Hidrojeni H ni kipengele cha kemikali, kimojawapo kinachojulikana sana katika Ulimwengu wetu. Wingi wa hidrojeni kama kipengele katika utungaji wa dutu ni 75% ya jumla ya maudhui ya atomi za aina nyingine. Imejumuishwa katika uhusiano muhimu zaidi na muhimu kwenye sayari - maji. Kipengele tofauti cha hidrojeni pia ni kwamba ni kipengele cha kwanza katika mfumo wa mara kwa mara wa vipengele vya kemikali vya D. I. Mendeleev.
Ugunduzi na uchunguzi
Marejeleo ya kwanza ya haidrojeni katika maandishi ya Paracelsus yalianza karne ya kumi na sita. Lakini kutengwa kwake na mchanganyiko wa gesi ya hewa na utafiti wa mali zinazowaka tayari zilifanywa katika karne ya kumi na saba na mwanasayansi Lemery. Haidrojeni ilichunguzwa kwa kina na mwanakemia wa Kiingereza, mwanafizikia na mwanasayansi wa asili Henry Cavendish, ambaye alithibitisha kwa majaribio kwamba wingi wa hidrojeni ni mdogo zaidi kwa kulinganisha na gesi nyingine. Katika hatua zilizofuata za maendeleo ya sayansi, wanasayansi wengi walifanya kazi naye, haswa Lavoisier, ambaye alimwita "kuzaa maji."
Tabia kulingana na nafasi katika PSHE
Kipengele kinachofungukajedwali la mara kwa mara la D. I. Mendeleev, ni hidrojeni. Sifa za kimaumbile na za kemikali za atomi zinaonyesha uwili, kwani hidrojeni wakati huo huo hupewa kikundi cha kwanza, kikundi kikuu, ikiwa hufanya kama chuma na kutoa elektroni moja katika mchakato wa mmenyuko wa kemikali, na ya saba - katika kesi ya kujazwa kamili kwa ganda la valence, ambayo ni, chembe hasi ya mapokezi, ambayo inaashiria kuwa sawa na halojeni.
Vipengele vya muundo wa kielektroniki wa kipengele
Sifa za atomi ya hidrojeni, dutu changamano ambayo ni sehemu yake, na dutu rahisi H2 hubainishwa kimsingi na usanidi wa elektroni wa hidrojeni. Chembe ina elektroni moja yenye Z=(-1), ambayo huzunguka katika obiti yake kuzunguka kiini, iliyo na protoni moja yenye uzito wa kitengo na chaji chanya (+1). Usanidi wake wa kielektroniki umeandikwa kama 1s1, ambayo ina maana kuwepo kwa chembe moja hasi katika obiti ya kwanza kabisa na pekee ya hidrojeni.
Elektroni inapotengwa au kutolewa, na atomi ya kipengele hiki ina sifa ambayo inahusiana na metali, mwuko hupatikana. Kwa kweli, ioni ya hidrojeni ni chembe chanya ya msingi. Kwa hivyo, hidrojeni isiyo na elektroni inaitwa protoni.
Tabia za kimwili
Ikiwa tutaelezea kwa ufupi sifa halisi za hidrojeni, basi ni gesi isiyo na rangi, mumunyifu kidogo na misa ya atomiki inayolingana na 2, 14.5 nyepesi kuliko hewa, yenye halijoto.umiminiko wa nyuzi joto -252.8.
Unaweza kuona kwa urahisi kutoka kwa matumizi kuwa H2 ndiyo rahisi zaidi. Ili kufanya hivyo, inatosha kujaza mipira mitatu na vitu mbalimbali - hidrojeni, dioksidi kaboni, hewa ya kawaida - na wakati huo huo kutolewa kutoka kwa mkono wako. Ile iliyojazwa CO2 itafika ardhini haraka kuliko mtu mwingine yeyote, baada yake mchanganyiko wa hewa iliyochangiwa itashuka, na ile iliyo na H2 itapanda hadi kwenye dari.
Ukubwa mdogo na ukubwa wa chembe za hidrojeni huhalalisha uwezo wake wa kupenya kupitia vitu mbalimbali. Kwa mfano wa mpira huo huo, hii ni rahisi kudhibitisha, katika siku chache itajifuta yenyewe, kwani gesi itapita tu kwenye mpira. Pia, hidrojeni inaweza kujilimbikiza katika muundo wa baadhi ya metali (palladiamu au platinamu), na kuyeyuka kutoka kwayo wakati halijoto inapoongezeka.
Sifa ya umumunyifu wa chini wa hidrojeni hutumika katika mazoezi ya maabara kwa kutengwa kwa njia ya uhamishaji wa maji. Sifa halisi za hidrojeni (jedwali hapa chini lina vigezo kuu) huamua upeo wa matumizi yake na mbinu za uzalishaji.
| Kigezo cha atomi au molekuli ya dutu rahisi | Maana |
| Misa ya atomiki (molar mass) | 1.008 g/mol |
| Mipangilio ya kielektroniki | sekunde11 |
| Mini ya kioo | Hexagonal |
| Mwengo wa joto | (300 K) 0.1815 W/(m K) |
| Msongamano katika n. y. | 0, 08987 g/l |
| Kiwango cha kuchemsha | -252, 76 °C |
| Thamani mahususi ya kalori | 120, 9 106 J/kg |
| Kiwango myeyuko | -259, 2 °C |
| Umumunyifu wa maji | 18, 8ml/L |
Utunzi wa isotopiki
Kama wawakilishi wengine wengi wa mfumo wa upimaji wa elementi za kemikali, hidrojeni ina isotopu kadhaa za asili, yaani, atomi zilizo na idadi sawa ya protoni kwenye kiini, lakini idadi tofauti ya neutroni - chembe zenye chaji sifuri na kitengo. wingi. Mifano ya atomi zilizo na sifa hii ni oksijeni, kaboni, klorini, bromini na zingine, zikiwemo zenye mionzi.
Tabia za kimaumbile za hidrojeni 1H, wawakilishi wanaojulikana zaidi wa kikundi hiki, hutofautiana kwa kiasi kikubwa na sifa zile zile za wenzao. Hasa, sifa za dutu ambazo zinajumuishwa hutofautiana. Kwa hivyo, kuna maji ya kawaida na yaliyopunguzwa, yaliyo na muundo wake badala ya atomi ya hidrojeni yenye protoni moja, deuterium 2H - isotopu yake yenye chembe mbili za msingi: chanya na isiyochajiwa. Isotopu hii ni nzito mara mbili kuliko hidrojeni ya kawaida, ambayo inaelezea tofauti ya kimsingi katika mali ya misombo inayounda. Kwa asili, deuterium ni adimu mara 3200 kuliko hidrojeni. Mwakilishi wa tatu ni tritium 3Н, kwenye kiini ina neutroni mbili na protoni moja.
Njia za kupata na kuchagua
Njia za kimaabara na za viwandani za kutengeneza hidrojeni ni tofauti sana. Ndiyo, kwa kiasi kidogogesi huzalishwa hasa kutokana na athari zinazohusisha madini, huku uzalishaji mkubwa ukitumia usanisi-hai kwa kiwango kikubwa zaidi.
Muingiliano ufuatao wa kemikali hutumika kwenye maabara:
- Mwitikio wa madini ya alkali na alkali ya ardhini kwa maji kuunda alkali na gesi inayotakikana.
- Umeme wa myeyusho wa elektroliti yenye maji, H2↑ hutolewa kwenye anode, na oksijeni hutolewa kwenye kathodi.
- Mtengano wa hidridi za metali za alkali kwa maji, bidhaa hizo ni alkali na, ipasavyo, H gesi2↑.
- Mmenyuko wa asidi dilute kwa metali kuunda chumvi na H2↑.
- Kitendo cha alkali kwenye silicon, alumini na zinki pia huchangia utolewaji wa hidrojeni sambamba na uundaji wa chumvi changamano.
Kwa maslahi ya viwanda, gesi hupatikana kwa mbinu kama vile:
- Mtengano wa joto wa methane katika uwepo wa kichocheo cha vitu vyake rahisi (digrii 350 hufikia thamani ya kiashirio kama vile halijoto) - hidrojeni H2↑ na kaboni C.
- Kupitisha maji yenye mvuke kupitia koka kwa nyuzi joto 1000 kuunda dioksidi kaboni CO2 na H2↑ (njia inayojulikana zaidi).
- Kubadilika kwa methane ya gesi kwenye kichocheo cha nikeli katika halijoto inayofikia digrii 800.
- Hidrojeni ni zao la ziada la usanikishaji umeme wa miyeyusho yenye maji ya potasiamu au kloridi ya sodiamu.
Kemikalimwingiliano: jumla
Sifa za kimaumbile za hidrojeni kwa kiasi kikubwa huelezea tabia yake katika michakato ya athari na mchanganyiko mmoja au mwingine. Valency ya hidrojeni ni 1, kwa kuwa iko katika kundi la kwanza katika meza ya mara kwa mara, na kiwango cha oxidation kinaonyesha tofauti. Katika misombo yote, isipokuwa hidridi, hidrojeni katika s.o.=(1+), katika molekuli kama ХН, ХН2, ХН3 - (1 -).
Molekuli ya gesi ya hidrojeni, iliyoundwa kwa kuunda jozi ya elektroni ya jumla, inajumuisha atomi mbili na ni thabiti kabisa kwa nguvu, ndiyo maana katika hali ya kawaida haijizi kwa kiasi fulani na huingia katika athari wakati hali ya kawaida inabadilika. Kulingana na kiwango cha uoksidishaji wa hidrojeni katika utungaji wa vitu vingine, inaweza kufanya kazi kama wakala wa vioksidishaji na wakala wa kupunguza.
Vitu ambavyo humenyuka na kutengeneza hidrojeni
Muingiliano wa vipengele kuunda dutu changamano (mara nyingi katika halijoto ya juu):
- Metali ya alkali na alkali ya ardhini + hidrojeni=hidridi.
- Halojeni + H2=halidi hidrojeni.
- Sulfuri + hidrojeni=sulfidi hidrojeni.
- Oksijeni + H2=maji.
- Kaboni + hidrojeni=methane.
- Nitrojeni + H2=amonia.
Muingiliano na dutu changamano:
- Kuzalisha gesi ya usanisi kutoka kwa monoksidi kaboni na hidrojeni.
- Urejeshaji wa metali kutoka kwa oksidi zake kwa kutumia H2.
- Mjazo wa hidrojeni wa alifati isiyojaahidrokaboni.
Bondi ya haidrojeni
Sifa za kimaumbile za hidrojeni ni hivi kwamba huiruhusu, ikiwa imeunganishwa na kipengele cha elektroni, kuunda aina maalum ya dhamana yenye atomi sawa kutoka kwa molekuli za jirani ambazo zina jozi za elektroni ambazo hazijashirikiwa (kwa mfano, oksijeni, nitrojeni na florini). Mfano wazi zaidi ambao ni bora kuzingatia jambo kama hilo ni maji. Inaweza kusema kuwa inaunganishwa na vifungo vya hidrojeni, ambavyo ni dhaifu zaidi kuliko covalent au ionic, lakini kutokana na ukweli kwamba kuna wengi wao, wana athari kubwa juu ya mali ya dutu. Kimsingi, uunganishaji wa hidrojeni ni mwingiliano wa kielektroniki ambao huunganisha molekuli za maji kuwa dimers na polima, na hivyo kusababisha kiwango chake cha juu cha kuchemka.
Hidrojeni katika misombo ya madini
Muundo wa asidi zote isokaboni ni pamoja na protoni - muunganisho wa atomi kama vile hidrojeni. Dutu ambayo mabaki ya asidi yana hali ya oksidi kubwa kuliko (-1) inaitwa kiwambo cha polibasic. Ina atomi kadhaa za hidrojeni, ambayo hufanya kutengana katika mimumunyo ya maji kuwa nyingi. Kila protoni inayofuata hutengana na asidi iliyobaki kuwa ngumu zaidi. Kwa kiasi cha kiasi cha hidrojeni katika wastani, asidi yake hubainishwa.
Hidrojeni pia ina vikundi vya besi haidroksili. Ndani yao, hidrojeni imeunganishwa na atomi ya oksijeni, kwa sababu hiyo, hali ya oxidation ya mabaki haya ya alkali daima ni sawa na (-1). Maudhui ya haidroksili katika wastani huamua msingi wake.
Maombi katika shughuli za binadamu
Mitungi yenye dutu, pamoja na kontena zilizo na gesi zingine zilizoyeyuka, kama vile oksijeni, zina mwonekano maalum. Wamepakwa rangi ya kijani kibichi na uandishi wa "Hydrojeni" nyekundu nyekundu. Gesi hutupwa kwenye silinda kwa shinikizo la angahewa 150 hivi. Sifa za kimaumbile za hidrojeni, hasa wepesi wa hali ya mkusanyiko wa gesi, hutumika kuijaza katika mchanganyiko na puto za heliamu, puto, n.k.
Hidrojeni, sifa za kimwili na kemikali ambazo watu walijifunza kutumia miaka mingi iliyopita, inatumika kwa sasa katika viwanda vingi. Wengi wao huenda kwenye uzalishaji wa amonia. Hidrojeni pia inahusika katika utengenezaji wa metali (hafnium, germanium, gallium, silicon, molybdenum, tungsten, zirconium, na zingine) kutoka kwa oksidi, ikitenda kama wakala wa kupunguza, asidi ya hidrocyani na hidrokloric, pombe ya methyl, na kioevu bandia. mafuta. Sekta ya chakula huitumia kubadilisha mafuta ya mboga kuwa mafuta magumu.
Imebaini sifa za kemikali na matumizi ya hidrojeni katika michakato mbalimbali ya utiaji hidrojeni na utiaji hidrojeni ya mafuta, makaa, hidrokaboni, mafuta na mafuta ya mafuta. Kwa msaada wake, mawe ya thamani, taa za incandescent hutolewa, bidhaa za chuma zinatengenezwa na kuunganishwa chini ya ushawishi wa moto wa oksijeni-hidrojeni.
