Hidrojen periyodik tablonun I. ve VII. gruplarında bir numaradır. Hidrojenin sembolü H'dir (enlem. Hidrojenyum). Çok hafif, renksiz ve kokusuz bir gazdır. Hidrojenin üç izotopu vardır: 1H - protium, 2H - döteryum ve 3H - trityum (radyoaktif). Basit hidrojen H₂ ile reaksiyona giren hava veya oksijen oldukça yanıcı ve aynı zamanda patlayıcıdır. Hidrojen toksik ürünler yaymaz. Etanolde ve bir takım metallerde (özellikle yan alt grupta) çözünür.
Dünyadaki hidrojen bolluğu
Oksijen gibi hidrojen de büyük önem taşıyor. Ancak oksijenden farklı olarak hidrojenin neredeyse tamamı başka maddelere bağlıdır. Yalnızca atmosferde serbest halde bulunur, ancak oradaki miktarı son derece önemsizdir. Hidrojen hemen hemen tüm organik bileşiklerin ve canlı organizmaların bir parçasıdır. Çoğu zaman oksit - su formunda bulunur.
Fiziko-kimyasal özellikler
Hidrojen aktif değildir ve ısıtıldığında veya katalizörlerin varlığında neredeyse tüm basit ve karmaşık kimyasal elementlerle reaksiyona girer.
Hidrojenin basit kimyasal elementlerle reaksiyonu
Yüksek sıcaklıklarda hidrojen oksijen, kükürt, klor ve nitrojen ile reaksiyona girer. Evde gazlarla hangi deneylerin yapılabileceğini öğreneceksiniz.
Laboratuvar koşullarında hidrojenin oksijenle etkileşimi deneyimi
Gaz çıkış borusundan gelen saf hidrojeni alıp ateşe verelim. Neredeyse fark edilmeyen bir alevle yanacak. Herhangi bir kaba hidrojen tüpü yerleştirirseniz yanmaya devam edecek ve duvarlarda su damlacıkları oluşacaktır. Bu oksijen hidrojenle reaksiyona girdi:
2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q
Hidrojen yandığında çok fazla termal enerji üretilir. Oksijen ve hidrojen kombinasyonunun sıcaklığı 2000 °C'ye ulaşır. Oksijen hidrojeni oksitlediği için bu reaksiyona oksidasyon reaksiyonu denir.
Normal koşullar altında (ısıtma olmadan) reaksiyon yavaş ilerler. Ve 550 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bir patlama meydana gelir (sözde patlayıcı gaz oluşur). Geçmişte balonlarda sıklıkla hidrojen kullanılıyordu ancak patlayıcı gazın oluşması nedeniyle çok sayıda kaza yaşandı. Topun bütünlüğü ihlal edildi ve bir patlama meydana geldi: hidrojen oksijenle reaksiyona girdi. Bu nedenle artık periyodik olarak alevle ısıtılan helyum kullanılmaktadır.
Klor, hidrojen ile reaksiyona girerek hidrojen klorür oluşturur (yalnızca ışık ve ısı varlığında). Hidrojen ve klorun kimyasal reaksiyonu şöyle görünür:
H₂ + Cl₂ = 2HCl
İlginç gerçek: Florun hidrojenle reaksiyonu karanlıkta ve 0 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda bile patlamaya neden olur.
Azotun hidrojenle etkileşimi yalnızca ısıtıldığında ve bir katalizör varlığında gerçekleşebilir. Bu reaksiyon amonyak üretir. Reaksiyon denklemi:
ЗН₂ + N₂ = 2NN₃
Kükürt ve hidrojenin reaksiyonu bir gaz - hidrojen sülfit oluşturmak üzere meydana gelir. Sonuç çürük yumurta kokusudur:
H₂ + S = H₂S
Hidrojen sadece metallerde çözünmez, aynı zamanda onlarla reaksiyona da girebilir. Sonuç olarak hidrür adı verilen bileşikler oluşur. Bazı hidritler roketlerde yakıt olarak kullanılır. Ayrıca nükleer enerji üretmek için de kullanılıyorlar.
Karmaşık kimyasal elementlerle reaksiyon
Örneğin bakır oksitli hidrojen. Bir tüp hidrojen alıp bakır oksit tozundan geçirelim. Reaksiyonun tamamı ısıtıldığında meydana gelir. Siyah bakır tozu kahverengimsi kırmızıya (düz bakır rengi) dönüşecektir. Şişenin ısıtılmamış alanlarında da sıvı damlacıkları görünecektir - bu oluşmuştur.
Kimyasal reaksiyon:
CuO + H₂ = Cu + H₂O
Görebildiğimiz gibi hidrojen oksitle ve indirgenmiş bakırla reaksiyona girdi.
Geri kazanım reaksiyonları
Bir madde reaksiyon sırasında bir oksidi uzaklaştırıyorsa, bu bir indirgeyici maddedir. Bakır oksidin reaksiyon örneğini kullanarak hidrojenin bir indirgeyici madde olduğunu görüyoruz. Ayrıca HgO, MoO₃ ve PbO gibi diğer bazı oksitlerle de reaksiyona girer. Herhangi bir reaksiyonda elementlerden biri oksitleyici madde ise diğeri indirgeyici madde olacaktır.
Tüm hidrojen bileşikleri
Ametallerle hidrojen bileşikleri- çok uçucu ve zehirli gazlar (örneğin hidrojen sülfür, silan, metan).
Hidrojen halojenürler- Hidrojen klorür en yaygın olarak kullanılır. Çözündüğünde hidroklorik asit oluşturur. Bu grup ayrıca şunları içerir: hidrojen florür, hidrojen iyodür ve hidrojen bromür. Bütün bu bileşikler karşılık gelen asitlerin oluşumuyla sonuçlanır.
Hidrojen peroksit(kimyasal formül H₂O₂) güçlü oksitleyici özellikler sergiler.
Hidrojen hidroksitler veya su H₂O.
Hidritler- bunlar metalli bileşiklerdir.
Hidroksitler- bunlar asitler, bazlar ve hidrojen içeren diğer bileşiklerdir.
Organik bileşikler: proteinler, yağlar, lipitler, hormonlar ve diğerleri.
Hidrojen H, evrenimizde en yaygın olanlardan biri olan kimyasal bir elementtir. Maddelerin bileşimindeki bir element olarak hidrojenin kütlesi, diğer türdeki atomların toplam içeriğinin% 75'idir. Gezegendeki en önemli ve hayati bileşiğin bir parçasıdır - su. Hidrojenin ayırt edici bir özelliği de D.I. Mendeleev'in periyodik kimyasal elementler sistemindeki ilk element olmasıdır.
Keşif ve keşif
Paracelsus'un yazılarında hidrojenden ilk kez bahsedilmesi on altıncı yüzyıla kadar uzanıyor. Ancak havanın gaz karışımından izolasyonu ve yanıcı özelliklerin incelenmesi on yedinci yüzyılda bilim adamı Lemery tarafından gerçekleştirildi. Hidrojen, hidrojen kütlesinin diğer gazlarla karşılaştırıldığında en küçük olduğunu deneysel olarak kanıtlayan bir İngiliz kimyager, fizikçi ve doğa bilimci tarafından kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bilimin gelişiminin sonraki aşamalarında birçok bilim adamı, özellikle de onu "suyun doğuşu" olarak adlandıran Lavoisier ile çalıştı.
PSHE'deki pozisyona göre özellikler
D.I. Mendeleev'in periyodik tablosunu açan element hidrojendir. Atomun fiziksel ve kimyasal özellikleri belirli bir ikilik gösterir, çünkü hidrojen aynı anda birinci gruba, ana alt gruba ait olarak sınıflandırılır, eğer bir metal gibi davranırsa ve kimyasal reaksiyon sürecinde tek bir elektron verirse ve yedinciye - değerlik kabuğunun tamamen doldurulması durumunda, yani onu halojenlere benzer şekilde karakterize eden negatif parçacığın kabulü.
Elemanın elektronik yapısının özellikleri
İçerdiği karmaşık maddelerin ve en basit madde olan H2'nin özellikleri öncelikle hidrojenin elektronik konfigürasyonu tarafından belirlenir. Parçacık, birim kütleli bir proton ve pozitif yük (+1) içeren bir çekirdeğin etrafında yörüngesinde dönen Z= (-1) değerinde bir elektrona sahiptir. Elektronik konfigürasyonu 1s 1 olarak yazılmıştır; bu, hidrojenin ilk ve tek s-orbitalinde bir negatif parçacığın varlığı anlamına gelir.
Bir elektron çıkarıldığında veya verildiğinde ve bu elementin bir atomu metallerle akraba olacak bir özelliğe sahip olduğunda bir katyon elde edilir. Aslında hidrojen iyonu pozitif bir temel parçacıktır. Bu nedenle elektrondan yoksun hidrojene basitçe proton denir.
Fiziksel özellikler
Hidrojeni kısaca tanımlamak gerekirse, renksiz, az çözünen, bağıl atom kütlesi 2 olan, havadan 14,5 kat daha hafif, sıvılaşma sıcaklığı -252,8 santigrat derece olan bir gazdır.
Deneyimlerinize dayanarak H2'nin en hafif olduğunu kolayca doğrulayabilirsiniz. Bunu yapmak için, üç topu çeşitli maddelerle (hidrojen, karbondioksit, sıradan hava) doldurmanız ve aynı anda elinizden bırakmanız yeterlidir. CO 2 ile dolu olan yere en hızlı ulaşacak, ardından hava karışımıyla şişirilen aşağıya inecek, H 2 içeren ise tavana yükselecektir.
Hidrojen parçacıklarının küçük kütlesi ve boyutu, çeşitli maddelere nüfuz etme yeteneğini haklı çıkarır. Aynı top örneğini kullanarak bunu doğrulamak kolaydır; gaz kauçuğun içinden geçeceğinden birkaç gün sonra kendi kendine sönecektir. Hidrojen ayrıca bazı metallerin (paladyum veya platin) yapısında da birikebilir ve sıcaklık yükseldiğinde buharlaşabilir.
Hidrojenin düşük çözünürlük özelliği, laboratuvar uygulamalarında, uygulama kapsamını ve üretim yöntemlerini belirlemek için hidrojenin yerini alarak (aşağıda gösterilen tablo ana parametreleri içerir) onu izole etmek için kullanılır.
| Basit bir maddenin atomunun veya molekülünün parametresi | Anlam |
| Atom kütlesi (molar kütle) | 1.008 gr/mol |
| Elektronik konfigürasyon | 1s 1 |
| Kristal kafes | Altıgen |
| Isı iletkenliği | (300 K) 0,1815 W/(m·K) |
| N'de yoğunluk. sen. | 0,08987 gr/l |
| Kaynama noktası | -252,76 °C |
| Özgül yanma ısısı | 120,9 10 6 J/kg |
| Erime noktası | -259,2 °C |
| Suda çözünürlük | 18,8 ml/l |
İzotopik bileşim
Periyodik kimyasal elementler sisteminin diğer birçok temsilcisi gibi, hidrojenin de birkaç doğal izotopu vardır, yani çekirdekte aynı sayıda protona sahip atomlar, ancak farklı sayıda nötron - sıfır yüke ve birim kütleye sahip parçacıklar. Benzer özelliğe sahip atomların örnekleri oksijen, karbon, klor, brom ve radyoaktif olanlar dahil diğerleridir.
Bu grubun temsilcileri arasında en yaygın olanı olan hidrojen 1H'nin fiziksel özellikleri, benzerlerinin aynı özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır. Özellikle içerdikleri maddelerin özellikleri farklılık göstermektedir. Bu nedenle, tek protonlu bir hidrojen atomu yerine döteryum 2 H - iki temel parçacık içeren izotopu içeren sıradan ve döteryumlu su vardır: pozitif ve yüksüz. Bu izotop sıradan hidrojenden iki kat daha ağırdır ve bu da oluşturdukları bileşiklerin özelliklerindeki dramatik farkı açıklar. Doğada döteryum hidrojenden 3200 kat daha az bulunur. Üçüncü temsilci trityum 3H'dir; çekirdeğinde iki nötron ve bir proton vardır.
Üretim ve izolasyon yöntemleri
Laboratuvar ve endüstriyel yöntemler oldukça farklıdır. Bu nedenle gaz, esas olarak mineralleri içeren reaksiyonlar yoluyla küçük miktarlarda üretilirken, büyük ölçekli üretimde daha büyük ölçüde organik sentez kullanılır.
Laboratuvarda aşağıdaki kimyasal etkileşimler kullanılmaktadır:
Endüstriyel amaçlar için gaz aşağıdaki yöntemlerle üretilir:
- Metanın, bir katalizör varlığında, kendisini oluşturan basit maddelere (sıcaklık gibi bir göstergenin değeri 350 dereceye ulaşır) - hidrojen H2 ve karbon C'ye termal ayrışması.
- Karbon dioksit CO2 ve H2 oluşturmak için buharlı suyun 1000 santigrat derecede koktan geçirilmesi (en yaygın yöntem).
- Metan gazının 800 dereceye ulaşan sıcaklıklarda nikel katalizör üzerinde dönüşümü.
- Hidrojen, potasyum veya sodyum klorürlerin sulu çözeltilerinin elektrolizinden elde edilen bir yan üründür.
Kimyasal etkileşimler: genel hükümler
Hidrojenin fiziksel özellikleri, belirli bir bileşikle reaksiyon süreçlerindeki davranışını büyük ölçüde açıklamaktadır. Periyodik tabloda birinci grupta yer aldığından hidrojenin değeri 1'dir ve oksidasyon derecesi farklılık gösterir. Hidritler hariç tüm bileşiklerde, CN, CN2, CN3 - (1-) tipi moleküllerde do.o.'daki hidrojen = (1+).
Genelleştirilmiş bir elektron çifti oluşturularak oluşturulan hidrojen gazı molekülü iki atomdan oluşur ve enerji açısından oldukça kararlıdır, bu nedenle normal koşullar altında bir miktar inerttir ve normal koşullar değiştiğinde tepki verir. Diğer maddelerin bileşimindeki hidrojenin oksidasyon derecesine bağlı olarak hem oksitleyici madde hem de indirgeyici madde olarak işlev görebilir.
Hidrojenin reaksiyona girip oluşturduğu maddeler
Karmaşık maddeler oluşturmak için elementel etkileşimler (genellikle yüksek sıcaklıklarda):
- Alkali ve alkalin toprak metali + hidrojen = hidrit.
- Halojen + H2 = hidrojen halojenür.
- Kükürt + hidrojen = hidrojen sülfür.
- Oksijen + H2 = su.
- Karbon + hidrojen = metan.
- Azot + H2 = amonyak.
Karmaşık maddelerle etkileşim:
- Karbon monoksit ve hidrojenden sentez gazı üretimi.
- H2 kullanılarak metallerin oksitlerinden indirgenmesi.
- Doymamış alifatik hidrokarbonların hidrojenle doyması.
Hidrojen bağı
Hidrojenin fiziksel özellikleri, elektronegatif bir elementle birleştiğinde, yalnız elektron çiftlerine sahip komşu moleküllerden (örneğin oksijen, nitrojen ve flor) aynı atomla özel bir tür bağ oluşturmasına izin verecek şekildedir. Bu fenomeni dikkate almanın daha iyi olduğu en açık örnek sudur. Kovalent veya iyonik olanlardan daha zayıf olan hidrojen bağlarıyla dikildiği söylenebilir ancak bunların çok sayıda olması nedeniyle maddenin özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Esasen hidrojen bağı, su moleküllerini dimerlere ve polimerlere bağlayan ve yüksek kaynama noktasına yol açan elektrostatik bir etkileşimdir.
Mineral bileşiklerinde hidrojen
Hepsi bir proton, hidrojen gibi bir atomun katyonu içerir. Asidik kalıntısı (-1)'den büyük bir oksidasyon durumuna sahip olan bir maddeye polibazik bileşik denir. Sulu çözeltilerde çok aşamalı ayrışmayı sağlayan birkaç hidrojen atomu içerir. Sonraki her protonun asit kalıntısından uzaklaştırılması giderek daha zor hale gelir. Ortamın asitliği, ortamdaki hidrojenin niceliksel içeriğine göre belirlenir.
İnsan faaliyetlerinde uygulama
Madde içeren silindirlerin yanı sıra oksijen gibi diğer sıvılaştırılmış gazların bulunduğu kaplar da belirli bir görünüme sahiptir. Koyu yeşil renkte ve parlak kırmızıyla yazılmış "Hidrojen" kelimesiyle boyanmıştır. Gaz, yaklaşık 150 atmosfer basınç altında bir silindire pompalanır. Hidrojenin fiziksel özellikleri, özellikle de gaz halindeki toplanma durumunun hafifliği, helyumla karıştırılmış balonları, balonları vb. doldurmak için kullanılır.
İnsanların fiziksel ve kimyasal özelliklerini yıllar önce kullanmayı öğrendiği hidrojen, günümüzde birçok endüstride kullanılmaktadır. Büyük kısmı amonyak üretimine gidiyor. Hidrojen aynı zamanda (hafniyum, germanyum, galyum, silikon, molibden, tungsten, zirkonyum ve diğerleri) oksitlere de katılır ve reaksiyonda indirgeyici bir madde, hidrosiyanik ve hidroklorik asitlerin yanı sıra yapay sıvı yakıt olarak görev yapar. Gıda endüstrisi bunu bitkisel yağları katı yağlara dönüştürmek için kullanır.
Hidrojenin kimyasal özellikleri ve katı yağların, kömürlerin, hidrokarbonların, sıvı yağların ve akaryakıtın çeşitli hidrojenasyon ve hidrojenasyon proseslerinde kullanımı belirlendi. Değerli taşlar, akkor lambalar üretmek ve oksijen-hidrojen alevinin etkisi altında metal ürünleri dövmek ve kaynaklamak için kullanılır.
Hidrojen atomu, dıştaki (ve tek) elektron seviyesi 1'in elektronik formülüne sahiptir. S 1. Bir yandan dış elektronik seviyede bir elektronun varlığı açısından hidrojen atomu alkali metal atomlarına benzer. Bununla birlikte, tıpkı halojenler gibi, dış elektronik seviyeyi doldurmak için yalnızca bir elektrona ihtiyaç duyar, çünkü ilk elektronik seviye 2'den fazla elektron içeremez. Hidrojenin periyodik tablonun hem birinci hem de sondan bir önceki (yedinci) grubuna aynı anda yerleştirilebileceği ortaya çıktı; bu bazen periyodik tablonun çeşitli versiyonlarında da yapılır:
Basit bir madde olarak hidrojenin özellikleri açısından halojenlerle hala daha fazla ortak noktası vardır. Hidrojen de halojenler gibi metal değildir ve onlar gibi diatomik moleküller (H2) oluşturur.
Normal koşullar altında hidrojen gaz halinde, düşük aktif bir maddedir. Hidrojenin düşük aktivitesi, moleküldeki hidrojen atomları arasındaki bağların yüksek mukavemeti ile açıklanır; bu bağların kırılması ya güçlü ısıtmayı ya da katalizör kullanımını ya da her ikisini birden gerektirir.
Hidrojenin basit maddelerle etkileşimi
metallerle
Metallerden hidrojen yalnızca alkali ve alkalin toprak metalleriyle reaksiyona girer! Alkali metaller, grup I'in ana alt grubunun metallerini (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) içerir ve alkalin toprak metalleri, berilyum ve magnezyum (Ca, Sr, Ba,) hariç grup II'nin ana alt grubunun metallerini içerir. Ra)
Hidrojen, aktif metallerle etkileşime girdiğinde oksitleyici özellikler sergiler; oksidasyon durumunu düşürür. Bu durumda iyonik yapıya sahip alkali ve alkali toprak metallerin hidritleri oluşur. Reaksiyon ısıtıldığında meydana gelir:
Aktif metallerle etkileşimin, moleküler hidrojen H2'nin oksitleyici bir madde olduğu tek durum olduğu unutulmamalıdır.
metal olmayanlarla
Metal olmayanlardan hidrojen yalnızca karbon, nitrojen, oksijen, kükürt, selenyum ve halojenlerle reaksiyona girer!
Elmas, karbonun son derece atıl bir allotropik modifikasyonu olduğundan karbon, grafit veya amorf karbon olarak anlaşılmalıdır.
Hidrojen, metal olmayanlarla etkileşime girdiğinde yalnızca indirgeyici bir maddenin işlevini yerine getirebilir, yani yalnızca oksidasyon durumunu artırabilir:
Hidrojenin karmaşık maddelerle etkileşimi
metal oksitler ile
Hidrojen, alüminyuma (dahil) kadar metallerin aktivite serisinde yer alan metal oksitlerle reaksiyona girmez, ancak ısıtıldığında birçok metal oksidi alüminyumun sağına indirgeme yeteneğine sahiptir:
metal olmayan oksitler ile
Metal olmayan oksitlerden hidrojen ısıtıldığında nitrojen, halojen ve karbon oksitlerle reaksiyona girer. Hidrojenin metal olmayan oksitlerle olan tüm etkileşimleri arasında, özellikle dikkate değer olanı, karbon monoksit CO ile reaksiyonudur.
CO ve H2 karışımının kendi adı bile vardır - “sentez gazı”, çünkü koşullara bağlı olarak metanol, formaldehit ve hatta sentetik hidrokarbonlar gibi popüler endüstriyel ürünler ondan elde edilebilir:
asitlerle
Hidrojen inorganik asitlerle reaksiyona girmez!
Organik asitlerden hidrojen yalnızca doymamış asitlerle ve ayrıca hidrojenle indirgenebilen fonksiyonel gruplar, özellikle aldehit, keto veya nitro grupları içeren asitlerle reaksiyona girer.
tuzlarla
Tuzların sulu çözeltileri durumunda bunların hidrojen ile etkileşimi meydana gelmez. Bununla birlikte, orta ve düşük aktiviteye sahip bazı metallerin katı tuzları üzerinden hidrojen geçirildiğinde bunların kısmen veya tamamen indirgenmesi mümkündür, örneğin:
Halojenlerin kimyasal özellikleri
Halojenler, grup VIIA'nın (F, Cl, Br, I, At) kimyasal elementleri ve oluşturdukları basit maddelerdir. Burada ve metnin ilerleyen kısımlarında aksi belirtilmedikçe halojenler basit maddeler olarak anlaşılacaktır.
Tüm halojenler, bu maddelerin düşük erime ve kaynama noktalarını belirleyen moleküler bir yapıya sahiptir. Halojen molekülleri diatomiktir, yani. formülleri genel formda Hal 2 olarak yazılabilir.
İyotun böylesine spesifik bir fiziksel özelliğine, yeteneği gibi dikkat edilmelidir. süblimasyon veya başka bir deyişle, süblimasyon. Süblimasyon katı haldeki bir maddenin ısıtıldığında erimediği, ancak sıvı fazı atlayarak hemen gaz haline geçtiği bir olgudur.
Herhangi bir halojen atomunun dış enerji seviyesinin elektronik yapısı ns 2 np 5 biçimindedir; burada n, halojenin bulunduğu periyodik tablo periyodunun sayısıdır. Gördüğünüz gibi halojen atomlarının sekiz elektronlu dış kabuğa ulaşması için yalnızca bir elektrona ihtiyacı var. Bundan, pratikte doğrulanan serbest halojenlerin ağırlıklı olarak oksitleyici özelliklerinin varsayılması mantıklıdır. Bilindiği gibi ametallerin elektronegatifliği bir alt grupta aşağıya doğru inildiğinde azalır ve bu nedenle halojenlerin aktivitesi seri olarak azalır:
F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2
Halojenlerin basit maddelerle etkileşimi
Tüm halojenler oldukça reaktif maddelerdir ve çoğu basit maddeyle reaksiyona girer. Bununla birlikte, son derece yüksek reaktivitesi nedeniyle florin, diğer halojenlerin reaksiyona giremediği basit maddelerle bile reaksiyona girebileceğine dikkat edilmelidir. Bu tür basit maddeler arasında oksijen, karbon (elmas), nitrojen, platin, altın ve bazı soy gazlar (ksenon ve kripton) bulunur. Onlar. Aslında, flor yalnızca bazı soy gazlarla reaksiyona girmez.
Geriye kalan halojenler, yani. klor, brom ve iyot da aktif maddelerdir ancak flordan daha az aktiftir. Oksijen, nitrojen, elmas, platin, altın ve soy gaz formundaki karbon dışında hemen hemen tüm basit maddelerle reaksiyona girerler.
Halojenlerin metal olmayanlarla etkileşimi
hidrojen
Tüm halojenler hidrojenle etkileşime girdiğinde oluşurlar. hidrojen halojenürler HHal genel formülüyle. Bu durumda florun hidrojen ile reaksiyonu karanlıkta bile kendiliğinden başlar ve denklem uyarınca bir patlama ile ilerler:
Klorun hidrojenle reaksiyonu yoğun ultraviyole ışınlama veya ısı ile başlatılabilir. Ayrıca patlamayla devam eder:
Brom ve iyot, yalnızca ısıtıldığında hidrojen ile reaksiyona girer ve aynı zamanda iyot ile reaksiyon tersine çevrilebilir:
fosfor
Florun fosfor ile etkileşimi, fosforun en yüksek oksidasyon durumuna (+5) oksidasyonuna yol açar. Bu durumda fosfor pentaflorür oluşur:
Klor ve brom fosfor ile etkileşime girdiğinde, reaksiyona giren maddelerin oranlarına bağlı olarak hem +3 oksidasyon durumunda hem de +5 oksidasyon durumunda fosfor halojenürler elde etmek mümkündür:
Ayrıca flor, klor veya sıvı brom atmosferinde beyaz fosfor durumunda reaksiyon kendiliğinden başlar.
Fosforun iyot ile etkileşimi, diğer halojenlere göre önemli ölçüde daha düşük oksitleme kabiliyeti nedeniyle yalnızca fosfor triyodürün oluşumuna yol açabilir:
gri
Flor, sülfürü en yüksek oksidasyon durumu +6'ya oksitleyerek sülfür heksaflorür oluşturur:
Klor ve brom kükürt ile reaksiyona girerek +1 ve +2 oksidasyon durumlarında kükürt içeren bileşikler oluşturur ve bunlar kendisi için son derece sıra dışıdır. Bu etkileşimler çok spesifiktir ve kimyada Birleşik Devlet Sınavını geçmek için bu etkileşimler için denklem yazma becerisi gerekli değildir. Bu nedenle, aşağıdaki üç denklem daha çok referans amacıyla verilmiştir:
Halojenlerin metallerle etkileşimi
Yukarıda belirtildiği gibi flor, platin ve altın gibi aktif olmayan metallerle bile tüm metallerle reaksiyona girebilir:
Geri kalan halojenler platin ve altın dışındaki tüm metallerle reaksiyona girer:
Halojenlerin karmaşık maddelerle reaksiyonları
Halojenlerle ikame reaksiyonları
Daha aktif halojenler, yani. Periyodik tabloda daha yüksekte bulunan kimyasal elementler, daha az aktif halojenleri, oluşturdukları hidrohalik asitlerden ve metal halojenürlerden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir:
Benzer şekilde, brom ve iyot, sülfürün ve/veya hidrojen sülfürün çözeltilerinden kükürtün yerini alır:
Klor daha güçlü bir oksitleyici maddedir ve sulu çözeltisindeki hidrojen sülfürü kükürde değil sülfürik asite oksitler:
Halojenlerin suyla reaksiyonu
Su, reaksiyon denklemine uygun olarak flor içinde mavi bir alevle yanar:
Brom ve klor su ile flordan farklı şekilde reaksiyona girer. Flor oksitleyici bir madde olarak görev yaptıysa, klor ve brom suda orantısızdır ve bir asit karışımı oluşturur. Bu durumda reaksiyonlar tersine çevrilebilir:
İyotun su ile etkileşimi ihmal edilebilecek kadar önemsiz bir derecede gerçekleşir ve reaksiyonun hiç gerçekleşmediği varsayılabilir.
Halojenlerin alkali çözeltilerle etkileşimi
Flor, sulu bir alkali çözelti ile etkileşime girdiğinde yine bir oksitleyici madde görevi görür:
Birleşik Devlet Sınavını geçmek için bu denklemi yazma becerisi gerekli değildir. Böyle bir etkileşimin olasılığı ve florun bu reaksiyondaki oksidatif rolü hakkındaki gerçeği bilmek yeterlidir.
Flordan farklı olarak alkali çözeltilerdeki diğer halojenler orantısızdır, yani oksidasyon durumlarını aynı anda artırır ve azaltırlar. Ayrıca klor ve bromun sıcaklığa bağlı olarak iki farklı yönde akması mümkündür. Özellikle soğukta reaksiyonlar şu şekilde ilerler:
ve ısıtıldığında:
İyot alkalilerle yalnızca ikinci seçeneğe göre reaksiyona girer, yani. iyodat oluşumu ile, çünkü Hipoiyodit sadece ısıtıldığında değil aynı zamanda normal sıcaklıklarda ve hatta soğukta bile stabil değildir.
Hidrojenin ne olduğuna bakalım. Bu metal olmayan maddenin kimyasal özellikleri ve üretimi okuldaki inorganik kimya dersinde incelenmektedir. Mendeleev'in periyodik tablosunun başında yer alan bu elementtir ve bu nedenle ayrıntılı bir açıklamayı hak etmektedir.
Bir öğenin açılmasıyla ilgili kısa bilgi
Hidrojenin fiziksel ve kimyasal özelliklerine bakmadan önce bu önemli elementin nasıl bulunduğunu öğrenelim.
On altıncı ve on yedinci yüzyıllarda çalışan kimyagerler, yazılarında asitlerin aktif metallere maruz kalması sonucu ortaya çıkan yanıcı gazdan defalarca bahsetmişlerdir. On sekizinci yüzyılın ikinci yarısında G. Cavendish bu gazı toplayıp analiz etmeyi başardı ve ona "yanıcı gaz" adını verdi.
O zamanlar hidrojenin fiziksel ve kimyasal özellikleri araştırılmamıştı. Ancak on sekizinci yüzyılın sonunda A. Lavoisier, analiz yoluyla bu gazın suyun analiz edilmesiyle elde edilebileceğini tespit edebildi. Kısa bir süre sonra yeni elemente "suyu doğurmak" anlamına gelen hidrojen adını vermeye başladı. Hidrojen, modern Rus adını M. F. Solovyov'a borçludur.
Doğada olmak
Hidrojenin kimyasal özellikleri ancak doğada bulunmasına dayanarak analiz edilebilir. Bu element hidro ve litosferde bulunur ve aynı zamanda minerallerin bir parçasıdır: doğal ve ilgili gaz, turba, petrol, kömür, petrol şist. Hidrojenin suyun bir bileşeni olduğunu bilmeyen bir yetişkini hayal etmek zordur.
Ayrıca bu metal olmayan madde hayvan vücutlarında nükleik asitler, proteinler, karbonhidratlar ve yağlar şeklinde bulunur. Gezegenimizde bu element oldukça nadir olarak serbest formda bulunur, belki de yalnızca doğal ve volkanik gazda bulunur.
Plazma formundaki hidrojen, yıldızların ve Güneş'in kütlesinin yaklaşık yarısını oluşturur, ayrıca yıldızlararası gazın bir parçasıdır. Örneğin serbest formda olduğu gibi metan ve amonyak formunda da bu metal olmayan kuyruklu yıldızlarda ve hatta bazı gezegenlerde bulunur.
Fiziksel özellikler
Hidrojenin kimyasal özelliklerini dikkate almadan önce, normal koşullar altında bunun, çeşitli izotopik formlara sahip, havadan daha hafif, gaz halinde bir madde olduğunu not edelim. Suda hemen hemen çözünmez ve yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Kütle numarası 1 olan protiumun en hafif formu olduğu kabul edilir. Radyoaktif özelliklere sahip olan trityum, doğada nöronların UV ışınlarına maruz bırakmasıyla atmosferik nitrojenden oluşuyor.
Molekülün yapısının özellikleri
Hidrojenin kimyasal özelliklerini ve karakteristik reaksiyonlarını dikkate almak için yapısının özellikleri üzerinde duralım. Bu iki atomlu molekül, kovalent, polar olmayan bir kimyasal bağ içerir. Aktif metallerin asit çözeltileriyle etkileşimi yoluyla atomik hidrojen oluşumu mümkündür. Ancak bu metal olmayan form yalnızca kısa bir süre için var olabilir; neredeyse anında moleküler bir forma yeniden birleşir.
Kimyasal özellikler
Hidrojenin kimyasal özelliklerini ele alalım. Bu kimyasal elementin oluşturduğu bileşiklerin çoğunda +1 oksidasyon durumu sergiler, bu da onu aktif (alkali) metallere benzer kılar. Hidrojenin onu metal olarak karakterize eden temel kimyasal özellikleri:
- su oluşturmak için oksijenle etkileşim;
- hidrojen halojenür oluşumuyla birlikte halojenlerle reaksiyon;
- kükürt ile birleşerek hidrojen sülfür üretir.
Aşağıda hidrojenin kimyasal özelliklerini karakterize eden reaksiyonların denklemi bulunmaktadır. Lütfen metal olmayan bir madde olarak (oksidasyon durumu -1 ile) yalnızca aktif metallerle reaksiyona girerek onlarla karşılık gelen hidrürler oluşturduğunu unutmayın.
Normal sıcaklıklarda hidrojen diğer maddelerle aktif olmayan bir şekilde reaksiyona girer, bu nedenle reaksiyonların çoğu yalnızca ön ısıtmadan sonra gerçekleşir.
Mendeleev'in periyodik kimyasal elementler sistemine başkanlık eden elementin bazı kimyasal etkileşimleri üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.
Su oluşumu reaksiyonuna 285.937 kJ enerji açığa çıkması eşlik ediyor. Yüksek sıcaklıklarda (550 santigrat derecenin üzerinde), bu sürece güçlü bir patlama eşlik eder.
Hidrojen gazının endüstride önemli uygulama bulan kimyasal özellikleri arasında metal oksitlerle etkileşimi ilgi çekicidir. Modern endüstride metal oksitler katalitik hidrojenasyon yoluyla işlenir, örneğin saf metal demir tortusundan (karışık demir oksit) izole edilir. Bu yöntem hurda metalin verimli bir şekilde geri dönüştürülmesine olanak tanır.
Hidrojenin hava nitrojeni ile etkileşimini içeren amonyak sentezi, modern kimya endüstrisinde de talep görmektedir. Bu kimyasal etkileşimin koşulları arasında basınç ve sıcaklığı görüyoruz.
Çözüm
Normal koşullar altında düşük aktif kimyasal bir madde olan hidrojendir. Sıcaklık arttıkça aktivitesi önemli ölçüde artar. Bu madde organik sentezde talep görmektedir. Örneğin hidrojenasyon, ketonları ikincil alkollere indirgeyebilir ve aldehitleri birincil alkollere dönüştürebilir. Ek olarak, hidrojenasyon yoluyla etilen ve asetilen sınıfının doymamış hidrokarbonlarını metan serisinin doymuş bileşiklerine dönüştürmek mümkündür. Hidrojen, modern kimyasal üretimde haklı olarak talep edilen basit bir madde olarak kabul edilmektedir.
Hidrojen, 18. yüzyılın ikinci yarısında fizik ve kimya alanında çalışan İngiliz bilim adamı G. Cavendish tarafından keşfedildi. Maddeyi saf haliyle izole etmeyi başardı, onu incelemeye başladı ve özelliklerini anlattı.
Hidrojenin keşfinin hikayesi bu. Deneyler sırasında araştırmacı, bunun havada yanması su üreten yanıcı bir gaz olduğunu belirledi. Bu, suyun niteliksel bileşiminin belirlenmesine yol açtı.
Hidrojen nedir
Hidrojenin basit bir madde olduğunu ilk kez 1784 yılında Fransız kimyager A. Lavoisier açıkladı, çünkü molekülünün aynı türden atomlar içerdiğini tespit etti.
Kimyasal elementin Latince adı, “su veren” anlamına gelen hidrojenyuma (“hidrojenyum” olarak okunur) benzer. Adı, su üreten yanma reaksiyonunu ifade eder.
Hidrojenin özellikleri
Hidrojenin tanımı N. Mendeleev, bu kimyasal elemente ilk atom numarasını atadı ve onu birinci grubun ana alt grubuna ve ilk periyoda ve koşullu olarak yedinci grubun ana alt grubuna yerleştirdi.
Hidrojenin atom ağırlığı (atom kütlesi) 1,00797'dir. H2'nin molekül ağırlığı 2a'dır. e. Molar kütle sayısal olarak buna eşittir.
Özel bir adı olan üç izotopla temsil edilir: en yaygın olanı protium (H), ağır döteryum (D), radyoaktif trityum (T).
Basit bir şekilde tamamen izotoplara ayrılabilen ilk elementtir. İzotopların kütlelerindeki yüksek farka dayanmaktadır. İşlem ilk kez 1933'te gerçekleştirildi. Bu, yalnızca 1932'de kütlesi 2 olan bir izotopun keşfedilmesiyle açıklanmaktadır.
Fiziksel özellikler
Normal koşullar altında, diatomik moleküller formundaki basit hidrojen maddesi renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır. Suda ve diğer solventlerde az çözünür.
Kristalleşme sıcaklığı - 259,2 o C, kaynama noktası - 252,8 o C Hidrojen moleküllerinin çapı o kadar küçüktür ki, birçok malzeme (kauçuk, cam, metal) içinden yavaşça yayılma yeteneğine sahiptirler. Bu özellik, hidrojeni gaz halindeki yabancı maddelerden arındırmak gerektiğinde kullanılır. ne zaman sen. hidrojenin yoğunluğu 0,09 kg/m3'tür.
Birinci grupta yer alan elementlere benzetilerek hidrojenin metale dönüştürülmesi mümkün müdür? Bilim adamları, basıncın 2 milyon atmosfere yaklaştığı koşullar altında hidrojenin, madde moleküllerinin polarizasyonunu gösteren kızılötesi ışınları emmeye başladığını bulmuşlardır. Belki daha da yüksek basınçlarda hidrojen bir metal haline gelecektir.
Bu ilginç: Dev gezegenler Jüpiter ve Satürn'de hidrojenin metal formunda bulunduğuna dair bir varsayım var. Yer mantosunun yarattığı aşırı yüksek basınç nedeniyle, yerkürenin çekirdeğinde metalik katı hidrojenin de mevcut olduğu varsayılmaktadır.
Kimyasal özellikler
Hem basit hem de karmaşık maddeler hidrojenle kimyasal etkileşime girer. Ancak hidrojenin düşük aktivitesinin, uygun koşullar yaratılarak (sıcaklığın arttırılması, katalizörlerin kullanılması vb.) arttırılması gerekir.
Isıtıldığında oksijen (O2), klor (Cl2), nitrojen (N2), kükürt (S) gibi basit maddeler hidrojenle reaksiyona girer.
Saf hidrojeni bir gaz çıkış borusunun ucunda havada tutuşturursanız, eşit şekilde yanacaktır, ancak çok az fark edilecektir. Gaz çıkış tüpünü saf oksijen atmosferine yerleştirirseniz, reaksiyonun bir sonucu olarak kabın duvarlarında su damlacıklarının oluşmasıyla yanma devam edecektir:
Suyun yanmasına büyük miktarda ısının salınması eşlik eder. Bu, hidrojenin oksijenle oksitlenerek H2O oksit oluşturduğu ekzotermik bir bileşik reaksiyonudur. Aynı zamanda hidrojenin oksitlendiği ve oksijenin indirgendiği bir redoks reaksiyonudur.
Cl2 ile reaksiyon, hidrojen klorür oluşturmak için benzer şekilde gerçekleşir.
Azotun hidrojenle etkileşimi, yüksek sıcaklık ve yüksek basıncın yanı sıra bir katalizörün varlığını gerektirir. Sonuç amonyaktır.
Kükürt ile reaksiyonun bir sonucu olarak, çürük yumurtaların karakteristik kokusu ile tanınması kolaylaştırılan hidrojen sülfür oluşur.
Bu reaksiyonlarda hidrojenin oksidasyon durumu +1 ve aşağıda açıklanan hidritlerde -1'dir.
Bazı metallerle reaksiyona girdiğinde hidritler oluşur, örneğin sodyum hidrit - NaH. Bu karmaşık bileşiklerin bazıları, termonükleer enerjinin yanı sıra roketler için yakıt olarak da kullanılıyor.
Hidrojen ayrıca karmaşık kategorideki maddelerle de reaksiyona girer. Örneğin bakır (II) oksit ile CuO formülü. Reaksiyonu gerçekleştirmek için, ısıtılmış toz bakır (II) oksit üzerinden bakır hidrojen geçirilir. Etkileşim sırasında reaktifin rengi değişir ve kırmızı-kahverengi olur ve su damlacıkları test tüpünün soğuk duvarlarına yerleşir.
Reaksiyon sırasında hidrojen oksitlenerek su oluşur ve bakır oksitten basit bir maddeye (Cu) indirgenir.
Uygulamalar
Hidrojen insanlar için büyük önem taşıyor ve çeşitli alanlarda kullanılıyor:
- Kimyasal üretimde hammadde, diğer endüstrilerde ise yakıttır. Petrokimya ve petrol rafineri işletmeleri hidrojen olmadan yapamazlar.
- Elektrik enerjisi endüstrisinde bu basit madde, soğutucu madde görevi görür.
- Demir ve demir dışı metalurjide hidrojen, indirgeyici ajan rolünü oynar.
- Bu, ürünleri paketlerken inert bir ortam yaratılmasına yardımcı olur.
- İlaç endüstrisi - hidrojen peroksit üretiminde reaktif olarak hidrojeni kullanır.
- Meteoroloji balonları bu hafif gazla doldurulur.
- Bu element aynı zamanda roket motorları için yakıt azaltıcı olarak da bilinir.
Bilim insanları oybirliğiyle enerji sektöründe hidrojen yakıtının liderliğini üstleneceğini öngörüyor.
Endüstride makbuz
Endüstride hidrojen, suda çözünmüş alkali metallerin klorürlerine veya hidroksitlerine maruz bırakılan elektroliz yoluyla üretilir. Bu yöntemle hidrojeni doğrudan sudan elde etmek de mümkündür.
Kok veya metanın su buharı ile dönüştürülmesi bu amaçlar için kullanılır. Metanın yüksek sıcaklıklarda ayrışması da hidrojen üretir. Kok fırını gazının fraksiyonel yöntemle sıvılaştırılması, endüstriyel hidrojen üretiminde de kullanılmaktadır.
Laboratuvarda elde edilen
Laboratuvarda hidrojen üretmek için Kipp cihazı kullanılıyor.
Reaktifler hidroklorik veya sülfürik asit ve çinkodur. Reaksiyon hidrojen üretir.
Doğada hidrojen bulmak
Hidrojen evrendeki diğer elementlerden daha yaygındır. Güneş ve diğer kozmik cisimler de dahil olmak üzere yıldızların büyük kısmı hidrojendir.
Yerkabuğunda ise sadece %0,15'tir. Pek çok mineralde, tüm organik maddelerde ve gezegenimizin yüzeyinin 3/4'ünü kaplayan suda bulunur.
Atmosferin üst katmanlarında saf hidrojen izleri bulunabilir. Ayrıca bazı yanıcı doğal gazlarda da bulunur.
Gaz halindeki hidrojen en az yoğun olanıdır ve sıvı hidrojen gezegenimizdeki en yoğun maddedir. Hidrojenin yardımıyla nefes alırken sesinizin tınısını değiştirebilir ve nefes verirken konuşabilirsiniz.
En güçlü hidrojen bombası en hafif atomun parçalanmasına dayanır.