Vodorod - bu gaz. Vodorod - bu nima modda? Vodorodning kimyoviy va fizik xossalari

Davriy tizimda u o'ziga xos mavqega ega bo'lib, u ko'rsatadigan xususiyatlarni aks ettiradi va uning elektron tuzilishi haqida gapiradi. Biroq, barchasi orasida bir vaqtning o'zida ikkita hujayrani egallagan bitta maxsus atom mavjud. U o'zining namoyon bo'ladigan xususiyatlarida mutlaqo qarama-qarshi bo'lgan ikkita elementlar guruhida joylashgan. Bu vodorod. Bu xususiyatlar uni o'ziga xos qiladi.

Vodorod nafaqat element, balki oddiy modda, shuningdek, ko'plab murakkab birikmalarning tarkibiy qismi, biogen va organogen elementdir. Shuning uchun biz uning xususiyatlarini va xususiyatlarini batafsilroq ko'rib chiqamiz.

Vodorod kimyoviy element sifatida

Vodorod - asosiy kichik guruhning birinchi guruhining elementi, shuningdek, birinchi kichik davrda asosiy kichik guruhning ettinchi guruhi. Bu davr faqat ikkita atomdan iborat: geliy va biz ko'rib chiqayotgan element. Vodorodning davriy sistemadagi joylashuvining asosiy xususiyatlarini tasvirlab beraylik.

  1. Vodorodning seriya raqami 1, elektronlar soni bir xil, protonlar soni bir xil. Atom massasi 1,00795. Ushbu elementning massa raqamlari 1, 2, 3 bo'lgan uchta izotopi mavjud. Biroq, ularning har birining xossalari juda farq qiladi, chunki vodorod uchun massaning bir marta ortishi darhol ikki baravar ko'payadi.
  2. Uning tashqi tomonida faqat bitta elektron borligi uning oksidlovchi va qaytaruvchi xususiyatlarini muvaffaqiyatli namoyon etishiga imkon beradi. Bundan tashqari, elektron berilgandan so'ng, u donor-akseptor mexanizmiga muvofiq kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishida ishtirok etadigan erkin orbital bo'lib qoladi.
  3. Vodorod kuchli qaytaruvchi vositadir. Shuning uchun asosiy kichik guruhning birinchi guruhi uning asosiy joyi hisoblanadi, bu erda u eng faol metallar - gidroksidi.
  4. Biroq, masalan, metallar kabi kuchli qaytaruvchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, u elektronni qabul qiladigan oksidlovchi vosita ham bo'lishi mumkin. Bu birikmalar gidridlar deyiladi. Shu asosda, u o'xshash bo'lgan halogenlarning kichik guruhini boshqaradi.
  5. Juda kichik atom massasi tufayli vodorod eng engil element hisoblanadi. Bundan tashqari, uning zichligi ham juda past, shuning uchun u ham engillik uchun mezondir.

Shunday qilib, vodorod atomi boshqa barcha elementlardan farqli o'laroq, butunlay noyob ekanligi aniq. Binobarin, uning xossalari ham alohida bo'lib, hosil bo'lgan oddiy va murakkab moddalar juda muhimdir. Keling, ularni batafsil ko'rib chiqaylik.

oddiy modda

Agar biz ushbu element haqida molekula sifatida gapiradigan bo'lsak, unda biz uni diatomik deb aytishimiz kerak. Ya'ni, vodorod (oddiy modda) gazdir. Uning empirik formulasi H 2, grafiki esa bitta orqali yoziladi sigma aloqasi H-H. Atomlar orasidagi bog'lanish mexanizmi kovalent qutbsizdir.

  1. Metanning bug 'riformatsiyasi.
  2. Ko'mirni gazlashtirish - jarayon ko'mirni 1000 0 S ga qadar qizdirishni o'z ichiga oladi, natijada vodorod va yuqori uglerodli ko'mir hosil bo'ladi.
  3. Elektroliz. Bu usul faqat turli xil tuzlarning suvli eritmalari uchun ishlatilishi mumkin, chunki eritmalar katodda suv oqishiga olib kelmaydi.

Vodorod olishning laboratoriya usullari:

  1. Metall gidridlarning gidrolizi.
  2. Suyultirilgan kislotalarning faol metallarga ta'siri va o'rta faollik.
  3. Ishqoriy va ishqoriy tuproq metallarning suv bilan o'zaro ta'siri.

Hosil bo'lgan vodorodni yig'ish uchun probirkani teskari burab turish kerak. Axir, bu gazni, masalan, karbonat angidrid bilan bir xil tarzda yig'ib bo'lmaydi. Bu vodorod, u havodan ancha engilroq. U tez uchib ketadi va havo bilan ko'p miqdorda aralashganda portlaydi. Shuning uchun quvur teskari bo'lishi kerak. Uni to'ldirgandan so'ng, uni rezina tiqin bilan yopish kerak.

Yig'ilgan vodorodning tozaligini tekshirish uchun bo'yniga yoqilgan gugurtni olib kelish kerak. Agar paxta kar va jim bo'lsa, u holda gaz toza, minimal havo aralashmalari bilan. Agar u baland ovozda va hushtak chalayotgan bo'lsa, u iflos, begona komponentlarning katta qismi bilan.

Foydalanish sohalari

Vodorod yondirilganda shunday katta miqdorda energiya (issiqlik) ajralib chiqadiki, bu gaz eng foydali yoqilg'i hisoblanadi. Bundan tashqari, u ekologik jihatdan qulay. Biroq, hozirgi vaqtda ushbu sohada foydalanish cheklangan. Bu reaktorlar, dvigatellar va portativ qurilmalarda, shuningdek, turar-joy isitish qozonlarida yoqilg'i sifatida foydalanish uchun mos bo'lgan sof vodorodni sintez qilishning noto'g'ri o'ylangan va hal qilinmagan muammolari bilan bog'liq.

Axir, bu gazni olish usullari ancha qimmat, shuning uchun birinchi navbatda sintezning maxsus usulini ishlab chiqish kerak. Bu sizga mahsulotni qabul qilish imkonini beradi katta hajm va minimal xarajatlar bilan.

Biz ko'rib chiqayotgan gazning bir nechta asosiy yo'nalishlari mavjud.

  1. Kimyoviy sintezlar. Gidrogenlash asosida sovun, margarin va plastmassalar olinadi. Vodorod ishtirokida metanol va ammiak, shuningdek, boshqa birikmalar sintezlanadi.
  2. Oziq-ovqat sanoatida - E949 qo'shimchasi sifatida.
  3. Aviatsiya sanoati (raketasozlik, samolyotsozlik).
  4. Energiya sanoati.
  5. Meteorologiya.
  6. Ekologik toza turdagi yoqilg'i.

Shubhasiz, vodorod tabiatda qanchalik ko'p bo'lsa, shunchalik muhimdir. Undan hosil bo'lgan turli birikmalar yanada katta rol o'ynaydi.

Vodorod birikmalari

Bu vodorod atomlarini o'z ichiga olgan murakkab moddalardir. Bunday moddalarning bir nechta asosiy turlari mavjud.

  1. Vodorod galogenidlari. Umumiy formula HHal. Ular orasida vodorod xlorid alohida ahamiyatga ega. Bu xlorid kislota eritmasini hosil qilish uchun suvda eriydigan gazdir. Bu kislota deyarli barcha kimyoviy sintezlarda keng qo'llaniladi. Va ham organik, ham noorganik. Vodorod xlorid - HCL empirik formulasiga ega bo'lgan va mamlakatimizda yillik ishlab chiqarish bo'yicha eng yiriklaridan biri bo'lgan birikma. Vodorod galogenidlariga vodorod yodidi, vodorod ftorid va vodorod bromid ham kiradi. Ularning barchasi tegishli kislotalarni hosil qiladi.
  2. Uchuvchi Ularning deyarli barchasi juda zaharli gazlardir. Masalan, vodorod sulfidi, metan, silan, fosfin va boshqalar. Biroq, ular juda yonuvchan.
  3. Gidridlar metallar bilan birikmalardir. Ular tuzlar sinfiga kiradi.
  4. Gidroksidlar: asoslar, kislotalar va amfoter birikmalar. Ularning tarkibi, albatta, bir yoki bir nechta vodorod atomlarini o'z ichiga oladi. Misol: NaOH, K 2, H 2 SO 4 va boshqalar.
  5. Vodorod gidroksidi. Ushbu birikma ko'proq suv sifatida tanilgan. Vodorod oksidining boshqa nomi. Empirik formula shunday ko'rinadi - H 2 O.
  6. Vodorod peroksid. Bu eng kuchli oksidlovchi moddadir, uning formulasi H 2 O 2.
  7. Ko'p sonli organik birikmalar: uglevodorodlar, oqsillar, yog'lar, lipidlar, vitaminlar, gormonlar, efir moylari va boshqalar.

Shubhasiz, biz ko'rib chiqayotgan elementning birikmalarining xilma-xilligi juda katta. Bu uning tabiat va inson uchun, barcha tirik mavjudotlar uchun yuksak ahamiyatini yana bir bor tasdiqlaydi.

eng yaxshi erituvchi hisoblanadi

Yuqorida aytib o'tilganidek, bu moddaning umumiy nomi suvdir. Ikki vodorod atomi va bitta kisloroddan iborat bo'lib, ular kovalent qutbli aloqalar bilan bog'langan. Suv molekulasi dipol bo'lib, uning ko'pgina xususiyatlarini tushuntiradi. Xususan, uning universal hal qiluvchi ekanligi.

Aynan suv muhitida deyarli barcha kimyoviy jarayonlar sodir bo'ladi. Tirik organizmlarda plastik va energiya almashinuvining ichki reaksiyalari ham vodorod oksidi yordamida amalga oshiriladi.

Suv sayyoradagi eng muhim modda hisoblanadi. Ma'lumki, usiz hech bir tirik organizm yashay olmaydi. Yerda u uchta yig'ilish holatida mavjud bo'lishi mumkin:

  • suyuqlik;
  • gaz (bug ');
  • qattiq (muz).

Molekulaning bir qismi bo'lgan vodorodning izotopiga qarab, suvning uch turi mavjud.

  1. Yengil yoki protium. Massa soni 1 bo'lgan izotop. Formula H 2 O. Bu barcha organizmlar foydalanadigan odatiy shakl.
  2. Deyteriy yoki ogʻir, formulasi D 2 O. Tarkibida 2 H izotopi mavjud.
  3. Juda og'ir yoki tritiy. Formula T 3 O ga o'xshaydi, izotopi 3 H.

Sayyoradagi chuchuk protiumli suv zahiralari juda muhimdir. Ko'pgina mamlakatlarda allaqachon etishmayapti. Ichimlik suvini olish uchun sho'r suvni tozalash usullari ishlab chiqilmoqda.

Vodorod periks - universal vositadir

Ushbu birikma, yuqorida aytib o'tilganidek, ajoyib oksidlovchi vositadir. Biroq, kuchli vakillar bilan u reduktor sifatida ham harakat qilishi mumkin. Bundan tashqari, u aniq bakteritsid ta'sirga ega.

Ushbu birikmaning yana bir nomi peroksiddir. Aynan shu shaklda u tibbiyotda qo'llaniladi. Ko'rib chiqilayotgan birikmaning kristalli gidratining 3% eritmasi kichik yaralarni zararsizlantirish uchun davolash uchun ishlatiladigan tibbiy preparatdir. Biroq, bu holatda, vaqt o'tishi bilan jarohatni davolash kuchayishi isbotlangan.

Shuningdek, vodorod periks raketa yoqilg'isida, sanoatda dezinfektsiyalash va oqartirish uchun, tegishli materiallarni (masalan, ko'pik) ishlab chiqarish uchun ko'pikli vosita sifatida ishlatiladi. Bundan tashqari, peroksid akvariumlarni tozalashga, sochlarni oqartirishga va tishlarni oqartirishga yordam beradi. Biroq, ayni paytda u to'qimalarga zarar etkazadi, shuning uchun bu maqsadda mutaxassislar tomonidan tavsiya etilmaydi.

Vodorod

vodorod-a; m. Kimyoviy element (H), engil, rangsiz va hidsiz gaz bo'lib, kislorod bilan suv hosil qiladi.

◁ Vodorod, th, th. V ulanishlar. V bakteriyalar. V-bomba(katta halokatli kuchga ega bomba, uning portlovchi ta'siri termoyadroviy reaktsiyaga asoslangan). Vodorodli, th, th.

vodorod

(lot. Hydrogenium), VII guruh kimyoviy elementi davriy tizim. Tabiatda ikkita barqaror izotop (protiy va deyteriy) va bitta radioaktiv izotop (tritiy) mavjud. Molekula ikki atomli (H 2). Rangsiz va hidsiz gaz; zichligi 0,0899 g/l, t kip - 252,76 ° S. U kislorod bilan suv hosil qilish uchun ko'plab elementlar bilan birlashadi. Kosmosdagi eng keng tarqalgan element; Quyosh va yulduzlar massasining 70% dan ortig'ini (plazma shaklida), yulduzlararo muhit va tumanlik gazlarining asosiy qismini tashkil qiladi. Vodorod atomi ko'plab kislotalar va asoslar, ko'pchilik organik birikmalarning bir qismidir. Ular ammiak, xlorid kislota ishlab chiqarishda, yog'larni gidrogenlashda va boshqalarda, metalllarni payvandlash va kesishda qo'llaniladi. Yoqilg'i sifatida istiqbolli (qarang. Vodorod energiyasi).

vodorod

VODROGEN (lot. Hydrogenium), H, atom raqami 1, atom massasi 1,00794 bo'lgan kimyoviy element. Vodorodning kimyoviy belgisi H, bizning mamlakatimizda "kul" deb o'qiladi, chunki bu harf frantsuz tilida talaffuz qilinadi.
Tabiiy vodorod ikkita barqaror nuklid aralashmasidan iborat (sm. NUCLIDE) massa raqamlari bilan 1,007825 (aralashmada 99,985%) va 2,0140 (0,015%). Bundan tashqari, radioaktiv nuklid tritiyning iz miqdori doimo tabiiy vodorodda mavjud. (sm. TRITIUM) 3 H (yarimparchalanish davri T 1/2 12,43 yil). Vodorod atomining yadrosida atigi 1 proton bo'lganligi sababli (atom yadrosida protondan kam bo'lishi mumkin emas), ba'zan vodorod D. I. Mendeleyev elementlari davriy tizimining tabiiy pastki chegarasini tashkil qiladi, deyishadi (garchi element bo'lsa ham. vodorodning o'zi jadvalning eng yuqori qismida joylashgan). Vodorod elementi davriy jadvalning birinchi davrida joylashgan. Shuningdek, u 1-guruhga (ishqoriy metallarning IA guruhi) kiradi (sm. Ishqoriy metallar)), va 7-guruhga (galogenlarning VIIA guruhi (sm. galogenlar)).
Vodorod izotoplaridagi atomlarning massalari katta farq qiladi (bir necha marta). Bu ularning fizik jarayonlarda (distillash, elektroliz va boshqalar) xatti-harakatlarida sezilarli farqlarga va ma'lum kimyoviy farqlarga olib keladi (bir elementning izotoplari harakatidagi farqlar izotop effektlari deb ataladi; vodorod uchun izotop effektlari eng muhim). Shuning uchun, boshqa barcha elementlarning izotoplaridan farqli o'laroq, vodorod izotoplari maxsus belgilar va nomlarga ega. Massa soni 1 ga teng bo'lgan vodorod engil vodorod yoki protium (lot. Protium, yunoncha protos - birinchi), H belgisi bilan belgilanadi va yadrosi proton deb ataladi. (sm. PROTON (elementar zarracha)), belgisi r. Massa soni 2 bo'lgan vodorod og'ir vodorod, deyteriy deyiladi (sm. DEYTERIY)(Lotin Deuterium, yunoncha deuteros - ikkinchi), belgilar 2 H yoki D ("de" o'qing) uni belgilash uchun ishlatiladi, yadro d deytron hisoblanadi. Massa soni 3 ga teng bo'lgan radioaktiv izotop o'ta og'ir vodorod deb ataladi yoki tritiy (lat. Tritum, yunoncha tritosdan - uchinchi), 2 H yoki T belgisi ("bularni" o'qing), yadro t tritondir.
Neytral qo'zg'atilmagan vodorod atomining yagona elektron qatlamining konfiguratsiyasi 1 s 1 . Birikmalarda u +1 oksidlanish darajasini va kamroq tez-tez -1 (valentlik I) ni namoyon qiladi. Neytral vodorod atomining radiusi 0,024 nm. Atomning ionlanish energiyasi 13,595 eV, elektronga yaqinligi 0,75 eV. Pauling shkalasida vodorodning elektr manfiyligi 2,20 ga teng. Vodorod metall bo'lmaganlardan biridir.
Erkin shaklda bu rang, hid va ta'mga ega bo'lmagan engil, yonuvchan gazdir.
Kashfiyot tarixi
Kislotalar va metallarning o'zaro ta'sirida yonuvchi gazning ajralib chiqishi 16-17-asrlarda kimyo fan sifatida shakllangan davrda kuzatilgan. Mashhur ingliz fizigi va kimyogari G. Kavendish (sm. Kavendish Genri) 1766 yilda u bu gazni o'rganib chiqdi va uni "yonuvchi havo" deb atadi. Yonayotganda "yonuvchi havo" suv berdi, ammo Kavendishning flogiston nazariyasiga sodiqligi. (sm. PHLOGISTON) to‘g‘ri xulosa chiqarishiga to‘sqinlik qildi. Fransuz kimyogari A. Lavuazye (sm. Lavuazye Antuan Loran) muhandis J. Meunier bilan birgalikda (sm. MEUNIER Jan-Batist Mari Charlz), maxsus gazometrlar yordamida 1783 yilda suvning sintezini, keyin esa uning tahlilini amalga oshirib, suv bug'ini qizdirilgan temir bilan parchalab tashladi. Shunday qilib, u "yonuvchi havo" suvning bir qismi ekanligini va undan olinishi mumkinligini aniqladi. 1787 yilda Lavoisier "yonuvchi havo" oddiy moddadir va shuning uchun kimyoviy elementlar soniga tegishli degan xulosaga keldi. U unga gidrogen nomini berdi (yunoncha hydor - suv va gennao - tug'adi) - "suvni tug'diruvchi". Suv tarkibining oʻrnatilishi “flogiston nazariyasi”ga chek qoʻydi. Ruscha "vodorod" nomini kimyogar M.F.Solovyov taklif qilgan (sm. SOLOVIEV Mixail Fedorovich) 1824-yil.18—19-asrlar boʻsagʻasida vodorod atomi juda yengil (boshqa elementlar atomlari bilan solishtirganda) ekanligi aniqlandi va solishtirish uchun birlik sifatida vodorod atomining ogʻirligi (massasi) olingan. elementlarning atom massalari. Vodorod atomining massasiga 1 ga teng qiymat berildi.
Tabiatda bo'lish
Vodorod er qobig'i massasining taxminan 1% ni tashkil qiladi (barcha elementlar orasida 10-o'rin). Vodorod bizning sayyoramizda deyarli hech qachon erkin shaklda topilmaydi (uning izlari atmosferaning yuqori qismida joylashgan), lekin u suv tarkibida deyarli hamma joyda er yuzida tarqalgan. Vodorod elementi tirik organizmlarning organik va noorganik birikmalari, tabiiy gaz, neft, ko'mirning bir qismidir. U, albatta, suv tarkibida (og'irligi bo'yicha taxminan 11%), bir yoki bir nechta OH gidrokso guruhini o'z ichiga olgan turli xil tabiiy kristalli gidratlar va minerallarda mavjud.
Vodorod element sifatida koinotda hukmronlik qiladi. U Quyosh va boshqa yulduzlar massasining yarmini tashkil qiladi, u bir qator sayyoralar atmosferasida mavjud.
Kvitansiya
Vodorodni ko'p usullar bilan olish mumkin. Buning uchun sanoatda tabiiy gazlar, shuningdek, neftni qayta ishlash, ko'mir va boshqa yoqilg'ilarni kokslash va gazlashtirish natijasida olingan gazlar qo'llaniladi. Tabiiy gazdan vodorod ishlab chiqarishda (asosiy komponent metan), uning suv bug'lari bilan katalitik o'zaro ta'siri va kislorod bilan to'liq bo'lmagan oksidlanish amalga oshiriladi:
CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2 va CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO 2 + 2H 2
Vodorodni koks gazidan va neftni qayta ishlash gazlaridan ajratish ularning chuqur sovutish paytida suyultirilishiga va vodorodga qaraganda osonroq suyultiriladigan gazlar aralashmasidan chiqarilishiga asoslangan. Arzon elektr energiyasi mavjud bo'lganda, vodorod suvni elektroliz qilish, gidroksidi eritmalar orqali oqim o'tkazish yo'li bilan olinadi. Laboratoriya sharoitida vodorod metallarning kislotalar bilan o'zaro ta'sirida osonlik bilan olinadi, masalan, rux xlorid kislotasi bilan.
Jismoniy va Kimyoviy xossalari
Oddiy sharoitlarda vodorod engil (normal sharoitda zichligi 0,0899 kg / m 3) rangsiz gazdir. Erish nuqtasi -259,15 °C, qaynash nuqtasi -252,7 °C. Suyuq vodorod (qaynoq nuqtasida) 70,8 kg / m 3 zichlikka ega va eng engil suyuqlikdir. Standart elektrod potentsiali H 2 / H - suvli eritmada 0 ga teng olinadi. Vodorod suvda yomon eriydi: 0 ° C da eruvchanligi 0,02 sm 3 / ml dan kam, lekin u ba'zi metallarda juda eriydi. (shimgichli temir va boshqalar), ayniqsa yaxshi - metall palladiyda (1 hajmli metallda taxminan 850 hajm vodorod). Vodorodning yonish issiqligi 143,06 MJ/kg ni tashkil qiladi.
Ikki atomli H 2 molekulalari shaklida mavjud. 300 K da H 2 ning atomlarga dissotsilanish konstantasi 2,56 10 -34 ga teng. H 2 molekulasining atomlarga ajralish energiyasi 436 kJ/mol. H 2 molekulasidagi yadrolararo masofa 0,07414 nm.
Chunki molekulaning bir qismi bo'lgan har bir H atomining yadrosi o'z spiniga ega (sm. SPIN), u holda molekulyar vodorod ikki shaklda bo'lishi mumkin: ortohidrogen (o-H 2) shaklida (ikkala spin bir xil yo'nalishga ega) va paravodorod shaklida (p-H 2) (spinlar turli yo'nalishlarga ega). Oddiy sharoitlarda oddiy vodorod 75% o-H 2 va 25% p-H 2 aralashmasidir. P- va o-H 2 ning fizik xususiyatlari bir-biridan biroz farq qiladi. Shunday qilib, qaynash nuqtasi bo'lsa sof o-n 2 20,45 K, keyin sof p-H 2 - 20,26 K. o-H 2 ning p-H 2 ga aylanishi 1418 J / mol issiqlik chiqishi bilan birga keladi.
Ilmiy adabiyotlarda bir necha bor ta'kidlangan yuqori bosimlar(10 GPa dan yuqori) va past haroratlarda (taxminan 10 K va undan past) odatda olti burchakli molekulyar turdagi panjarada kristallanadigan qattiq vodorod metall xususiyatlarga ega moddaga, ehtimol hatto o'ta o'tkazgichga ham aylanishi mumkin. Biroq, bunday o'tish imkoniyati haqida hali ham aniq ma'lumotlar yo'q.
Yuqori quvvat kimyoviy bog'lanish H 2 molekulasidagi atomlar orasidagi (masalan, molekulyar orbitallar usulidan foydalangan holda, bu molekulada elektron jufti bog'lovchi orbitalda joylashganligi va bo'shashuvchi orbital elektronlar bilan to'ldirilmaganligi bilan izohlanadi) olib keladi. Xona haroratida gazsimon vodorodning kimyoviy faol emasligi. Shunday qilib, isitishsiz, oddiy aralashtirish bilan vodorod (portlash bilan) faqat gazsimon ftor bilan reaksiyaga kirishadi:
H 2 + F 2 \u003d 2HF + Q.
Xona haroratidagi vodorod va xlor aralashmasi ultrabinafsha nurlar bilan nurlantirilsa, u holda vodorod xlorid HCl darhol hosil bo'lishi kuzatiladi. Vodorodning kislorod bilan reaktsiyasi, agar bu gazlar aralashmasiga katalizator, metall palladiy (yoki platina) kiritilsa, portlash bilan sodir bo'ladi. Yonayotganda vodorod va kislorod aralashmasi (portlovchi gaz deb ataladigan). (sm. portlovchi gaz)) portlaydi va vodorod miqdori 5 dan 95 foizgacha bo'lgan aralashmalarda portlash sodir bo'lishi mumkin. Havodagi yoki toza kisloroddagi sof vodorod ko'p miqdorda issiqlik chiqishi bilan jimgina yonadi:
H 2 + 1 / 2O 2 \u003d H 2 O + 285,75 kJ / mol
Agar vodorod boshqa metall bo'lmagan metallar va metallar bilan o'zaro ta'sir qilsa, u holda faqat ma'lum sharoitlarda (isitish, yuqori bosim, katalizator mavjudligi). Shunday qilib, vodorod azot bilan teskari reaksiyaga kirishadi yuqori qon bosimi(20-30 MPa va undan ko'p) va katalizator - temir ishtirokida 300-400 ° S haroratda:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
Shuningdek, faqat qizdirilganda, vodorod oltingugurt bilan reaksiyaga kirishib, vodorod sulfid H 2 S, brom bilan - vodorod bromid HBr, yod bilan - HI vodorod yodidi hosil qiladi. Vodorod ko'mir (grafit) bilan reaksiyaga kirishib, turli tarkibdagi uglevodorodlar aralashmasini hosil qiladi. Vodorod to'g'ridan-to'g'ri bor, kremniy va fosfor bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, bu elementlarning vodorod bilan birikmalari bilvosita olinadi.
Qizdirilganda vodorod gidroksidi, gidroksidi tuproq metallari va magniy bilan reaksiyaga kirishib, ion bog'lanish xususiyatiga ega bo'lgan birikmalar hosil qiladi, ular oksidlanish holatida -1 vodorodni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, kaltsiy vodorod atmosferasida qizdirilganda CaH 2 tarkibidagi tuzga o'xshash gidrid hosil bo'ladi. Polimerik alyuminiy gidrid (AlH 3) x - eng kuchli qaytaruvchi moddalardan biri - bilvosita (masalan, organoalyuminiy birikmalari yordamida) olinadi. Ko'pgina o'tish metallari (masalan, tsirkoniy, gafniy va boshqalar) bilan vodorod o'zgaruvchan tarkibli birikmalar (qattiq eritmalar) hosil qiladi.
Vodorod nafaqat ko'p oddiy, balki murakkab moddalar bilan ham reaksiyaga kirisha oladi. Avvalo, vodorodning ko'plab metallarni oksidlaridan (masalan, temir, nikel, qo'rg'oshin, volfram, mis va boshqalar) kamaytirish qobiliyatini ta'kidlash kerak. Shunday qilib, 400-450 ° C va undan yuqori haroratgacha qizdirilganda, temir har qanday oksididan vodorod bilan kamayadi, masalan:
Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O.
Shuni ta'kidlash kerakki, faqat marganetsdan tashqari standart potentsiallar qatorida joylashgan metallar oksidlardan vodorod bilan qaytarilishi mumkin. Ko'proq faol metallar (shu jumladan marganets) oksidlardan metallga qaytarilmaydi.
Vodorod ko'plab organik birikmalarga ikki yoki uch marta bog'lanishga qodir (bular gidrogenlanish reaktsiyalari deb ataladi). Masalan, nikel katalizatori ishtirokida etilen C 2 H 4 gidrogenatsiyasi amalga oshirilishi mumkin va etan C 2 H 6 hosil bo'ladi:
C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6.
Sanoatda uglerod oksidi (II) va vodorodning o'zaro ta'siri metanol hosil qiladi:
2H 2 + CO \u003d CH 3 OH.
Vodorod atomi E (E = F, Cl, O, N) elektron manfiyroq element atomi bilan bog'langan birikmalarda molekulalar o'rtasida vodorod bog'lari hosil bo'ladi. (sm. vodorod bog'i)(bir xil yoki ikki xil elementning ikkita E atomi H atomi orqali oʻzaro bogʻlangan: E “... N ... E””, va barcha uch atom bir xil toʻgʻri chiziqda joylashgan).Bunday bogʻlanishlar molekulalar oʻrtasida mavjud. suv, ammiak, metanol, va hokazo va bu moddalarning qaynash nuqtalarining sezilarli darajada oshishiga, bug'lanish issiqligining oshishiga olib keladi va hokazo.
Ilova
Vodorod ammiak NH 3, vodorod xlorid HCl, metanol CH 3 OH sintezida, tabiiy uglevodorodlarning gidrokrekingida (vodorod atmosferasida yorilishda), ayrim metallarni olishda qaytaruvchi sifatida ishlatiladi. gidrogenlash (sm. GIDROGENLASH) tabiiy o'simlik moylari qattiq yog' - margarin oladi. Suyuq vodorod raketa yoqilg'isi sifatida, shuningdek, sovutish suvi sifatida ishlatiladi. Payvandlashda kislorod va vodorod aralashmasi ishlatiladi.
Bir vaqtlar, yaqin kelajakda vodorodning yonish reaktsiyasi energiya ishlab chiqarishning asosiy manbai bo'lib, vodorod energiyasi an'anaviy energiya ishlab chiqarish manbalari (ko'mir, neft va boshqalar) o'rnini egallashi taklif qilingan. Shu bilan birga, vodorodni keng miqyosda ishlab chiqarish uchun suvning elektrolizidan foydalanish mumkinligi taxmin qilingan. Suv elektrolizi juda ko'p energiya talab qiladigan jarayon bo'lib, sanoat miqyosida elektroliz yo'li bilan vodorod olish hozirda foydasiz. Ammo elektroliz atom elektr stantsiyalarining ishlashi paytida ko'p miqdorda yuzaga keladigan o'rta haroratli (500-600 ° S) issiqlikdan foydalanishga asoslangan bo'lishi kutilgan edi. Bu issiqlik cheklangan foydalanishga ega va uning yordamida vodorod olish imkoniyati ham ekologiya muammosini (vodorod havoda yondirilganda, hosil bo'ladigan ekologik zararli moddalar miqdori minimal bo'ladi) va o'rtacha haroratni utilizatsiya qilish muammosini hal qiladi. issiqlik. Biroq, Chernobil halokatidan keyin rivojlanish yadro energiyasi hamma joyda koagulyatsiya qilinadi, shuning uchun belgilangan energiya manbai mavjud bo'lmaydi. Shu sababli, vodoroddan energiya manbai sifatida keng foydalanish istiqbollari hech bo'lmaganda 21-asrning o'rtalariga qadar o'zgarib bormoqda.
Aylanmaning xususiyatlari
Vodorod zaharli emas, lekin u bilan ishlashda doimo uning yuqori yong'in va portlash xavfini hisobga olish kerak va vodorodning portlash xavfi gazning hatto ba'zi qattiq materiallar orqali tarqalish qobiliyatining yuqoriligi tufayli ortadi. Vodorod atmosferasida har qanday isitish ishlarini boshlashdan oldin, siz uning toza ekanligiga ishonch hosil qilishingiz kerak (vodorodni teskari aylantirilgan probirkada yoqish paytida ovoz zerikarli bo'lishi kerak, qichqirmasligi kerak).
Biologik rol
Vodorodning biologik ahamiyati uning suv molekulalari va tabiiy birikmalarning barcha eng muhim guruhlari, shu jumladan oqsillar tarkibiga kirishi bilan belgilanadi. nuklein kislotalar, lipidlar, uglevodlar. Tirik organizmlar massasining taxminan 10% ni vodorod tashkil qiladi. Vodorodning vodorod aloqasini hosil qilish qobiliyati oqsillarning fazoviy to'rtlamchi tuzilishini saqlashda, shuningdek, to'ldiruvchilik tamoyilini amalga oshirishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. (sm. Qo'shimcha) nuklein kislotalarning tuzilishi va funktsiyalarida (ya'ni genetik ma'lumotni saqlash va amalga oshirishda), umuman olganda, molekulyar darajada "tan olish" ni amalga oshirishda. Vodorod (H + ioni) organizmdagi eng muhim dinamik jarayonlar va reaktsiyalarda - tirik hujayralarni energiya bilan ta'minlaydigan biologik oksidlanishda, o'simliklarning fotosintezida, biosintez reaktsiyalarida, azot fiksatsiyasida va bakterial fotosintezda, kislotani ushlab turishda ishtirok etadi. bazaviy muvozanat va gomeostaz (sm. gomeostaz), membranani tashish jarayonlarida. Shunday qilib, kislorod va uglerod bilan birga vodorod hayot hodisalarining strukturaviy va funktsional asosini tashkil qiladi.


ensiklopedik lug'at. 2009 .

Sinonimlar:

Boshqa lug'atlarda "vodorod" nima ekanligini ko'ring:

    Nuklidlar jadvali Umumiy ma'lumot Nomi, belgisi Vodorod 4, 4H Neytronlar 3 Protonlar 1 Nuklidlar xossalari Atom massasi 4.027810 (110) ... Vikipediya

    Nuklidlar jadvali Umumiy maʼlumot Nomi, belgisi Vodorod 5, 5H Neytronlar 4 Protonlar 1 Nuklidlar xossalari Atom massasi 5.035310 (110) ... Vikipediya

    Nuklidlar jadvali Umumiy maʼlumot Nomi, belgisi Vodorod 6, 6H Neytronlar 5 Protonlar 1 Nuklidlar xossalari Atom massasi 6.044940 (280) ... Vikipediya

    Nuklidlar jadvali Umumiy ma'lumot Nomi, belgisi Vodorod 7, 7H Neytronlar 6 Protonlar 1 Nuklidlar xossalari Atom massasi 7,052750 (1080) ... Vikipediya

Vodorod (Hydrogenium) 16-asrning birinchi yarmida nemis shifokori va tabiatshunosi Paracelsus tomonidan kashf etilgan. 1776 yilda G. Kavendish (Angliya) uning xossalarini o'rnatdi va boshqa gazlardan farqlarini ko'rsatdi. Lavuazye birinchi boʻlib suvdan vodorod oldi va suv vodorod va kislorodning kimyoviy birikmasi ekanligini isbotladi (1783).

Vodorodning uchta izotopi bor: protiy, deyteriy yoki D va tritiy yoki T. Ularning massa soni 1, 2 va 3. Protiy va deyteriy barqaror, tritiy radioaktiv (yarimparchalanish davri 12,5 yil). Tabiiy birikmalarda deyteriy va protiy o'rtacha 1:6800 nisbatda (atomlar soniga ko'ra) mavjud. Tritiy tabiatda arzimas miqdorda uchraydi.

Vodorod atomining yadrosida bitta proton mavjud. Deyteriy va tritiy yadrolariga protondan tashqari mos ravishda bir va ikkita neytron kiradi.

Vodorod molekulasi ikkita atomdan iborat. Vodorod atomi va molekulasini tavsiflovchi ba'zi xususiyatlar:

Atomning ionlanish energiyasi, eV 13,60

Atomning elektronga yaqinligi, eV 0,75

Nisbiy elektromanfiylik 2.1

Atomning radiusi, nm 0,046

Molekuladagi yadrolararo masofa, nm 0,0741

Molekulalarning dissotsiatsiyasining standart etalpiyasi 436.1

115. Tabiatdagi vodorod. Vodorod olish.

Erkin holatda bo'lgan vodorod Yerda faqat oz miqdorda topiladi. Ba'zan vulqon otilishi paytida boshqa gazlar bilan birga, shuningdek, neft qazib olishda quduqlardan chiqariladi. Ammo birikmalar shaklida vodorod juda keng tarqalgan. Buni allaqachon suv massasining to'qqizdan bir qismini tashkil etishidan ko'rish mumkin. Vodorod barcha o'simlik va hayvon organizmlari, neft, qattiq va qo'ng'ir ko'mir, tabiiy gazlar va bir qator minerallarning tarkibiy qismidir. Suv va havoni o'z ichiga olgan er qobig'ining butun massasidan vodorodning ulushi taxminan 1% ni tashkil qiladi. Biroq, atomlarning umumiy soniga nisbatan foiz sifatida qayta hisoblanganda, er qobig'idagi vodorod miqdori 17% ni tashkil qiladi.

Vodorod kosmosdagi eng keng tarqalgan elementdir. U Quyosh va boshqa ko'pchilik yulduzlar massasining yarmini tashkil qiladi. U gazsimon tumanliklarda, yulduzlararo gazda joylashgan va yulduzlarning bir qismidir. Yulduzlarning ichki qismida vodorod atomlarining yadrolari geliy atomlarining yadrolariga aylanadi. Bu jarayon energiya chiqishi bilan davom etadi, ko'plab yulduzlar, shu jumladan Quyosh uchun u asosiy energiya manbai bo'lib xizmat qiladi. Jarayonning tezligi, ya'ni bir soniyada bir kubometrda geliy yadrolariga aylanadigan vodorod yadrolari soni kichikdir. Shuning uchun vaqt birligida birlik hajmga ajratilgan energiya miqdori kichikdir. Biroq, Quyoshning ulkan massasi tufayli Quyosh tomonidan ishlab chiqarilgan va chiqaradigan energiyaning umumiy miqdori juda katta. Bu Quyosh massasining taxminan bir soniya kamayishiga to'g'ri keladi.

Sanoatda vodorod asosan tabiiy gazdan ishlab chiqariladi. Asosan metandan tashkil topgan bu gaz suv bugʻi va kislorod bilan aralashadi. Gazlar aralashmasi katalizator ishtirokida qizdirilganda, sxematik ravishda tenglama bilan ifodalanishi mumkin bo'lgan reaktsiya sodir bo'ladi:

Olingan gazlar aralashmasi ajratiladi. Vodorod tozalanadi va joyida ishlatiladi yoki bosimli po'lat tsilindrlarda tashiladi.

Vodorodni ishlab chiqarishning muhim sanoat usuli ham uni koks gazidan yoki neftni qayta ishlash gazlaridan ajratishdir. U chuqur sovutish orqali amalga oshiriladi, unda vodoroddan tashqari barcha gazlar suyultiriladi.

Laboratoriyalarda vodorod asosan suvli eritmalarni elektroliz qilish orqali ishlab chiqariladi. Ushbu eritmalarning konsentratsiyasi ularning maksimal elektr o'tkazuvchanligiga mos keladigan tarzda tanlanadi. Elektrodlar odatda nikel plitasidan tayyorlanadi. Bu metall gidroksidi eritmalarda korroziyaga uchramaydi, hatto anod bo'lsa ham. Agar kerak bo'lsa, hosil bo'lgan vodorod suv bug'idan va kislorod izlaridan tozalanadi. Boshqa laboratoriya usullaridan sulfat yoki xlorid kislotalarning eritmalaridan vodorodni rux ta'sirida ajratib olish eng keng tarqalgan usuldir. Reaksiya odatda Kipp apparatida olib boriladi (105-rasm).

TA’RIF

Vodorod davriy sistemaning birinchi elementi. Belgilanishi - H lotincha "hidrogenium" dan. Birinchi davrda joylashgan, IA guruhi. Metall bo'lmaganlarga ishora qiladi. Yadro zaryadi 1 ga teng.

Vodorod eng keng tarqalgan kimyoviy elementlardan biridir - uning ulushi er qobig'ining barcha uchta qobig'i (atmosfera, gidrosfera va litosfera) massasining taxminan 1% ni tashkil qiladi, bu atom foizlariga aylantirilganda 17,0 ko'rsatkichni beradi.

Ushbu elementning asosiy miqdori bog'langan holatda. Shunday qilib, suv taxminan 11 wt ni o'z ichiga oladi. %, gil - taxminan 1,5% va boshqalar. Uglerod bilan birikmalar shaklida vodorod neft, yonuvchan tabiiy gazlar va barcha organizmlarning bir qismidir.

Vodorod rangsiz va hidsiz gazdir (atom tuzilishi diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan). Uning erish va qaynash haroratlari juda past (mos ravishda -259 o C va -253 o C). Haroratda (-240 o C) va bosim ostida vodorod suyultirishga qodir va hosil bo'lgan suyuqlikning tez bug'lanishi bilan u aylanadi. qattiq holat(shaffof kristallar). Suvda ozgina eriydi - hajmi bo'yicha 2:100. Vodorod ba'zi metallarda, masalan, temirda eruvchanligi bilan tavsiflanadi.

Guruch. 1. Vodorod atomining tuzilishi.

Vodorodning atom va molekulyar og'irligi

TA’RIF

Nisbiy atom massasi element - berilgan element atomi massasining uglerod atomi massasining 1/12 qismiga nisbati.

Nisbiy atom massasi o'lchamsiz va A r bilan belgilanadi ("r" pastki belgisi - bosh harf Inglizcha so'z nisbiy, tarjimada "qarindosh" degan ma'noni anglatadi). Atom vodorodining nisbiy atom massasi 1,008 amu.

Molekulalarning massalari, xuddi atomlarning massalari kabi, atom massa birliklarida ifodalanadi.

TA’RIF

molekulyar og'irlik moddaning atom massa birliklarida ifodalangan molekula massasi deyiladi. Nisbiy molekulyar og'irlik moddalar ma'lum bir moddaning molekulasi massasining uglerod atomi massasining 1/12 qismiga nisbati deb ataladi, uning massasi 12 a.m.

Ma'lumki, vodorod molekulasi ikki atomli - H 2. Vodorod molekulasining nisbiy molekulyar og'irligi quyidagilarga teng bo'ladi:

M r (H 2) \u003d 1,008 × 2 \u003d 2,016.

Vodorodning izotoplari

Vodorodning uchta izotopi bor: protiy 1 H, deyteriy 2 H yoki D va tritiy 3 H yoki T. Ularning massa soni 1, 2 va 3. Protiy va deyteriy barqaror, tritiy radioaktiv (yarimparchalanish davri 12,5 yil). Tabiiy birikmalarda deyteriy va protiy o'rtacha 1:6800 nisbatda (atomlar soniga ko'ra) mavjud. Tritiy tabiatda arzimas miqdorda uchraydi.

1 H vodorod atomining yadrosi bitta protonni o'z ichiga oladi. Deyteriy va tritiy yadrolariga protondan tashqari bir va ikkita neytron ham kiradi.

Vodorod ionlari

Vodorod atomi o'zining yagona elektronini ijobiy ion (bu "yalang'och" proton) hosil qilish uchun berishi yoki geliy elektron konfiguratsiyasiga ega bo'lgan manfiy ionga aylanib, bitta elektron olishi mumkin.

Vodorod atomidan elektronning to'liq ajralishi juda katta ionlanish energiyasini sarflashni talab qiladi:

H + 315 kkal = H + + e.

Natijada, vodorodning metalloidlar bilan o'zaro ta'sirida ionli emas, balki faqat qutbli aloqalar paydo bo'ladi.

Neytral atomning ortiqcha elektronni biriktirish tendentsiyasi uning elektron yaqinligining qiymati bilan tavsiflanadi. Vodorodda u juda zaif ifodalangan (ammo bu bunday vodorod ioni mavjud emas degani emas):

H + e \u003d H - + 19 kkal.

Vodorod molekulasi va atomi

Vodorod molekulasi ikkita atomdan iborat - H 2 . Vodorod atomi va molekulasini tavsiflovchi ba'zi xususiyatlar:

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Mashq qilish Tarkibida 12,5% vodorod bo'lgan umumiy formula EN x gidridlari mavjudligini isbotlang.
Yechim Namuna massasini 100 g qilib olib, vodorod va noma’lum elementning massalarini hisoblang:

m(H) = m(EN x)×w(H);

m (H) = 100 × 0,125 = 12,5 g.

m (E) \u003d m (EN x) - m (H);

m (E) \u003d 100 - 12,5 \u003d 87,5 g.

Vodorod moddasi va noma'lum element miqdorini topamiz, ikkinchisining molyar massasini "x" bilan belgilaymiz (vodorodning molyar massasi 1 g / mol):

Vodorod - H belgisi va atom raqami 1 bo'lgan kimyoviy element. Standart atom og'irligi taxminan 1,008 bo'lgan vodorod davriy jadvaldagi eng engil element hisoblanadi. Uning monotomik shakli (H) koinotdagi eng keng tarqalgan kimyoviy modda bo'lib, barionning umumiy massasining taxminan 75% ni tashkil qiladi. Yulduzlar asosan plazma holatida vodoroddan iborat. Vodorodning eng keng tarqalgan izotopi protiy deb ataladi (bu nom kamdan-kam ishlatiladi, 1H belgisi) bitta protonga ega va neytronlari yo'q. Atom vodorodining keng tarqalgan ko'rinishi birinchi marta rekombinatsiya davrida sodir bo'lgan. Standart harorat va bosimlarda vodorod rangsiz, hidsiz, ta'msiz, toksik bo'lmagan, metall bo'lmagan, yonuvchan ikki atomli gazdir, molekulyar formulasi H2. Vodorod ko'pchilik metall bo'lmagan elementlar bilan osongina kovalent bog'lanish hosil qilganligi sababli, Yerdagi vodorodning katta qismi suv yoki organik birikmalar kabi molekulyar shakllarda mavjud. Vodorod kislota-asos reaktsiyalarida ayniqsa muhim rol o'ynaydi, chunki kislotaga asoslangan reaktsiyalarning aksariyati eruvchan molekulalar o'rtasida proton almashinuvini o'z ichiga oladi. Ion birikmalarida vodorod manfiy zaryad (ya'ni anion) shaklida bo'lishi mumkin va u gidrid yoki musbat zaryadlangan (ya'ni kation) tur sifatida tanilgan bo'lib, H+ belgisi bilan belgilanadi. Vodorod kationi oddiy protondan tashkil topgan deb ta'riflanadi, ammo ionli birikmalardagi haqiqiy vodorod kationlari har doim murakkabroqdir. Shredinger tenglamasini analitik tarzda yechish mumkin bo'lgan yagona neytral atom sifatida vodorod (aniqrog'i, uning atomining energiyasi va bog'lanishini o'rganish) kvant mexanikasining rivojlanishida asosiy rol o'ynadi. Vodorod gazi birinchi marta sun'iy ravishda 16-asr boshlarida kislotalarning metallar bilan reaktsiyasi natijasida olingan. 1766-81 yillarda. Genri Kavendish birinchi bo'lib vodorod gazining diskret modda ekanligini va u yoqilganda suv hosil qilishini tan oldi, shuning uchun uning nomi: vodorod yunoncha "suv ishlab chiqaruvchi" degan ma'noni anglatadi. Vodorodning sanoat ishlab chiqarilishi asosan tabiiy gazni bug 'konversiyasi bilan bog'liq va kamroq tez-tez suv elektrolizi kabi ko'proq energiya talab qiladigan usullar bilan bog'liq. Vodorodning ko'p qismi ishlab chiqarilgan joyga yaqin joyda ishlatiladi, eng ko'p ishlatiladigan ikkita usul - qazib olinadigan yoqilg'ini qayta ishlash (masalan, gidrokreking) va ammiak ishlab chiqarish, asosan o'g'itlar bozori uchun. Vodorod metallurgiyada tashvish uyg'otadi, chunki u ko'plab metallarni mo'rtlashtirishi mumkin, bu esa quvurlar va saqlash tanklarini loyihalashni qiyinlashtiradi.

Xususiyatlari

Yonish

Vodorod gazi (dihidrogen yoki molekulyar vodorod) havoda 4% dan 75% gacha bo'lgan juda keng konsentratsiyalarda yonadigan yonuvchi gazdir. Yonish entalpiyasi 286 kJ/mol:

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

Vodorod gazi havo bilan 4-74% konsentratsiyada va xlor bilan 5,95% gacha portlovchi aralashmalar hosil qiladi. Portlovchi reaktsiyalar uchqunlar, issiqlik yoki quyosh nuri ta'sirida yuzaga kelishi mumkin. Vodorodning o'z-o'zidan yonish harorati, havodagi o'z-o'zidan yonish harorati 500 ° C (932 ° F) ni tashkil qiladi. Sof vodorod-kislorod alangasi ultrabinafsha nurlanish chiqaradi va yuqori kislorod aralashmasi bilan yalang'och ko'zga deyarli ko'rinmaydi, buni Space Shuttle qattiq raketa kuchaytirgichining juda ko'zga ko'rinadigan shleyfi bilan solishtirganda Kosmik kemaning asosiy dvigatelining zaif shleyfi tasdiqlaydi. ammoniy perxlorat kompozitsiyasi. Yonayotgan vodorodning oqishini aniqlash uchun olov detektori talab qilinishi mumkin; bunday qochqinlar juda xavfli bo'lishi mumkin. Vodorod olovi boshqa sharoitlarda ko'k rangga ega va tabiiy gazning ko'k oloviga o'xshaydi. "Hindenburg" dirijablining cho'kishi vodorodni yoqishning mashhur namunasidir va bu ish hali ham muhokama qilinmoqda. Ushbu hodisada ko'rinadigan apelsin alangasi dirijabl terisidan uglerod birikmalari bilan birlashtirilgan vodorod va kislorod aralashmasining ta'siridan kelib chiqqan. H2 har bir oksidlovchi element bilan reaksiyaga kirishadi. Vodorod xona haroratida xlor va ftor bilan o'z-o'zidan reaksiyaga kirishib, tegishli vodorod galogenidlari, vodorod xlorid va vodorod ftoridlarini hosil qilishi mumkin, ular ham potentsial xavfli kislotalardir.

Elektron energiya darajalari

Vodorod atomidagi elektronning asosiy energiya darajasi -13,6 eV ni tashkil qiladi, bu to'lqin uzunligi taxminan 91 nm bo'lgan ultrabinafsha fotonga teng. Vodorodning energiya darajalarini atomning Bor modeli yordamida aniq hisoblash mumkin, u elektronni Yerning Quyosh orbitasiga o'xshash "orbital" proton sifatida tasavvur qiladi. Biroq, atom elektroni va proton elektromagnit kuch bilan, sayyoralar va samoviy jismlar esa tortishish kuchi bilan birga ushlab turiladi. Dastlabki postulatsiya qilingan burchak momentumining diskretizatsiyasi tufayli kvant mexanikasi Bor, Bor modelidagi elektron protondan faqat ma'lum ruxsat etilgan masofalarni va shuning uchun faqat ma'lum ruxsat etilgan energiyalarni egallashi mumkin. Vodorod atomining aniqroq tavsifi Shredinger tenglamasi, Dirak tenglamasi yoki hatto Feynman integral sxemasidan foydalangan holda proton atrofida elektronning ehtimollik zichligi taqsimotini hisoblash uchun sof kvant mexanik ishlov berishdan kelib chiqadi. Eng murakkab ishlov berish usullari kichik effektlarni olish imkonini beradi maxsus nazariya nisbiylik va vakuum qutblanish. Kvant ishlov berishda vodorod atomining asosiy holatidagi elektron hech qanday momentga ega emas, bu "sayyora orbitasi" elektronning harakatidan qanday farq qilishini ko'rsatadi.

Elementar molekulyar shakllar

Ikki atomli vodorod molekulalarining ikki xil spin izomeri mavjud bo'lib, ular yadrolarining nisbiy spinida farqlanadi. Ortohidrogen shaklida ikkita protonning spinlari parallel bo'lib, molekulyar spin kvant soni 1 (1/2 + 1/2) bo'lgan triplet holatni hosil qiladi; parahidrogen shaklida spinlar antiparallel bo'lib, molekulyar spin kvant soni 0 (1/2 1/2) bo'lgan singl hosil qiladi. Standart harorat va bosimda vodorod gazida paraformaning taxminan 25% va "normal shakl" deb ham ataladigan orto shaklning 75% mavjud. Ortovodorod va parahidrogenning muvozanat nisbati haroratga bog'liq, lekin orto shakl qo'zg'aluvchan holat bo'lgani uchun va para shaklga qaraganda yuqori energiyaga ega bo'lgani uchun u beqaror va uni tozalash mumkin emas. Juda past haroratlarda muvozanat holati deyarli faqat para shaklidan iborat. Issiqlik xususiyatlari Sof parahidrogenning suyuq va gaz fazalari vodorod spin izomerlarida batafsilroq muhokama qilinadigan aylanish issiqlik sig'imlaridagi farqlar tufayli normal shakl xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladi. Orto/juftlik farqi boshqa vodorod o'z ichiga olgan molekulalarda yoki suv va metilen kabi funktsional guruhlarda ham uchraydi, ammo bu ularning termal xususiyatlari uchun unchalik ahamiyatga ega emas. Para va orto H2 o'rtasidagi katalizlanmagan o'zaro konversiya harorat oshishi bilan ortadi; shunday qilib, tez kondensatsiyalangan H2 o'z ichiga oladi katta miqdorda yuqori energiyali ortogonal shakl, bu juda sekin para shakliga aylanadi. Kondensatsiyalangan H2 dagi orto/para nisbati suyuq vodorodni tayyorlash va saqlashda muhim omil hisoblanadi: ortodan paraga oʻtish ekzotermik boʻlib, vodorod suyuqligining bir qismini bugʻlash uchun yetarli issiqlikni taʼminlaydi, natijada suyultirilgan material yoʻqoladi. Orto-para konversiyasi uchun katalizatorlar, masalan, temir oksidi, Faollashgan uglerod, platinlangan asbest, noyob tuproq metallari, uran birikmalari, xrom oksidi yoki ba'zi nikel birikmalari vodorodni sovutishda ishlatiladi.

Fazalar

    Vodorod gazi

    suyuq vodorod

    loy vodorod

    qattiq vodorod

    metall vodorod

Ulanishlar

Kovalent va organik birikmalar

H2 standart sharoitda unchalik reaktiv bo‘lmasa-da, ko‘pchilik elementlar bilan birikmalar hosil qiladi. Vodorod galogenlar (masalan, F, Cl, Br, I) yoki kislorod kabi elektromanfiyroq elementlar bilan birikmalar hosil qilishi mumkin; bu birikmalarda vodorod qisman musbat zaryad oladi. Ftor, kislorod yoki azot bilan bog'langanda, vodorod boshqa shunga o'xshash molekulalarning vodorodi bilan o'rta quvvatli kovalent bo'lmagan bog'lanish shaklida ishtirok etishi mumkin, bu hodisa vodorod bog'lanishi deb ataladi, bu ko'plab biologik molekulalarning barqarorligi uchun juda muhimdir. Vodorod shuningdek, metallar va metalloidlar kabi kamroq elektronegativ elementlarga ega bo'lgan birikmalar hosil qiladi, bu erda qisman manfiy zaryad oladi. Ushbu birikmalar ko'pincha gidridlar sifatida tanilgan. Vodorod uglerod bilan uglevodorodlar deb ataladigan turli xil birikmalar va geteroatomlar bilan yanada ko'proq turli xil birikmalar hosil qiladi, ular tirik mavjudotlar bilan umumiy bog'langanligi uchun organik birikmalar deb ataladi. Ularning xususiyatlarini o'rganish organik kimyo, va ularni tirik organizmlar kontekstida o'rganish biokimyo deb nomlanadi. Ba'zi ta'riflarga ko'ra, "organik" birikmalar faqat uglerodni o'z ichiga olishi kerak. Biroq, ko'pchilik vodorodni ham o'z ichiga oladi va bu toifadagi birikmalarga o'ziga xos kimyoviy xususiyatlarning ko'p qismini beradigan uglerod-vodorod aloqasi bo'lgani uchun, kimyodagi "organik" so'zining ba'zi ta'riflarida uglerod-vodorod aloqalari talab qilinadi. Millionlab uglevodorodlar ma'lum va ular odatda elementar vodorodni kamdan-kam o'z ichiga olgan murakkab sintetik yo'llar bilan hosil bo'ladi.

gidridlar

Vodorod birikmalari ko'pincha gidridlar deb ataladi. "Gidrid" atamasi H atomining manfiy yoki anion xarakterga ega bo'lganligini ko'rsatadi, H- bilan belgilanadi va vodorod yanada elektromusbat element bilan birikma hosil qilganda ishlatiladi. Gilbert N. Lyuis tomonidan 1916 yilda 1 va 2-guruh tuzli gidridlar uchun taklif qilingan gidrid anionining mavjudligi Moers tomonidan 1920 yilda eritilgan litiy gidridning (LiH) elektrolizi yo'li bilan ko'rsatilib, anodda staxiometrik miqdorda vodorod hosil bo'ladi. 1 va 2-guruh metallaridan boshqa gidridlar uchun vodorodning past elektronegativligini hisobga olsak, bu atama noto'g'ri. 2-guruh gidridlaridagi istisno - bu polimerik bo'lgan BeH2. Litiy alyuminiy gidridida AlH-4 anioni Al (III) ga mahkam bog'langan gidrid markazlarini olib yuradi. Gidridlar deyarli barcha asosiy guruh elementlarida hosil bo'lishi mumkin bo'lsa-da, mumkin bo'lgan birikmalarning soni va kombinatsiyasi juda farq qiladi; masalan, 100 dan ortiq ikkilik bor gidridlari va faqat bitta ikkilik alyuminiy gidridlari ma'lum. Katta komplekslar mavjud bo'lsa-da, ikkilik indiy gidrid hali aniqlanmagan. Noorganik kimyoda gidridlar koordinatsion kompleksdagi ikkita metall markazni bog'laydigan ko'prik ligandlari sifatida ham xizmat qilishi mumkin. Bu funktsiya, ayniqsa, 13-guruh elementlari uchun, ayniqsa, borlar (bor gidridlari) va alyuminiy komplekslari, shuningdek, to'plangan karboranlar uchun xarakterlidir.

Protonlar va kislotalar

Vodorodning oksidlanishi uning elektronini olib tashlaydi va odatda bitta protondan iborat bo'lgan elektron va yadrosiz H + ni beradi. Shuning uchun H + ko'pincha proton deb ataladi. Bu ko'rinish kislotalarni muhokama qilishda markaziy o'rinni egallaydi. Bronsted-Lowri nazariyasiga ko'ra, kislotalar proton donorlari, asoslar esa proton qabul qiluvchilardir. Yalang'och proton H+ eritmada yoki ion kristallarida mavjud bo'lolmaydi, chunki u elektronlar bilan boshqa atomlar yoki molekulalarga qarshilik ko'rsatadi. Plazma bilan bog'liq yuqori haroratlar bundan mustasno, bunday protonlarni atomlar va molekulalarning elektron bulutlaridan chiqarib bo'lmaydi va ular bilan bog'lanib qoladi. Biroq, "proton" atamasi ba'zan boshqa turlarga shu tarzda biriktirilgan musbat zaryadlangan yoki katyonik vodorodga nisbatan metafora sifatida ishlatiladi va shuning uchun har qanday alohida protonlar tur sifatida erkin mavjud degan ma'nosiz "H +" deb belgilanadi. Eritmada yalang'och "solvatlangan proton" paydo bo'lishiga yo'l qo'ymaslik uchun kislotali suvli eritmalar ba'zida "gidroniy ioni" (H 3 O+) deb ataladigan kam ehtimolli xayoliy turni o'z ichiga oladi deb o'ylashadi. Biroq, bu holatda ham bunday solvatlangan vodorod kationlari H 9O+4 ga yaqin turlarni tashkil etuvchi uyushgan klasterlar sifatida ko'proq real qabul qilinadi. Boshqa oksoniy ionlari suv boshqa erituvchilar bilan kislotali eritmada bo'lganda topiladi. Yerda ekzotik bo'lishiga qaramay, koinotdagi eng keng tarqalgan ionlardan biri protonlangan molekulyar vodorod yoki trihidrogen kationi sifatida tanilgan H + 3 dir.

izotoplar

Vodorodning uchta tabiiy izotoplari bor, ular 1H, 2H va 3H deb nomlanadi. Boshqa juda beqaror yadrolar (4H dan 7H gacha) laboratoriyada sintez qilingan, ammo tabiatda kuzatilmagan. 1H vodorodning eng keng tarqalgan izotopi bo'lib, uning ko'pligi 99,98% dan ortiq. Ushbu izotopning yadrosi faqat bitta protondan iborat bo'lganligi sababli, unga tavsiflovchi, lekin kamdan-kam qo'llaniladigan protium rasmiy nomi berilgan. 2H, vodorodning boshqa barqaror izotopi deyteriy deb ataladi va yadroda bitta proton va bitta neytronni o'z ichiga oladi. Koinotdagi barcha deyteriy Katta portlash paytida hosil bo'lgan va o'sha paytdan hozirgacha mavjud bo'lgan deb ishoniladi. Deyteriy radioaktiv element emas va sezilarli zaharlanish xavfini tug'dirmaydi. Oddiy vodorod o'rniga deyteriyni o'z ichiga olgan molekulalar bilan boyitilgan suv og'ir suv deb ataladi. Deyteriy va uning birikmalari kimyoviy tajribalarda va 1H-NMR spektroskopiyasi uchun erituvchilarda radioaktiv bo'lmagan belgi sifatida ishlatiladi. Og'ir suv neytron moderatori va yadro reaktorlari uchun sovutish suvi sifatida ishlatiladi. Deyteriy, shuningdek, tijorat yadroviy sintezi uchun potentsial yoqilg'i hisoblanadi. 3H tritiy sifatida tanilgan va yadroda bitta proton va ikkita neytronni o'z ichiga oladi. U radioaktiv bo'lib, beta-parchalanish orqali geliy-3 ga parchalanadi, yarimparchalanish davri 12,32 yil. U shunchalik radioaktivki, uni yorqin bo'yoqda ishlatish mumkin, bu, masalan, yorqin terishli soatlar ishlab chiqarishda foydali bo'ladi. Shisha oz miqdorda radiatsiya chiqishini oldini oladi. Kosmik nurlarning atmosfera gazlari bilan o'zaro ta'siri natijasida tabiiy ravishda oz miqdorda tritiy hosil bo'ladi; Sinov paytida tritiy ham ajralib chiqdi yadro qurollari. U yadroviy sintez reaktsiyalarida izotop geokimyosining ko'rsatkichi sifatida va o'z-o'zidan ishlaydigan maxsus yoritish asboblarida qo'llaniladi. Tritiy kimyoviy va biologik yorliqlash tajribalarida radioaktiv yorliq sifatida ham ishlatilgan. Vodorod bugungi kunda keng tarqalgan bo'lib qo'llaniladigan izotoplari uchun turli nomlarga ega bo'lgan yagona elementdir. Radioaktivlikni dastlabki o'rganish jarayonida turli og'ir radioaktiv izotoplar berildi o'z ismlari, lekin bunday nomlar endi ishlatilmaydi, deyteriy va tritiy bundan mustasno. D va T belgilari (2H va 3H o'rniga) ba'zan deyteriy va tritiy uchun ishlatiladi, lekin protium P uchun tegishli belgi allaqachon fosfor uchun ishlatilgan va shuning uchun protium uchun mavjud emas. Xalqaro sof va amaliy kimyo ittifoqi oʻzining nomenklatura yoʻriqnomasida D, T, 2H va 3H belgilaridan istalgan birini ishlatishga ruxsat beradi, garchi 2H va 3H ga afzallik beriladi. Antimuon va elektrondan tashkil topgan ekzotik atom muoniy (belgi Mu) ham 1960 yilda kashf etilgan antimuon va elektron o'rtasidagi massa farqi tufayli vodorodning engil radioizotopi hisoblanadi. Myuonning hayoti davomida, 2,2 ms, muoniy mos ravishda vodorod xlorid va natriy gidrid kabi muoniy xlorid (MuCl) yoki natriy muonidi (NaMu) kabi birikmalarga kirishi mumkin.

Hikoya

Topish va foydalanish

1671 yilda Robert Boyl vodorod gaziga olib keladigan temir parchalari va suyultirilgan kislotalar o'rtasidagi reaktsiyani kashf etdi va tasvirlab berdi. 1766 yilda Genri Kavendish birinchi bo'lib vodorod gazini diskret modda deb tan oldi va metall kislota reaktsiyasi tufayli gazni "yonuvchi havo" deb nomladi. U "Yonuvchi havo" aslida "phlogiston" deb nomlangan faraziy moddaga o'xshashligini taxmin qildi va 1781 yilda yana gaz yoqilganda suv hosil qilishini aniqladi. Aynan u vodorodni element sifatida kashf etgan deb ishoniladi. 1783 yilda Antuan Lavuazye Laplas bilan Kavendishning vodorod yondirilganda suv hosil boʻlganligi haqidagi maʼlumotlarini takrorlaganlarida elementga vodorod nomini berdi (yunoncha ὑdros-hydro “suv” va “yaratuvchi” degan maʼnoni anglatadigan genlar). Lavoisier olovda qizdirilgan cho'g'lanma lampa orqali bug' oqimini metall temir bilan reaksiyaga kiritish orqali massani saqlash uchun vodorod ishlab chiqardi. Temirning yuqori haroratda suv protonlari bilan anaerob oksidlanishini sxematik ravishda quyidagi reaktsiyalar to'plami bilan ifodalash mumkin:

    Fe + H2O → FeO + H2

    2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

    3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Ko'pgina metallar, masalan, sirkoniy, vodorod hosil qilish uchun suv bilan shunga o'xshash reaksiyaga kirishadi. Vodorod birinchi marta 1898 yilda Jeyms Dyuar tomonidan regenerativ sovutgich va uning ixtirosi bo'lgan vakuumli shisha yordamida suyultirilgan. Keyingi yili u qattiq vodorod ishlab chiqardi. Deyteriy 1931-yil dekabrda Garold Uray tomonidan, tritiy esa 1934-yilda Ernest Ruterford, Mark Olifant va Pol Hartek tomonidan kashf etilgan. Oddiy vodorod o'rniga deyteriydan tashkil topgan og'ir suv 1932 yilda Yurey guruhi tomonidan kashf etilgan. Fransua Isaak de Rivaz birinchi Rivaz dvigatelini, dvigatelni yaratdi ichki yonish vodorod va kislorod tomonidan harakatga keltirildi, 1806 yilda. Edvard Daniel Klark 1819 yilda vodorod gazi trubkasini ixtiro qildi. Döbereiner po'lati (birinchi to'liq quvvatli zajigalka) 1823 yilda ixtiro qilingan. Birinchi vodorod sharini 1783 yilda Jak Charlz ixtiro qilgan. Vodorod 1852 yilda Genri Giffard birinchi vodorod ko'tarilgan dirijablni ixtiro qilganidan keyin havo harakatining birinchi ishonchli shaklining yuksalishini ta'minladi. Nemis grafi Ferdinand fon Zeppelin vodorod bilan havoga ko'tarilgan qattiq havo kemalari g'oyasini ilgari surdi, keyinchalik ular Zeppelinlar deb nomlandi; ulardan birinchisi birinchi marta 1900 yilda uchgan. Muntazam rejalashtirilgan reyslar 1910 yilda boshlangan va 1914 yil avgust oyida Birinchi Jahon urushi boshlanishi bilan ular 35 000 yo'lovchini katta baxtsiz hodisalarsiz tashigan. Urush paytida vodorod dirijabllari kuzatuv platformalari va bombardimonchilar sifatida ishlatilgan. Birinchi to'xtovsiz transatlantik parvoz 1919 yilda Britaniyaning R34 dirijablida amalga oshirilgan. 1920-yillarda muntazam yo'lovchilarga xizmat ko'rsatish qayta tiklandi va Qo'shma Shtatlarda geliy zahiralarining topilishi aviatsiya xavfsizligini yaxshilashi kerak edi, ammo AQSh hukumati bu maqsadda gaz sotishdan bosh tortdi, shuning uchun H2 1920 yilda vayron qilingan Hindenburg dirijablida ishlatilgan. Nyu-Jersidagi Milandagi yong'in, 1937 yil 6-may. Voqea radio orqali jonli efirga uzatilgan va videoga olingan. Yonishning sababi vodorod oqishi bo'lgan deb taxmin qilingan, ammo keyingi tadqiqotlar aluminizatsiyalangan mato qoplamasi statik elektr ta'sirida alangalanganligini ko'rsatadi. Ammo bu vaqtga kelib, vodorodning ko'taruvchi gaz sifatidagi obro'si allaqachon buzilgan edi. O'sha yili rotor va statordagi sovutish suvi sifatida vodorod gaziga ega bo'lgan birinchi vodorod bilan sovutilgan turbogenerator 1937 yilda Ogayo shtatining Dayton shahrida Dayton Power & Light Co tomonidan ishga tushirildi; vodorod gazining issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli bugungi kunda ushbu sohada foydalanish uchun eng keng tarqalgan gaz hisoblanadi. Nikel-vodorod batareyasi birinchi marta 1977 yilda US Navigation Technology Satellite 2 (NTS-2) bortida ishlatilgan. ISS, Mars Odyssey va Mars Global Surveyor nikel-vodorod batareyalari bilan jihozlangan. O'z orbitasining qorong'u qismida Hubble kosmik teleskopi nikel-vodorod batareyalari bilan ishlaydi, ular nihoyat 2009 yil may oyida, uchirilganidan 19 yildan ko'proq vaqt o'tgach va ular yaratilganidan 13 yil o'tgach almashtirildi.

Kvant nazariyasidagi roli

Faqat proton va elektrondan iborat oddiy atom tuzilishi tufayli vodorod atomi undan hosil boʻlgan yoki soʻrilgan yorugʻlik spektri bilan birga atom tuzilishi nazariyasining rivojlanishida markaziy oʻrin tutgan. Bundan tashqari, vodorod molekulasining mos keladigan soddaligini va mos keladigan H+2 kationini o‘rganish natijasida 2020-yil o‘rtalarida kvant mexanikasida vodorod atomiga fizik ishlov berishdan so‘ng tez orada kimyoviy bog‘lanish tabiatini tushunish mumkin bo‘ldi. Aniq kuzatilgan (lekin o'sha paytda tushunilmagan) birinchi kvant effektlaridan biri Maksvellning to'liq kvant mexanik nazariyasi paydo bo'lishidan yarim asr oldin vodorod bilan bog'liq kuzatuvi edi. Maksvell buni ta'kidladi o'ziga xos issiqlik H2 ikki atomli gazdan xona haroratidan pastda qaytmas tarzda chiqib ketadi va kriogen haroratlarda bir atomli gazning o'ziga xos issiqlik sig'imiga tobora ko'proq o'xshay boshlaydi. Ga ko'ra kvant nazariyasi, bu xatti-harakat (kvantlangan) aylanish energiyasi darajalari oralig'idan kelib chiqadi, ular H2 da past massasi tufayli ayniqsa keng tarqalgan. Bu keng oraliq darajalar past haroratlarda issiqlik energiyasini vodorodda aylanish harakatiga teng taqsimlanishiga to'sqinlik qiladi. Og'irroq atomlardan tashkil topgan diatom gazlari bunday keng oraliq darajalarga ega emas va bir xil ta'sir ko'rsatmaydi. Antivodorod vodorodning antimaterial analogidir. U pozitronli antiprotondan iborat. Antivodorod 2015-yilda olingan antimadda atomlarining yagona turidir.

Tabiatda bo'lish

Vodorod koinotdagi eng keng tarqalgan kimyoviy element bo'lib, oddiy materiyaning massasi bo'yicha 75% va atomlar soni bo'yicha 90% dan ortig'ini tashkil qiladi. (Biroq, koinot massasining aksariyati bu shaklda emas kimyoviy element, lekin qorong'u materiya va qorong'u energiya kabi hali ochilmagan massa shakllariga ega deb hisoblanadi.) Bu element yulduzlar va gaz gigantlarida juda ko'p uchraydi. H2 molekulyar bulutlar yulduz shakllanishi bilan bog'liq. Vodorod proton-proton reaktsiyasi va CNO tsiklining yadroviy sintezi orqali yulduzlarni aylantirishda muhim rol o'ynaydi. Butun dunyoda vodorod asosan molekulyar vodorodnikidan ancha farq qiluvchi xossalari bilan atom va plazma holatida uchraydi. Plazma sifatida vodorodning elektroni va protoni bir-biriga bog'lanmaydi, buning natijasida juda yuqori elektr o'tkazuvchanligi va yuqori emissiyasi (Quyosh va boshqa yulduzlardan yorug'lik hosil qiladi). Zaryadlangan zarralar magnit va elektr maydonlari tomonidan kuchli ta'sir qiladi. Masalan, quyosh shamolida ular Yer magnitosferasi bilan o'zaro ta'sirlashib, Birkelend oqimlari va qutb nurini hosil qiladi. Vodorod yulduzlararo muhitda neytral atom holatidadir. Yashirin Liman-alfa tizimlarida topilgan neytral vodorodning katta miqdori koinotning kosmologik barion zichligi qizil siljish z = 4 gacha hukmronlik qiladi, deb ishoniladi. Oddiy sharoitlarda er yuzida elementar vodorod ikki atomli gaz H2 shaklida mavjud. Biroq, vodorod gazi er atmosferasida (hajmi bo'yicha 1 ppm) juda kam uchraydi engil vazn, bu esa Yerning tortishish kuchini og'irroq gazlarga qaraganda osonroq yengish imkonini beradi. Biroq, vodorod Yer yuzasida uchinchi eng keng tarqalgan element bo'lib, birinchi navbatda uglevodorodlar va suv kabi kimyoviy birikmalar shaklida mavjud. Vodorod gazi ba'zi bakteriyalar va suv o'tlari tomonidan ishlab chiqariladi va vodorodning tobora muhim manbai bo'lgan metan kabi fleytaning tabiiy tarkibiy qismidir. Protonlangan molekulyar vodorod (H+3) deb ataladigan molekulyar shakl yulduzlararo muhitda joylashgan bo'lib, u kosmik nurlardan molekulyar vodorodning ionlanishi natijasida hosil bo'ladi. Bu zaryadlangan ion Yupiter sayyorasining yuqori atmosferasida ham kuzatilgan. Ion nisbatan barqaror muhit past harorat va zichlik tufayli. H+3 koinotdagi eng koʻp tarqalgan ionlardan biri boʻlib, yulduzlararo muhit kimyosida muhim rol oʻynaydi. Neytral uch atomli vodorod H3 faqat hayajonlangan shaklda bo'lishi mumkin va beqaror. Aksincha, ijobiy molekulyar vodorod ioni (H+2) koinotda kam uchraydigan molekuladir.

Vodorod ishlab chiqarish

H2 kimyoviy va biologik laboratoriyalarda, ko'pincha boshqa reaksiyalarning yon mahsuloti sifatida ishlab chiqariladi; sanoatda to'yinmagan substratlarni gidrogenlash uchun; tabiatda esa biokimyoviy reaksiyalarda qaytaruvchi ekvivalentlarni siqib chiqarish vositasi sifatida.

Steamni isloh qilish

Vodorodni bir necha usul bilan ishlab chiqarish mumkin, ammo iqtisodiy jihatdan eng muhim jarayonlar uglevodorodlardan vodorodni olib tashlashni o'z ichiga oladi, chunki 2000 yilda vodorod ishlab chiqarishning taxminan 95% bug 'riformatsiyasidan olingan. Savdoda katta hajmdagi vodorod odatda tabiiy gazni bug 'islohoti orqali ishlab chiqariladi. Da yuqori haroratlar(1000-1400 K, 700-1100 ° C yoki 1300-2000 ° F) bug '(bug') metan bilan reaksiyaga kirishib, uglerod oksidi va H2 hosil qiladi.

    CH4 + H2O → CO + 3 H2

Bu reaksiya past bosimlarda yaxshi ishlaydi, lekin yuqori bosimlarda ham (2,0 MPa, 20 atm yoki 600 dyuym simob) amalga oshirilishi mumkin. Buning sababi shundaki, yuqori bosimli H2 eng mashhur mahsulotdir va bosimli o'ta qizib ketishni tozalash tizimlari yuqori bosimlarda yaxshiroq ishlaydi. Mahsulot aralashmasi "sintez gazi" deb nomlanadi, chunki u ko'pincha to'g'ridan-to'g'ri metanol va tegishli birikmalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Metandan boshqa uglevodorodlar turli xil mahsulot nisbatlari bilan sintez gazini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu yuqori darajada optimallashtirilgan texnologiyaning ko'plab asoratlaridan biri koks yoki uglerod hosil bo'lishidir:

    CH4 → C + 2 H2

Shuning uchun bug 'reformatsiyasi odatda H2O ning ortiqcha miqdoridan foydalanadi. Qo'shimcha vodorod bug'dan uglerod oksidi yordamida suvning gaz almashinuvi reaktsiyasi orqali, ayniqsa temir oksidi katalizatori yordamida olinishi mumkin. Ushbu reaktsiya, shuningdek, karbonat angidridning umumiy sanoat manbai hisoblanadi:

    CO + H2O → CO2 + H2

H2 uchun boshqa muhim usullar uglevodorodlarning qisman oksidlanishini o'z ichiga oladi:

    2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

Va yuqorida tavsiflangan siljish reaktsiyasining debochasi bo'lishi mumkin bo'lgan ko'mir reaktsiyasi:

    C + H2O → CO + H2

Ba'zida vodorod bir xil sanoat jarayonida, ajratilmasdan ishlab chiqariladi va iste'mol qilinadi. Ammiak ishlab chiqarish uchun Xaber jarayonida vodorod tabiiy gazdan hosil bo'ladi. Xlor ishlab chiqarish uchun tuz eritmasi elektroliz ham qo'shimcha mahsulot sifatida vodorod ishlab chiqaradi.

metall kislota

Laboratoriyada H2 odatda suyultirilgan oksidlanmaydigan kislotalarni ma'lum reaktiv metallar, masalan, Kipp apparati bilan sink bilan reaksiyaga kiritish orqali hosil bo'ladi.

    Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

Alyuminiy asoslar bilan ishlov berilganda ham H2 hosil qilishi mumkin:

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

Suv elektrolizi vodorod ishlab chiqarishning oddiy usuli hisoblanadi. Suv orqali past kuchlanishli oqim o'tadi va anodda kislorod gazi, katodda esa vodorod gazi hosil bo'ladi. Odatda, katod saqlash uchun vodorod ishlab chiqarishda platina yoki boshqa inert metalldan tayyorlanadi. Biroq, agar gazni joyida yoqish kerak bo'lsa, yonishni rag'batlantirish uchun kislorodning mavjudligi maqsadga muvofiqdir va shuning uchun ikkala elektrod ham inert metallardan tayyorlanadi. (Masalan, temir oksidlanadi va shuning uchun chiqarilgan kislorod miqdorini kamaytiradi). Nazariy maksimal samaradorlik (ishlab chiqarilgan vodorodning energiya qiymatiga nisbatan ishlatiladigan elektr energiyasi) 80-94% oralig'ida.

    2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)

Vodorod ishlab chiqarish uchun suvga qo'shilgan granulalar ko'rinishidagi alyuminiy va galiy qotishmasidan foydalanish mumkin. Bu jarayon aluminiy oksidini ham ishlab chiqaradi, ammo granulalarda oksidli teri hosil bo'lishiga to'sqinlik qiluvchi qimmat galyum qayta ishlatilishi mumkin. Bu vodorod iqtisodiyoti uchun muhim potentsial ta'sirga ega, chunki vodorodni mahalliy ishlab chiqarish mumkin va uni tashish kerak emas.

Termokimyoviy xossalari

Suvni ajratish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan 200 dan ortiq termokimyoviy tsikllar mavjud bo'lib, ular temir oksidi aylanishi, seriy (IV) oksidi aylanishi, seriy (III) oksidi, sink-sink oksidi kabi o'nga yaqin tsikllardir. tsikli, oltingugurt yod aylanishi, mis aylanishi va xlor va oltingugurt gibrid sikli elektr energiyasidan foydalanmasdan suv va issiqlikdan vodorod va kislorod ishlab chiqarish uchun tadqiqot va sinovdan o'tkazilmoqda. Bir qator laboratoriyalar (jumladan, Frantsiya, Germaniya, Gretsiya, Yaponiya va AQShdagilar) quyosh energiyasi va suvdan vodorod olishning termokimyoviy usullarini ishlab chiqmoqda.

Anaerob korroziya

Anaerob sharoitda temir va po'lat qotishmalari molekulyar vodorodda (H2) qaytarilgan holda suv protonlari tomonidan sekin oksidlanadi. Temirning anaerob korroziyasi birinchi navbatda temir gidroksidi (yashil zang) hosil bo'lishiga olib keladi va uni quyidagi reaktsiya bilan tavsiflash mumkin: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. O'z navbatida, anaerob sharoitda temir gidroksid (Fe (OH) 2) suv protonlari bilan oksidlanib, magnetit va molekulyar vodorod hosil qilishi mumkin. Bu jarayon Shikorra reaksiyasi bilan tavsiflanadi: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 temir gidroksidi → magniy + suv + vodorod. Yaxshi kristallangan magnetit (Fe3O4) termodinamik jihatdan temir gidroksidga (Fe(OH)2) nisbatan barqarorroqdir. Bu jarayon temir va po'latning anoksik sharoitda anaerob korroziyasi paytida sodir bo'ladi. yer osti suvlari va er osti suvlari sathidan pastroq tuproqlarni tiklashda.

Geologik kelib chiqishi: serpantinlanish reaktsiyasi

Chuqurlikda kislorod (O2) yo'qligida geologik sharoitlar, Yer atmosferasidan uzoqda joylashgan vodorod (H2) fayalit kristall panjarasida (Fe2SiO4, olivin-temir minali) mavjud bo'lgan temir silikatning (Fe2 +) suv protonlari (H+) bilan anaerob oksidlanish natijasida serpantinlanish jarayonida hosil bo'ladi. . Magnitit (Fe3O4), kvarts (SiO2) va vodorod (H2) hosil bo'lishiga olib keladigan mos keladigan reaktsiya: 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 fayalit + suv → magnetit + kvarts + vodorod. Bu reaksiya temir gidroksidning suv bilan aloqa qilganda anaerob oksidlanishida kuzatilgan Shikorra reaksiyasiga juda o'xshaydi.

Transformatorlarda shakllanish

Quvvat transformatorlarida ishlab chiqariladigan barcha xavfli gazlar ichida vodorod eng keng tarqalgan va ko'pchilik xatolarda hosil bo'ladi; shunday qilib, vodorodning hosil bo'lishi transformatorning hayot aylanishidagi jiddiy muammolarning dastlabki belgisidir.

Ilovalar

Turli jarayonlarda iste'mol

Ko'p miqdorda H2 neft va kimyo sanoatida talab qilinadi. H2 dan eng ko'p foydalanish qazilma yoqilg'ilarni qayta ishlash ("yangilash") va ammiak ishlab chiqarishdir. Neft-kimyo zavodlarida H2 gidrodealkillash, gidrodesulfurizatsiya va gidrokrekingda ishlatiladi. H2 boshqa bir qancha muhim foydalanishga ega. H2 gidrogenlashtiruvchi vosita sifatida, xususan, to'yinmagan yog'lar va yog'larning to'yinganlik darajasini oshirish uchun (margarin kabi mahsulotlarda mavjud) va metanol ishlab chiqarishda ishlatiladi. Shuningdek, u xlorid kislota ishlab chiqarishda vodorod manbai hisoblanadi. H2 metall rudalari uchun qaytaruvchi vosita sifatida ham ishlatiladi. Vodorod ko'plab noyob tuproq va o'tish metallarida yaxshi eriydi va nanokristal va amorf metallarda ham eriydi. Vodorodning metallarda eruvchanligi kristall panjaradagi mahalliy buzilishlar yoki aralashmalarga bog'liq. Bu vodorod issiq palladiy disklari orqali o'tib tozalanganda foydali bo'lishi mumkin, ammo gazning yuqori eruvchanligi ko'plab metallarni mo'rtlashtiradigan metallurgiya muammosi bo'lib, quvurlar va saqlash tanklarini loyihalashni murakkablashtiradi. H2 reaktiv sifatida ishlatilishidan tashqari, fizika va texnikada keng qo'llanilishi mumkin. Atom vodorodli payvandlash kabi payvandlash usullarida himoya gaz sifatida ishlatiladi. H2 elektr stansiyalarida elektr generatorlarida rotorli sovutgich sifatida ishlatiladi, chunki u har qanday gazning eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Suyuq H2 kriogenik tadqiqotlarda, shu jumladan o'ta o'tkazuvchanlik bo'yicha tadqiqotlarda qo'llaniladi. H2 havodan engilroq bo'lgani uchun, havo zichligi 1/14 dan sal ko'proq bo'lganligi sababli, u bir vaqtlar havo sharlari va havo kemalarida ko'taruvchi gaz sifatida keng qo'llanilgan. Yangi ilovalarda vodorod qochqinni tezda aniqlash uchun izlovchi gaz sifatida toza yoki azot bilan aralashtirilgan (ba'zan hosil qiluvchi gaz deb ataladi) ishlatiladi. Vodorod avtomobilsozlik, kimyo, energetika, aerokosmik va telekommunikatsiya sanoatida qo'llaniladi. Vodorod ruxsat etilgan oziq-ovqat qo'shimchasi (E 949) bo'lib, boshqa antioksidant xususiyatlar qatorida oziq-ovqat oqishini tekshirishga imkon beradi. Vodorodning noyob izotoplari ham o'ziga xos ilovalarga ega. Deyteriy (vodorod-2) yadroviy parchalanish dasturlarida sekin neytron moderatori sifatida va yadro sintezi reaktsiyalarida qo'llaniladi. Deyteriy birikmalari kimyo va biologiya sohasida reaksiyaning izotop taʼsirini oʻrganishda qoʻllaniladi. Yadro reaktorlarida ishlab chiqarilgan tritiy (vodorod-3) vodorod bombalarini ishlab chiqarishda, biologiya fanlarida izotop belgisi sifatida, nurli bo'yoqlarda nurlanish manbai sifatida ishlatiladi. Muvozanat holatidagi vodorodning uch nuqtali harorati ITS-90 harorat shkalasi bo'yicha 13,8033 Kelvin darajasida aniqlovchi sobit nuqtadir.

Sovutish vositasi

Vodorod odatda elektr stansiyalarida uning engil diatomik molekulalarining bevosita natijasi bo'lgan bir qator qulay xususiyatlar tufayli generatorlarda sovutgich sifatida ishlatiladi. Bularga past zichlik, past yopishqoqlik va har qanday gazning eng yuqori o'ziga xos issiqlik sig'imi va issiqlik o'tkazuvchanligi kiradi.

Energiya tashuvchisi

Vodorod energiya resursi emas, deyteriy yoki tritiydan foydalanadigan tijorat termoyadroviy elektr stantsiyalarining faraziy kontekstidan tashqari, bu texnologiya hozirda etuk emas. Quyosh energiyasi vodorodning yadroviy sintezidan kelib chiqadi, ammo Yerda bu jarayonga erishish qiyin. Quyosh, biologik yoki elektr manbalaridan olinadigan elementar vodorod uni ishlab chiqarish uchun uni yoqishdan ko'ra ko'proq energiya talab qiladi, shuning uchun bu holatlarda vodorod batareyaga o'xshash energiya tashuvchisi sifatida ishlaydi. Vodorodni qazilma manbalardan (masalan, metan) olish mumkin, ammo bu manbalar tugaydi. Har qanday amalda erishish mumkin bo'lgan bosimda suyuq vodorod va siqilgan gazsimon vodorodning birlik hajmiga energiya zichligi an'anaviy energiya manbalaridan sezilarli darajada past bo'lsa-da, yoqilg'i massasi birligi uchun energiya zichligi yuqoriroqdir. Biroq, elementar vodorod energiya kontekstida kelajakda mumkin bo'lgan iqtisodiy energiya tashuvchisi sifatida keng muhokama qilindi. Misol uchun, CO2 sekvestri, so'ngra uglerodni ushlash va saqlash fotoalbom yoqilg'ilardan H2 ishlab chiqarish nuqtasida amalga oshirilishi mumkin. Transportda ishlatiladigan vodorod nisbatan toza yonadi, ba'zi NOx emissiyalari bilan, lekin uglerod chiqindilari yo'q. Biroq, vodorod iqtisodiyotiga to'liq konvertatsiya qilish bilan bog'liq infratuzilma xarajatlari sezilarli bo'ladi. Yoqilg'i xujayralari vodorod va kislorodni to'g'ridan-to'g'ri ichki yonuv dvigatellariga qaraganda samaraliroq elektr energiyasiga aylantirishi mumkin.

yarimo'tkazgich sanoati

Vodorod amorf kremniy va amorf uglerodning osilgan aloqalarini to'yintirish uchun ishlatiladi, bu materialning xususiyatlarini barqarorlashtirishga yordam beradi. Shuningdek, u ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4 va SrZr kabi turli oksidli materiallarda potentsial elektron donor hisoblanadi.

biologik reaktsiyalar

H2 ba'zi anaerob metabolizm mahsuloti bo'lib, bir nechta mikroorganizmlar tomonidan, odatda, gidrogenazlar deb ataladigan temir yoki nikel o'z ichiga olgan fermentlar tomonidan katalizlangan reaktsiyalar orqali ishlab chiqariladi. Bu fermentlar H2 va uning ikkita proton va ikkita elektron komponentlari o'rtasida qaytariladigan redoks reaktsiyasini katalizlaydi. Vodorod gazining hosil bo'lishi piruvatning fermentatsiyasi natijasida hosil bo'lgan qaytaruvchi ekvivalentlarni suvga o'tkazish orqali sodir bo'ladi. Organizmlar tomonidan vodorod ishlab chiqarish va iste'mol qilishning tabiiy aylanishi vodorod aylanishi deb ataladi. Suvning bo'linishi, suvning protonlar, elektronlar va kislorodga bo'linishi jarayoni barcha fotosintetik organizmlarda yorug'lik reaktsiyalarida sodir bo'ladi. Ba'zi bunday organizmlar, shu jumladan Chlamydomonas Reinhardtii suvo'tlari va siyanobakteriyalar qorong'u reaktsiyalarning ikkinchi bosqichiga aylandi, bunda protonlar va elektronlar xloroplastdagi maxsus gidrogenazlar tomonidan H2 gazini hosil qilish uchun qaytariladi. Kislorod mavjud bo'lganda ham H2 gazini samarali sintez qilish uchun siyanobakterial gidrazlarni genetik jihatdan o'zgartirishga urinishlar qilingan. Bioreaktorda genetik jihatdan o'zgartirilgan suv o'tlari yordamida ham harakatlar qilingan.