Hidrogenul este un element chimic, primul fiind în sistemul periodic al DI Mendeleyev. Masa atomică este 1,00792. În condiții normale, hidrogenul - gaz, fără culoare, miros și gust, este de 14,38 ori mai ușor decât aerul. Densitate 0,089870 g / l la temperatura zero și la presiunea normală. Temperatura critică este -240 ° C. Formula chimică este H. În condiții normale, molecula de hidrogen este diatomică - H2.
Principalele metode de producere a hidrogenului sunt electroliza apei, răcirea profundă a amestecurilor de gaze, metoda fier-abur etc. (vezi Metode de obținere a hidrogenului).
Când hidrogenul arde în oxigen, se formează o flacără curată, neagră și fără flacără, cu o temperatură de până la 2800 ° C.
Teoretic, pentru combustia completa a 1 mg de hidrogen, este necesara o cantitate de oxigen de 0,5 mg. Aproape 0,25 mg de oxigen este alimentat în arzător pentru 1 mg de hidrogen.
Hidrogenul a fost cunoscut încă din secolul al XVI-lea. Alchimii au observat că interacțiunea piliturilor de fier cu acid clorhidric sau sulfuric eliberează "aer combustibil" sau "aer artificial". Era hidrogen. Cu toate acestea, el a fost încă considerat a fi aer, care, din anumite motive, a primit capacitatea de a arde.
Cu toate acestea, judecata finală privind "gazele combustibile", precum și oxigenul, aparține lui Antoine Laurent de Lavoisier. El a repetat experiența lui Cavendish. a pus noi experimente și a demonstrat că "aerul combustibil" este o substanță simplă, că apa nu este un corp simplu, ci o combinație chimică a două elemente - hidrogen și oxigen. Lavoisier a dat numele de "aer combustibil" pentru a hidrogena (de la grec "dând naștere la apă").
Primele denumiri rusești de hidrogen sunt interesante. "Gaz de apă-om", "om de apă" Simplitatea hidrogenului, probabil, a lovit primele observatori mai mult decât restul proprietăților sale. Chiar ne-am gândit că el era acel phlogiston misterios "greutate negativă", care, penetrandu-se în corp, le spune capacitatea de a arde.
În 1794, un interes pur militar a apărut pentru hidrogen. La acel moment, aceasta a fost deja inventat baloane umplute cu aer cald - baloane cu aer cald Ei au fost numiți atât în onoarea frații Montgolfier francezi, a făcut primul zbor pe o astfel de balon în 1783
Avantajele hidrogenului față de aerul încălzit au fost evidente. Aerul încălzit a avut o forță de ridicare până când s-a răcit la temperatura ambiantă. În consecință, pentru a face un zbor mai mult sau mai puțin prelungit, a fost necesar să ținem focul sub deschiderea balonului în gondola pilotului, pentru a încălzi aerul. Desigur, acest lucru a fost periculos și a dus la catastrofe tragice. Și hidrogenul va fi întotdeauna mai ușor decât aerul de mai mult de 14 ori. Și nu trebuie să fie încălzit, dimpotrivă - pentru a fi protejat de foc.
Lavoisier a dezvoltat o metodă industrială de producere a hidrogenului. numit "fier-abur". Sa concluzionat în cele ce urmează. Perechi de apă de la boiler au intrat în țevi de fier umplut cu fier de fier. Țevile au fost încălzite în brazieri - reacția chimică a deplasării de hidrogen cu fier din apă cu formarea scării de fier a fost continuată:
Excesul de vapori de apă care curge continuu în țeavă a trecut prin frigider, iar hidrogenul a fost direcționat prin conducte spre balon și la umflat.
Atunci când fierul este consumat, acesta poate fi obținut din nou de la scara incandescență, dacă prin conductă trece gazul ușor. Ecuația arată că 3 × 56 = 168 g de fier poate înlocui 8 g de hidrogen sau 4 × 22,4 = 89,6 l de hidrogen
Baloanele umplute cu hidrogen au fost folosite pentru prima dată de trupele revoluționare din Franța la bătălia de la Floryus în 1794.
În războaiele din anii 1904-1905 și 1914-1918. frânghiile legate cu frânghii servite în principal pentru a monitoriza vederea focului de artilerie, mișcarea trupelor. În timpul Marelui Război Patriotic din 1941-1945. au protejat țintele militare de avioanele inamice. Piloții, temându-se de coliziuni cu aerostate și frânghii, au zburat la altitudine mare, astfel că bombardamentele lor au pierdut din vedere.
Primul zbor din lume a unui balon cu un scop științific om de știință comis Iakov Dmitrievich Zaharov în 1804 și în 1887 pentru a observa eclipsa solara si studiul de aer zburat Dmitri Ivanovici Mendeleev.
Principalele direcții de utilizare a hidrogenului sunt:
- industria chimica - sinteza amoniacului, metanolului, hidrocarburilor;
- industria alimentară - producția de proteine alimentare;
- petrochimie - rafinarea petrolului (curățarea hidrogenesis a produselor petroliere);
- autovehicule - autovehicule pe hidrogen lichid și gazos;
- construcție de mașini - pentru sudarea și tăierea metalelor.
Hidrogenul a fost utilizat ca gaz de protecție chiar și la primele încercări de a proteja spațiul arcului de aer. Cu toate acestea, hidrogenul poate avea un efect dăunător în mai multe cazuri. Acest lucru se explică prin formarea de pori în aplicarea hidrogenului în metalul de sudură. și este, de asemenea, unul dintre principalii factori în formarea fisurilor reci. Cu o creștere a grosimii elementelor sudate, porozitatea metalului de sudură devine semnificativă. Prin urmare, utilizarea sa în viitor a fost semnificativ limitată. În forma sa pură (și într-un amestec de hidrogen-azot, obținute prin disocierea amoniacului), este utilizat în prezent în sudarea hidrogenului atomic (deși această metodă în sine este acum înlocuit de alții, în special sudura TIG).
În cazul în care un flux de hidrogen a trecut prin flacără arc electric, hidrogenul se disociază în atomi, cu o cantitate considerabilă de absorbție a căldurii (103,6 kcal / mol), ceea ce conduce la o creștere semnificativă a tensiunii arcului. Ea devine stabilă numai când crește tensiunea sursei de curent. De exemplu, atunci când modurile de sudura hidrogenului atomic mai eficient „apel“ atunci când electrod tungsten cu arc și curentului 20-10 A Tensiunea arcului este de aproximativ 100 A, sursa de alimentare cu tensiune de mers în gol nu trebuie să fie mai mică de 200-220 V (în mod obișnuit aproximativ 300 V ). În acest caz, hidrogenul nu este doar un gaz de protecție, ci transferă, de asemenea, energia termică din arc la suprafața produsului care nu este inclus în circuitul curent.
Hidrogenul atomic format este direcționat către o suprafață sudată solidă în care se produce încălzirea și topirea metalului datorită absorbției căldurii. care este eliberat atunci când atomii de hidrogen sunt recombinați la hidrogen molecular. Asociația hidrogenului atomic pe o suprafata de metal rece (inclusiv topitură, deoarece punctul de topire al majorității metalelor este sub temperatura de posibila existență a unor cantități apreciabile de hidrogen atomic) conduce la generarea de căldură consumată într-un arc pe disociere. Datorită evoluției căldurii, temperatura suprafeței metalice sudate crește la 3528-4028 ° C. Acest proces atomic sudare hidrogen și permite sudarea metalelor cele mai refractare, din oțel inoxidabil, materiale rezistente la coroziune, din metale neferoase.
În ciuda faptului că atmosfera din jurul metalului cu sudarea hidrogenului atomic este un amestec de hidrogen molecular și atomic, în absența metalului, o cantitate semnificativă de oxizi de cusăturilor obținute suficient de dense și aplicate din oțel moale nu au un număr mare de hidrogen de difuzie mobile și reziduală.
În protecția cu jet, uneori se utilizează o baie de apă. Cu toate acestea, în acest caz, calitatea sudurii este mult mai puțin stabilă decât în sudarea cu arc cu dioxid de carbon. În legătură cu aceasta, un astfel de proces nu a fost diseminat pe scară largă.
Amestecurile argon-hidrogen (15% H2) sunt utilizate pentru sudarea TIG a oțelului inoxidabil austenitic pentru a crește tensiunea arcului, a crește eficiența căldurii și a reduce oxidarea. O temperatură mai ridicată și comprimarea arcului, la rândul său, mărește adâncimea de penetrare a metalului. Cu toate acestea, este necesar să se ia în considerare posibilitatea influenței dăunătoare a dizolvării hidrogenului în metal. Mai mult, hidrogenul este utilizat în zone speciale de sudare și metalurgie, de exemplu în metalurgia pulberilor în timpul sinterizării produselor din materiale pulverulente.
În alte cazuri, utilizarea hidrogenului și a gazelor conținând hidrogen ca protecție la sudarea cu arc este impracticabilă.
Hidrogenul este utilizat pentru a forma amestecuri formate în plasmă în sudarea și tăierea cu plasmă. Astfel, pentru a proteja baia de sudură de oxidare în timpul sudării în plasmă a oțelului aliat, a cuprului, a nichelului și a aliajelor bazate pe acesta, se utilizează un amestec de argon cu 5-8% hidrogen.
Argon-hidrogen amestec, care are până la 20% H2. utilizat în sudarea cu plasmă. Prezența hidrogenului în amestec asigură comprimarea coloanei de plasmă, făcând-o mai concentrată. În plus, hidrogenul creează o atmosferă necesară, în unele cazuri, o reducere.
Atunci când se lucrează cu hidrogen, o atenție deosebită trebuie acordată etanșeității echipamentelor și liniilor de gaz. deoarece hidrogenul este capabil să pătrundă prin cele mai mici scurgeri, formând concentrații explozive cu aerul. Într-un amestec cu oxigen (2: 1) se formează un amestec exploziv, numit gaz de zgomot.
Temperatura de autoaprindere este de 510 ° C. Hidrogenul este inerțial fiziologic, la concentrații ridicate cauzează sufocarea. La presiune ridicată apare un efect narcotic. Când lucrați într-un mediu cu hidrogen, este necesar să folosiți măști izolate (oxigen sau furtun).
Hidrogenul tehnic este livrat în conformitate cu GOST 3022. Hidrogenul este depozitat și transportat în cilindri de oțel cu o capacitate de 40 și 50 dm3 în conformitate cu GOST 949 la o presiune de 15 MPa. Balonat într-o culoare verde închis, cu o inscripție roșie "HIDROGEN".
Coeficienții transferului de volum și masă de hidrogen la T = 15 ° C și P = 0,1 MPa
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: