수소는 기체입니다. 수소는 어떤 물질인가요? 수소의 화학적, 물리적 성질

그것은 주기율표에서 나타나는 특성을 반영하고 전자 구조에 대해 말하는 고유한 특정 위치를 가지고 있습니다. 그러나 그중에는 한 번에 두 개의 세포를 차지하는 특별한 원자가 하나 있습니다. 그것은 속성이 완전히 반대되는 두 요소 그룹에 있습니다. 이것은 수소입니다. 이러한 기능은 이 제품을 독특하게 만듭니다.

수소는 단순한 요소일 뿐만 아니라 단순한 물질일 뿐만 아니라 많은 복합 화합물의 필수적인 부분, 생물 및 유기 요소입니다. 그러므로 그 특성과 속성을 더 자세히 고려해 보겠습니다.

화학 원소로서의 수소

수소는 주 하위 그룹의 첫 번째 그룹과 첫 번째 마이너 기간에 있는 주 하위 그룹의 일곱 번째 그룹의 요소입니다. 이 기간은 헬륨과 우리가 고려 중인 원소라는 두 개의 원자로만 구성됩니다. 주기율표에서 수소 위치의 주요 특징을 설명하겠습니다.

1. 수소의 원자번호는 1이고, 전자의 수는 동일하며, 따라서 양성자의 수도 동일합니다. 원자 질량 - 1.00795. 이 원소에는 질량수가 1, 2, 3인 세 가지 동위원소가 있습니다. 그러나 수소의 질량이 1씩 증가하면 즉시 두 배가 되므로 각각의 특성은 매우 다릅니다.
2. 외부 표면에 전자가 하나만 포함되어 있다는 사실로 인해 산화 및 환원 특성을 모두 성공적으로 나타낼 수 있습니다. 또한 전자를 기증한 후에도 전자는 자유 궤도를 유지하며 기증자-수용자 메커니즘에 따라 화학 결합 형성에 참여합니다.
3. 수소는 강력한 환원제이다. 따라서 주요 장소는 가장 활동적인 금속 인 알칼리를 이끄는 주요 하위 그룹의 첫 번째 그룹으로 간주됩니다.
4. 그러나 금속과 같은 강한 환원제와 상호작용할 때 전자를 받아들이는 산화제가 될 수도 있습니다. 이러한 화합물을 수소화물이라고 합니다. 이 기능에 따르면 유사한 할로겐 하위 그룹을 이끌고 있습니다.
5. 원자 질량이 매우 작기 때문에 수소는 가장 가벼운 원소로 간주됩니다. 게다가 밀도도 매우 낮아서 가벼움의 기준이 되기도 합니다.

따라서 수소 원자는 다른 모든 원소와는 달리 완전히 독특한 원소임이 분명합니다. 결과적으로 그 특성도 특별하며, 형성된 단순 물질과 복합 물질이 매우 중요합니다. 더 자세히 고려해 봅시다.

단체

이 원소를 분자로 말하면 이원자라고 말해야 합니다. 즉, 수소(단순물질)는 기체이다. 그 실험식은 H 2 로 쓰여지고, 그 그래픽식은 단일 식을 사용하여 쓰여질 것입니다. 시그마 H-H 결합. 원자 사이의 결합 형성 메커니즘은 공유 비극성입니다.

1. 증기 메탄 개질.
2. 석탄 가스화 - 이 과정에는 석탄을 1000°C로 가열하여 수소와 고탄소 석탄이 형성됩니다.
3. 전기 분해. 이 방법은 용융물이 음극에서 물을 배출하지 않기 때문에 다양한 염의 수용액에만 사용할 수 있습니다.

수소 생산을 위한 실험실 방법:

1. 금속 수소화물의 가수분해.
2. 활성 금속 및 중간 활성에 대한 묽은 산의 영향.
3. 알칼리 및 알칼리 토금속과 물의 상호 작용.

생성된 수소를 수집하려면 시험관을 거꾸로 잡아야 합니다. 결국 이 가스는 예를 들어 이산화탄소와 같은 방식으로 수집될 수 없습니다. 이것은 수소이며 공기보다 훨씬 가볍습니다. 빠르게 증발하며 공기와 혼합되면 대량으로 폭발합니다. 따라서 시험관을 뒤집어야 합니다. 채운 후에는 고무마개로 막아야 합니다.

수집된 수소의 순도를 확인하려면 불이 붙은 성냥을 목에 가져와야 합니다. 박수소리가 둔하고 조용하다면 가스가 깨끗하고 공기 불순물이 최소화된 것을 의미합니다. 시끄럽고 휘파람 소리가 나면 더러운 것이고, 이물질이 많이 포함된 것입니다.

사용 분야

수소가 연소되면 엄청난 양의 에너지(열)가 방출되므로 이 가스는 가장 수익성이 높은 연료로 간주됩니다. 게다가 환경친화적이다. 그러나 현재까지 이 분야에서의 적용은 제한적입니다. 이는 원자로, 엔진, 휴대용 장치는 물론 주거용 난방 보일러의 연료로 사용하기에 적합한 순수 수소를 합성하는 문제가 잘못 생각되고 해결되지 않았기 때문입니다.

결국, 이 가스를 생산하는 방법은 상당히 비싸기 때문에 먼저 특별한 합성 방법을 개발할 필요가 있습니다. 다음에서 제품을 얻을 수 있는 것입니다. 대용량그리고 최소한의 비용으로.

우리가 고려하고 있는 가스가 사용되는 몇 가지 주요 영역이 있습니다.

1. 화학 합성. 수소화는 비누, 마가린, 플라스틱을 생산하는 데 사용됩니다. 수소의 참여로 메탄올, 암모니아 및 기타 화합물이 합성됩니다.
2. 식품 산업에서 - 첨가제 E949로 사용됩니다.
3. 항공 산업(로켓 과학, 항공기 제조).
4. 전력산업.
5. 기상학.
6. 환경 친화적인 연료.

분명히, 수소는 자연에 풍부한 만큼 중요합니다. 그것이 형성하는 다양한 화합물은 훨씬 더 큰 역할을 합니다.

수소 화합물

이들은 수소 원자를 포함하는 복합 물질입니다. 이러한 물질에는 몇 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 할로겐화수소. 일반식은 HHal이다. 그 중 특히 중요한 것은 염화수소이다. 물에 녹아 염산 용액을 형성하는 가스입니다. 이 산은 거의 모든 화학 합성에 널리 사용됩니다. 또한 유기 및 무기 모두. 염화수소는 실험식 HCL을 갖는 화합물이며 우리나라에서 매년 가장 많이 생산되는 화합물 중 하나입니다. 할로겐화수소에는 요오드화수소, 불화수소 및 브롬화수소도 포함됩니다. 그들은 모두 상응하는 산을 형성합니다.
2. 휘발성 거의 모든 가스는 매우 유독한 가스입니다. 예를 들어 황화수소, 메탄, 실란, 포스핀 등이 있습니다. 동시에, 그들은 매우 가연성이 높습니다.
3. 수소화물은 금속과의 화합물입니다. 그들은 소금 ​​종류에 속합니다.
4. 수산화물: 염기, 산 및 양쪽성 화합물. 그들은 반드시 하나 이상의 수소 원자를 포함합니다. 예: NaOH, K 2, H 2 SO 4 및 기타.
5. 수산화수소. 이 화합물은 물로 더 잘 알려져 있습니다. 또 다른 이름은 산화수소입니다. 실험식은 다음과 같습니다 - H 2 O.
6. 과산화수소. 이것은 강력한 산화제이며 그 공식은 H 2 O 2입니다.
7. 수많은 유기 화합물: 탄화수소, 단백질, 지방, 지질, 비타민, 호르몬, 에센셜 오일 등.

우리가 고려하고 있는 원소의 화합물의 다양성이 매우 크다는 것은 명백합니다. 이는 자연과 인간은 물론 모든 생명체에 대한 중요성이 다시 한 번 확인되었습니다.

- 이것이 최고의 용매이다

위에서 언급했듯이 이 물질의 일반적인 이름은 물입니다. 공유 극성 결합으로 연결된 두 개의 수소 원자와 하나의 산소로 구성됩니다. 물 분자는 쌍극자이므로 이것이 나타내는 많은 특성을 설명합니다. 특히 만능용매이다.

거의 모든 화학 과정이 일어나는 곳은 수생 환경입니다. 살아있는 유기체의 플라스틱 및 에너지 대사의 내부 반응도 산화수소를 사용하여 수행됩니다.

물은 당연히 지구상에서 가장 중요한 물질로 간주됩니다. 그것 없이는 살아있는 유기체가 살 수 없다는 것이 알려져 있습니다. 지구상에서는 세 가지 집합 상태로 존재할 수 있습니다.

• 액체;
• 가스(증기);
• 고체(얼음).

분자에 포함된 수소의 동위원소에 따라 세 가지 유형의 물이 구별됩니다.

1. 빛 또는 프로튬. 질량수가 1인 동위원소. 공식 - H 2 O. 이것은 모든 유기체가 사용하는 일반적인 형태입니다.
2. 중수소 또는 중수소, 공식은 D 2 O입니다. 동위원소 2 H를 포함합니다.
3. 초중수소 또는 삼중수소. 공식은 T 3 O, 동위원소 - 3 H처럼 보입니다.

지구상의 신선한 프로튬수의 매장량은 매우 중요합니다. 이미 많은 나라에서는 부족합니다. 식수를 생산하기 위해 바닷물을 처리하는 방법이 개발되고 있습니다.

과산화수소는 만능 치료제입니다

위에서 언급한 바와 같이 이 화합물은 우수한 산화제입니다. 그러나 강력한 대표자가 있으면 복원자 역할도 할 수 있습니다. 또한 뚜렷한 살균 효과가 있습니다.

이 화합물의 또 다른 이름은 과산화물입니다. 의학에서는 이런 형태로 사용됩니다. 해당 화합물의 결정수화물 3% 용액은 작은 상처를 소독할 목적으로 치료하는 데 사용되는 의약품이다. 그러나 이것이 상처 치유 시간을 증가시키는 것으로 입증되었습니다.

과산화수소는 로켓 연료, 산업계의 소독 및 표백, 적절한 물질(예: 거품) 생산을 위한 발포제로도 사용됩니다. 또한 과산화물은 수족관 청소, 머리카락 표백, 치아 미백에 도움이 됩니다. 그러나 조직에 해를 끼치므로 전문가는 이러한 목적으로 권장하지 않습니다.

수소

수소-ㅏ; 중.화학 원소(H)는 산소와 결합하여 물을 형성하는 가볍고 무색, 무취의 기체입니다.

◁ 수소, 오, 오. 두 번째 연결. B 박테리아. 두 번째 폭탄(엄청난 파괴력을 지닌 폭탄으로, 폭발 작용은 열핵 반응을 기반으로 합니다.) 수소, 오, 오.

수소

(위도 수소), 주기율표 VII족의 화학 원소. 자연에는 두 가지 안정 동위원소(프로튬과 중수소)와 하나의 방사성 동위원소(삼중수소)가 있습니다. 분자는 이원자(H 2)입니다. 무색, 무취의 가스; 밀도 0.0899g/l, 티킵 - 252.76°C. 많은 원소와 결합하여 산소와 물을 형성합니다. 우주의 가장 일반적인 요소. 성간 물질과 성운 가스의 주요 부분인 태양과 별 질량의 70% 이상을 (플라즈마 형태로) 구성합니다. 수소 원자는 많은 산과 염기, 그리고 대부분의 유기 화합물의 일부입니다. 이들은 금속 용접 및 절단 시 지방의 수소화를 위한 암모니아, 염산 생산에 사용됩니다. 연료로서 유망합니다(수소 에너지 참조).

수소

수소(위도 수소), H, 원자 번호 1, 원자 질량 1.00794의 화학 원소. 수소의 화학 기호 H는 우리나라에서 프랑스어로 발음되는 "ache"로 읽습니다.
천연 수소는 두 개의 안정한 핵종의 혼합물로 구성됩니다. (센티미터.핵종)질량수는 1.007825(혼합물의 99.985%) 및 2.0140(0.015%)입니다. 또한 천연 수소에는 항상 미량의 방사성 핵종인 삼중수소가 포함되어 있습니다. (센티미터.삼중 수소) 3 N(반감기 T 1/2 12.43년). 수소 원자의 핵에는 단 1개의 양성자만 포함되어 있기 때문에(한 원소의 원자 핵에는 더 적은 수의 양성자가 있을 수 없음), 때때로 수소가 D. I. Mendeleev의 원소 주기율표의 자연적인 하한 경계를 형성한다고 말합니다(원소는 수소 자체는 표의 가장 윗부분에 위치합니다.) 수소 원소는 주기율표의 첫 번째 주기에 위치합니다. 또한 그룹 1(IA족 알칼리 금속)로 분류됩니다. (센티미터.알칼리 금속)) 및 그룹 7(VIIA족 할로겐) (센티미터.할로겐)).
수소 동위원소의 원자 질량은 크게 다릅니다(몇 배씩). 이로 인해 물리적 공정(증류, 전기분해 등) 및 특정 화학적 차이(한 원소의 동위원소 거동 차이를 동위원소 효과라고 하며, 수소의 경우 동위원소 효과가 가장 중요함)에서 눈에 띄는 차이가 발생합니다. 따라서 다른 모든 원소의 동위원소와 달리 수소 동위원소에는 특별한 기호와 이름이 있습니다. 질량수가 1인 수소는 경수소 또는 프로튬(그리스 프로토스의 라틴어 프로튬 - 첫 번째)이라고 하며 기호 H로 표시되며 그 핵을 양성자라고 합니다. (센티미터. PROTON(소립자)), 기호 p. 질량수가 2인 수소를 중수소, 중수소라고 합니다. (센티미터.중수소)(라틴어 Deuterium, 그리스어 deuteros - 두 번째) 기호 2 H 또는 D ( "de"로 읽음)를 사용하여 지정하고 핵 d는 deuteron입니다. 질량수가 3인 방사성 동위원소를 초중수소 또는 삼중수소(라틴어 Tritum, 그리스 트리토스에서 유래 - 세 번째), 기호 2 H 또는 T("그들"로 읽음), 핵 t - 트리톤이라고 합니다.
중성 비여기 수소 원자의 단일 전자층 구성 1 에스 1 . 화합물에서는 산화 상태 +1을 나타내고 덜 일반적으로 -1(원가 I)을 나타냅니다. 중성 수소 원자의 반경은 0.024 nm입니다. 원자의 이온화 에너지는 13.595eV이고 전자 친화도는 0.75eV입니다. 폴링 척도에 따르면 수소의 전기음성도는 2.20이다. 수소는 비금속입니다.
자유 형태에서는 색, 냄새, 맛이 없는 가벼운 가연성 가스입니다.
발견의 역사
산과 금속의 상호 작용 중에 가연성 가스가 방출되는 현상은 과학으로서의 화학 형성이 시작된 16세기와 17세기에 관찰되었습니다. 유명한 영국의 물리학자이자 화학자인 G. Cavendish (센티미터.캐번디쉬 헨리) 1766년에 그는 이 가스를 조사하고 이를 "인화성 공기"라고 불렀습니다. 연소되면 "가연성 공기"가 물을 생성하지만 캐번디시는 플로지스톤 이론을 고수했습니다. (센티미터.연소)그가 올바른 결론을 내리는 것을 방해했습니다. 프랑스 화학자 A. 라부아지에 (센티미터.라부아지에 앙투안 로랑)엔지니어 J. Meunier와 함께 (센티미터.메니에(Jean Baptiste Marie Charles), 특수 가스 측정기를 사용하여 1783 년에 그는 물의 합성과 분석을 수행하여 뜨거운 철로 수증기를 분해했습니다. 따라서 그는 “가연성 공기”가 물의 일부이며 물에서 얻을 수 있다는 사실을 확립했습니다. 1787년에 라부아지에는 "가연성 공기"가 단순한 물질이므로 화학 원소에 속한다는 결론에 도달했습니다. 그는 그것에 수소라는 이름을 붙였습니다. (그리스어 hydor - 물과 gennao - 나는 출산합니다) - "물을 낳습니다." 물의 구성이 확립되면서 '플로지스톤 이론'이 종식되었습니다. 러시아 이름 "수소"는 화학자 M. F. Solovyov가 제안했습니다. (센티미터. SOLOVIEV 미하일 페도로비치) 1824년. 18세기와 19세기에 접어들면서 수소 원자는 (다른 원소의 원자에 비해) 매우 가볍다는 것이 확립되었고, 수소 원자의 무게(질량)를 비교 단위로 삼았습니다. 원소의 원자 질량에 대해. 수소 원자의 질량은 1의 값으로 지정되었습니다.
자연 속에 존재하기
수소는 지각 질량의 약 1%를 차지합니다(모든 원소 중 10위). 수소는 실제로 지구상에서 자유 형태로 발견되지 않지만(그 흔적은 대기의 상층에서 발견됨) 물의 일부로서 지구상의 거의 모든 곳에 분포되어 있습니다. 수소 원소는 살아있는 유기체, 천연 가스, 석유 및 석탄의 유기 및 무기 화합물의 일부입니다. 물론 이는 물(약 11중량%), 하나 이상의 OH 하이드록실 그룹을 포함하는 다양한 천연 결정질 수화물 및 미네랄에 함유되어 있습니다.
원소로서 수소는 우주를 지배합니다. 그것은 태양과 다른 별들의 질량의 약 절반을 차지하며 많은 행성의 대기에 존재합니다.
영수증
수소는 다양한 방법으로 생산될 수 있습니다. 산업에서는 천연 가스뿐만 아니라 석유 정제, 코크스화, 석탄 및 기타 연료의 가스화에서 얻은 가스도 사용됩니다. 천연가스(주성분은 메탄)로부터 수소를 생산할 때, 수소는 수증기와 촉매 상호작용을 하고 산소와의 불완전 산화를 겪습니다.
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 및 CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
코크스로 가스 및 정유 가스에서 수소를 분리하는 방법은 심냉각 중 액화와 수소보다 더 쉽게 액화되는 가스 혼합물에서 제거하는 과정을 기반으로 합니다. 저렴한 전기를 사용할 수 있는 경우, 알칼리 용액에 전류를 흘려 물을 전기분해하여 수소를 생산합니다. 실험실 조건에서는 금속과 산(예: 아연과 염산)을 반응시켜 수소를 쉽게 얻습니다.
물리적이고 화학적 특성
정상적인 조건에서 수소는 가벼운(정상 조건에서의 밀도 0.0899kg/m3) 무색 가스입니다. 녹는점 –259.15 °C, 끓는점 –252.7 °C. 액체 수소(끓는점)는 밀도가 70.8kg/m 3 이며 가장 가벼운 액체입니다. 표준 전극 전위 H 2 /H - 수용액에서 0으로 간주됩니다. 수소는 물에 잘 녹지 않습니다. 0°C에서 용해도는 0.02 cm 3 / ml 미만이지만 일부 금속에서는 잘 녹습니다( 해면철 및 기타), 특히 금속 팔라듐(금속 1부피에 수소 약 850부피)이 좋습니다. 수소의 연소열은 143.06 MJ/kg입니다.
이원자 H 2 분자의 형태로 존재합니다. 300K에서 원자로의 H 2 해리 상수는 2.56·10 -34이다. H 2 분자가 원자로 해리되는 에너지는 436 kJ/mol입니다. H 2 분자의 핵간 거리는 0.07414 nm입니다.
분자의 일부인 각 H 원자의 핵은 자체 스핀을 가지고 있기 때문에 (센티미터.회전), 그러면 분자 수소는 두 가지 형태, 즉 오르토수소(o-H 2) 형태(두 스핀 모두 동일한 방향을 가짐)와 파라수소(n-H 2)(스핀이 서로 다른 방향을 가짐) 형태일 수 있습니다. 정상적인 조건에서 정상적인 수소는 75% o-H 2 와 25% p-H 2 의 혼합물입니다. p-와 o-H 2 의 물리적 특성은 서로 약간 다릅니다. 그렇다면 끓는점의 온도는 순수한 o-N 2 20.45K, 그 다음 순수 p-N 2 - 20.26 K. o-H 2 가 pH 2 로 변환되면 1418 J/mol의 열이 방출됩니다.
과학 문헌에서는 다음과 같이 반복적으로 제안했습니다. 고압(10GPa 이상) 및 저온(약 10K 이하)에서 일반적으로 육각형 분자 격자로 결정화되는 고체 수소는 금속 특성을 가진 물질, 심지어 초전도체로 변형될 수 있습니다. 그러나 지금까지 그러한 전환 가능성에 대한 명확한 데이터는 없습니다.
고강도 화학 결합 H2 분자의 원자 사이 (예를 들어 분자 궤도 방법을 사용하면이 분자에서 전자 쌍이 결합 궤도에 위치하고 반결합 궤도가 전자에 의해 점유되지 않는다는 사실로 설명 될 수 있음) 실온에서 수소 가스는 화학적으로 비활성이라는 사실. 따라서 가열하지 않고 간단한 혼합만으로 수소는 불소 가스와만 (폭발적으로) 반응합니다.
H 2 + F 2 = 2HF + Q.
실온에서 수소와 염소의 혼합물에 자외선을 조사하면 염화수소 HCl이 즉시 형성되는 것이 관찰됩니다. 이러한 가스 혼합물에 촉매인 금속 팔라듐(또는 백금)을 첨가하면 수소와 산소의 반응이 폭발적으로 발생합니다. 점화되면 수소와 산소의 혼합물(소위 폭발 가스라고 함) (센티미터.폭발성 가스))이 폭발하며, 수소 함량이 5~95%인 혼합물에서는 폭발이 발생할 수 있습니다. 공기나 순수한 산소 속의 순수한 수소는 조용히 연소되어 많은 양의 열을 방출합니다.
H 2 + 1/2O 2 = H 2 O + 285.75 kJ/mol
수소가 다른 비금속 및 금속과 상호 작용하는 경우 특정 조건(가열, 고압, 촉매 존재)에서만 발생합니다. 따라서 수소는 다음과 같은 조건에서 질소와 가역적으로 반응합니다. 고혈압(20-30 MPa 이상) 및 촉매-철 존재 하에서 300-400 °C의 온도에서:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
또한, 가열될 때만 수소는 황과 반응하여 황화수소 H 2 S를 형성하고, 브롬과 반응하여 브롬화수소 HBr을 형성하고, 요오드와 반응하여 요오드화수소 HI를 형성합니다. 수소는 석탄(흑연)과 반응하여 다양한 조성의 탄화수소 혼합물을 형성합니다. 수소는 붕소, 규소, 인과 직접적으로 상호작용하지 않으며, 이들 원소와 수소의 화합물은 간접적으로 얻어집니다.
가열되면 수소는 알칼리, 알칼리 토금속 및 마그네슘과 반응하여 -1 산화 상태의 수소를 포함하는 이온 결합을 갖는 화합물을 형성할 수 있습니다. 따라서 칼슘이 수소 분위기에서 가열되면 CaH 2 조성을 갖는 염과 같은 수소화물이 형성됩니다. 가장 강력한 환원제 중 하나인 고분자 알루미늄 수소화물(AlH 3) x는 간접적으로 얻습니다(예: 유기알루미늄 화합물 사용). 많은 전이 금속(예: 지르코늄, 하프늄 등)을 사용하여 수소는 다양한 조성의 화합물(고체 용액)을 형성합니다.
수소는 많은 단순한 물질뿐만 아니라 복잡한 물질과도 반응할 수 있습니다. 우선, 산화물(예: 철, 니켈, 납, 텅스텐, 구리 등)에서 많은 금속을 환원시키는 수소의 능력에 주목할 필요가 있습니다. 따라서 400~450°C 이상의 온도로 가열하면 철은 산화물의 수소에 의해 환원됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.
망간 뒤의 일련의 표준 전위에 위치한 금속만이 수소와 함께 산화물로부터 환원될 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 더 활성인 금속(망간 포함)은 산화물에서 금속으로 환원되지 않습니다.
수소는 많은 유기 화합물에 이중 또는 삼중 결합을 추가할 수 있습니다(소위 수소화 반응). 예를 들어 니켈 촉매가 있으면 에틸렌 C 2 H 4의 수소화를 수행하여 에탄 C 2 H 6이 형성됩니다.
C2H4 + H2 = C2H6.
메탄올은 일산화탄소(II)와 수소의 반응을 통해 산업적으로 생산됩니다.
2H 2 + CO = CH 3 OH.
수소 원자가 전기 음성도가 더 높은 원소 E(E = F, Cl, O, N)의 원자에 연결된 화합물에서는 분자 사이에 수소 결합이 형성됩니다. (센티미터.수소결합)(동일하거나 서로 다른 두 원소의 두 E ​​원자는 H 원자: E"... N... E""를 통해 서로 연결되며 세 원자는 모두 동일한 직선에 위치합니다.) 이러한 결합은 존재합니다. 물 분자 사이, 암모니아 , 메탄올 등 이러한 물질의 끓는점이 눈에 띄게 증가하고 증발열이 증가합니다.
애플리케이션
수소는 특정 금속 생산에서 환원제로 천연 탄화수소의 수소화 분해(수소 대기에서의 분해) 중에 암모니아 NH 3, 염화수소 HCl, 메탄올 CH 3 OH의 합성에 사용됩니다. 수소화 (센티미터.수소화)자연스러운 식물성 기름고체 지방을 얻으십시오 - 마가린. 액체수소는 로켓 연료는 물론 냉각수로도 사용된다. 용접에는 산소와 수소의 혼합물이 사용됩니다.
한때, 가까운 미래에 에너지 생산의 주요 원천은 수소의 연소 반응이 될 것이며, 수소 에너지는 전통적인 에너지 생산원(석탄, 석유 등)을 대체할 것이라고 제안되었습니다. 물을 전기분해하면 대규모로 수소를 생산할 수 있을 것으로 예상됐다. 물의 전기분해는 다소 에너지 집약적인 공정이므로 현재 산업적 규모로 전기분해를 통해 수소를 생산하는 것은 수익성이 없습니다. 그러나 전기분해는 원자력 발전소 운전 중에 대량으로 발생하는 중온(500~600°C) 열의 사용을 기반으로 할 것으로 예상되었습니다. 이 열은 용도가 제한되어 있으며, 이를 활용하여 수소를 생산할 수 있다면 환경 문제(수소가 공기 중에서 연소될 때 생성되는 환경 유해 물질의 양이 최소화됨)와 중온 열 활용 문제를 모두 해결할 수 있습니다. 그러나 체르노빌 참사 이후 개발은 원자력 에너지보편적으로 축소되어 지정된 에너지원을 사용할 수 없게 됩니다. 따라서, 에너지원으로서 수소의 광범위한 사용에 대한 전망은 적어도 21세기 중반까지 여전히 변화하고 있습니다.
치료의 특징
수소는 독성이 없지만 취급 시 높은 화재 및 폭발 위험을 지속적으로 고려해야 하며, 일부 고체 물질을 통해서도 가스가 확산되는 능력이 높기 때문에 수소의 폭발 위험이 증가합니다. 수소 분위기에서 가열 작업을 시작하기 전에 깨끗한지 확인해야 합니다(뒤집힌 시험관에서 수소를 점화할 때 소리가 짖지 않고 둔해야 합니다).
생물학적 역할
수소의 생물학적 중요성은 수소가 물 분자와 단백질을 포함한 가장 중요한 천연 화합물 그룹의 일부라는 사실에 의해 결정됩니다. 핵산, 지질, 탄수화물. 살아있는 유기체 질량의 약 10%가 수소입니다. 수소결합을 형성하는 수소의 능력은 단백질의 공간적 4차 구조를 유지하고 상보성의 원리를 구현하는 데 결정적인 역할을 합니다. (센티미터.보완)핵산의 구성 및 기능(즉, 유전 정보의 저장 및 구현), 일반적으로 분자 수준에서 "인식" 구현에 사용됩니다. 수소(H+ 이온)는 살아있는 세포에 에너지를 제공하는 생물학적 산화, 식물의 광합성, 생합성 반응, 질소 고정 및 박테리아 광합성, 산-유지 등 신체에서 가장 중요한 동적 과정과 반응에 참여합니다. 염기균형과 항상성 (센티미터.항상성), 막 수송 공정에서. 따라서 수소는 산소 및 탄소와 함께 생명 현상의 구조적, 기능적 기초를 형성합니다.

백과사전. 2009 .

동의어:

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핵종 테이블 일반 정보이름, 기호 수소 4, 4H 중성자 3 양성자 1 핵종의 특성 원자 질량 4.027810(110) ... Wikipedia

핵종 표 일반 정보 이름, 기호 수소 5, 5H 중성자 4 양성자 1 핵종 특성 원자 질량 5.035310(110) ... Wikipedia

핵종 표 일반 정보 이름, 기호 수소 6, 6H 중성자 5 양성자 1 핵종 특성 원자 질량 6.044940(280) ... Wikipedia

핵종 표 일반 정보 이름, 기호 수소 7, 7H 중성자 6 양성자 1 핵종의 특성 원자 질량 7.052750 (1080) ... Wikipedia

수소(Hydrogenium)는 16세기 전반에 독일의 의사이자 박물학자인 파라셀수스(Paracelsus)에 의해 발견되었습니다. 1776년에 G. Cavendish(영국)는 이 가스의 특성을 확립하고 다른 가스와의 차이점을 지적했습니다. 라부아지에는 최초로 물에서 수소를 얻어 물이 수소와 산소의 화합물임을 증명했다(1783).

수소에는 프로튬, 중수소 또는 D와 삼중수소 또는 T의 세 가지 동위원소가 있습니다. 질량수는 1, 2, 3입니다. 프로튬과 중수소는 안정적이고 삼중수소는 방사성입니다(반감기 12.5년). 천연 화합물에는 중수소와 프로튬이 평균 1:6800(원자 수 기준)의 비율로 함유되어 있습니다. 삼중수소는 자연에서 무시할 수 있는 양으로 발견됩니다.

수소 원자의 핵에는 하나의 양성자가 포함되어 있습니다. 중수소와 삼중수소 핵에는 양성자 외에 각각 1개와 2개의 중성자가 포함됩니다.

수소 분자는 두 개의 원자로 구성됩니다. 다음은 수소 원자와 분자를 특징짓는 몇 가지 특성입니다.

원자 이온화 에너지, eV 13.60

원자 전자 친화도, eV 0.75

상대전기음성도 2.1

원자 반경, nm 0.046

분자 내 핵간 거리, nm 0.0741

436.1에서의 분자 해리의 표준 아이탈피

115. 자연 속의 수소. 수소 생산.

자유 상태의 수소는 지구상에서 소량으로만 발견됩니다. 때로는 화산 폭발 중에 다른 가스와 함께 방출되거나 석유 생산 중 유정 시추에서 방출되기도 합니다. 그러나 화합물 형태의 수소는 매우 흔합니다. 이는 물이 전체 질량의 1/9을 차지한다는 사실에서 알 수 있습니다. 수소는 모든 식물과 동물 유기체, 석유, 석탄, 갈탄, 천연 가스 및 다양한 미네랄에서 발견됩니다. 수소는 물과 공기를 포함하여 지각 전체 질량의 약 1%를 차지합니다. 그러나 전체 원자 수에 대한 백분율로 환산하면 지각의 수소 함량은 17%입니다.

수소는 우주에서 가장 풍부한 원소이다. 그것은 태양과 대부분의 다른 별 질량의 약 절반을 차지합니다. 가스 성운, 성간 가스에서 발견되며 별의 일부입니다. 별의 내부에서는 수소 원자의 핵이 헬륨 원자의 핵으로 변합니다. 이 과정은 에너지 방출과 함께 발생하며 태양을 포함한 많은 별의 경우 주요 에너지 원으로 사용됩니다. 프로세스 속도, 즉 1초에 1입방미터에서 수소 핵이 헬륨 핵으로 변하는 수는 적습니다. 따라서 단위 부피당 단위 시간당 방출되는 에너지의 양은 작습니다. 그러나 태양의 질량이 어마어마하기 때문에 태양이 생성하고 방출하는 에너지의 총량은 매우 크다. 이는 대략 초당 태양 질량의 감소에 해당합니다.

산업계에서 수소는 주로 천연가스에서 생산됩니다. 주로 메탄으로 구성된 이 가스는 수증기 및 산소와 혼합됩니다. 촉매가 있는 상태에서 가스 혼합물을 가열하면 반응이 일어나며 이는 다음 방정식으로 개략적으로 나타낼 수 있습니다.

생성된 가스 혼합물이 분리됩니다. 수소는 정제되어 생산 현장에서 사용되거나 고압의 강철 실린더로 운반됩니다.

수소를 생산하는 중요한 산업적 방법은 코크스로 가스나 정유 가스로부터 수소를 분리하는 것입니다. 이는 수소를 제외한 모든 가스가 액화되는 심냉각에 의해 수행됩니다.

실험실에서 수소는 주로 수용액의 전기분해에 의해 생산됩니다. 이들 용액의 농도는 최대 전기 전도도에 상응하도록 선택됩니다. 전극은 일반적으로 니켈 시트로 만들어집니다. 이 금속은 양극처럼 알칼리 용액에서도 부식되지 않습니다. 필요한 경우 생성된 수소는 수증기와 미량의 산소로부터 정제됩니다. 다른 실험실 방법 중에서 가장 일반적인 방법은 황산 또는 염산 용액에 아연을 작용시켜 수소를 분리하는 것입니다. 반응은 일반적으로 Kipp 장치에서 수행됩니다(그림 105).

정의

수소- 주기율표의 첫 번째 요소. 명칭 - 라틴어 "수소"에서 H. 첫 번째 기간인 그룹 IA에 위치합니다. 비금속을 말합니다. 핵전하는 1이다.

수소는 가장 일반적인 화학 원소 중 하나입니다. 그 비율은 지각의 세 가지 껍질(대기, 수권 및 암석권) 모두의 질량의 약 1%이며, 원자 백분율로 변환하면 17.0이 됩니다.

이 요소의 주요 금액은 바인딩된 상태입니다. 따라서 물에는 약 11wt가 포함되어 있습니다. %, 점토 - 약 1.5% 등 탄소와 화합물 형태로 존재하는 수소는 석유, 가연성 천연가스 및 모든 유기체의 일부입니다.

수소는 무색, 무취의 가스입니다 (원자 구조 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다). 녹는점과 끓는점은 매우 낮습니다(각각 -259oC 및 -253oC). 온도 (-240oC) 및 압력 하에서 수소는 액화할 수 있으며 생성된 액체가 빠르게 증발하면 고체 상태(투명한 결정). 물에 약간 용해됩니다(부피 기준 2:100). 수소는 철과 같은 일부 금속에 대한 용해도를 특징으로 합니다.

쌀. 1. 수소 원자의 구조.

수소의 원자 및 분자 질량

정의

상대 원자 질량원소는 주어진 원소의 원자 질량과 탄소 원자 질량의 1/12의 비율입니다.

상대 원자 질량은 무차원이며 Ar로 표시됩니다(인덱스 "r"은 첫 글자입니다). 영어 단어상대적(relative)은 '상대적'이라는 뜻입니다. 원자 수소의 상대 원자 질량은 1.008 amu입니다.

원자의 질량뿐만 아니라 분자의 질량도 원자 질량 단위로 표현됩니다.

정의

분자 무게물질은 분자의 질량이라고 하며 원자 질량 단위로 표현됩니다. 상대 분자량물질은 주어진 물질의 분자 질량과 탄소 원자 질량의 1/12의 비율로, 그 질량은 12 amu입니다.

수소 분자는 이원자 -H 2 인 것으로 알려져 있습니다. 수소 분자의 상대 분자량은 다음과 같습니다.

M r (H 2) = 1.008 × 2 = 2.016.

수소 동위원소

수소에는 프로튬 1H, 중수소 2H 또는 D, 삼중수소 3H 또는 T의 세 가지 동위원소가 있습니다. 이들의 질량수는 1, 2, 3입니다. 프로튬과 중수소는 안정적이고 삼중수소는 방사성입니다(반감기 12.5년). 천연 화합물에는 중수소와 프로튬이 평균 1:6800(원자 수 기준)의 비율로 함유되어 있습니다. 삼중수소는 자연에서 무시할 수 있는 양으로 발견됩니다.

수소 원자 1H의 핵은 하나의 양성자를 포함합니다. 중수소와 삼중수소 핵에는 양성자 외에 1개와 2개의 중성자가 포함됩니다.

수소이온

수소 원자는 단일 전자를 포기하여 양이온(순수한 양성자)을 형성하거나 전자 1개를 얻어 헬륨 전자 구성을 갖는 음이온이 될 수 있습니다.

수소 원자에서 전자를 완전히 제거하려면 매우 높은 이온화 에너지가 필요합니다.

H + 315kcal = H + + e.

결과적으로 수소가 준금속과 상호작용하면 이온이 아닌 극성 결합만 발생합니다.

중성 원자가 과잉 전자를 얻는 경향은 전자 친화력의 값으로 특징지어집니다. 수소에서는 다소 약하게 표현됩니다 (그러나 이것이 그러한 수소 이온이 존재할 수 없다는 것을 의미하지는 않습니다).

H + e = H - + 19kcal.

수소 분자와 원자

수소 분자는 두 개의 원자, 즉 H2로 구성됩니다. 다음은 수소 원자와 분자를 특징짓는 몇 가지 특성입니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동	12.5%의 수소를 포함하는 일반식 EN x의 수소화물이 있음을 증명하십시오.
해결책	샘플의 질량을 100g으로 하여 수소와 미지 원소의 질량을 계산해 보겠습니다. m(H) = m(EN x) ×w(H); m(H) = 100 × 0.125 = 12.5g. m(E) = m(EN x) - m(H); m(E) = 100 - 12.5 = 87.5g. 수소 물질과 알려지지 않은 원소의 몰 질량을 "x"(수소의 몰 질량은 1g/mol)로 표시하여 찾아보겠습니다.

수소는 기호 H와 원자 번호 1을 갖는 화학 원소입니다. 표준 원자량이 약 1.008인 수소는 주기율표에서 가장 가벼운 원소입니다. 단원자 형태(H)는 우주에서 가장 풍부한 화학물질로 전체 중입자 질량의 약 75%를 차지합니다. 별은 주로 플라즈마 상태의 수소로 구성됩니다. 프로튬(이 이름은 거의 사용되지 않으며 기호 1H)이라고 하는 가장 일반적인 수소 동위원소는 양성자 1개를 갖고 중성자는 없습니다. 원자 수소의 광범위한 출현은 재결합 시대에 처음으로 발생했습니다. 표준 온도와 압력에서 수소는 분자식 H2를 갖는 무색, 무취, 무미, 무독성, 비금속성, 가연성 이원자 가스입니다. 수소는 대부분의 비금속 원소와 쉽게 공유 결합을 형성하기 때문에 지구상의 대부분의 수소는 물이나 유기 화합물과 같은 분자 형태로 존재합니다. 대부분의 산 기반 반응은 가용성 분자 사이의 양성자 교환을 포함하기 때문에 수소는 산 기반 반응에서 특히 중요한 역할을 합니다. 이온 화합물에서 수소는 수소화물로 알려진 음전하(즉, 음이온)의 형태를 취하거나 H+ 기호로 표시되는 양전하(즉, 양이온) 형태를 취할 수 있습니다. 수소 양이온은 단순한 양성자로 구성되어 있다고 설명되지만 실제로 이온 화합물의 수소 양이온은 항상 더 복잡합니다. 슈뢰딩거 방정식을 분석적으로 풀 수 있는 유일한 중성 원자인 수소(즉, 원자의 에너지학과 결합에 대한 연구)는 양자 역학의 발전에 핵심적인 역할을 했습니다. 수소 기체는 16세기 초에 산과 금속을 반응시켜 인공적으로 처음 생성되었습니다. 1766-81년. 헨리 캐번디시(Henry Cavendish)는 수소 가스가 별개의 물질이며 연소될 때 물을 생성한다는 사실을 처음으로 인식하여 그 이름을 얻었습니다. 그리스어로 수소는 "물 생산자"를 의미합니다. 산업용 수소 생산에는 주로 천연가스의 증기 변환이 포함되며, 덜 일반적으로는 물 전기분해와 같은 보다 에너지 집약적인 방법이 포함됩니다. 대부분의 수소는 생산되는 곳 근처에서 사용되며, 가장 일반적인 두 가지 용도는 주로 비료 시장을 위한 화석 연료 처리(수소분해 등)와 암모니아 생산입니다. 수소는 많은 금속을 부서지게 만들어 파이프라인과 저장 탱크의 설계를 어렵게 만들기 때문에 야금학에서 중요한 문제입니다.

속성

연소

수소 가스(이수소 또는 분자 수소)는 4% ~ 75%의 매우 광범위한 농도로 공기 중에서 연소되는 가연성 가스입니다. 연소 엔탈피는 286 kJ/mol입니다.

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ(286 kJ/mol)

수소 가스는 4~74% 농도의 공기와 최대 5.95% 농도의 염소와 폭발성 혼합물을 형성합니다. 폭발 반응은 스파크, 열 또는 햇빛에 의해 발생할 수 있습니다. 공기 중에서 자연적으로 발화하는 온도인 수소의 자연발화 온도는 500°C(932°F)입니다. 순수한 수소-산소 불꽃은 자외선을 방출하며 높은 산소 혼합물을 사용하면 육안으로 거의 보이지 않습니다. 과염소산암모늄 복합체. 연소 중인 수소 누출을 감지하려면 화염 감지기가 필요할 수 있습니다. 그러한 누출은 매우 위험할 수 있습니다. 수소 불꽃은 다른 조건에서는 파란색을 띠며 천연가스의 파란색 불꽃과 유사합니다. 힌덴부르크 비행선의 침몰은 수소 연소의 악명 높은 사례이며 이 문제는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 이 사건에서 눈에 보이는 주황색 불꽃은 비행선 피부의 탄소 화합물과 결합된 수소와 산소의 혼합물에 노출되어 발생했습니다. H2는 모든 산화 원소와 반응합니다. 수소는 실온에서 염소 및 불소와 자발적으로 반응하여 잠재적으로 위험한 산인 할로겐화수소, 염화수소 및 불화수소를 형성할 수 있습니다.

전자 에너지 수준

수소 원자 내 전자의 바닥 상태 에너지 준위는 -13.6eV이며, 이는 약 91nm 파장의 자외선 광자와 동일합니다. 에너지 수준수소는 전자를 지구의 태양 궤도와 유사한 "궤도" 양성자로 개념화하는 원자의 보어 모델을 사용하여 매우 정확하게 계산할 수 있습니다. 그러나 원자 전자와 양성자는 전자기력에 의해 결합되고, 행성과 천체는 중력에 의해 결합됩니다. 초기에 가정된 각운동량의 이산화로 인해 양자 역학보어, 보어 모델의 전자는 양성자로부터 특정 허용 거리만 차지할 수 있으므로 특정 허용 에너지만 차지할 수 있습니다. 수소 원자에 대한 보다 정확한 설명은 슈뢰딩거 방정식, 디랙 방정식 또는 심지어 파인만 집적 회로를 사용하여 양성자 주위의 전자의 확률 밀도 분포를 계산하는 순수 양자 역학적 처리에서 비롯됩니다. 가장 복잡한 처리 방법은 작은 효과를 낳습니다. 특수이론상대성과 진공 분극. 양자에서 가공, 바닥 상태 수소 원자의 전자는 각운동량을 전혀 갖지 않으며, 이는 "행성 궤도"가 전자 운동과 어떻게 다른지 보여줍니다.

기본 분자 형태

이원자 수소 분자에는 두 가지 다른 스핀 이성질체가 있으며, 핵의 상대적 스핀이 다릅니다. 오르토수소 형태에서는 두 양성자의 스핀이 평행하고 분자 스핀 양자수가 1(1/2 + 1/2)인 삼중항 상태를 형성합니다. 파라수소 형태의 스핀은 역평행하며 분자 스핀 양자수가 0(1/2 1/2)인 단일선을 형성합니다. 표준 온도 및 압력에서 수소 가스에는 "일반 형태"라고도 알려진 약 25%의 파라 형태와 75%의 오르토 형태가 포함되어 있습니다. 오르토수소와 파라수소의 평형비는 온도에 따라 다르지만 오르토형은 여기 상태이고 파라형보다 에너지가 높기 때문에 불안정하고 정제할 수 없습니다. 매우 낮은 온도에서 평형 상태는 거의 전적으로 파라 형태로 구성됩니다. 열적 특성순수한 파라수소의 액체 및 기체상은 회전 열용량의 차이로 인해 일반 형태 특성과 상당히 다릅니다. 이는 수소의 스핀 이성질체에서 더 자세히 논의됩니다. 오르토/쌍 구별은 다른 수소 함유 분자나 물, 메틸렌과 같은 작용기에서도 발생하지만 이는 열적 특성에 거의 의미가 없습니다. 파라와 오르토 H2 사이의 촉매되지 않은 상호전환은 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 따라서 빠르게 응축된 H2는 대량파라 형태로 매우 천천히 변환되는 고에너지 직교 형태. 응축된 H2의 오르토/증기 비율은 액체 수소의 준비 및 저장에 중요한 요소입니다. 오르토에서 증기로의 전환은 발열이며 수소 액체의 일부를 기화시킬 만큼 충분한 열을 제공하여 액화 물질이 손실됩니다. 산화철과 같은 오르토-파라 전환용 촉매, 활성탄, 백금화 석면, 희토류 금속, 우라늄 화합물, 산화 크롬 또는 일부 니켈 화합물이 수소 냉각에 사용됩니다.

단계

수소가스

액체수소

슬러지 수소

고체수소

금속수소

사이

공유결합 및 유기 화합물

H2는 표준 조건에서 반응성이 크지 않지만 대부분의 원소와 화합물을 형성합니다. 수소는 할로겐(예: F, Cl, Br, I) 또는 산소와 같이 전기음성도가 더 높은 원소와 화합물을 형성할 수 있습니다. 이들 화합물에서 수소는 부분적인 양전하를 띤다. 수소는 불소, 산소 또는 질소에 결합할 때 다른 유사한 분자의 수소와 중간 강도의 비공유 결합을 형성할 수 있습니다. 이 현상은 많은 생물학적 분자의 안정성에 매우 중요합니다. 수소는 또한 금속 및 준금속과 같이 전기음성도가 낮은 원소와 화합물을 형성하여 부분적으로 음전하를 띕니다. 이러한 화합물은 종종 수소화물로 알려져 있습니다. 수소는 탄화수소라고 불리는 탄소와 함께 매우 다양한 화합물을 형성하며, 헤테로원자와 훨씬 더 다양한 화합물을 형성하는데, 이 헤테로원자는 생물과 공통적으로 연관되어 있기 때문에 유기 화합물이라고 합니다. 그들의 속성을 연구하고 있습니다 유기화학, 살아있는 유기체와 관련된 연구는 생화학으로 알려져 있습니다. 일부 정의에 따르면 "유기" 화합물은 탄소만 포함해야 합니다. 그러나 이들 중 대부분은 수소도 포함하고 있으며 이러한 종류의 화합물에 특정 화학적 특성을 대부분 부여하는 것은 탄소-수소 결합이기 때문에 화학에서 "유기"라는 단어의 일부 정의에서는 탄소-수소 결합이 필요합니다. 수백만 개의 탄화수소가 알려져 있으며 일반적으로 원소 수소를 거의 포함하지 않는 복잡한 합성 경로를 통해 형성됩니다.

수소화물

수소 화합물은 종종 수소화물이라고 불립니다. "수소화물"이라는 용어는 H 원자가 H-로 표시되는 음수 또는 음이온 특성을 띠고 수소가 더 전기양성적인 원소와 화합물을 형성할 때 사용된다고 가정합니다. 1916년 길버트 N. 루이스(Gilbert N. Lewis)가 1족과 2족의 염 함유 수소화물에 대해 제안한 수소화물 음이온의 존재는 1920년 Moers에 의해 용융된 수소화리튬(LiH)의 전기분해에 의해 입증되었으며, 양극. 1족 및 2족 금속 이외의 수소화물의 경우, 수소의 전기음성도가 낮기 때문에 이 용어는 오해의 소지가 있습니다. 2족 수소화물의 예외는 고분자인 BeH2입니다. 리튬 알루미늄 수소화물에서 AlH-4 음이온은 Al(III)에 단단히 부착된 수소화물 중심을 가지고 있습니다. 수소화물은 거의 모든 주족 원소에서 형성될 수 있지만 가능한 화합물의 수와 조합은 매우 다양합니다. 예를 들어, 100개 이상의 이원 보란 수소화물과 단 하나의 이원 알루미늄 수소화물이 알려져 있습니다. 이성분 인듐 수소화물은 아직 확인되지 않았지만 대규모 복합체가 존재합니다. 무기 화학에서 수소화물은 배위 착물에서 두 개의 금속 중심을 연결하는 가교 리간드 역할을 할 수도 있습니다. 이 기능은 특히 13족 원소, 특히 보란(수소화붕소)과 알루미늄 착물 및 클러스터된 카보란의 특징입니다.

양성자와 산

수소의 산화는 전자를 제거하고 H+를 생성하는데, 이는 전자가 없고 일반적으로 단일 양성자로 구성된 핵을 포함합니다. 이것이 바로 H+를 종종 양성자라고 부르는 이유입니다. 이 종은 산에 대한 논의의 중심입니다. Bronsted-Lowry 이론에 따르면 산은 양성자 기증자이고 염기는 양성자 수용체입니다. 순수한 양성자 H+는 전자가 있는 다른 원자나 분자에 대한 저항할 수 없는 인력 때문에 용액이나 이온 결정에 존재할 수 없습니다. 플라즈마와 관련된 고온을 제외하면 이러한 양성자는 원자와 분자의 전자 구름에서 제거될 수 없으며 계속 부착되어 있습니다. 그러나 "양성자"라는 용어는 때때로 이러한 방식으로 다른 종에 부착된 양전하 또는 양이온성 수소를 지칭하기 위해 은유적으로 사용되며, 따라서 개별 양성자가 하나의 종으로 자유롭게 존재한다는 의미는 전혀 없이 "H+"라고 지칭됩니다. 용액에서 "용매화된 양성자"의 출현을 피하기 위해 산성 수용액은 때때로 "하이드로늄 이온"(H3O+)이라고 불리는 덜 가능성이 적은 가상의 종을 포함하는 것으로 생각됩니다. 그러나 이 경우에도 그러한 용매화 수소 양이온은 H9O+4에 가까운 종을 형성하는 조직화된 클러스터로 더 현실적으로 인식됩니다. 다른 옥소늄 이온은 물이 다른 용매와 함께 산성 용액에 있을 때 발견됩니다. 지구상의 이국적인 모습에도 불구하고 우주에서 가장 흔한 이온 중 하나는 양성자화된 분자 수소 또는 삼수소 양이온으로 알려진 H+3입니다.

동위원소

수소에는 1H, 2H 및 3H로 지정되는 세 가지 자연 발생 동위원소가 있습니다. 다른 매우 불안정한 핵(4H~7H)은 실험실에서 합성되었지만 자연에서는 관찰되지 않았습니다. 1H는 99.98% 이상 존재하는 가장 풍부한 수소 동위원소입니다. 이 동위원소의 핵은 단 하나의 양성자로 구성되어 있기 때문에 설명적으로는 프로튬이라는 정식 이름이 사용되지만 거의 사용되지 않습니다. 수소의 또 다른 안정 동위원소인 2H는 중수소로 알려져 있으며 핵에 양성자 1개와 중성자 1개를 포함하고 있습니다. 우주의 모든 중수소는 빅뱅 때 생성되어 그때부터 지금까지 존재했다고 믿어진다. 중수소는 방사성 원소가 아니며 심각한 독성 위험을 초래하지 않습니다. 일반 수소 대신 중수소를 포함하는 분자가 풍부한 물을 중수라고 합니다. 중수소와 그 화합물은 화학 실험과 1H-NMR 분광학용 용매에서 비방사성 추적자로 사용됩니다. 중수는 원자로의 중성자 감속재와 냉각제로 사용됩니다. 중수소는 또한 상업용 핵융합을 위한 잠재적인 연료이기도 합니다. 3H는 삼중수소로 알려져 있으며 핵에 양성자 1개와 중성자 2개가 들어 있습니다. 이는 방사성이며 베타붕괴를 통해 헬륨-3으로 붕괴하며 반감기는 12.32년입니다. 방사성 물질이기 때문에 야광 페인트에 사용할 수 있어 야광 다이얼이 있는 시계를 만드는 데 유용합니다. 유리는 소량의 방사선이 빠져나가는 것을 방지합니다. 우주선이 대기 가스와 상호 작용할 때 소량의 삼중수소가 자연적으로 형성됩니다. 테스트 중에 삼중수소도 방출되었습니다. 핵무기. 이는 동위원소 지구화학의 지표로서 핵융합 반응과 특수 자가 동력 조명 장치에 사용됩니다. 삼중수소는 화학적, 생물학적 태깅 실험에서도 방사성 추적자로 사용되어 왔습니다. 수소는 오늘날 널리 사용되는 동위원소의 이름이 다른 유일한 원소입니다. 방사능 연구 초기에는 다양한 중방사성 동위원소가 주어졌습니다. 고유명사, 그러나 중수소와 삼중수소를 제외하고는 이러한 이름은 더 이상 사용되지 않습니다. D와 T 기호(2H와 3H 대신)는 때때로 중수소와 삼중수소에 사용되지만, 프로튬 P에 해당하는 기호는 이미 인에 사용되므로 프로튬에는 사용할 수 없습니다. 국제순수응용화학연맹(International Union of Pure and Applied Chemistry)의 명명법 지침에서는 D, T, 2H, 3H 기호의 사용을 허용하지만 2H와 3H를 선호합니다. 반뮤온과 전자로 구성된 이국적인 원자 뮤오늄(기호 Mu)은 1960년에 발견된 반뮤온과 전자의 질량 차이로 인해 때때로 수소의 가벼운 방사성 동위원소로 간주되기도 합니다. 뮤온 수명인 2.2μs 동안 뮤오늄은 각각 염화수소 및 수소화나트륨과 유사하게 염화뮤오늄(MuCl) 또는 뮤오나이드나트륨(NaMu)과 같은 화합물에 통합될 수 있습니다.

이야기

개봉 및 사용

1671년에 로버트 보일(Robert Boyle)은 철분과 묽은 산 사이의 반응으로 수소 가스를 생성하는 것을 발견하고 설명했습니다. 1766년 헨리 캐번디시(Henry Cavendish)는 처음으로 수소 가스를 개별 물질로 인식하고 금속산 반응으로 인해 가스를 "인화성 공기"라고 불렀습니다. 그는 "인화성 공기"가 "플로지스톤"이라는 가상의 물질과 사실상 동일하다는 이론을 세웠고, 1781년에 가스가 연소되면 물을 생성한다는 사실을 다시 발견했습니다. 그는 수소를 원소로 발견한 사람으로 여겨집니다. 1783년에 Antoine Lavoisier는 그와 Laplace가 수소를 태우면 물이 생성된다는 Cavendish의 데이터를 재현하면서 원소에 수소라는 이름을 부여했습니다(그리스어로 "물"을 의미하는 ὑδρο-hydro와 "창조자"를 의미하는 -γενής 유전자에서 유래). 라부아지에는 불로 가열된 백열등을 통해 증기 흐름과 금속 철을 반응시켜 질량 보존 실험을 위해 수소를 생산했습니다. 고온에서 물 양성자에 의한 철의 혐기성 산화는 다음과 같은 일련의 반응으로 개략적으로 나타낼 수 있습니다.

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

지르코늄과 같은 많은 금속은 물과 유사한 반응을 거쳐 수소를 생성합니다. 1898년 제임스 듀어(James Dewar)는 재생 냉동 장치와 그의 발명품인 진공 플라스크를 사용하여 처음으로 수소를 액화시켰습니다. 이듬해에는 고체수소를 생산했다. 중수소는 1931년 12월 Harold Urey에 의해 발견되었으며, 삼중수소는 1934년 Ernest Rutherford, Mark Oliphant 및 Paul Harteck에 의해 제조되었습니다. 일반 수소 대신 중수소로 구성된 중수는 1932년 유리(Urey) 연구팀에 의해 발견되었습니다. François Isaac de Rivaz는 최초의 Rivaz 엔진인 엔진을 제작했습니다. 내부 연소, 1806년에 수소와 산소에 의해 추진되었습니다. 에드워드 다니엘 클라크(Edward Daniel Clark)는 1819년에 수소 가스 튜브를 발명했습니다. Döbereiner 부싯돌(최초의 본격적인 라이터)은 1823년에 발명되었습니다. 최초의 수소 풍선은 1783년 자크 샤를(Jacques Charles)에 의해 발명되었습니다. 1852년 Henri Giffard가 최초의 수소 동력 비행선을 발명한 이후 수소는 최초로 신뢰할 수 있는 항공 여행 형태를 탄생시켰습니다. 독일 백작 페르디난트 폰 체펠린(Ferdinand von Zeppelin)은 나중에 제플린(Zeppelins)이라고 불리는 수소에 의해 공중으로 추진되는 견고한 비행선에 대한 아이디어를 장려했습니다. 이들 중 첫 번째 비행은 1900년에 이루어졌습니다. 정기 항공편은 1910년에 시작되어 1914년 8월 제1차 세계 대전이 발발할 때까지 큰 사고 없이 35,000명의 승객을 수송했습니다. 전쟁 중에는 수소 비행선이 관측 플랫폼과 폭격기로 사용되었습니다. 최초의 직항 대서양 횡단 비행은 1919년 영국 비행선 R34에 의해 이루어졌습니다. 1920년대 정기여객운송이 재개되고, 미국에서 헬륨 매장량이 발견되면서 여행안전이 향상될 것으로 기대되었으나, 미국정부가 이러한 목적의 가스 판매를 거부하여 힌덴부르크 비행선에 H2가 사용되었는데, 이 비행선은 파괴되었다. 뉴욕 밀라노 화재 - 1937년 5월 6일 저지. 해당 사건은 라디오를 통해 생중계됐고, 영상도 촬영됐다. 발화 원인은 수소 누출이라고 널리 추측되었으나 후속 연구에 따르면 알루미늄 코팅된 직물 덮개가 정전기에 의해 발화되었음을 나타냅니다. 그러나 이때까지 리프팅 가스로서의 수소의 명성은 이미 손상되었습니다. 같은 해, 수소 가스를 회전자와 고정자의 냉각수로 사용하는 최초의 수소 냉각식 터보 발전기가 1937년 Dayton Power & Light Co.에 의해 오하이오주 데이턴에서 서비스를 시작했습니다. 수소 가스의 열 전도성으로 인해 오늘날 이 분야에서 사용되는 가장 일반적인 가스입니다. 니켈-수소 배터리는 1977년 미국 NTS-2(Navigation Technology Satellite-2)에 처음으로 사용되었습니다. ISS, Mars Odyssey 및 Mars Global Surveyor에는 니켈-수소 배터리가 장착되어 있습니다. 궤도의 어두운 부분에서 허블 우주 망원경은 니켈-수소 배터리로 구동되며, 이 배터리는 발사 후 19년, 설계 후 13년이 지난 2009년 5월에 최종 교체되었습니다.

양자 이론에서의 역할

양성자와 전자만으로 구성된 단순한 원자 구조로 인해 수소 원자는 생성되거나 흡수되는 빛의 스펙트럼과 함께 원자 구조 이론 개발의 중심이었습니다. 또한 수소 분자의 단순성과 H+2 양이온에 대한 연구를 통해 화학 결합의 본질을 이해하게 되었고, 이는 곧 양자 역학에서 수소 원자의 물리적 처리로 이어졌습니다. 2020. 당시 명확하게 관찰된(그러나 이해되지 않은) 최초의 양자 효과 중 하나는 완전한 양자 역학 이론이 나타나기 반세기 전에 수소를 포함하는 맥스웰의 관찰이었습니다. 맥스웰은 다음과 같이 언급했습니다. 비열 H2는 비가역적으로 이원자 기체를 실온 아래로 남겨두고 극저온에서 단원자 기체의 비열과 점점 더 유사해지기 시작합니다. 에 따르면 양자 이론, 이 거동은 (양자화된) 회전 에너지 준위의 간격으로 인해 발생하며, 이는 낮은 질량으로 인해 H2에서 특히 넓게 간격을 두고 있습니다. 이러한 넓은 간격의 레벨은 열 에너지가 저온에서 수소의 회전 운동으로 균등하게 나누어지는 것을 방지합니다. 더 무거운 원자로 구성된 규조가스는 그 수준이 그렇게 넓지 않으며 동일한 효과도 나타내지 않습니다. 항수소는 수소의 반물질 유사체입니다. 그것은 양전자와 반양성자로 구성됩니다. 반수소는 2015년 현재 생산된 유일한 반물질 원자 유형이다.

자연 속에 존재하기

수소는 우주에서 가장 풍부한 화학 원소로 일반 물질의 질량 기준으로 75%, 원자 수 기준으로 90% 이상을 구성합니다. (그러나 우주의 대부분의 질량은 이런 형태가 아니다. 화학 원소, 암흑물질이나 암흑에너지와 같은 아직 감지되지 않은 형태의 질량이 있는 것으로 생각됩니다.) 이 원소는 별과 가스 거성에서 매우 풍부하게 발견됩니다. H2 분자 구름은 별 형성과 관련이 있습니다. 수소는 CNO 주기의 양성자-양성자 반응과 핵융합을 통해 별에 전력을 공급하는 데 중요한 역할을 합니다. 전 세계적으로 수소는 주로 분자 수소와는 완전히 다른 특성을 지닌 원자 및 플라즈마 상태로 발생합니다. 플라즈마로서 수소의 전자와 양성자는 서로 결합되어 있지 않아 전기 전도도가 매우 높고 방사율도 높습니다(태양과 다른 별에서 빛을 생성함). 하전입자는 자기장과 전기장의 영향을 크게 받습니다. 예를 들어, 태양풍에서는 지구의 자기권과 상호 작용하여 버클랜드 해류와 오로라를 생성합니다. 수소는 성간 매질에서 중성 원자 상태로 존재합니다. 부패하는 리만-알파계에서 발견되는 다량의 중성수소는 적색편이 z = 4까지 우주의 중입자 밀도를 지배하는 것으로 생각됩니다. 지구상의 정상적인 조건에서 원소 수소는 이원자 가스인 H2로 존재합니다. 그러나 수소 가스는 지구 대기(부피 기준 1ppm)에서 매우 드뭅니다. 가벼운 무게, 더 무거운 가스보다 지구의 중력을 더 쉽게 극복할 수 있습니다. 그러나 수소는 지구 표면에서 세 번째로 풍부한 원소이며, 주로 탄화수소, 물과 같은 화합물의 형태로 존재합니다. 수소 가스는 일부 박테리아와 조류에 의해 생성되며 점점 더 중요한 수소 공급원이 되는 메탄과 마찬가지로 플루트의 천연 성분입니다. 양성자화된 분자 수소(H+3)라고 불리는 분자 형태는 성간 물질에서 발견되며, 우주선에서 분자 수소가 이온화되어 생성됩니다. 이 하전된 이온은 목성의 대기 상층부에서도 관찰되었습니다. 이온은 비교적 안정하다. 환경온도와 밀도가 낮기 때문입니다. H+3는 우주에 가장 풍부한 이온 중 하나이며 성간 물질의 화학적 성질에 중요한 역할을 합니다. 중성 3원자 수소 H3는 여기된 형태로만 존재할 수 있으며 불안정합니다. 대조적으로, 양성 분자 수소 이온(H+2)은 우주에서 희귀한 분자입니다.

수소생산

H2는 화학 및 생물학 실험실에서 종종 다른 반응의 부산물로 생산됩니다. 불포화 기질의 수소화를 위한 산업; 그리고 본질적으로 생화학 반응에서 환원당량을 대체하는 수단으로 사용됩니다.

증기개질

수소는 여러 가지 방법으로 생산될 수 있지만 경제적으로 가장 중요한 공정은 탄화수소에서 수소를 제거하는 것입니다. 2000년 수소 생산의 약 95%가 증기 개질에서 나왔기 때문입니다. 상업적으로 대량의 수소는 일반적으로 천연가스의 증기 개질을 통해 생산됩니다. ~에 고온(1000-1400 K, 700-1100 °C 또는 1300-2000 °F) 증기(수증기)는 메탄과 반응하여 일산화탄소와 H2를 생성합니다.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

이 반응은 낮은 압력에서 더 잘 작동하지만 그럼에도 불구하고 높은 압력(2.0MPa, 20atm 또는 600인치 수은)에서도 수행될 수 있습니다. 이는 고압 H2가 가장 인기 있는 제품이고 가압식 탈수 시스템이 더 높은 압력에서 더 잘 작동하기 때문입니다. 생성물의 혼합물은 종종 메탄올 및 관련 화합물을 생산하는 데 직접 사용되기 때문에 "합성가스"로 알려져 있습니다. 메탄 이외의 탄화수소를 사용하여 다양한 제품 비율의 합성가스를 생산할 수 있습니다. 고도로 최적화된 이 기술의 많은 합병증 중 하나는 코크스 또는 탄소의 형성입니다.

CH4 → C + 2 H2

따라서 증기 개질은 일반적으로 과잉 H2O를 사용합니다. 특히 산화철 촉매를 사용하여 수성 가스 치환 반응을 통해 일산화탄소를 사용하여 증기에서 추가 수소를 회수할 수 있습니다. 이 반응은 또한 일반적인 산업적 이산화탄소 공급원이기도 합니다.

CO + H2O → CO2 + H2

H2에 대한 다른 중요한 방법에는 탄화수소의 부분 산화가 포함됩니다.

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

그리고 위에서 설명한 전단 반응의 전주곡 역할을 할 수 있는 석탄 반응은 다음과 같습니다.

C + H2O → CO + H2

때로는 수소가 분리되지 않고 동일한 산업 공정에서 생산되고 소비되기도 합니다. 암모니아를 생산하는 하버(Haber) 공정에서는 천연가스로부터 수소가 생성됩니다. 염소를 생성하기 위해 염수를 전기분해하면 부산물로 수소도 생성됩니다.

금속산

실험실에서 H2는 일반적으로 묽은 비산화성 산과 아연과 같은 특정 반응성 금속을 Kipp 장치를 사용하여 반응시켜 제조됩니다.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

알루미늄은 염기로 처리하면 H2를 생성할 수도 있습니다.

2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al(OH)-4 + 3 H2

물을 전기분해하면 수소를 생산하는 간단한 방법이다. 물에는 저전압 전류가 흐르고 양극에서는 산소 가스가 생성되고 음극에서는 수소 가스가 생성됩니다. 일반적으로 음극은 저장용 수소를 생산할 때 백금이나 다른 불활성 금속으로 만들어집니다. 그러나 가스가 현장에서 연소되는 경우 연소를 돕기 위해 산소가 존재하는 것이 바람직하므로 두 전극은 모두 불활성 금속으로 만들어집니다. (예를 들어, 철은 산화되어 생산되는 산소의 양을 줄입니다.) 이론적 최대 효율(생산된 수소의 에너지 값에 비해 사용된 전기량)은 80~94% 범위입니다.

2 H2O(L) → 2 H2(g) + O2(g)

물에 첨가된 알갱이 형태의 알루미늄과 갈륨의 합금을 사용하여 수소를 생산할 수 있습니다. 이 공정에서는 산화알루미늄도 생성되지만 펠렛에 산화피막이 형성되는 것을 방지하는 값비싼 갈륨을 재사용할 수 있습니다. 수소는 지역적으로 생산될 수 있고 운송할 필요가 없기 때문에 이는 수소 경제에 중요한 잠재적 영향을 미칩니다.

열화학적 특성

물을 분리하는 데 사용할 수 있는 열화학 사이클은 200개 이상이며, 산화철 사이클, 산화세륨(IV) 사이클, 아연-산화아연 사이클, 요오드황 사이클, 구리 사이클, 염소 등 약 12개의 사이클이 있습니다. 하이브리드 유황 사이클은 전기를 사용하지 않고 물과 열로부터 수소와 산소를 생산하는 연구 및 테스트 중입니다. 많은 실험실(프랑스, 독일, 그리스, 일본 및 미국 포함)이 태양 에너지와 물에서 수소를 생산하는 열화학 방법을 개발하고 있습니다.

혐기성 부식

혐기성 조건에서 철과 강철 합금은 수소 분자(H2)로 환원되면서 물 양성자에 의해 천천히 산화됩니다. 철의 혐기성 부식은 먼저 수산화철(녹색 녹)을 형성하며 다음 반응으로 설명할 수 있습니다: Fe + 2 H2O → Fe(OH) 2 + H2. 차례로, 혐기성 조건에서 수산화철(Fe(OH)2)은 물 양성자에 의해 산화되어 자철석과 분자 수소를 형성할 수 있습니다. 이 과정은 Shikorra 반응으로 설명됩니다: 3 Fe(OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 수산화철 → 마그네슘 + 물 + 수소. 잘 결정화된 자철석(Fe3O4)은 수산화철(Fe(OH)2)보다 열역학적으로 더 안정적입니다. 이 과정은 무산소 환경에서 철과 강철의 혐기성 부식 중에 발생합니다. 지하수지하수면 아래의 토양을 복원할 때.

지질학적 기원: 사문석화 반응

깊은 곳에 산소(O2)가 없으면 지질 학적 조건, 지구 대기에서 멀리 떨어져 있는 수소(H2)는 파얄라이트(Fe2SiO4, 감람석-철 끝점)의 결정 격자에 존재하는 규산철(Fe2+)의 물(H+) 양성자에 의한 혐기성 산화에 의한 사문석화 과정에서 형성됩니다. ). 자철광(Fe3O4), 석영(SiO2) 및 수소(H2)의 형성으로 이어지는 해당 반응: 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 파얄라이트 + 물 → 자철광 + 석영 + 수소. 이 반응은 물과 접촉하는 수산화철의 혐기성 산화 중에 관찰되는 시코라(Shikorra) 반응과 매우 유사합니다.

변압기의 형성

전력 변압기에서 생성되는 모든 유해 가스 중에서 수소가 가장 일반적이며 대부분의 결함에서 생성됩니다. 따라서 수소의 형성은 변압기 수명주기에 심각한 문제가 있다는 초기 신호입니다.

응용

다양한 공정에서의 소비

석유 및 화학 산업에서는 많은 양의 H2가 필요합니다. H2의 가장 큰 용도는 화석 연료의 처리(“업그레이드”)와 암모니아 생산입니다. 석유화학 공장에서 H2는 수첨탈알킬화, 수첨탈황 및 수소화분해에 사용됩니다. H2에는 몇 가지 다른 중요한 용도가 있습니다. H2는 특히 불포화 지방과 오일(마가린과 같은 품목에서 발견됨)의 포화도를 높이기 위한 수소화제와 메탄올 생산에 사용됩니다. 또한 염산 생산 시 수소 공급원이기도 합니다. H2는 금속광석의 환원제로도 사용됩니다. 수소는 많은 희토류 및 전이 금속에 매우 잘 녹으며 나노결정질 금속과 비정질 금속 모두에 잘 녹습니다. 금속에서 수소의 용해도는 결정 격자의 국부적인 왜곡이나 불순물에 따라 달라집니다. 이는 뜨거운 팔라듐 디스크를 통과하여 수소를 정제할 때 유용할 수 있지만, 가스의 높은 용해도는 많은 금속을 취약하게 만들어 파이프라인과 저장 탱크의 설계를 복잡하게 만드는 야금학적 문제입니다. 시약으로 사용하는 것 외에도 H2는 물리학 및 기술 분야에서 폭넓게 응용됩니다. 원자수소용접 등의 용접기술에서 보호가스로 사용됩니다. H2는 모든 가스 중에서 열전도율이 가장 높기 때문에 발전소 발전기의 회전자 냉각수로 사용됩니다. 액체 H2는 초전도 연구를 포함한 극저온 연구에 사용됩니다. H2는 공기보다 가볍고 공기 밀도의 1/14보다 약간 높기 때문에 한때 풍선과 비행선의 리프팅 가스로 널리 사용되었습니다. 최신 응용 분야에서 수소는 즉각적인 누출 감지를 위한 추적 가스로 순수한 상태로 사용되거나 질소(때때로 형성 가스라고도 함)와 혼합되어 사용됩니다. 수소는 자동차, 화학, 에너지, 항공우주, 통신 산업에서 사용됩니다. 수소는 다른 항산화 특성 중에서도 식품 누출 테스트를 허용하는 승인된 식품 첨가물(E 949)입니다. 희귀한 수소 동위원소도 특별한 용도로 사용됩니다. 중수소(수소-2)는 느린 중성자 감속재로서 핵분열 응용 분야와 핵융합 반응에 사용됩니다. 중수소 화합물은 화학 및 생물학 분야에서 반응의 동위원소 효과를 연구하는 데 사용됩니다. 원자로에서 생산되는 삼중수소(수소-3)는 수소폭탄 생산, 생물학의 동위원소 추적자, 야광 페인트의 방사선원으로 사용됩니다. 평형 수소의 삼중점 온도는 ITS-90 온도 척도에서 13.8033 켈빈으로 정의되는 고정점입니다.

냉각 매체

수소는 가벼운 이원자 분자의 직접적인 결과인 여러 가지 유리한 특성으로 인해 발전소에서 발전기의 냉각수로 일반적으로 사용됩니다. 여기에는 저밀도, 저점도, 모든 가스 중 가장 높은 비열 용량 및 열전도도가 포함됩니다.

에너지 캐리어

현재 성숙 단계에 이르지 못한 기술인 중수소나 삼중수소를 사용하는 상업용 핵융합 발전소의 가상적 맥락을 제외하면 수소는 에너지 자원이 아닙니다. 태양의 에너지는 수소의 핵융합에서 나오지만, 이 과정은 지구에서는 달성하기 어렵습니다. 태양광, 생물학적 또는 전기적 소스에서 나오는 원소 수소는 연소할 때 소비되는 것보다 생산하는 데 더 많은 에너지가 필요하므로 이러한 경우 수소는 배터리와 유사한 에너지 운반체 역할을 합니다. 수소는 화석 자원(예: 메탄)에서 생산될 수 있지만 이러한 자원은 고갈됩니다. 실제 가능한 압력에서 액체 수소와 압축 수소 가스의 단위 부피당 에너지 밀도는 연료의 단위 질량당 에너지 밀도가 더 높음에도 불구하고 기존 에너지원의 에너지 밀도보다 훨씬 낮습니다. 그러나 원소 수소는 에너지 측면에서 가능한 미래 경제 전반의 에너지 운반체로서 널리 논의되어 왔습니다. 예를 들어, CO2 격리와 그에 따른 탄소 포집 및 저장은 화석 연료로부터 H2 생산 지점에서 수행될 수 있습니다. 운송에 사용되는 수소는 비교적 깨끗하게 연소되어 일부 NOx를 배출하지만 탄소는 배출하지 않습니다. 그러나 수소 경제로의 완전한 전환과 관련된 인프라 비용은 상당할 것입니다. 연료전지는 내연기관보다 더 효율적으로 수소와 산소를 전기로 직접 변환할 수 있습니다.

반도체 산업

수소는 비정질 실리콘과 비정질 탄소의 댕글링 결합을 포화시키는 데 사용되며, 이는 재료의 특성을 안정화하는 데 도움이 됩니다. 또한 ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4 및 SrZrO3를 포함한 다양한 산화물 재료의 잠재적인 전자 공여체입니다.

생물학적 반응

H2는 일부 혐기성 대사의 산물이며 일반적으로 수소화효소라고 불리는 철 또는 니켈 함유 효소에 의해 촉매되는 반응을 통해 여러 미생물에 의해 생산됩니다. 이들 효소는 H2와 그 구성 요소(양성자 2개와 전자 2개) 사이의 가역적 산화환원 반응을 촉매합니다. 수소 가스의 생성은 피루브산의 발효로 생성된 환원당량을 물로 옮겨서 발생합니다. 유기체에 의한 수소 생산과 소비의 자연적인 순환을 수소 순환이라고 합니다. 물이 구성 요소인 양성자, 전자 및 산소로 분해되는 과정인 물 분해는 모든 광합성 유기체의 명반응에서 발생합니다. 조류 Chlamydomonas Reinhardtii와 시아노박테리아를 포함한 일부 유기체는 엽록체의 특수 수소화효소에 의해 양성자와 전자가 환원되어 H2 가스를 형성하는 암흑반응의 두 번째 단계를 진화시켰습니다. 산소가 있는 경우에도 H2 가스를 효율적으로 합성하기 위해 시아노박테리아 수화효소를 유전적으로 변형하려는 시도가 있었습니다. 생물반응기에서 유전자 변형 조류를 사용하려는 노력도 이루어졌습니다.