kuwaka wakati wa mwingiliano wa metali na asidi kulionekana nyuma katika karne ya 16, ambayo ni, wakati wa malezi ya kemia kama sayansi. Mwanasayansi maarufu Mwingereza Henry Cavendish alichunguza dutu hiyo kuanzia 1766 na kuipa jina “hewa inayoweza kuwaka.” Ilipochomwa, gesi hii ilitoa maji. Kwa bahati mbaya, kufuata kwa mwanasayansi kwa nadharia ya phlogiston (hypothetical "ultrafine matter") ilimzuia kufikia hitimisho sahihi.
Mwanakemia wa Ufaransa na mwanasayansi wa asili A. Lavoisier, pamoja na mhandisi J. Meunier na kwa msaada wa gasomita maalum, walitengeneza maji mnamo 1783, na kisha wakaichambua kupitia mtengano wa mvuke wa maji na chuma cha moto. Kwa hivyo, wanasayansi waliweza kufikia hitimisho sahihi. Waligundua kuwa "hewa inayowaka" sio tu sehemu ya maji, lakini pia inaweza kupatikana kutoka kwayo.
Mnamo 1787, Lavoisier alipendekeza kuwa gesi iliyochunguzwa ilikuwa dutu rahisi na, ipasavyo, ilikuwa ya msingi. vipengele vya kemikali. Aliiita hidrojeni (kutoka Maneno ya Kigiriki hydor - maji + gennao - Ninajifungua), i.e. "kuzaa maji."
Jina la Kirusi "hidrojeni" lilipendekezwa mwaka wa 1824 na kemia M. Soloviev. Uamuzi wa muundo wa maji uliashiria mwisho wa "nadharia ya phlogiston." Mwanzoni mwa karne ya 18 na 19, ilianzishwa kuwa atomi ya hidrojeni ni nyepesi sana (ikilinganishwa na atomi za vitu vingine) na misa yake ilichukuliwa kama kitengo cha msingi cha kulinganisha misa ya atomiki, ikipokea thamani sawa na 1.
Tabia za kimwili
Hidrojeni ndicho dutu nyepesi zaidi inayojulikana na sayansi (ni nyepesi mara 14.4 kuliko hewa), msongamano wake ni 0.0899 g/l (1 atm, 0 °C). Nyenzo hii huyeyuka (huimarisha) na kuchemsha (huyeyusha), kwa mtiririko huo, saa -259.1 ° C na -252.8 ° C (heliamu pekee ina joto la chini la kuchemsha na kuyeyuka).
Joto muhimu la hidrojeni ni la chini sana (-240 °C). Kwa sababu hii, umwagiliaji wake ni mchakato ngumu na wa gharama kubwa. Shinikizo muhimu la dutu hii ni 12.8 kgf/cm², na msongamano muhimu ni 0.0312 g/cm³. Miongoni mwa gesi zote, hidrojeni ina conductivity ya juu ya mafuta: saa 1 atm na 0 ° C ni sawa na 0.174 W / (mxK).
Uwezo maalum wa joto wa dutu hii katika hali sawa ni 14.208 kJ/(kgxK) au 3.394 cal/(rx°C). Kipengele hiki ni mumunyifu kidogo katika maji (karibu 0.0182 ml/g kwa 1 atm na 20 ° C), lakini mumunyifu vizuri katika metali nyingi (Ni, Pt, Pa na wengine), hasa katika palladium (karibu 850 kwa kiasi cha Pd) .
Mali ya mwisho inahusishwa na uwezo wake wa kuenea, na kuenea kwa njia ya aloi ya kaboni (kwa mfano, chuma) inaweza kuambatana na uharibifu wa alloy kutokana na mwingiliano wa hidrojeni na kaboni (mchakato huu unaitwa decarbonization). Katika hali ya kioevu, dutu hii ni nyepesi sana (wiani - 0.0708 g/cm³ saa t ° = -253 °C) na kioevu (mnato - 13.8 huharibika chini ya hali sawa).
Katika misombo mingi, kipengele hiki kinaonyesha valency ya +1 (hali ya oksidi), kama sodiamu na metali nyingine za alkali. Kawaida inachukuliwa kuwa analog ya metali hizi. Ipasavyo, anaongoza kundi la I la mfumo wa upimaji. Katika hidridi za chuma, ioni ya hidrojeni huonyesha malipo hasi (hali ya oxidation ni -1), yaani, Na+H- ina muundo sawa na Na+Cl- kloridi. Kwa mujibu wa hili na ukweli mwingine (kufanana kwa mali ya kimwili ya kipengele "H" na halojeni, uwezo wa kuchukua nafasi yake na halojeni katika misombo ya kikaboni), Hydrogene imeainishwa katika kundi la VII la mfumo wa upimaji.
Katika hali ya kawaida, hidrojeni ya molekuli ina shughuli ya chini, inachanganya moja kwa moja tu na kazi zaidi ya zisizo za metali (pamoja na florini na klorini, na mwisho katika mwanga). Kwa upande wake, inapokanzwa, inaingiliana na vipengele vingi vya kemikali.
Hidrojeni ya atomiki imeongezeka shughuli za kemikali(ikilinganishwa na Masi). Na oksijeni huunda maji kulingana na formula:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
ikitoa 285.937 kJ/mol ya joto au 68.3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). Chini ya hali ya joto ya kawaida, majibu huendelea polepole, na kwa t ° > = 550 ° C haiwezi kudhibitiwa. Vikomo vya kulipuka vya mchanganyiko wa hidrojeni + oksijeni kwa kiasi ni 4-94% H₂, na mchanganyiko wa hidrojeni + hewa ni 4-74% H₂ (mchanganyiko wa kiasi cha H₂ na kiasi kimoja cha O₂ inaitwa gesi ya detonating).
Kipengele hiki hutumiwa kupunguza metali nyingi, kwani huondoa oksijeni kutoka kwa oksidi:
Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,
CuO + H₂ = Cu + H₂O, n.k.
Hidrojeni huunda halidi za hidrojeni na halojeni tofauti, kwa mfano:
H₂ + Cl₂ = 2HCl.
Walakini, wakati wa kuguswa na florini, hidrojeni hulipuka (hii pia hufanyika gizani, kwa -252 ° C), na bromini na klorini humenyuka tu inapokanzwa au kuangaza, na kwa iodini - tu inapokanzwa. Wakati wa kuingiliana na nitrojeni, amonia huundwa, lakini tu juu ya kichocheo, kwa shinikizo la juu na joto:
ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.
Inapokanzwa, hidrojeni humenyuka kikamilifu pamoja na salfa:
H₂ + S = H₂S (sulfidi hidrojeni),
na ngumu zaidi na tellurium au selenium. Hidrojeni humenyuka pamoja na kaboni safi bila kichocheo, lakini kwa joto la juu:
2H₂ + C (amofasi) = CH₄ (methane).
Dutu hii humenyuka moja kwa moja na baadhi ya metali (alkali, ardhi ya alkali na nyinginezo), na kutengeneza hidridi, kwa mfano:
H₂ + 2Li = 2LiH.
Mwingiliano kati ya hidrojeni na monoksidi kaboni (II) ni wa umuhimu mkubwa wa vitendo. Katika kesi hii, kulingana na shinikizo, joto na kichocheo, misombo tofauti ya kikaboni huundwa: HCHO, CH₃OH, nk. Hidrokaboni zisizojaa wakati wa majibu hujaa, kwa mfano:
С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.
Hidrojeni na misombo yake ina jukumu la kipekee katika kemia. Inaamua mali ya tindikali ya kinachojulikana. asidi ya protic, huwa na kuunda vifungo vya hidrojeni na vipengele mbalimbali, ambavyo vina athari kubwa juu ya mali ya misombo mingi ya isokaboni na ya kikaboni.
Uzalishaji wa hidrojeni
Aina kuu za malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa kipengele hiki ni gesi za kusafisha mafuta, gesi za asili zinazowaka na coke tanuri. Pia hupatikana kutoka kwa maji kwa njia ya electrolysis (mahali ambapo umeme unapatikana). Mojawapo ya njia muhimu zaidi za kutengeneza nyenzo kutoka kwa gesi asilia ni mwingiliano wa kichocheo wa hidrokaboni, haswa methane, na mvuke wa maji (kinachojulikana kama ubadilishaji). Kwa mfano:
CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.
Uoksidishaji usio kamili wa hidrokaboni na oksijeni:
CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.
Monoksidi kaboni iliyosanisishwa (II) hubadilika:
CO + H₂O = CO₂ + H₂.
Hidrojeni inayozalishwa kutokana na gesi asilia ndiyo ya bei nafuu zaidi.
Inatumika kwa electrolysis ya maji D.C., ambayo hupitishwa kupitia suluhisho la NaOH au KOH (asidi haitumiwi ili kuepuka kutu ya vifaa). Katika hali ya maabara, nyenzo hupatikana kwa electrolysis ya maji au kama matokeo ya mmenyuko kati ya asidi hidrokloric na zinki. Walakini, nyenzo za kiwanda zilizotengenezwa tayari kwenye mitungi hutumiwa mara nyingi zaidi.
Kipengele hiki kimetengwa na gesi za kusafisha mafuta na gesi ya tanuri ya coke kwa kuondoa vipengele vingine vyote vya mchanganyiko wa gesi, kwa vile vinapunguza kwa urahisi wakati wa baridi ya kina.
Nyenzo hii ilianza kuzalishwa viwandani mwishoni mwa karne ya 18. Wakati huo ilitumiwa kujaza puto. Kwa sasa, hidrojeni hutumiwa sana katika tasnia, haswa katika tasnia ya kemikali, kwa utengenezaji wa amonia.
Watumiaji wa wingi wa dutu hii ni wazalishaji wa methyl na pombe nyingine, petroli ya synthetic na bidhaa nyingine nyingi. Wao hupatikana kwa awali kutoka kwa monoxide ya kaboni (II) na hidrojeni. Hydrojeni hutumiwa kwa hidrojeni ya mafuta nzito na imara ya kioevu, mafuta, nk, kwa ajili ya awali ya HCl, hydrotreating ya bidhaa za petroli, na pia katika kukata chuma / kulehemu. Mambo muhimu zaidi kwa nishati ya nyuklia ni isotopu zake - tritium na deuterium.
Jukumu la kibaolojia la hidrojeni
Takriban 10% ya wingi wa viumbe hai (kwa wastani) hutoka kwa kipengele hiki. Ni sehemu ya maji na makundi muhimu zaidi ya misombo ya asili, ikiwa ni pamoja na protini, asidi nucleic, lipids, na wanga. Inatumika kwa ajili gani?
Mambo haya yanacheza jukumu la maamuzi: katika kudumisha muundo wa anga wa protini (quaternary), katika kutekeleza kanuni ya ukamilishano wa asidi nucleic (yaani katika utekelezaji na uhifadhi). habari za kijeni), kwa ujumla katika "kutambuliwa" kwenye kiwango cha molekuli.
Ioni ya hidrojeni H+ inashiriki katika miitikio/michakato muhimu katika mwili. Ikiwa ni pamoja na: katika oxidation ya kibiolojia, ambayo hutoa seli hai na nishati, katika athari za biosynthesis, katika photosynthesis katika mimea, katika photosynthesis ya bakteria na fixation ya nitrojeni, katika kudumisha usawa wa asidi-msingi na homeostasis, katika michakato ya usafiri wa membrane. Pamoja na kaboni na oksijeni, huunda msingi wa kazi na wa kimuundo wa matukio ya maisha.
Hidrojeni ni rahisi zaidi ya vipengele vyote na pia ni nyingi zaidi katika asili. Watoto wa shule wakubwa tayari wanajua kuwa athari za metali kama vile magnesiamu na zinki na dilute asidi isokaboni kusababisha kuundwa kwa hidrojeni. Pia wanajua juu ya jaribio la gesi ya hidrojeni na tabia ya "pop". Hydrojeni imejumuishwa katika fomula za wengi miunganisho rahisi, ambayo masomo ya kemia shuleni huanza, kama vile methane ya maji asidi ya sulfuriki amonia na ethanol
Hidrojeni ni kipengele kingi zaidi katika Ulimwengu. Kulingana na makadirio ya sasa, hidrojeni inachukua zaidi ya 90% ya atomi na takriban 75% ya wingi wa Ulimwengu. Miongoni mwa vipengele vilivyopo duniani, hidrojeni ni ya tisa kwa wingi zaidi. Hufanya 0.76% ya uzani wa Dunia na hutokea katika karibu misombo mingi tofauti kama kaboni. Kiwanja muhimu zaidi cha hidrojeni kinachopatikana katika asili ni maji. Hydrojeni pia hupatikana katika misombo ya kikaboni kama vile makaa ya mawe na mafuta.
Hidrojeni sio moja tu ya vipengele vya kawaida, pia ni tofauti kabisa na vipengele vingine vyote katika idadi ya mali zake za kemikali na kimwili. Kwa kuongeza, huunda mfululizo maalum wa misombo. Hiki ndicho kipengele pekee ambacho aina ya kipekee ya dhamana ya kemikali inaitwa (ona Sehemu ya 2.1). Kuna dhana kama vile bomu la hidrojeni (tazama sehemu ya 1.3), bakteria ya hidrojeni na hata nishati ya hidrojeni (tazama hapa chini).
Bakteria ya hidrojeni wana uwezo wa kuzalisha nishati kwa kuongeza oksidi ya hidrojeni kwenye maji. Nishati hii ni muhimu kwa bakteria ya hidrojeni kuingiza dioksidi kaboni. Chini ya hali fulani, pia wana uwezo wa kuongeza misombo fulani ya kikaboni.
Hidrojeni ni kipengele pekee ambacho ni gesi inayoweza kuwaka. Ndiyo maana mwanakemia wa Flemish I. B. Van Helmont (1579-1644), ambaye kwanza alitenga hidrojeni, aliiita “gesi inayoweza kuwaka.” Katika hali ya maabara, hidrojeni ilipatikana kwanza kwa hatua ya asidi kwenye chuma na T. Mayern, na baadaye (mwaka 1672) na R. Boyle. Mnamo 1766, hidrojeni ilichunguzwa kwa uangalifu na mwanakemia na mwanafizikia Mwingereza G. Cavendish, aliyeiita “hewa inayoweza kuwaka.” Jina "hidrojeni" lilianzishwa na Lavoisier, na kutengeneza neno la Kilatini "hidrojeni" kutoka kwa maneno ya Kigiriki "hydro" (maji) na "jeni" (kujifungua).
Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)
Lavoisier inachukuliwa kuwa mwanzilishi wa kemia ya kisasa. Yake mchango mkubwa katika kemia ni kupindua nadharia potofu ya phlogiston. Kwa mujibu wa nadharia hii, vitu vyote vinavyoweza kuwaka vinajumuisha vipengele viwili - phlogiston na kiwango. Wakati dutu inayowaka inapochomwa, inapoteza phlogiston na inageuka kuwa kiwango ("ash" au "chokaa"). Lavoisier alionyesha kwa majaribio kuwa oksijeni kutoka kwa hewa inashiriki katika mchakato wa mwako. Pia alianzisha jukumu la oksijeni katika kupumua na alikuwa wa kwanza kutofautisha kati ya vipengele na misombo.
Antoine Lavoisier (kutoka kwa uchoraji wa Thalstrup).
Muundo wa atomi ya hidrojeni
Atomu ya hidrojeni ina muundo rahisi zaidi: inajumuisha kiini, ambayo ni protoni moja, pamoja na elektroni moja, ambayo iko katika ls orbital inayozunguka kiini (tazama Sehemu ya 1.2). Vile muundo rahisi huamua nyingi mali ya kipekee hidrojeni. Kwanza, atomi ya hidrojeni ina valence tu shell ya elektroni. Kwa hiyo, elektroni yake pekee haijalindwa kutokana na hatua ya malipo ya nyuklia na elektroni za ndani. Pili, ganda hili la nje linahitaji tu kupata au kupoteza elektroni moja ili kufikia uthabiti usanidi wa kielektroniki. Hatimaye, kwa kuwa atomi ya hidrojeni ina elektroni moja tu na protoni moja, ni ndogo sana kwa ukubwa. Kwa kweli, radius yake covalent (0.029 nm) na van der Waals radius (0.12 nm) ina. maadili ya chini kati ya vipengele vyote (tazama sehemu ya 2.2). Vipengele hivi vinaelezea wengi mali tofauti hidrojeni na nafasi yake maalum katika meza ya mara kwa mara.
Nafasi kwenye jedwali la mara kwa mara
Kwa sababu atomi ya hidrojeni hupoteza elektroni yake moja ili kuunda ioni chanya iliyochajiwa pekee, kipengele hiki huwekwa juu ya kundi la 1 kwenye jedwali la mara kwa mara. Walakini, ingawa hidrojeni chini ya hali fulani inaweza kupata
Jedwali 12.1. Nishati ya ionization ya hidrojeni, lithiamu na sodiamu
Jedwali 12.2. Mshikamano wa elektroni wa hidrojeni, florini na klorini
Jedwali 12.3. Wastani wa enthalpies za dhamana katika molekuli za hidrojeni, florini na klorini
mali ya metali (tazama Mchoro 2.15), chini ya hali ya kawaida inaonyesha mali zisizo za metali tu. Ulinganisho wa nishati yake ya ionization na nishati ya ionization ya lithiamu na sodiamu (Jedwali 12.1) inaonyesha kuwa hidrojeni ni tofauti sana na vipengele vingine vya kundi I. madini ya alkali.
Atomu ya hidrojeni pia ina uwezo, ingawa kwa ugumu, wa kushikamana na elektroni kuunda ioni. Kwa sababu ya sifa hii, inaweza kuonekana kuwa inaweza kuwekwa juu. Kundi la VII pamoja na halojeni. Hata hivyo, hidrojeni si kipengele cha p, na ulinganisho wa mshikamano wake wa elektroni (tazama Sehemu ya 2.1) na mshikamano wa elektroni wa florini na klorini (Jedwali 12.2) inaonyesha kwamba haina nafasi katika kikundi VII.
Kumbuka pia kwamba ingawa hidrojeni, kama halojeni, huunda molekuli za diatomiki, dhamana katika molekuli ya hidrojeni ina nguvu zaidi kuliko molekuli za florini au klorini. Hii inaweza kuthibitishwa kwa kulinganisha enthalpies zao za dhamana (tazama Sehemu ya 5.3) iliyoonyeshwa kwenye Jedwali. 12.3.
Hidrojeni ni kipengele cha kemikali na alama H na nambari ya atomiki 1. Kwa uzito wa kawaida wa atomiki wa takriban 1.008, hidrojeni ndicho kipengele chepesi zaidi kwenye jedwali la upimaji. Fomu yake ya monatomic (H) ndiyo inayojulikana zaidi kemikali katika Ulimwengu, uhasibu kwa takriban 75% ya jumla ya wingi wa baryoni. Nyota huundwa hasa na hidrojeni katika hali ya plasma. Isotopu ya kawaida ya hidrojeni, inayoitwa protium (jina hili hutumiwa mara chache sana, ishara 1H), ina protoni moja na hakuna neutroni. Kuonekana kwa hidrojeni ya atomiki kwa mara ya kwanza ilitokea wakati wa kuunganishwa tena. Katika viwango vya joto na shinikizo la kawaida, hidrojeni ni gesi ya diatomiki isiyo na rangi, isiyo na harufu, isiyo na ladha, isiyo na sumu, isiyo ya metali, na inayoweza kuwaka. formula ya molekuli H2. Kwa sababu hidrojeni huunda vifungo shirikishi na elementi nyingi zisizo za metali, hidrojeni nyingi duniani zinapatikana katika miundo ya molekuli kama vile maji au misombo ya kikaboni. Hidrojeni ina jukumu muhimu sana katika athari za msingi wa asidi kwa sababu athari nyingi za asidi huhusisha ubadilishanaji wa protoni kati ya molekuli mumunyifu. Katika misombo ya ioni, hidrojeni inaweza kuchukua umbo la chaji hasi (yaani, anion), ambapo inajulikana kama hidridi, au kama chaji chaji chanya (yaani, cation), inayoonyeshwa kwa ishara H+. Kiunganishi cha hidrojeni kinaelezewa kuwa kinajumuisha protoni rahisi, lakini kwa kweli miunganisho ya hidrojeni katika misombo ya ioni daima ni ngumu zaidi. Kama atomi pekee ya upande wowote ambayo mlinganyo wa Schrödinger unaweza kutatuliwa kiuchambuzi, hidrojeni (yaani, uchunguzi wa nishati na uunganishaji wa atomi yake) ilichukua jukumu muhimu katika ukuzaji wa mechanics ya quantum. Gesi ya hidrojeni ilitolewa kwa mara ya kwanza mapema katika karne ya 16 kwa kukabiliana na asidi na metali. Mnamo 1766-81. Henry Cavendish alikuwa wa kwanza kutambua kwamba gesi ya hidrojeni ilikuwa dutu tofauti, na kwamba ilitoa maji wakati wa kuchomwa moto, na kuipa jina lake: kwa Kigiriki, hidrojeni ina maana "mtayarishaji wa maji". Uzalishaji wa viwanda Uzalishaji wa hidrojeni kimsingi unahusishwa na urekebishaji wa mvuke wa gesi asilia na, mara chache sana, na mbinu zinazotumia nishati nyingi kama vile uchanganuzi wa umeme wa maji. Hidrojeni nyingi hutumika karibu na inapozalishwa, huku matumizi mawili ya kawaida yakiwa ni usindikaji wa mafuta ya kisukuku (kama vile hydrocracking) na uzalishaji wa amonia, haswa kwa soko la mbolea. Hidrojeni ni jambo la kusumbua katika madini kwa sababu inaweza kufanya metali nyingi kuharibika, na kufanya usanifu wa mabomba na matangi ya kuhifadhia kuwa magumu.
Mali
Mwako
Gesi ya hidrojeni (dihydrogen au hidrojeni ya molekuli) ni gesi inayoweza kuwaka ambayo itawaka hewani kwa viwango vingi sana kutoka 4% hadi 75% kwa ujazo. Enthalpy ya mwako ni 286 kJ/mol:
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ (286 kJ/mol)
Gesi ya hidrojeni huunda mchanganyiko unaolipuka na hewa katika viwango kutoka 4-74% na klorini katika viwango hadi 5.95%. Athari za mlipuko zinaweza kusababishwa na cheche, joto au mwanga wa jua. Joto la kujiwasha la hidrojeni, halijoto ambayo huwaka yenyewe hewani, ni 500 °C (932 °F). Mialiko safi ya hidrojeni-oksijeni hutoa mionzi ya urujuanimno na yenye mchanganyiko mwingi wa oksijeni karibu haionekani kwa macho, kama inavyothibitishwa na bomba hafifu la injini kuu ya Space Shuttle ikilinganishwa na bomba inayoonekana sana ya Space Shuttle Solid Rocket Booster, ambayo hutumia. mchanganyiko wa perklorate ya ammoniamu. Kichunguzi cha moto kinaweza kuhitajika ili kugundua uvujaji wa hidrojeni unaowaka; uvujaji huo unaweza kuwa hatari sana. Mwali wa hidrojeni ni bluu chini ya hali nyingine, na unafanana na mwali wa bluu wa gesi asilia. Kuzama kwa meli ya Hindenburg ni mfano mbaya wa uchomaji wa hidrojeni, na suala hilo bado linajadiliwa. Miale ya rangi ya chungwa inayoonekana katika tukio hili ilisababishwa na kufichuliwa na mchanganyiko wa hidrojeni na oksijeni pamoja na misombo ya kaboni kutoka kwenye ngozi ya chombo cha anga. H2 humenyuka pamoja na kila kipengele cha vioksidishaji. Haidrojeni inaweza kuguswa yenyewe kwenye joto la kawaida pamoja na klorini na florini kuunda halidi hidrojeni zinazolingana. kloridi hidrojeni na floridi hidrojeni, ambayo pia ni uwezekano wa asidi hatari.
Viwango vya nishati ya elektroni
Ngazi ya nishati ya hali ya chini ya elektroni katika atomi ya hidrojeni ni -13.6 eV, ambayo ni sawa na photon ya ultraviolet yenye urefu wa karibu 91 nm. Viwango vya nishati hidrojeni inaweza kukokotwa kwa usahihi kabisa kwa kutumia kielelezo cha Bohr cha atomi, ambacho huweka dhana ya elektroni kama protoni ya "obiti", inayofanana na mzunguko wa Dunia wa Jua. Hata hivyo, elektroni za atomiki na protoni hushikwa pamoja kwa nguvu ya sumakuumeme, huku sayari na vitu vya angani vinashikiliwa pamoja kwa nguvu ya uvutano. Kwa sababu ya upambanuzi wa kasi ya angular iliyowekwa katika mechanics ya quantum mapema na Bohr, elektroni katika muundo wa Bohr inaweza tu kuchukua umbali fulani unaokubalika kutoka kwa protoni na kwa hivyo nishati fulani tu zinazoruhusiwa. Ufafanuzi sahihi zaidi wa atomi ya hidrojeni hutoka kwa matibabu ya kimitambo ya quantum pekee, ambayo hutumia mlingano wa Schrödinger, mlinganyo wa Dirac, au hata mzunguko jumuishi wa Feynman ili kukokotoa uwezekano wa usambazaji wa msongamano wa elektroni karibu na protoni. Njia ngumu zaidi za usindikaji hutoa athari ndogo nadharia maalum uhusiano na ubaguzi wa utupu. Katika utengenezaji wa quantum, elektroni katika atomi ya hidrojeni ya ardhini haina torque hata kidogo, kuonyesha jinsi "obiti ya sayari" ni tofauti na mwendo wa elektroni.
Fomu za msingi za Masi
Kuna isoma mbili tofauti za spin za molekuli za hidrojeni ya diatomiki, ambazo hutofautiana katika mzunguko wa jamaa wa nuclei zao. Katika umbo la orthohidrojeni, mizunguko ya protoni mbili ni sambamba na huunda hali ya utatu na mzunguko wa molekuli. nambari ya quantum 1 (1/2 + 1/2); kwa namna ya parahidrojeni, mizunguko ni antiparallel na huunda singleti yenye idadi ya molekuli spin quantum ya 0 (1/2 1/2). Katika halijoto ya kawaida na shinikizo, gesi ya hidrojeni ina takriban 25% para form na 75% ortho form, pia inajulikana kama "fomu ya kawaida". Uwiano wa usawa wa orthohydrogen kwa parahydrogen inategemea joto, lakini tangu fomu ya ortho ni hali ya msisimko na ina nishati ya juu kuliko fomu ya para, haina utulivu na haiwezi kutakaswa. Kwa joto la chini sana, hali ya usawa ina karibu pekee ya fomu ya para. Sifa za joto za awamu za kioevu na gesi za parahydrogen safi hutofautiana sana na zile za fomu ya kawaida kwa sababu ya tofauti za uwezo wa joto wa mzunguko, unaojadiliwa kwa undani zaidi katika isoma za hidrojeni. Tofauti ya Ortho/pairwise inapatikana pia katika molekuli nyingine zenye hidrojeni au vikundi vya kazi, kama vile maji na methylene, lakini hii ina umuhimu mdogo kwa sifa zao za joto. Ubadilishaji usio na catalyzed kati ya para na ortho H2 huongezeka kwa joto la kuongezeka; Kwa hivyo, H2 iliyofupishwa haraka ina idadi kubwa ya fomu ya othogonal ya nishati ya juu, ambayo inabadilishwa polepole sana kuwa para. Mgawo wa ortho/para katika H2 iliyofupishwa ni jambo muhimu katika utayarishaji na uhifadhi wa hidrojeni kioevu: ubadilishaji kutoka kwa ortho hadi mvuke ni wa joto na hutoa joto la kutosha ili kuyeyusha kioevu cha hidrojeni, na kusababisha upotezaji wa nyenzo iliyoyeyuka. Vichocheo vya ubadilishaji wa ortho-para kama vile oksidi ya chuma, kaboni iliyoamilishwa, asbesto ya platinized, madini adimu duniani, misombo ya urani, oksidi ya chromium au baadhi ya misombo ya nikeli, hutumiwa katika kupoeza hidrojeni.
Awamu
Gesi ya hidrojeni
Kioevu hidrojeni
Maji ya hidrojeni
Hidrojeni imara
Hidrojeni ya metali
Viunganishi
Covalent na misombo ya kikaboni
Ingawa H2 haifanyi kazi sana chini ya hali ya kawaida, huunda misombo yenye vipengele vingi. Hidrojeni inaweza kutengeneza misombo yenye vipengele ambavyo ni nishati ya kielektroniki zaidi, kama vile halojeni (km F, Cl, Br, I) au oksijeni; katika misombo hii, hidrojeni huchukua chaji chanya cha sehemu. Wakati wa kushikamana na florini, oksijeni au nitrojeni, hidrojeni inaweza kushiriki katika mfumo wa kifungo kisicho na ushirikiano. nguvu ya kati na hidrojeni ya molekuli nyingine zinazofanana, jambo linaloitwa kuunganisha hidrojeni, ambayo ina muhimu kwa utulivu wa molekuli nyingi za kibiolojia. Hidrojeni pia huunda misombo yenye vipengele vichache vya elektroni kama vile metali na metalloidi, ambapo huchukua chaji hasi kiasi. Misombo hii mara nyingi hujulikana kama hidridi. Hydrojeni huunda misombo anuwai na kaboni, inayoitwa hidrokaboni, na aina kubwa zaidi ya misombo na heteroatomu, ambayo, kwa sababu ya mawasiliano ya jumla na viumbe hai huitwa misombo ya kikaboni. Utafiti wa mali zao ni somo la kemia ya kikaboni, na utafiti wao katika muktadha wa viumbe hai hujulikana kama biokemia. Kwa ufafanuzi fulani, misombo ya "hai" lazima iwe na kaboni pekee. Hata hivyo, nyingi zao pia zina hidrojeni, na kwa sababu ni kifungo cha kaboni-hidrojeni ambacho hupa darasa hili la misombo zaidi ya sifa zao maalum za kemikali, vifungo vya kaboni-hidrojeni vinahitajika katika baadhi ya ufafanuzi wa neno "hai" katika kemia. Mamilioni ya hidrokaboni hujulikana, na kwa kawaida huundwa kupitia njia changamano za sintetiki ambazo mara chache huhusisha hidrojeni ya msingi.
Haidridi
Misombo ya hidrojeni mara nyingi huitwa hidridi. Neno "hydride" huchukulia kuwa atomi ya H imechukua herufi hasi au anionic, iliyoteuliwa H-, na hutumika wakati hidrojeni huunda kiwanja chenye kipengele cha umeme zaidi. Kuwepo kwa anion ya hidridi, iliyopendekezwa na Gilbert N. Lewis mwaka wa 1916 kwa hidridi zenye chumvi za kikundi cha 1 na 2, ilionyeshwa na Moers mwaka wa 1920 na electrolysis ya hidridi ya lithiamu iliyoyeyuka (LiH), ikitoa kiasi cha stoichiometric cha hidrojeni. anode. Kwa hidridi isipokuwa metali za Kundi la 1 na 2, neno hilo linapotosha kutokana na uwezo mdogo wa kielektroniki wa hidrojeni. Isipokuwa kwa hidridi za kikundi 2 ni BeH2, ambayo ni ya polymeric. Katika hidridi ya alumini ya lithiamu, anion ya AlH-4 huzaa vituo vya hidridi vilivyounganishwa kwa nguvu na Al(III). Ingawa hidridi zinaweza kuunda karibu vipengele vyote vya kikundi, idadi na mchanganyiko wa misombo inayowezekana inatofautiana sana; kwa mfano, zaidi ya 100 binary borane hidridi na moja tu binary hidridi alumini hujulikana. Binary indium hidridi bado haijatambuliwa, ingawa tata kubwa zipo. KATIKA kemia isokaboni hidridi pia inaweza kutumika kama ligandi za kuziba zinazounganisha vituo viwili vya chuma katika tata ya uratibu. Kazi hii ni tabia ya vipengele vya kikundi 13, hasa katika boranes (boroni hidridi) na complexes ya alumini, na pia katika carboranes iliyounganishwa.
Protoni na asidi
Uoksidishaji wa hidrojeni huondoa elektroni yake na kutoa H+, ambayo haina elektroni na kiini ambacho kwa kawaida huwa na protoni moja. Hii ndiyo sababu H+ mara nyingi huitwa protoni. Aina hii ni muhimu kwa majadiliano ya asidi. Kulingana na nadharia ya Bronsted-Lowry, asidi ni wafadhili wa protoni na besi ni wakubali wa protoni. Protoni tupu, H+, haiwezi kuwepo katika suluhisho au katika fuwele za ioni kwa sababu ya mvuto wake usiozuilika kwa atomi nyingine au molekuli zilizo na elektroni. Isipokuwa kwa joto la juu linalohusishwa na plasma, protoni hizo haziwezi kuondolewa kutoka kwa mawingu ya elektroni ya atomi na molekuli na itabaki kushikamana nao. Hata hivyo, neno "protoni" wakati mwingine hutumiwa kwa njia ya sitiari kurejelea haidrojeni yenye chaji chanya au cationic iliyoambatanishwa na spishi zingine kwa njia hii, na kwa hivyo hurejelewa kama "H+" bila kuashiria kuwa protoni zozote zinapatikana kwa uhuru kama spishi. Ili kuzuia kuonekana kwa "protoni iliyoyeyushwa" iliyo uchi katika mmumunyo, miyeyusho yenye maji yenye tindikali wakati mwingine hufikiriwa kuwa na spishi za uwongo ambazo haziwezekani sana ziitwazo "ioni ya hidronium" (H3O+). Hata hivyo, hata katika kesi hii, miunganisho ya hidrojeni iliyoyeyushwa kama hii inachukuliwa kihalisi zaidi kama makundi yaliyopangwa ambayo huunda spishi zilizo karibu na H9O+4. Ioni nyingine za oxonium hupatikana wakati maji yana mmumunyo wa tindikali pamoja na vimumunyisho vingine. Licha ya mwonekano wake wa kigeni duniani, mojawapo ya ayoni zinazojulikana zaidi Ulimwenguni ni H+3, inayojulikana kama muunganisho wa hidrojeni ya molekuli ya protonated au trihydrogen.
Isotopu
Hidrojeni ina isotopu tatu zinazotokea kiasili, zilizoteuliwa 1H, 2H na 3H. Nyingine, nuclei zisizo imara sana (4H hadi 7H) zimeunganishwa kwenye maabara lakini hazijaonekana katika asili. 1H ndiyo isotopu nyingi zaidi ya hidrojeni yenye wingi wa zaidi ya 99.98%. Kwa sababu kiini cha isotopu hiki kina protoni moja tu, imepewa protium ya jina la kufafanua lakini ambalo halitumiki sana. 2H, isotopu nyingine thabiti ya hidrojeni, inajulikana kama deuterium na ina protoni moja na neutroni moja kwenye kiini chake. Inaaminika kuwa deuterium yote katika Ulimwengu ilitolewa wakati wa Big Bang na imekuwepo tangu wakati huo hadi sasa. Deuterium si kipengele cha mionzi na haileti hatari kubwa ya sumu. Maji yaliyorutubishwa na molekuli zinazojumuisha deuterium badala ya hidrojeni ya kawaida huitwa maji mazito. Deuterium na misombo yake hutumiwa kama kifuatiliaji kisicho na mionzi ndani majaribio ya kemikali na katika vimumunyisho kwa uchunguzi wa 1H-NMR. Maji mazito hutumiwa kama kidhibiti cha nyutroni na kipozezi kwa vinu vya nyuklia. Deuterium pia inaweza kuwa mafuta ya kibiashara muunganisho wa nyuklia. 3H inajulikana kama tritium na ina protoni moja na neutroni mbili kwenye kiini. Ni mionzi, kuoza hadi helium-3 kupitia kuoza kwa beta na nusu ya maisha ya miaka 12.32. Ni mionzi kiasi kwamba inaweza kutumika katika rangi ya mwanga, na kuifanya kuwa muhimu katika kutengeneza saa na piga za mwanga, kwa mfano. Kioo huzuia kutoroka kiasi kikubwa mionzi. Kiasi kidogo cha tritium kinazalishwa kawaida wakati wa mwingiliano wa mionzi ya cosmic na gesi za anga; tritium pia ilitolewa wakati wa majaribio ya silaha za nyuklia. Inatumika katika athari za muunganisho wa nyuklia kama kiashirio cha jiokemia ya isotopu na katika vifaa maalum vya kujiendesha vya taa. Tritium pia imetumika katika majaribio ya kuweka alama za kemikali na kibayolojia kama kifuatiliaji cha mionzi. Hidrojeni ni kipengele pekee ambacho kina majina tofauti kwa isotopu zake, ambazo hutumiwa sana leo. Wakati kujifunza mapema mionzi, isotopu mbalimbali nzito za mionzi zilitolewa majina sahihi, lakini majina hayo hayatumiki tena, isipokuwa deuterium na tritium. Alama D na T (badala ya 2H na 3H) wakati mwingine hutumiwa kwa deuterium na tritium, lakini ishara inayolingana ya protium P tayari inatumika kwa fosforasi na kwa hivyo haipatikani kwa protium. Katika miongozo yake ya majina, Umoja wa Kimataifa Kemia Safi na Inayotumika inaruhusu matumizi ya alama zozote D, T, 2H na 3H, ingawa 2H na 3H ndizo zinazopendelewa. Atomu ya kigeni ya muonium (alama Mu), inayojumuisha antimuon na elektroni, pia wakati mwingine inachukuliwa kuwa radioisotopu nyepesi ya hidrojeni kwa sababu ya tofauti kubwa kati ya antimuon na elektroni, ambayo iligunduliwa mnamo 1960. Wakati wa maisha ya muon, 2.2 μs, muonium inaweza kuingizwa katika misombo kama vile kloridi ya muonium (MuCl) au muonidi ya sodiamu (NaMu), sawa na kloridi hidrojeni na hidridi ya sodiamu, kwa mtiririko huo.
Hadithi
Kufungua na kutumia
Mnamo 1671, Robert Boyle aligundua na kuelezea majibu kati ya vichungi vya chuma na asidi ya dilute ambayo hutoa gesi ya hidrojeni. Mnamo 1766, Henry Cavendish alikuwa wa kwanza kutambua gesi ya hidrojeni kama dutu isiyo na maana, akiita gesi hiyo "hewa inayoweza kuwaka" kutokana na mmenyuko wake wa asidi ya chuma. Alitoa nadharia kwamba "hewa inayoweza kuwaka" ilikuwa sawa na dutu ya dhahania inayoitwa "phlogiston", na akagundua tena mnamo 1781 kwamba gesi hiyo ilitoa maji wakati inachomwa. Inaaminika kwamba yeye ndiye aliyegundua hidrojeni kama kipengele. Mnamo mwaka wa 1783, Antoine Lavoisier alikipa kipengele hicho jina la hidrojeni (kutoka kwa Kigiriki ὑδρο-hydro maana yake ni "maji" na -γενής jeni linalomaanisha "muumba") wakati yeye na Laplace walipotoa tena data ya Cavendish kwamba hidrojeni inayochoma hutoa maji. Lavoisier alizalisha hidrojeni kwa ajili ya uhifadhi wake wa majaribio ya wingi kwa kukabiliana na mkondo wa mvuke na chuma cha metali kupitia taa ya incandescent inayowaka kwa moto. Oxidation ya anaerobic ya chuma na protoni za maji kwenye joto la juu inaweza kuwakilishwa kimkakati na seti ya athari zifuatazo:
Fe + H2O → FeO + H2
2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2
Metali nyingi, kama vile zirconium, hupata majibu sawa na maji ili kutoa hidrojeni. Haidrojeni iliyeyushwa kwa mara ya kwanza na James Dewar mnamo 1898 kwa kutumia friji ya kuzaliwa upya na uvumbuzi wake, chupa ya utupu. KATIKA mwaka ujao ilitoa hidrojeni imara. Deuterium iligunduliwa mnamo Desemba 1931 na Harold Urey, na tritium ilitayarishwa mnamo 1934 na Ernest Rutherford, Mark Oliphant, na Paul Harteck. Maji mazito, ambayo yana deuterium badala ya hidrojeni ya kawaida, yaligunduliwa na kikundi cha Urey mnamo 1932. François Isaac de Rivaz aliunda injini ya kwanza ya Rivaz, injini ya mwako wa ndani inayoendeshwa na hidrojeni na oksijeni, mnamo 1806. Edward Daniel Clark aligundua bomba la gesi ya hidrojeni mnamo 1819. Flint ya Döbereiner (nyepesi ya kwanza iliyojaa) iligunduliwa mnamo 1823. Puto ya kwanza ya hidrojeni iligunduliwa na Jacques Charles mnamo 1783. Hidrojeni ilitoa ongezeko la aina ya kwanza ya usafiri wa anga inayotegemeka kufuatia uvumbuzi wa meli ya kwanza ya anga inayotumia hidrojeni mwaka wa 1852 na Henri Giffard. Hesabu ya Mjerumani Ferdinand von Zeppelin aliendeleza wazo la meli ngumu za anga zinazosukumwa angani na hidrojeni, ambazo baadaye ziliitwa Zeppelins; ya kwanza kati ya hizi za kwanza iliruka mnamo 1900. Safari za ndege zilizopangwa mara kwa mara zilianza mnamo 1910 na kuzuka kwa Vita vya Kwanza vya Kidunia mnamo Agosti 1914 zilibeba abiria 35,000 bila tukio kubwa. Wakati wa vita, ndege za hidrojeni zilitumika kama majukwaa ya uchunguzi na mabomu. Safari ya kwanza ya kuvuka Atlantiki isiyosimama ilifanywa na meli ya Uingereza R34 mnamo 1919. Huduma ya mara kwa mara ya abiria ilianza tena katika miaka ya 1920, na ugunduzi wa hifadhi za heliamu nchini Marekani ulitarajiwa kuboresha usalama wa usafiri, lakini serikali ya Marekani ilikataa kuuza gesi kwa madhumuni haya, kwa hiyo H2 ilitumiwa katika ndege ya Hindenburg, ambayo iliharibiwa. katika moto huko Milan huko New York.-Jersey Mei 6, 1937. Tukio hilo lilitangazwa kuishi kwenye redio na kurekodiwa video. Ilifikiriwa sana kuwa sababu ya kuwasha ilikuwa uvujaji wa hidrojeni, lakini tafiti zilizofuata zinaonyesha kuwa kifuniko cha kitambaa cha alumini kiliwashwa na umeme wa tuli. Lakini kufikia wakati huu, sifa ya hidrojeni kama gesi ya kuinua ilikuwa tayari imeharibiwa. Mwaka huo huo, turbogenerator ya kwanza iliyopozwa na hidrojeni, ikiwa na gesi ya hidrojeni kama kipozezi kwenye rota na stator, ilianza kutumika mwaka wa 1937 huko Dayton, Ohio, na Dayton Power & Light Co.; Kutokana na conductivity ya mafuta ya gesi ya hidrojeni, ni gesi ya kawaida kwa matumizi katika uwanja huu leo. Betri ya nikeli-hidrojeni ilitumiwa kwa mara ya kwanza mwaka wa 1977 kwenye bodi ya Marekani ya Teknolojia ya Urambazaji Satellite-2 (NTS-2). ISS, Mars Odyssey na Mars Global Surveyor zina vifaa vya betri za nickel-hydrogen. Katika sehemu ya giza ya mzunguko wake, Darubini ya anga Hubble pia inaendeshwa na betri za nikeli-hidrojeni, ambazo hatimaye zilibadilishwa Mei 2009, zaidi ya miaka 19 baada ya kuzinduliwa na miaka 13 baada ya kuundwa.
Jukumu katika nadharia ya quantum
Kwa sababu ya muundo wake rahisi wa atomiki, unaojumuisha tu protoni na elektroni, atomi ya hidrojeni, pamoja na wigo wa mwanga ulioundwa kutoka au kufyonzwa nayo, ilikuwa msingi wa maendeleo ya nadharia ya muundo wa atomiki. Kwa kuongezea, uchunguzi wa usahili unaolingana wa molekuli ya hidrojeni na mshiko unaolingana wa H+2 ulisababisha kueleweka kwa asili ya dhamana ya kemikali, ambayo ilifuatiwa haraka na matibabu ya kimwili ya atomi ya hidrojeni katika mechanics ya quantum katikati. 2020. Mojawapo ya athari za kwanza za quantum kuzingatiwa kwa uwazi (lakini hazikueleweka) wakati huo), ilikuwa uchunguzi wa Maxwell uliohusisha hidrojeni nusu karne kabla ya nadharia kamili ya quantum mechanical kutokea. Maxwell alibainisha kuwa joto maalum la H2 huondoka bila kurekebishwa kutoka kwa gesi ya diatomiki chini ya joto la kawaida na huanza kuzidi kufanana na joto maalum la gesi ya monatomic kwenye joto la cryogenic. Kulingana na nadharia ya quantum, tabia hii inatokana na nafasi ya viwango vya nishati vya mzunguko (vilivyoongezwa), ambavyo vimegawanyika sana katika H2 kutokana na wingi wake wa chini. Viwango hivi vilivyo na nafasi nyingi huzuia mgawanyiko sawa wa nishati ya joto ndani harakati za mzunguko katika hidrojeni kwa joto la chini. Gesi za Diatomu, ambazo zimetengenezwa kwa atomi nzito zaidi, hazina viwango vilivyo na nafasi nyingi na hazionyeshi athari sawa. Antihidrojeni ni analog ya antimaterial ya hidrojeni. Inajumuisha antiprotoni yenye positron. Antihydrogen ndiyo aina pekee ya atomi ya antimatter ambayo imetolewa kufikia mwaka wa 2015.
Kuwa katika asili
Hidrojeni ndio kemikali inayopatikana kwa wingi zaidi katika ulimwengu, ikitengeneza 75% ya maada ya kawaida kwa wingi na zaidi ya 90% kwa idadi ya atomi. (Uzito mwingi wa ulimwengu, hata hivyo, hauko katika muundo wa kipengele hiki cha kemikali, lakini inafikiriwa kuwa na aina za molekuli ambazo bado hazijagunduliwa kama vile jambo la giza na nishati ya giza.) Kipengele hiki kinapatikana kwa wingi sana katika nyota na majitu ya gesi. Mawingu ya molekuli ya H2 yanahusishwa na malezi ya nyota. Hidrojeni ina jukumu muhimu katika kuimarisha nyota kupitia mmenyuko wa protoni-protoni na muunganisho wa nyuklia wa mzunguko wa CNO. Ulimwenguni kote, hidrojeni hutokea hasa katika majimbo ya atomiki na plasma yenye sifa tofauti kabisa na zile za hidrojeni ya molekuli. Kama plazima, elektroni na protoni ya hidrojeni hazifungamani kwa kila mmoja, na hivyo kusababisha conductivity ya juu sana ya umeme na utoaji wa juu (hutoa mwanga kutoka kwa Jua na nyota nyingine). Chembe za kushtakiwa huathiriwa sana na mashamba ya magnetic na umeme. Kwa mfano, katika upepo wa jua huingiliana na sumaku ya Dunia, na kuunda mikondo ya Birkeland na Taa za Polar. Haidrojeni iko kwenye upande wowote hali ya atomiki katika kati ya nyota. Kiasi kikubwa cha hidrojeni isiyoegemea upande wowote inayopatikana katika mifumo inayooza ya Lyman-alpha inadhaniwa kutawala msongamano wa bariyoni ya Ulimwengu hadi redshift z = 4. Katika hali ya kawaida duniani, hidrojeni ya asili inapatikana kama gesi ya diatomiki, H2. Walakini, gesi ya hidrojeni ni nadra sana angahewa ya dunia(1 ppm kwa ujazo) kwa sababu ya uzito wake mwepesi, kuiruhusu kushinda mvuto wa Dunia kwa urahisi zaidi kuliko zaidi. gesi nzito. Hata hivyo, hidrojeni ni kipengele cha tatu kwa wingi kwenye uso wa Dunia, kilichopo kimsingi katika umbo. misombo ya kemikali, kama vile hidrokaboni na maji. Gesi ya hidrojeni huzalishwa na baadhi ya bakteria na mwani na ni sehemu ya asili ya filimbi, kama vile methane, ambayo inazidi kuwa chanzo muhimu cha hidrojeni. Fomu ya molekuli inayoitwa hidrojeni ya molekuli ya protonated (H+3) inapatikana katika kati ya nyota, ambapo hutolewa na ioni ya hidrojeni ya molekuli kutoka kwa miale ya cosmic. Ioni hii iliyochajiwa pia imeonekana katika anga ya juu ya sayari ya Jupita. Ion ni thabiti katika mazingira kwa sababu ya joto la chini na msongamano. H+3 ni mojawapo ya ayoni nyingi zaidi katika Ulimwengu na ina jukumu muhimu katika kemia ya kati ya nyota. Hidrojeni ya triatomiki isiyo na upande H3 inaweza kuwepo tu katika hali ya msisimko na haina uthabiti. Kinyume chake, chanya ioni ya molekuli Hidrojeni (H+2) ni molekuli adimu katika Ulimwengu.
Uzalishaji wa hidrojeni
H2 huzalishwa katika maabara za kemikali na kibaolojia, mara nyingi kama matokeo ya athari nyingine; katika sekta ya hidrojeni ya substrates isokefu; na kwa asili kama njia ya kuondoa vipunguzio sawa katika athari za kibayolojia.
Marekebisho ya mvuke
Hydrojeni inaweza kuzalishwa kwa njia kadhaa, lakini zaidi kiuchumi michakato muhimu ni pamoja na kuondolewa kwa hidrojeni kutoka kwa hidrokaboni, kwani karibu 95% ya uzalishaji wa hidrojeni mnamo 2000 ilitokana na urekebishaji wa mvuke. Kibiashara, kiasi kikubwa cha hidrojeni kawaida huzalishwa na urekebishaji wa mvuke wa gesi asilia. Katika halijoto ya juu (1000-1400 K, 700-1100 °C au 1300-2000 °F), mvuke (mvuke wa maji) humenyuka pamoja na methane kutoa monoksidi kaboni na H2.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Mwitikio huu hufanya kazi vyema wakati shinikizo la chini, lakini, hata hivyo, inaweza pia kufanywa kwa shinikizo la juu (2.0 MPa, 20 atm au inchi 600 za zebaki). Hii ni kwa sababu shinikizo la juu H2 ndiyo bidhaa maarufu zaidi na mifumo ya upunguzaji joto iliyoshinikizwa hufanya kazi vyema kwa shinikizo la juu. Mchanganyiko wa bidhaa hujulikana kama "syngas" kwa sababu mara nyingi hutumiwa moja kwa moja kuzalisha methanoli na misombo inayohusiana. Hidrokaboni zaidi ya methane zinaweza kutumika kuzalisha gesi ya awali uwiano tofauti bidhaa. Mojawapo ya shida nyingi za teknolojia hii iliyoboreshwa sana ni uundaji wa coke au kaboni:
CH4 → C + 2 H2
Kwa hivyo, kurekebisha mvuke kwa kawaida hutumia ziada ya H2O. Hidrojeni ya ziada inaweza kupatikana kutoka kwa mvuke kwa kutumia monoksidi kaboni kupitia majibu ya gesi ya maji, hasa kwa kutumia kichocheo cha oksidi ya chuma. Mwitikio huu pia ni chanzo cha kawaida cha viwanda cha dioksidi kaboni:
CO + H2O → CO2 + H2
Njia zingine muhimu za H2 ni pamoja na oksidi ya sehemu ya hidrokaboni:
2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2
Na mmenyuko wa makaa ya mawe ambao unaweza kutumika kama utangulizi wa mmenyuko wa kukata iliyoelezwa hapo juu:
C + H2O → CO + H2
Wakati mwingine hidrojeni huzalishwa na hutumiwa katika mchakato huo wa viwanda, bila kujitenga. Katika mchakato wa Haber wa kuzalisha amonia, hidrojeni huzalishwa kutoka kwa gesi asilia. Electrolysis ya brine kuzalisha klorini pia hutoa hidrojeni kama bidhaa by-bidhaa.
Asidi ya metali
Katika maabara, H2 kwa kawaida hutayarishwa kwa kuitikia asidi diluti zisizo na vioksidishaji na baadhi ya metali tendaji kama vile zinki iliyo na kifaa cha Kipp.
Zn + 2 H + → Zn2 + + H2
Alumini pia inaweza kutoa H2 wakati inatibiwa na besi:
2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2
Electrolysis ya maji ni njia rahisi ya kuzalisha hidrojeni. Mkondo wa voltage ya chini unapita kupitia maji na gesi ya oksijeni hutolewa kwenye anode, wakati gesi ya hidrojeni inatolewa kwenye cathode. Kawaida cathode hutengenezwa kutoka kwa platinamu au chuma kingine cha inert wakati wa kuzalisha hidrojeni kwa ajili ya kuhifadhi. Ikiwa, hata hivyo, gesi inapaswa kuchomwa katika situ, kuwepo kwa oksijeni ni kuhitajika ili kusaidia mwako na kwa hiyo electrodes zote mbili zitafanywa kwa metali zisizo na hewa. (Kwa mfano, oksidi ya chuma na hivyo hupunguza kiasi cha oksijeni zinazozalishwa). Kinadharia ufanisi mkubwa(umeme unaotumika kuhusiana na thamani ya nishati hidrojeni inayozalishwa) iko katika anuwai ya 80-94%.
2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)
Aloi ya alumini na galliamu kwa namna ya CHEMBE iliyoongezwa kwa maji inaweza kutumika kuzalisha hidrojeni. Utaratibu huu pia hutoa oksidi ya alumini, lakini galliamu ya gharama kubwa, ambayo inazuia ngozi ya oksidi kuunda kwenye pellets, inaweza kutumika tena. Hii ina athari muhimu kwa uchumi wa hidrojeni, kwani hidrojeni inaweza kuzalishwa ndani ya nchi na haihitaji kusafirishwa.
Tabia za thermochemical
Kuna zaidi ya mizunguko 200 ya thermokemikali ambayo inaweza kutumika kutenganisha maji, takriban dazeni ya mizunguko hii, kama vile mzunguko wa oksidi ya chuma, mzunguko wa oksidi wa cerium(IV), mzunguko wa oksidi ya zinki-zinki, mzunguko wa iodini ya sulfuri, mzunguko wa shaba na klorini. na mzunguko wa salfa mseto uko chini ya utafiti na majaribio ya kuzalisha hidrojeni na oksijeni kutoka kwa maji na joto bila matumizi ya umeme. Maabara kadhaa (pamoja na Ufaransa, Ujerumani, Ugiriki, Japani na Marekani) zinatengeneza mbinu za thermokemikali za kuzalisha hidrojeni kutoka kwa nishati ya jua na maji.
Kutu ya anaerobic
Chini ya hali ya anaerobic, aloi za chuma na chuma huoksidishwa polepole na protoni za maji huku zikipunguzwa kuwa hidrojeni ya molekuli (H2). Kutu ya anaerobic ya chuma husababisha kwanza kuundwa kwa hidroksidi ya chuma (kutu ya kijani) na inaweza kuelezewa na majibu yafuatayo: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. Kwa upande mwingine, chini ya hali ya anaerobic, hidroksidi ya chuma (Fe (OH) 2) inaweza kuoksidishwa na protoni za maji ili kuunda magnetite na hidrojeni ya molekuli. Utaratibu huu unaelezewa na mmenyuko wa Shikorra: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 hidroksidi ya chuma → magnesiamu + maji + hidrojeni. Magneti yenye fuwele vizuri (Fe3O4) ni thabiti zaidi thermodynamically kuliko hidroksidi ya chuma (Fe (OH) 2). Utaratibu huu hutokea wakati wa kutu ya anaerobic ya chuma na chuma katika mazingira yasiyo na oksijeni. maji ya ardhini na wakati wa kurejesha udongo chini ya meza ya maji.
Asili ya kijiolojia: mmenyuko wa nyoka
Kwa kukosekana kwa oksijeni (O2) katika hali ya kina ya kijiolojia iliyo mbali na angahewa ya Dunia, hidrojeni (H2) huundwa wakati wa mchakato wa uwekaji nyoka na oxidation ya anaerobic na protoni za maji (H+) za silicate ya chuma (Fe2+) zilizopo kimiani kioo fayalite (Fe2SiO4, mwanachama wa mwisho wa olivine-chuma). Mmenyuko unaofanana unaosababisha kuundwa kwa magnetite (Fe3O4), quartz (SiO2) na hidrojeni (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 fayalite + maji → magnetite + quartz + hidrojeni. Mwitikio huu ni sawa na mmenyuko wa Shikorra unaozingatiwa wakati wa oxidation ya anaerobic ya hidroksidi ya chuma inapogusana na maji.
Uundaji katika transfoma
Kati ya gesi zote za hatari zinazozalishwa katika transfoma ya nguvu, hidrojeni ni ya kawaida na huzalishwa kwa makosa mengi; Hivyo, malezi ya hidrojeni ni ishara ya mapema ya matatizo makubwa katika mzunguko wa maisha transfoma.
Maombi
Matumizi katika michakato mbalimbali
Kiasi kikubwa cha H2 kinahitajika katika mafuta ya petroli na sekta ya kemikali. Matumizi makubwa ya H2 ni kwa ajili ya usindikaji ("kuboresha") ya mafuta ya mafuta na kwa ajili ya uzalishaji wa amonia. Katika mimea ya petrochemical, H2 hutumiwa katika hydrodealkylation, hydrodesulfurization na hydrocracking. H2 ina matumizi mengine kadhaa muhimu. H2 hutumika kama wakala wa hidrojeni, haswa kuongeza viwango vya kueneza kwa mafuta na mafuta yasiyojaa (yanayopatikana katika bidhaa kama vile majarini), na katika utengenezaji wa methanoli. Pia ni chanzo cha hidrojeni katika uzalishaji wa asidi hidrokloric. H2 pia hutumiwa kama wakala wa kupunguza kwa madini ya chuma. Hidrojeni huyeyushwa sana katika metali nyingi adimu na za mpito na huyeyuka katika metali za nanocrystalline na amofasi. Umumunyifu wa hidrojeni katika metali hutegemea upotoshaji wa ndani au uchafu kwenye kimiani ya fuwele. Hii inaweza kuwa na manufaa wakati hidrojeni inaposafishwa kwa kupitia diski za moto za palladium, lakini umumunyifu wa juu wa gesi ni tatizo la metallurgiska ambalo linachangia kupunguzwa kwa metali nyingi, na kuchanganya muundo wa mabomba na mizinga ya kuhifadhi. Mbali na matumizi yake kama kitendanishi, H2 ina matumizi mapana katika fizikia na teknolojia. Inatumika kama gesi ya kukinga katika mbinu za kulehemu kama vile kulehemu kwa hidrojeni ya atomiki. H2 hutumika kama kipozezi cha rota katika jenereta za umeme kwenye mitambo ya kuzalisha umeme kwa sababu ina upitishaji wa juu zaidi wa mafuta kuliko gesi yoyote. Kioevu H2 hutumiwa katika utafiti wa cryogenic, ikiwa ni pamoja na utafiti wa superconductivity. Kwa sababu H2 ni nyepesi kuliko hewa, ikiwa ni zaidi ya 1/14 ya msongamano wa hewa, hapo awali ilitumiwa sana kama gesi ya kuinua kwenye puto na vyombo vya anga. Katika utumizi mpya zaidi, hidrojeni hutumiwa nadhifu au kuchanganywa na nitrojeni (wakati fulani huitwa kutengeneza gesi) kama gesi ya kufuatilia kwa kugundua uvujaji wa papo hapo. Haidrojeni hutumika katika tasnia ya magari, kemikali, nishati, anga na mawasiliano ya simu. Haidrojeni inaruhusiwa nyongeza ya chakula(E 949), ambayo inaruhusu kupima uvujaji bidhaa za chakula, kati ya mali nyingine za antioxidant. Isotopu adimu za hidrojeni pia zina matumizi maalum. Deuterium (hidrojeni-2) hutumiwa katika utumizi wa mpasuko wa nyuklia kama msimamizi neutroni za polepole na katika athari za muunganisho wa nyuklia. Misombo ya Deuterium hutumiwa katika nyanja za kemia na biolojia kusoma athari za isotopu za athari. Tritium (hidrojeni-3), inayozalishwa katika mitambo ya nyuklia, hutumiwa katika viwanda mabomu ya hidrojeni, kama kifuatiliaji cha isotopiki ndani sayansi ya kibiolojia, na kama chanzo cha mionzi katika rangi zinazowaka. Kiwango cha joto cha pointi tatu cha usawa wa hidrojeni ni hatua maalum inayobainisha kwenye kipimo cha joto cha ITS-90 katika 13.8033 kelvin.
Kiwango cha kupoeza
Hidrojeni hutumiwa kwa kawaida katika mitambo ya kuzalisha umeme kama kipozezi katika jenereta kutokana na idadi ya sifa zinazofaa ambazo ni matokeo ya moja kwa moja ya molekuli zake nyepesi za diatomiki. Hizi ni pamoja na msongamano wa chini, mnato mdogo, na uwezo wa juu zaidi wa joto na conductivity ya mafuta ya gesi yoyote.
Mtoa huduma wa nishati
Hidrojeni si rasilimali ya nishati, isipokuwa katika muktadha wa dhahania wa mitambo ya kibiashara ya muunganisho kwa kutumia deuterium au tritium, teknolojia ambayo kwa sasa iko mbali na kukomaa. Nishati ya jua inatokana na muunganisho wa nyuklia wa hidrojeni, lakini mchakato huu ni mgumu kupatikana duniani. Hidrojeni ya asili kutoka kwa vyanzo vya jua, kibaiolojia au umeme huhitaji nishati zaidi kuzalisha kuliko inayotumiwa wakati wa kuichoma, kwa hiyo katika hali hizi hidrojeni hufanya kazi kama carrier wa nishati, sawa na betri. Hydrojeni inaweza kuzalishwa kutoka kwa vyanzo vya mafuta (kama vile methane), lakini vyanzo hivi vinaweza kuisha. Msongamano wa nishati kwa kila kitengo cha hidrojeni kioevu na gesi ya hidrojeni iliyobanwa kwa shinikizo lolote linalowezekana ni chini sana kuliko ile ya vyanzo vya jadi vya nishati, ingawa msongamano wa nishati kwa kila kitengo cha mafuta ni mkubwa zaidi. Walakini, haidrojeni ya msingi imejadiliwa sana katika muktadha wa nishati kama mbebaji wa nishati ya uchumi wa siku zijazo. Kwa mfano, uchukuaji wa CO2 unaofuatwa na kukamata na kuhifadhi kaboni unaweza kufanywa katika hatua ya uzalishaji wa H2 kutoka kwa mafuta ya kisukuku. Hidrojeni inayotumiwa katika usafiri itaungua kwa usafi kiasi, pamoja na utoaji wa baadhi ya NOx lakini hakuna utoaji wa kaboni. Hata hivyo, gharama za miundombinu zinazohusiana na uongofu kamili kwa uchumi wa hidrojeni zitakuwa muhimu. Seli za mafuta inaweza kubadilisha hidrojeni na oksijeni moja kwa moja kuwa umeme kwa ufanisi zaidi kuliko injini za mwako wa ndani.
Sekta ya semiconductor
Hidrojeni hutumiwa kueneza vifungo vinavyoning'inia vya silicon ya amofasi na kaboni ya amofasi, ambayo husaidia kuleta utulivu wa mali ya nyenzo. Pia ni mtoaji anayewezekana wa elektroni katika nyenzo mbalimbali za oksidi, ikiwa ni pamoja na ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4 na SrZrO3.
Athari za kibayolojia
H2 ni zao la kimetaboliki ya anaerobic na huzalishwa na vijidudu kadhaa, kwa kawaida kupitia athari zinazochochewa na vimeng'enya vyenye chuma au nikeli viitwavyo haidrojeni. Enzymes hizi huchochea mmenyuko wa redoksi unaoweza kubadilishwa kati ya H2 na vijenzi vyake - protoni mbili na elektroni mbili. Uumbaji wa gesi ya hidrojeni hutokea kwa kuhamisha usawa wa kupunguza zinazozalishwa na fermentation ya pyruvate ndani ya maji. Mzunguko wa asili wa uzalishaji na matumizi ya hidrojeni na viumbe huitwa mzunguko wa hidrojeni. Mgawanyiko wa maji, mchakato ambao maji hugawanywa katika protoni, elektroni na oksijeni, hutokea katika athari za mwanga katika viumbe vyote vya photosynthetic. Baadhi ya viumbe kama hivyo, ikiwa ni pamoja na mwani Chlamydomonas Reinhardtii na cyanobacteria, wameibuka hatua ya pili katika athari za giza ambapo protoni na elektroni hupunguzwa kuunda gesi ya H2 kwa hidrojeni maalum katika kloroplast. Majaribio yamefanywa kurekebisha hydrases ya cyanobacterial kuunganisha kwa ufanisi gesi ya H2 hata ikiwa kuna oksijeni. Juhudi pia zimefanywa kwa kutumia mwani uliobadilishwa vinasaba katika kinu cha kibaolojia.
Haidrojeni
HYDROjeni-A; m. Kipengele cha kemikali (H), gesi nyepesi, isiyo na rangi na isiyo na harufu ambayo huchanganyika na oksijeni kuunda maji.
◁ Haidrojeni, oh, oh. Viunganisho vya pili. B bakteria. Bomba la 2(bomu kubwa nguvu ya uharibifu, hatua ya kulipuka ambayo inategemea mmenyuko wa thermonuclear). Haidrojeni, oh, oh.
hidrojeni(lat. Hydrogenium), kipengele cha kemikali cha kikundi VII meza ya mara kwa mara. Kuna isotopu mbili thabiti zinazopatikana katika maumbile (protium na deuterium) na moja ya mionzi (tritium). Molekuli ni diatomic (H 2). Gesi isiyo na rangi na isiyo na harufu; msongamano 0.0899 g/l, t Kip - 252.76°C. Inachanganya na vipengele vingi na hufanya maji na oksijeni. Kipengele cha kawaida cha cosmos; hufanya (kwa namna ya plasma) zaidi ya 70% ya wingi wa Jua na nyota, sehemu kuu ya gesi ya kati ya nyota na nebulae. Atomu ya hidrojeni ni sehemu ya asidi nyingi na besi, na misombo mingi ya kikaboni. Zinatumika katika uzalishaji wa amonia, asidi hidrokloriki, kwa hidrojeni ya mafuta, nk, katika kulehemu na kukata metali. Kuahidi kama mafuta (tazama Nishati ya haidrojeni).
HYDROjeniHYDROGEN (lat. Hydrogenium), H, kipengele cha kemikali chenye nambari ya atomiki 1, molekuli ya atomiki 1.00794. Alama ya kemikali ya hidrojeni, H, inasomwa katika nchi yetu kama "ache," kama barua hii inavyotamkwa kwa Kifaransa.
Hidrojeni ya asili inajumuisha mchanganyiko wa nuclides mbili imara (sentimita. NUCLIDE) na nambari za wingi 1.007825 (99.985% katika mchanganyiko) na 2.0140 (0.015%). Kwa kuongeza, hidrojeni asili daima ina kiasi cha dakika ya nuclide ya mionzi - tritium (sentimita. TRITIUM) 3 N (nusu ya maisha T 1/2 miaka 12.43). Kwa kuwa kiini cha atomi ya hidrojeni ina protoni 1 tu (hakuwezi kuwa na protoni chache kwenye kiini cha atomi ya kitu), wakati mwingine inasemekana kwamba hidrojeni huunda mpaka wa chini wa asili wa mfumo wa vipindi wa D. I. Mendeleev wa vipengele (ingawa kipengele. hidrojeni yenyewe iko kwenye meza za sehemu ya juu). Hidrojeni ya kipengele iko katika kipindi cha kwanza cha jedwali la upimaji. Pia imeainishwa kama kundi la 1 (kundi la IA metali za alkali (sentimita. CHUMA ALKALI)), na kwa kikundi cha 7 (halojeni za kikundi VIIA (sentimita. HALOGEN)).
Misa ya atomiki ya isotopu za hidrojeni hutofautiana sana (kwa mara kadhaa). Hii inasababisha tofauti dhahiri katika tabia zao michakato ya kimwili( kunereka, electrolysis, nk) na kwa tofauti fulani za kemikali (tofauti katika tabia ya isotopu ya kipengele kimoja huitwa athari za isotopu; kwa hidrojeni, athari za isotopu ni muhimu zaidi). Kwa hiyo, tofauti na isotopu za vipengele vingine vyote, isotopu za hidrojeni zina alama maalum na majina. Hidrojeni yenye idadi kubwa ya 1 inaitwa hidrojeni nyepesi, au protium (Kilatini Protium, kutoka kwa protos ya Kigiriki - kwanza), iliyoonyeshwa na ishara H, na kiini chake kinaitwa protoni. (sentimita. PROTON (chembe ya msingi)), ishara uk. Hidrojeni yenye namba 2 ya molekuli inaitwa hidrojeni nzito, deuterium (sentimita. DEUTERIUM)(Kilatini Deuterium, kutoka kwa Kigiriki deuteros - pili), alama 2 H, au D (soma "de") hutumiwa kuashiria, kiini d ni deuteron. Isotopu ya mionzi na nambari ya 3 ya wingi inaitwa hidrojeni nzito, au tritium (Kilatini Tritum, kutoka kwa Kigiriki tritos - ya tatu), ishara 2 H au T (soma "zile"), kiini t - triton.
Usanidi wa safu ya elektroni moja ya atomi 1 ya hidrojeni isiyo na msisimko wa upande wowote s 1
. Katika misombo inaonyesha hali ya oxidation +1 na, chini ya kawaida, -1 (valency I). Radi ya atomi ya hidrojeni isiyo na upande ni 0.024 nm. Nishati ya ionization ya atomi ni 13.595 eV, mshikamano wa elektroni ni 0.75 eV. Kulingana na kiwango cha Pauling, uwezo wa elektroni wa hidrojeni ni 2.20. Hidrojeni ni isiyo ya chuma.
Kwa fomu yake ya bure, ni gesi ya mwanga inayowaka bila rangi, harufu au ladha.
Historia ya ugunduzi
Kutolewa kwa gesi inayoweza kuwaka wakati wa mwingiliano wa asidi na metali kulionekana katika karne ya 16 na 17 mwanzoni mwa malezi ya kemia kama sayansi. Mwanafizikia na mwanakemia maarufu wa Kiingereza G. Cavendish (sentimita. CAVENDISH Henry) mnamo 1766 alichunguza gesi hii na kuiita "hewa inayoweza kuwaka." Wakati wa kuchomwa moto, "hewa inayowaka" ilitoa maji, lakini kuzingatia kwa Cavendish kwa nadharia ya phlogiston. (sentimita. PHLOGISTON) ilimzuia kufanya mahitimisho sahihi. Mwanakemia Mfaransa A. Lavoisier (sentimita. LAVOISIER Antoine Laurent) pamoja na mhandisi J. Meunier (sentimita. MENIER Jean Baptiste Marie Charles), kwa kutumia gasometers maalum, mwaka wa 1783 alifanya awali ya maji, na kisha uchambuzi wake, kuharibu mvuke wa maji na chuma cha moto. Kwa hiyo, alianzisha kwamba "hewa inayowaka" ni sehemu ya maji na inaweza kupatikana kutoka humo. Mnamo 1787, Lavoisier alifikia hitimisho kwamba "hewa inayowaka" ni dutu rahisi, na kwa hiyo ni ya vipengele vya kemikali. Aliipa jina hydrogene (kutoka kwa Kigiriki hydor - maji na gennao - mimi huzaa) - "kuzaa maji". Kuanzishwa kwa muundo wa maji kulikomesha "nadharia ya phlogiston." Jina la Kirusi "hidrojeni" lilipendekezwa na mwanakemia M. F. Solovyov (sentimita. SOLOVIEV Mikhail Fedorovich) mnamo 1824. Mwanzoni mwa karne ya 18 na 19, ilianzishwa kuwa atomi ya hidrojeni ni nyepesi sana (ikilinganishwa na atomi za vitu vingine), na uzito (wingi) wa atomi ya hidrojeni ulichukuliwa kama kitengo cha kulinganisha. kwa wingi wa atomiki wa vipengele. Uzito wa atomi ya hidrojeni ulipewa thamani ya 1.
Kuwa katika asili
Hidrojeni inachukua takriban 1% ya wingi wa ukoko wa dunia (nafasi ya 10 kati ya vipengele vyote). Hydrojeni haipatikani kamwe katika fomu yake ya bure kwenye sayari yetu (athari zake zinapatikana kwenye tabaka za juu za anga), lakini kama sehemu ya maji inasambazwa karibu kila mahali duniani. Kipengele hidrojeni kinapatikana katika kikaboni na misombo isokaboni viumbe hai, gesi asilia, mafuta, makaa ya mawe. Ni, bila shaka, zilizomo katika maji (kuhusu 11% kwa uzito), katika hidrati mbalimbali ya asili fuwele na madini, ambayo yana moja au zaidi OH hydroxyl kundi.
Hidrojeni kama kipengele hutawala Ulimwengu. Inachukua karibu nusu ya wingi wa Jua na nyota zingine, na iko kwenye anga ya sayari kadhaa.
Risiti
Hidrojeni inaweza kuzalishwa kwa njia nyingi. Katika sekta, gesi asilia hutumiwa kwa hili, pamoja na gesi zilizopatikana kutoka kwa kusafisha mafuta, coking na gasification ya makaa ya mawe na mafuta mengine. Wakati wa kutengeneza hidrojeni kutoka kwa gesi asilia (sehemu kuu ni methane), hupitia mwingiliano wa kichocheo na mvuke wa maji na oxidation isiyokamilika na oksijeni:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 na CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
Kutenganishwa kwa hidrojeni kutoka kwa gesi ya tanuri ya coke na gesi za kusafisha mafuta kunatokana na umwagaji wao wakati wa baridi ya kina na kuondolewa kutoka kwa mchanganyiko wa gesi zinazoyeyusha kwa urahisi zaidi kuliko hidrojeni. Wakati umeme wa bei nafuu unapatikana, hidrojeni huzalishwa na electrolysis ya maji kwa kupitisha sasa kupitia ufumbuzi wa alkali. Katika hali ya maabara, hidrojeni hupatikana kwa urahisi kwa kukabiliana na metali na asidi, kwa mfano, zinki na asidi hidrokloric.
Tabia za kimwili na kemikali
Katika hali ya kawaida, hidrojeni ni nyepesi (wiani chini ya hali ya kawaida 0.0899 kg/m3) gesi isiyo na rangi. Kiwango myeyuko -259.15 °C, kiwango mchemko -252.7 °C. Kioevu hidrojeni (katika kiwango cha kuchemka) ina msongamano wa 70.8 kg/m 3 na ni kioevu chepesi zaidi. Uwezo wa kawaida wa elektrodi H 2/H - katika mmumunyo wa maji huchukuliwa sawa na 0. Hidrojeni haimunyiki vizuri katika maji: ifikapo 0 °C umumunyifu ni chini ya 0.02 cm 3 / ml, lakini ni mumunyifu sana katika baadhi ya metali. sifongo chuma na wengine), hasa nzuri - katika palladium chuma (kuhusu 850 kiasi cha hidrojeni katika 1 kiasi cha chuma). Joto la mwako wa hidrojeni ni 143.06 MJ / kg.
Ipo katika mfumo wa molekuli za diatomic H 2. Kiwango cha mtengano cha H 2 hadi atomi katika 300 K ni 2.56 · 10 -34. Nishati ya kutenganisha molekuli ya H 2 ndani ya atomi ni 436 kJ / mol. Umbali wa nyuklia katika molekuli ya H 2 ni 0.07414 nm.
Kwa kuwa kiini cha kila chembe H ambacho ni sehemu ya molekuli kina msokoto wake (sentimita. SPIN), basi hidrojeni ya Masi inaweza kuwa katika aina mbili: kwa namna ya orthohydrogen (o-H 2) (spins zote mbili zina mwelekeo sawa) na kwa namna ya parahydrogen (n-H 2) (spins ina mwelekeo tofauti). Katika hali ya kawaida, hidrojeni ya kawaida ni mchanganyiko wa 75% o-H 2 na 25% p-H 2. Tabia za kimwili p- na o-H 2 ni tofauti kidogo kutoka kwa kila mmoja. Kwa hiyo, ikiwa joto la kuchemsha safi o-N 2 20.45 K, basi safi p-N 2 - 20.26 K. Mabadiliko ya o-H 2 katika p-H 2 yanafuatana na kutolewa kwa 1418 J / mol ya joto.
KATIKA fasihi ya kisayansi Imependekezwa mara kwa mara kuwa katika shinikizo la juu (zaidi ya 10 GPa) na kwa joto la chini (karibu 10 K na chini), hidrojeni imara, kwa kawaida huangaza kwenye kimiani ya hexagonal. aina ya molekuli, inaweza kubadilika kuwa dutu yenye mali ya metali, labda hata superconductor. Hata hivyo, hadi sasa hakuna data wazi juu ya uwezekano wa mabadiliko hayo.
Nguvu ya juu ya dhamana ya kemikali kati ya atomi katika molekuli ya H2 (ambayo, kwa mfano, kwa kutumia njia ya obiti ya molekuli, inaweza kuelezewa na ukweli kwamba katika molekuli hii jozi ya elektroni iko kwenye orbital ya kuunganisha, na orbital ya antibonding iko. haichukuliwi na elektroni) husababisha ukweli kwamba kwa joto la kawaida Gesi ya hidrojeni haifanyi kazi kwa kemikali. Kwa hivyo, bila kupokanzwa, kwa kuchanganya rahisi, hidrojeni humenyuka (kulipuka) tu na gesi ya fluorine:
H 2 + F 2 = 2HF + Q.
Ikiwa mchanganyiko wa hidrojeni na klorini kwenye joto la kawaida huwashwa na mwanga wa ultraviolet, basi uundaji wa haraka wa kloridi hidrojeni HCl huzingatiwa. Mwitikio wa hidrojeni na oksijeni hutokea kwa mlipuko ikiwa kichocheo, paladiamu ya chuma (au platinamu), huongezwa kwa mchanganyiko wa gesi hizi. Inapowashwa, mchanganyiko wa hidrojeni na oksijeni (kinachojulikana kama gesi ya detonating (sentimita. GESI YA MLIPUKO)) hulipuka, na mlipuko unaweza kutokea katika mchanganyiko ambao maudhui ya hidrojeni huanzia asilimia 5 hadi 95 kwa ujazo. Hidrojeni safi hewani au katika oksijeni safi huwaka kimya kimya, ikitoa kiasi kikubwa cha joto:
H 2 + 1/2O 2 = H 2 O + 285.75 kJ/mol
Ikiwa hidrojeni inaingiliana na nyingine zisizo za metali na metali, ni chini ya hali fulani tu (inapokanzwa, shinikizo la juu, uwepo wa kichocheo). Kwa hivyo, hidrojeni humenyuka kwa kugeuza na nitrojeni kwa shinikizo la juu (MPa 20-30 au zaidi) na kwa joto la 300-400 ° C mbele ya kichocheo - chuma:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
Pia, inapokanzwa tu, hidrojeni humenyuka pamoja na salfa na kutengeneza sulfidi hidrojeni H 2 S, pamoja na bromini kuunda bromidi hidrojeni HBr, pamoja na iodini kuunda iodidi hidrojeni HI. Hidrojeni humenyuka pamoja na makaa ya mawe (graphite) kutengeneza mchanganyiko wa hidrokaboni utungaji tofauti. Hidrojeni haiingiliani moja kwa moja na boroni, silicon, na fosforasi; misombo ya vitu hivi na hidrojeni hupatikana kwa njia isiyo ya moja kwa moja.
Inapokanzwa, hidrojeni ina uwezo wa kuitikia pamoja na alkali, metali za dunia za alkali na magnesiamu kuunda misombo yenye dhamana ya ioni, ambayo ina hidrojeni katika hali ya -1 ya oxidation. Kwa hivyo, wakati kalsiamu inapokanzwa katika anga ya hidrojeni, hidridi ya chumvi yenye muundo wa CaH 2 huundwa. Polymer alumini hidridi (AlH 3) x - mojawapo ya mawakala wa kupunguza nguvu zaidi - hupatikana kwa njia isiyo ya moja kwa moja (kwa mfano, kwa kutumia misombo ya organoaluminium). Pamoja na metali nyingi za mpito (kwa mfano, zirconium, hafnium, nk), hidrojeni huunda misombo ya muundo tofauti (suluhisho thabiti).
Hidrojeni ina uwezo wa kuguswa sio tu na rahisi nyingi, lakini pia na vitu ngumu. Kwanza kabisa, ni muhimu kutambua uwezo wa hidrojeni kupunguza metali nyingi kutoka kwa oksidi zao (kama vile chuma, nickel, risasi, tungsten, shaba, nk). Kwa hivyo, inapokanzwa hadi joto la 400-450 ° C na zaidi, chuma hupunguzwa na hidrojeni kutoka kwa oksidi zake yoyote, kwa mfano:
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.
Ikumbukwe kwamba metali tu ziko katika mfululizo zinaweza kupunguzwa na hidrojeni kutoka kwa oksidi uwezo wa kawaida kwa manganese. Zaidi metali hai(ikiwa ni pamoja na manganese) hazijapunguzwa kuwa chuma kutoka kwa oksidi.
Hydrojeni ina uwezo wa kuongeza dhamana mara mbili au tatu kwa misombo mingi ya kikaboni (hizi ni kinachojulikana majibu ya hidrojeni). Kwa mfano, mbele ya kichocheo cha nickel, inawezekana kutekeleza hidrojeni ya ethylene C 2 H 4, na ethane C 2 H 6 huundwa:
C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.
Methanoli huzalishwa viwandani na mmenyuko wa monoksidi kaboni (II) na hidrojeni:
2H 2 + CO = CH 3 OH.
Katika misombo ambayo atomi ya hidrojeni imeunganishwa na atomi ya kipengele cha elektroni zaidi E (E = F, Cl, O, N), vifungo vya hidrojeni huundwa kati ya molekuli. (sentimita. UUNGANISHAJI WA HYDROjeni)(atomi mbili za E za vitu sawa au mbili tofauti zimeunganishwa kwa kila mmoja kupitia atomi ya H: E"... N... E"", na atomi zote tatu ziko kwenye mstari mmoja ulionyooka). Vifungo hivyo vipo. kati ya molekuli ya maji, amonia , methanoli, nk na kusababisha ongezeko kubwa la pointi za kuchemsha za vitu hivi, ongezeko la joto la uvukizi, nk.
Maombi
Hidrojeni hutumiwa katika usanisi wa amonia NH 3, kloridi hidrojeni HCl, methanoli CH 3 OH, wakati wa kupasuka (kupasuka katika angahewa ya hidrojeni) ya hidrokaboni asilia, kama wakala wa kupunguza katika utengenezaji wa metali fulani. Utoaji wa haidrojeni (sentimita. UWEZESHAJI WA HAJI) Mafuta ya asili ya mboga hutumiwa kupata mafuta imara - margarine. Hidrojeni kioevu hutumika kama mafuta ya roketi na pia kama baridi. Mchanganyiko wa oksijeni na hidrojeni hutumiwa katika kulehemu.
Wakati mmoja ilipendekezwa kuwa katika siku za usoni chanzo kikuu cha nishati kingekuwa mmenyuko wa mwako wa hidrojeni, na nishati ya hidrojeni ingechukua nafasi. vyanzo vya jadi kupata nishati (makaa ya mawe, mafuta, nk). Ilifikiriwa kuwa ili kupata hidrojeni ndani kwa kiwango kikubwa Itawezekana kutumia electrolysis ya maji. Electrolysis ya maji ni mchakato unaotumia nishati nyingi, na kwa sasa haina faida kuzalisha hidrojeni kwa electrolysis kwa kiwango cha viwanda. Lakini ilitarajiwa kwamba electrolysis ingekuwa kulingana na matumizi ya joto la kati (500-600 ° C), ambayo hutokea kwa kiasi kikubwa wakati wa operesheni. mitambo ya nyuklia. Joto hili lina matumizi machache, na uwezekano wa kuzalisha hidrojeni kwa msaada wake ungetatua tatizo la mazingira (hidrojeni inapochomwa hewani, kiasi cha vitu vinavyodhuru mazingira vinavyozalishwa ni kidogo) na tatizo la kutumia joto la kati. Walakini, baada ya maafa ya Chernobyl, maendeleo ya nishati ya nyuklia yalipunguzwa kila mahali, ili chanzo hiki cha nishati kisipatikane. Kwa hiyo, matarajio ya kuenea kwa matumizi ya hidrojeni kama chanzo cha nishati bado yanabadilika hadi angalau katikati ya karne ya 21.
Makala ya matibabu
Hydrojeni sio sumu, lakini wakati wa kuishughulikia, mtu lazima azingatie kila wakati hatari yake ya moto na mlipuko, na hatari ya mlipuko wa hidrojeni huongezeka kwa sababu ya uwezo mkubwa wa gesi kueneza hata kupitia nyenzo zingine ngumu. Kabla ya kuanza shughuli zozote za kupokanzwa katika angahewa ya hidrojeni, unapaswa kuhakikisha kuwa ni safi (wakati wa kuwasha hidrojeni kwenye bomba la majaribio lililopinduliwa chini, sauti inapaswa kuwa nyepesi, sio kubweka).
Jukumu la kibaolojia
Umuhimu wa kibayolojia wa hidrojeni imedhamiriwa na ukweli kwamba ni sehemu ya molekuli za maji na vikundi vyote muhimu zaidi vya misombo ya asili, ikiwa ni pamoja na protini, asidi nucleic, lipids, na wanga. Takriban 10% ya wingi wa viumbe hai ni hidrojeni. Uwezo wa hidrojeni kuunda dhamana ya hidrojeni ina jukumu muhimu katika kudumisha muundo wa quaternary wa protini, na pia katika kutekeleza kanuni ya ukamilishano. (sentimita. KIKAMILIFU) katika ujenzi na kazi za asidi nucleic (yaani, katika uhifadhi na utekelezaji wa taarifa za maumbile), kwa ujumla katika utekelezaji wa "kutambuliwa" katika ngazi ya Masi. Hidrojeni (H+ ion) inashiriki katika michakato na athari muhimu zaidi katika mwili - katika uoksidishaji wa kibiolojia, ambayo hutoa seli hai na nishati, katika usanisinuru katika mimea, katika athari za biosynthetic, katika fixation ya nitrojeni na photosynthesis ya bakteria, katika kudumisha asidi- usawa wa msingi na homeostasis (sentimita. HOMEOSASIS), katika michakato ya usafiri wa membrane. Kwa hivyo, pamoja na oksijeni na kaboni, hidrojeni huunda msingi wa kimuundo na kazi wa matukio ya maisha.
Kamusi ya encyclopedic. 2009 .
Visawe:Tazama "hidrojeni" ni nini katika kamusi zingine:
Jedwali la Nuclide Habari za jumla Jina, ishara hidrojeni 4, 4H Neutroni 3 Protoni 1 Sifa za nuklidi Misa ya atomiki 4.027810(110) ... Wikipedia
Jedwali la nyuklidi Maelezo ya jumla Jina, ishara Hidrojeni 5, 5H Neutroni 4 Protoni 1 Sifa za Nuklidi Uzito wa atomiki 5.035310(110) ... Wikipedia
Jedwali la nyuklidi Maelezo ya jumla Jina, ishara Hidrojeni 6, 6H Neutroni 5 Protoni 1 Sifa za Nuclide Uzito wa atomiki 6.044940(280) ... Wikipedia
Jedwali la nyuklidi Maelezo ya jumla Jina, ishara Hidrojeni 7, 7H Neutroni 6 Protoni 1 Sifa za nuklidi Misa ya atomiki 7.052750 (1080) ... Wikipedia