Hidrogenul, ceea ce înseamnă sensul și interpretarea cuvântului, definiția termenului

(Hidrogenul din latină), cel mai ușor element chimic gazos este un membru al subgrupului IA al sistemului periodic de elemente, uneori se face referire la subgrupul VIIA. În atmosfera Pământului, hidrogenul într-o stare nelegată există doar o fracțiune de minut, cantitatea acestuia fiind de 1-2 părți la 1 500 000 de părți de aer. De obicei, se eliberează cu alte gaze în timpul erupțiilor vulcanilor, din puțurile de petrol și în locurile de descompunere a unor cantități mari de substanțe organice. Hidrogenul combină cu carbon și / sau oxigen în materie organică, cum ar fi carbohidrații, hidrocarburile, grăsimile și proteinele animale. În hidrosferă, hidrogenul face parte din apă - cel mai des întâlnit compus pe Pământ. În roci, soluri, soluri și alte părți ale crustei pământului, hidrogenul combină cu oxigen pentru a forma apă și hidroxid de ioni OH-. Hidrogenul reprezintă 16% din toți atomii din scoarța pământului, dar numai aproximativ 1% din masă, deoarece este de 16 ori mai ușor decât oxigenul. Masa Soarelui și a stelelor este de 70% compusă din plasma de hidrogen: în spațiu este cel mai comun element. Concentrația de hidrogen din atmosfera Pământului crește cu înălțimea datorită densității scăzute și abilității de a urca la înălțimi mari. Meteoritii descoperiți pe suprafața Pământului conțin 6-10 atomi de hidrogen la 100 de atomi de siliciu.







Istoric istoric. Un alt medic german și naturalist Paracelsus în secolul al XVI-lea. a stabilit combustibilitatea hidrogenului. În 1700 N. Lemery a descoperit că gazul eliberat prin acțiunea acidului sulfuric asupra fierului explodează în aer. Hidrogenul, ca element, la identificat pe G. Cavendish în 1766 și la numit "aer combustibil", iar în 1781 a demonstrat că apa este un produs al interacțiunii sale cu oxigenul. Hidrogenul latin, derivat din combinația greacă "dând naștere la apă", a fost alocat acestui element de către A. Lavoisier.

Caracteristici generale ale hidrogenului. Hidrogenul este primul element al sistemului periodic de elemente; atomul său constă dintr-un proton și un electron care se rotește în jurul acestuia (vezi și SISTEMUL PERIODIC AL ELEMENTELOR). Unul din 5000 atomi de hidrogen diferă prin prezența în nucleu a unui neutron, mărind masa nucleului de la 1 la 2. Acest izotop al hidrogenului se numește deuteriu 21H sau 21D. Un alt izotop mai rar al hidrogenului conține două neutroni în nucleu și se numește tritiu 31H sau 31T. Tritiuul este radioactiv și se descompune prin eliberarea heliului și a electronilor. Nucleul diferiților izotopi de hidrogen se disting prin rotirea protonilor.

Hidrogenul poate fi obținută prin: a) acțiunea metalului activ în apă, b) acțiunea acizilor asupra anumitor metale, c) acțiunea bazelor de pe siliciu și unele metale amfotere, g) acțiunea aburului supraîncălzit la cărbune și metan, precum și fier, d) descompunerea electrolitică de apă și de descompunere termică a hidrocarburilor. hidrogen chimic Activitatea este determinată de capacitatea sa de a dona electroni la un alt atom sau socializezi sa aproape în mod egal celorlalte elemente în formarea unei legături chimice sau atașați un alt electron element dintr-un compus chimic numit hidrură.

Hidrogenul produs de industrie consumă cantități uriașe pentru sinteza amoniacului, acidului azotic, hidrurilor metalice. Industria alimentară folosește hidrogen pentru hidrogenarea (hidrogenarea) uleiurilor vegetale lichide în grăsimi solide (de exemplu, margarină). În hidrogenare, uleiurile organice saturate conținând legături duble între atomii de carbon sunt convertite în cele saturate având legături singulare de carbon-carbon.

Hidrogenul lichid de mare puritate (99,9998%) este utilizat în rachetele spațiale drept combustibil foarte eficient.

Proprietăți fizice. Lichefierea și solidificarea hidrogenului necesită temperaturi foarte scăzute și presiune ridicată (vezi. Proprietățile tabelul I). În condiții normale, hidrogen - gaz incolor, inodor și fără gust, foarte ușor: 1 litru de hidrogen la 0. C și presiunea atmosferică are o greutate de 0.08987 g (densitate cf. aerului și heliu 1.2929 și 0.1785 g / l. cu toate acestea balon umplut cu heliu și având același ascensor ca un balon cu hidrogen, ar trebui să fie mai mare volum de 8%). Tabelul prezintă unele dintre proprietățile fizice și termodinamice ale hidrogenului.

Structura atomului. hidrogen neutru (protiu) este format din două particule fundamentale (electroni și protoni) și are o greutate atomică 1. Datorită mișcării de mare viteză a electronilor (2,25 km / s sau 7? 1015 vol. / S) și corpusculare sale dualistică natura val este imposibil să se stabilească cu precizie coordonatele (pozitie) ale electronului la un moment dat în timp, dar există unele zone ale probabilitate ridicată de a găsi un electron, iar ele determină mărimea unui atom. Cele mai multe dintre proprietățile chimice și fizice ale hidrogenului, în special cele care aparțin de excitație (energia de absorbție) matematic prezis cu exactitate (a se vedea. Spectroscopy). Hidrogenul este similar cu metalele alcaline în faptul că toate aceste elemente sunt capabile să doneze un atom acceptor de electroni pentru a forma o legătură chimică, care poate varia de la (transfer de electroni), parțial ion la legarea covalentă (pereche de electroni total). Cu un acceptor puternic de electroni, hidrogenul formează un ion pozitiv de H +, adică protoni. In electron orbita atomul de hidrogen poate fi de 2 electroni, cu toate acestea, hidrogenul este capabil de a accepta un electron pentru a forma un H- ion negativ, ion hidrură, și hidrogen este în comun cu halogen, care se caracterizează prin adoptarea unui electron pentru a forma un tip negativ halogenură Cl- ion. Dualismul hidrogen se reflectă în faptul că, în tabelul periodic al elementelor aranjate în subgrupele IA (metale alcaline) sale și, uneori, - (. vezi și chimie) un subgrup VIIA (halogeni).







Proprietăți chimice. Proprietățile chimice ale hidrogenului sunt determinate de electronul său unic. Cantitatea de energie necesară pentru a detașa acest electron este mai mare decât orice agent chimic chimic cunoscut poate oferi. Prin urmare, legătura chimică a hidrogenului cu alți atomi este mai aproape de covalent decât de ioni. O legătură pur covalentă apare când se formează o moleculă de hidrogen:

Atunci când se formează un mol (adică 2 g) de H2, se eliberează 434 kJ. Chiar și la 3000 K, gradul de disociere a hidrogenului este foarte scăzut și este de 9,03%, la 5000 K ajunge la 94% și numai la 10.000 K disocierea devine completă. Prin formarea a două moli (36 g) de apă din hidrogenul atomic și oxigenul (4H + 02.2H2O), se eliberează mai mult de 1250 kJ și temperatura ajunge la 3000-4000. C, în timp ce arderea hidrogenului molecular (2H2 + O2, 2H2O) eliberează doar 285,8 kJ și temperatura flacării atinge numai 2500 ° C.

La temperatura camerei, hidrogenul este mai puțin reactiv. Pentru a iniția cele mai multe reacții, este necesară ruperea sau slăbirea legăturii puternice H-H, consumând o mulțime de energie. Reacțiile de hidrogen crește odată cu utilizarea catalizatorului (metale din grupa platinei, oxizi ai metalelor de tranziție sau grele) molecule și metode de excitație (lumină, descărcare electrică, cu arc electric, temperaturi ridicate). În aceste condiții, hidrogenul reacționează cu aproape orice element, cu excepția gazelor nobile. Elementele alcaline și alcalino-pământoase active (de exemplu, litiu și calciu) reacționează cu hidrogen, ca donor de electroni și care formează compus numit hidruri sare (2Li + H2 2LiH; .. Ca + H2 CaH2).

În general, hidrurile sunt compuși care conțin hidrogen. O mare varietate de proprietăți ale acestor compuși (în funcție de atomul legat la hidrogen) este explicată prin posibilitățile de hidrogen pentru a se manifesta o încărcare de la -1 la practic +1. Acest lucru se manifestă în mod clar în similitudinea LiH și CaH2 și a sărurilor de tip NaCl și CaCl2. Se crede că în hidruri hidrogenul este încărcat negativ (H-); un astfel de ion este un agent reducător într-un mediu apos acid: 2H-H2 + 2e + 2,25B. Ion H- este capabil să reducă protonul de apă H + la hidrogen gazos: H- + H2O. H2 + OH-.

Compușii de hidrogen cu bor-borohidruri (borohidruri) - reprezintă o clasă neobișnuită de substanțe numite borani. Cel mai simplu reprezentant al acestora este BH3, care există doar în forma stabilă de diboran B2H6. Compușii cu un număr mai mare de atomi de bor sunt obținuți în moduri diferite. Este cunoscut, de exemplu, B4H10 tetraborane, B5H9 pentaborane B5H11 stabila si instabila pentaborane, B6H10 geksaboran, B10H14 decaboran. Diboranul pot fi obținute de la BCI3 și H2 prin intermediarul B2H5Cl, care la 0. disproportionates C la B2H6, și reacția dintre hidrură de litiu și aluminiu Lih sau LiAlH4 c BCI3. În hidrură de litiu aluminiu (compus complex - hidrură de sare), patru atomi de hidrogen formează legături covalente cu Al, dar există o legătură ionică Li + c -. Un alt exemplu de ion care conține hidrogen este ionul BH4-borohidrură. Mai jos este o clasificare aproximativă a hidrurilor prin proprietățile lor, în funcție de poziția elementelor din sistemul periodic de elemente. Hidrurile metalice de tranziție se numesc metal sau intermediar și adesea nu formează compuși stoichiometrici, adică raportul atomilor de hidrogen la metal nu este exprimat ca un număr întreg, de exemplu, hidrura de vanadiu VH0.6 și hidrură de toriu ThH3.1. metale din grupa platinei (Ru, Rh, Pd, Os, Ir și Pt) absorb activ hidrogen și servesc catalizatori eficienți pentru reacțiile de hidrogenare (de exemplu hidrogenarea uleiurilor lichide pentru a forma grăsimi, convertiri azot pentru sinteza amoniacului din CO metanol CH3OH). Hydridele Be, Mg, Al și subgrupurile Cu, Zn, Ga sunt polari, instabili din punct de vedere termic.

Nemetalele formează hidruri volatile cu formula generală MHx (x este un număr întreg) cu un punct de fierbere relativ scăzut și presiune ridicată a vaporilor. Aceste hidruri sunt semnificativ diferite de hidrurile de sare, în care hidrogenul are o încărcătură mai negativă. În hidrurile volatile (de exemplu, hidrocarburi), predomină legătura covalentă dintre neemetali și hidrogen. Deoarece natura nonmetalică crește, se formează compuși cu o legătură parțial ionică, de exemplu, H + Cl-, (H2) 2 + O2-, N3- (H3) 3+. Exemple separate de formare a diferitelor hidruri sunt date mai jos (în paranteze, este indicată căldura de formare a hidrurilor):

Datorită proximității proprietăților antium și deuteriului, este posibil să se înlocuiască împotriva vulturii cu deuteriu. Astfel de compuși sunt denumiți așa-numiți etichete. Prin amestecarea unui compus de deuteriu cu o substanță obișnuită conținând hidrogen, se pot studia căile, natura și mecanismul multor reacții. Această metodă este utilizată pentru a studia reacțiile biologice și biochimice, de exemplu, procesele de digestie.

Al treilea izotop de hidrogen, tritiu (31T), este prezent în natură în cantități mici. Spre deosebire de deuteriumul stabil, tritiumul este radioactiv și are un timp de înjumătățire de 12,26 ani. Tritiumul se descompune la heliu (32He) cu eliberarea particulei a (electron). Tritiuul și tritidele de metale sunt utilizate pentru producerea energiei nucleare; de exemplu, într-o bombă cu hidrogen se produce următoarea reacție de sinteză termonucleară:

21H + 31H. 42He + 10n + 17,6 MeV

Producerea de hidrogen. Adesea, utilizarea ulterioară a hidrogenului este determinată de natura producției însăși. În unele cazuri, de exemplu în sinteza amoniacului, cantitățile mici de azot din hidrogenul inițial, desigur, nu sunt o impuritate dăunătoare. Un amestec de monoxid de carbon (II) nu va fi, de asemenea, o piedică în cazul utilizării hidrogenului ca agent reducător.

1. Cea mai mare producție de hidrogen se bazează pe conversia catalitică a hidrocarburilor cu vapori de apă conform schemei CnH2n + 2 + nH2O. nCO + (2n + 1) H2 și CnH2n + 2 + 2nH2O. nCO2 + (3n + 1) H2. Temperatura procesului depinde de compoziția catalizatorului. Se știe că temperatura de reacție cu propan poate fi redusă la 370 ° C utilizând bauxita ca catalizator. Până la 95% din CO produs este consumat în timpul reacției ulterioare cu vaporii de apă:

H2O + CO. CO2 + H2

2. Metoda gazelor de apă oferă o parte semnificativă din producția totală de hidrogen. Esența metodei este reacția vaporilor de apă cu cocsul pentru a forma un amestec de CO și H2. Reacția este endotermică (aH = 121,8 kJ / mol) și se realizează la 1000 ° C. Cocsul încălzit este tratat cu abur; amestecul de gaze purificate care rezultă conține puțin hidrogen, un procent mare de CO și un amestec mic de CO2. Pentru a crește randamentul H2, monoxidul de CO este îndepărtat prin tratare ulterioară cu abur la 370 ° C, producând astfel mai mult CO2. Dioxidul de bioxid de carbon este destul de ușor de îndepărtat, trecând amestecul de gaz printr-un epurator, udat de apă contra-curentă.

3. Electroliza. În procesul electrolitic, hidrogenul este de fapt un produs secundar al producerii principalelor produse - clor și alcalii (NaOH). Electroliza se efectuează într-un mediu apos ușor alcalin la 80 ° C și o tensiune de aproximativ 2V utilizând un catod de fier și un anod de nichel:

4. Metoda de fier-fier, conform căreia aburul se află la 500-1000. C este trecut peste fier: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160,67 kJ. Hidrogenul obținut prin această metodă este de obicei utilizat pentru hidrogenarea grăsimilor și a uleiurilor. Compoziția oxidului de fier depinde de temperatura procesului; la

Poate că veți fi interesați să învățați sensul lexical, direct sau portabil al acestor cuvinte:

transportul de apă - un tip de transport, care efectuează transportul de pasageri și mărfuri prin.
scufundări este o ramură a activității industriale legate de scufundări.
tratarea apei - procesul de îndepărtare din apă a apelor naturale, a celor casnice și industriale.
căderea liberă a căderii de apă de pe o stâncă abruptă. Multe.
cascada: cele mai renumite cascade din lume - la articolul WATERFALL Anhel pe râul Churun ​​(bazinul râului Caroni, Venezuela).
Bomba cu hidrogen este o armă de mare putere distructivă (de ordinul megatonilor din TNT.
Alge - (Alge), un grup vast și eterogen de plante primitive asemănătoare plantelor.
alge: alge în trecut - la articolul ALGAE Este probabil ca unele forme de alge.
alge: clasificarea algelor - la articolul ALGAE În trecut, algele erau considerate plante primitive.
Alge: Spread și Ecologie - Spre alge Alge Alge acvatice. E greu de găsit pe planetă.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: