6.2 الخواص الكيميائية للهيدروجين وإنتاجه. الفتح والاستخدام

الخواص الكيميائية للهيدروجين

في الظروف العاديةالهيدروجين الجزيئي قليل النشاط نسبيًا، حيث يتحد مباشرة فقط مع العناصر غير المعدنية الأكثر نشاطًا (مع الفلور، وفي الضوء مع الكلور). ومع ذلك، عند تسخينه، فإنه يتفاعل مع العديد من العناصر.

يتفاعل الهيدروجين مع المواد البسيطة والمعقدة:

- تفاعل الهيدروجين مع المعادن يؤدي إلى تكوين مواد معقدة - الهيدريدات، في الصيغ الكيميائية التي تأتي فيها ذرة المعدن دائمًا في المقام الأول:

عند درجة حرارة عالية، يتفاعل الهيدروجين مباشرة مع بعض المعادن(القلوية والأرضية القلوية وغيرها)، وتشكيل مواد بلورية بيضاء - هيدريدات معدنية (Li H، Na H، KH، CaH 2، إلخ):

ح 2 + 2Li = 2LiH

تتحلل هيدريدات المعادن بسهولة بالماء لتكوين القلويات والهيدروجين المقابلة:

سا H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

- عندما يتفاعل الهيدروجين مع اللافلزات تتشكل مركبات الهيدروجين المتطايرة. في الصيغة الكيميائية لمركب الهيدروجين المتطاير، يمكن أن تكون ذرة الهيدروجين في المركز الأول أو الثاني، اعتمادًا على موقعها في PSHE (انظر اللوحة في الشريحة):

1). مع الأكسجينالهيدروجين يشكل الماء:

فيديو "احتراق الهيدروجين"

2H2 + O2 = 2H2O + Q

في درجات الحرارة العادية، يستمر التفاعل ببطء شديد، فوق 550 درجة مئوية - مع حدوث انفجار (يسمى خليط من حجمين من H 2 وحجم واحد من O 2 غاز متفجر) .

بالفيديو "انفجار غاز مفجر"

فيديو "تحضير وتفجير خليط متفجر"

2). مع الهالوجيناتيشكل الهيدروجين هاليدات الهيدروجين، على سبيل المثال:

ح 2 + الكلور 2 = 2 حمض الهيدروكلوريك

وفي الوقت نفسه، ينفجر الهيدروجين مع الفلور (حتى في الظلام وعند -252 درجة مئوية)، ويتفاعل مع الكلور والبروم فقط عند إضاءته أو تسخينه، ومع اليود فقط عند تسخينه.

3). مع النيتروجينيتفاعل الهيدروجين لتكوين الأمونيا:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

فقط على محفز وفي درجات حرارة وضغوط مرتفعة.

4). عند تسخينه، يتفاعل الهيدروجين بقوة مع الكبريت:

H2 + S = H2S (كبريتيد الهيدروجين)،

أكثر صعوبة مع السيلينيوم والتيلوريوم.

5). مع الكربون النقييمكن أن يتفاعل الهيدروجين بدون محفز فقط عند درجات حرارة عالية:

2H 2 + C (غير متبلور) = CH 4 (الميثان)

- يخضع الهيدروجين لتفاعل استبدال مع أكاسيد المعادن في هذه الحالة يتكون الماء في المنتجات ويتم تقليل المعدن. الهيدروجين - يعرض خصائص عامل الاختزال:

يستخدم الهيدروجين لاستعادة العديد من المعادنلأنه يأخذ الأكسجين من أكاسيدها:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O، إلخ.

تطبيقات الهيدروجين

فيديو "استخدام الهيدروجين"

حاليا، يتم إنتاج الهيدروجين بكميات هائلة. ويستخدم جزء كبير جدًا منه في تصنيع الأمونيا وهدرجة الدهون وفي هدرجة الفحم والزيوت والهيدروكربونات. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الهيدروجين للتوليف من حمض الهيدروكلوريكوالكحول الميثيلي وحمض الهيدروسيانيك في لحام وتزوير المعادن وكذلك في صناعة المصابيح المتوهجة والأحجار الكريمة. يباع الهيدروجين في اسطوانات تحت ضغط يزيد عن 150 ضغط جوي. وهي مطلية باللون الأخضر الداكن وعليها نقش أحمر "الهيدروجين".

يستخدم الهيدروجين لتحويل الدهون السائلة إلى دهون صلبة (الهدرجة)، وإنتاج الوقود السائل عن طريق هدرجة الفحم وزيت الوقود. في علم المعادن، يتم استخدام الهيدروجين كعامل اختزال للأكاسيد أو الكلوريدات لإنتاج المعادن وغير المعادن (الجرمانيوم، السيليكون، الغاليوم، الزركونيوم، الهافنيوم، الموليبدينوم، التنغستن، إلخ).

تتنوع الاستخدامات العملية للهيدروجين: فهو يستخدم عادة لملء البالونات، الصناعة الكيميائيةفهو بمثابة مادة خام لإنتاج العديد من المنتجات المهمة جدًا (الأمونيا، وما إلى ذلك)، في صناعة المواد الغذائية - لإنتاج الدهون الصلبة من الزيوت النباتية، وما إلى ذلك. درجة الحرارة المرتفعة (تصل إلى 2600 درجة مئوية)، الناتجة ويستخدم من احتراق الهيدروجين في الأكسجين لصهر المعادن المقاومة للحرارة، والكوارتز، وما إلى ذلك. ويعتبر الهيدروجين السائل أحد أكثر أنواع وقود الطائرات كفاءة. يتجاوز الاستهلاك العالمي السنوي للهيدروجين مليون طن.

أجهزة المحاكاة

رقم 2. هيدروجين

المهام المهمة

المهمة رقم 1
اكتب معادلات التفاعل لتفاعل الهيدروجين مع المواد التالية: F 2، Ca، Al 2 O 3، أكسيد الزئبق (II)، أكسيد التنغستن (VI). قم بتسمية منتجات التفاعل وحدد أنواع التفاعلات.

المهمة رقم 2
تنفيذ التحولات وفقا للمخطط:
ح 2 يا -> ح 2 -> ح 2 ق -> إذن 2

المهمة رقم 3.
احسب كتلة الماء التي يمكن الحصول عليها بحرق 8 جم من الهيدروجين؟

سيارة بدون غازات العادم. هذه سيارة ميراي من صنع شركة تويوتا. تعمل السيارة بوقود الهيدروجين.

يخرج فقط الهواء الساخن وبخار الماء من أنابيب العادم. سيارة المستقبل تسير بالفعل على الطرق، على الرغم من أنها تواجه مشاكل في التزود بالوقود.

على الرغم من وفرة الهيدروجين في الكون، لا ينبغي أن تكون هناك مثل هذه المشكلة.

يتكون العالم من ثلاثة أرباع المادة. لذلك، الرقم التسلسلي الخاص بك عنصر الهيدروجينيبرر. اليوم، كل الاهتمام له.

خصائص الهيدروجين

كونها العنصر الأول هيدروجينيؤدي إلى المادة الأولى. هذا ماء. ومن المعروف أن صيغته هي H2O.

على الاسم اليونانييُكتب الهيدروجين بالهيدروجينيوم، حيث الهيدروجين هو الماء ويتم توليد الجينيوم.

ومع ذلك، لم يكن اليونانيون هم من أطلقوا على العنصر اسمه، بل عالم الطبيعة الفرنسي لوران لافوازييه. قبله، اكتشف الهيدروجين هنري كافنديش، ونيكولا ليميري، وثيوفراستوس باراسيلسوس.

وهذا الأخير، في الواقع، ترك العلم مع أول ذكر للمادة الأولى. يعود تاريخ التسجيل إلى القرن السادس عشر. ما هي الاستنتاجات التي توصل إليها العلماء؟ هيدروجين?

خصائص العنصر- الازدواجية. تحتوي ذرة الهيدروجين على إلكترون واحد فقط. في عدد من ردود الفعل، تعطيها المادة بعيدا.

وهذا هو سلوك المعدن النموذجي من المجموعة الأولى. ومع ذلك، فإن الهيدروجين قادر على إكمال غلافه، وليس التخلي عنه، ولكن قبول إلكترون واحد.

في هذه الحالة، العنصر الأول يتصرف مثل الهالوجينات. وهم يقعون في المجموعة السابعة عشر الجدول الدوريويميلون إلى التعليم.

في أي منها يمكن العثور على الهيدروجين؟ على سبيل المثال، في هيدروكبريتيد. صيغته: - NaHS.

ويستند هذا المركب من عنصر الهيدروجين على . كما يمكن أن نرى، يتم إزاحة ذرات الهيدروجين منه جزئيًا فقط بواسطة الصوديوم.

إن وجود إلكترون واحد فقط والقدرة على التخلي عنه يحول ذرة الهيدروجين إلى بروتون. ويوجد أيضًا جسيم واحد فقط بشحنة موجبة في النواة.

الكتلة النسبيةالبروتون مع الإلكترون يساوي 2 أم. المؤشر أقل بـ 14 مرة من مؤشر الهواء. وبدون الإلكترون، تكون المادة أخف وزنا.

الاستنتاج القائل بأن الهيدروجين غاز يشير إلى نفسه. لكن العنصر له أيضًا شكل سائل. يحدث التسييل عند درجة حرارة -252.8 درجة مئوية.

نظرا لصغر حجمها العنصر الكيميائي الهيدروجينلديه القدرة على اختراق المواد الأخرى.

لذلك، إذا قمت بنفخ الهواء ليس بالهيليوم أو الهواء العادي، ولكن بالعنصر النظيف رقم 1، فسوف ينكمش الهواء في غضون يومين.

سوف تمر جزيئات الغاز بسهولة إلى المسام. ويمر الهيدروجين أيضًا إلى بعض المعادن، على سبيل المثال، و.

تتراكم المادة في بنيتها وتتبخر مع ارتفاع درجة الحرارة.

رغم ذلك يتم تضمين الهيدروجينفي الماء يذوب بشكل سيء. ليس من قبيل الصدفة أن يتم عزل العنصر في المختبرات عن طريق إزاحة الرطوبة. كيف يستخرج الصناعيون المادة الأولى؟ وسوف نخصص الفصل التالي لهذا.

إنتاج الهيدروجين

صيغة الهيدروجينيسمح لك بتعدينه بـ 6 طرق على الأقل. الأول هو الإصلاح البخاري للميثان والغاز الطبيعي.

يتم أخذ كسور الليجروين. يتم استخراج الهيدروجين النقي منها تحفيزيا. وهذا يتطلب وجود بخار الماء.

الطريقة الثانية لاستخراج المادة الأولى هي التغويز. يتم تسخين الوقود إلى 1500 درجة، وتحويله إلى غازات قابلة للاشتعال.

وهذا يتطلب عامل مؤكسد. الأكسجين الجوي العادي يكفي.

الطريقة الثالثة لإنتاج الهيدروجين هي التحليل الكهربائي للماء. يتم تمرير التيار من خلاله. يساعد على تسليط الضوء على العنصر المطلوب على الأقطاب الكهربائية.

يمكنك أيضًا استخدام الانحلال الحراري. هذا هو التحلل الحراري للمركبات. تضطر كل من المواد العضوية وغير العضوية، مثل الماء، إلى التفكك. تتم العملية تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة.

الطريقة الخامسة لإنتاج الهيدروجين هي الأكسدة الجزئية، والسادسة هي التكنولوجيا الحيوية.

يشير الأخير إلى استخلاص الغاز من الماء من خلال تقسيمه الكيميائي الحيوي. مساعدة الطحالب الخاصة.

هناك حاجة إلى مفاعل حيوي ضوئي مغلق، لذلك نادرًا ما يتم استخدام الطريقة السادسة. في الواقع، طريقة التحويل بالبخار هي الوحيدة الشائعة.

إنه الأرخص والأبسط. إلا أن وجود كتلة من البدائل يجعل من الهيدروجين مادة خام مرغوبة للصناعة، لأنه لا يوجد اعتماد على مصدر محدد للعنصر.

تطبيقات الهيدروجين

يستخدم الهيدروجينللتوليف. هذا المركب عبارة عن مادة تبريد في تقنية التجميد، والمعروف باسم المكون الأمونيا، يستخدم كمعادل للأحماض.

يستخدم الهيدروجين أيضًا لتخليق حمض الهيدروكلوريك. هذا هو الاسم الثاني.

فهو ضروري، على سبيل المثال، لتنظيف الأسطح المعدنية وتلميعها. في صناعة المواد الغذائية، حمض الهيدروكلوريك هو منظم الحموضة E507.

يتم تسجيل الهيدروجين نفسه أيضًا كمضاف غذائي. اسمها على عبوة المنتج هو E949.

يتم استخدامه، على وجه الخصوص، في إنتاج السمن. نظام الهدرجة ينتج السمن النباتي في الواقع.

في الزيوت النباتية الدهنية، يتم كسر بعض الروابط. تظهر ذرات الهيدروجين في مواقع التمزق. هذا يحول المادة السائلة إلى مادة نسبية.

في الدور خلية وقود الهيدروجينويستخدم، حتى الآن، ليس في الصواريخ بقدر ما يستخدم في الصواريخ.

المادة الأولى تحترق في الأكسجين الذي يوفر الطاقة لحركة المركبات الفضائية.

وهكذا، فإن أحد أقوى الصواريخ الروسية، إنيرجيا، يعمل بوقود الهيدروجين. العنصر الأول فيه مسال.

إن تفاعل احتراق الهيدروجين في الأكسجين مفيد أيضًا في أعمال اللحام. يمكن ربط المواد الأكثر مقاومة للحرارة.

درجة حرارة التفاعل في شكل نقي- 3000 درجة مئوية. باستخدام تلك الخاصة من الممكن الوصول إلى 4000 درجة.

أي معدن سوف "يستسلم". بالمناسبة، يتم الحصول على المعادن أيضا باستخدام العنصر الأول. يعتمد التفاعل على عزل المواد القيمة من أكاسيدها.

الصناعة النووية تشكو نظائر الهيدروجين. لا يوجد سوى 3 منهم، واحد منهم هو التريتيوم. انها مشعة.

هناك أيضًا البروتيوم والديوتيريوم غير المشع. على الرغم من أن التريتيوم ينبعث منه خطر، إلا أنه يحدث بشكل طبيعي.

ويتكون النظير في الطبقات العليا من الغلاف الجوي التي تتعرض للأشعة الكونية. وهذا يؤدي إلى ردود فعل نووية.

في المفاعلات الموجودة على سطح الأرض، يكون التريتيوم نتيجة لتشعيع النيوترونات.

سعر الهيدروجين

في أغلب الأحيان، يقدم الصناعيون غاز الهيدروجين، بشكل طبيعي، في حالة مضغوطة وفي حاوية خاصة لن تسمح بمرور ذرات صغيرة من المادة.

وينقسم العنصر الأول إلى تقني ومنقى، أي أعلى درجة. هناك حتى درجات الهيدروجينعلى سبيل المثال، "أ".

ينطبق عليها GOST 3022-80. هذا هو الغاز التقني. مقابل 40 لترًا مكعبًا، يطلب المصنعون أقل بقليل من 1000 لتر. مقابل 50 لترًا يعطون 1300.

GOST للهيدروجين النقي - R 51673-2000. نسبة نقاء الغاز 9.9999%. لكن العنصر الفني أقل شأنا بعض الشيء.

نقاوته 9.99%. ومع ذلك، مقابل 40 لترا مكعبا من المادة النقية، فإنهم يعطون بالفعل أكثر من 13000 روبل.

يوضح السعر مدى صعوبة المرحلة النهائية من تنقية الغاز بالنسبة للصناعيين. مقابل أسطوانة سعة 50 لترًا، سيتعين عليك دفع 15000-16000 روبل.

الهيدروجين السائللم تستخدم أبدا تقريبا. إنها مكلفة للغاية والخسائر كبيرة. ولذلك لا توجد عروض للبيع أو الشراء.

ليس من الصعب الحصول على الهيدروجين المسال فحسب، بل يصعب أيضًا تخزينه. درجات الحرارة التي تقل عن 252 درجة ليست مزحة.

لذلك، لن يمزح أحد بشأن استخدام غاز فعال وسهل الاستخدام.

تعتمد الطرق الصناعية لإنتاج المواد البسيطة على الشكل الذي يوجد به العنصر المقابل في الطبيعة، أي ما يمكن أن يكون المادة الخام لإنتاجه. وهكذا يتم الحصول على الأكسجين المتوفر في الحالة الحرة جسديا- الافراج عن الهواء السائل. تقريبا كل الهيدروجين موجود في شكل مركبات، لذلك يستخدمونه للحصول عليه الطرق الكيميائية. على وجه الخصوص، يمكن استخدام تفاعلات التحلل. إحدى طرق إنتاج الهيدروجين هي من خلال تحلل الماء بواسطة التيار الكهربائي.

الطريقة الصناعية الرئيسية لإنتاج الهيدروجين هي تفاعل الميثان، وهو جزء من الغاز الطبيعي، مع الماء. يتم إجراؤه عند درجة حرارة عالية (من السهل التحقق من أنه عند تمرير الميثان حتى من خلال الماء المغلي، لا يحدث أي تفاعل):

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 كيلوجول

في المختبر، للحصول على مواد بسيطة، لا يستخدمون بالضرورة مواد خام طبيعية، ولكن يختارون تلك المواد الأولية التي يسهل عزل المادة المطلوبة منها. على سبيل المثال، في المختبر، لا يتم الحصول على الأكسجين من الهواء. الأمر نفسه ينطبق على إنتاج الهيدروجين. ومن الطرق المعملية لإنتاج الهيدروجين، والتي تستخدم أحياناً في الصناعة، تحلل الماء بالتيار الكهربائي.

عادة، يتم إنتاج الهيدروجين في المختبر عن طريق تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك.

في الصناعة

1.التحليل الكهربائي للمحاليل الملحية المائية:

2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2

2.تمرير بخار الماء فوق فحم الكوك الساخنعند درجات حرارة حوالي 1000 درجة مئوية:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.من الغاز الطبيعي .

تحويل البخار: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3 H 2 (1000 درجة مئوية) الأكسدة التحفيزية بالأكسجين: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4 H 2

4. تكسير وإعادة تشكيل الهيدروكربونات أثناء تكرير النفط.

في المختبر

1.تأثير الأحماض المخففة على المعادن.لتنفيذ هذا التفاعل، يتم استخدام الزنك وحمض الهيدروكلوريك في أغلب الأحيان:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.تفاعل الكالسيوم مع الماء:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.التحلل المائي للهيدريدات:

ناه + ح 2 يا → هيدروكسيد الصوديوم + ح 2

4.تأثير القلويات على الزنك أو الألومنيوم:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2 Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2

5.باستخدام التحليل الكهربائي.أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للقلويات أو الأحماض، يتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود، على سبيل المثال:

2H3O + + 2e - → H2 + 2H2O

مفاعل حيوي لإنتاج الهيدروجين

الخصائص الفيزيائية

يمكن أن يتواجد غاز الهيدروجين في شكلين (تعديلات) - في شكل أورثو - وشبه الهيدروجين.

في جزيء الهيدروجين الأورثوهيدروجين (mp. -259.10 درجة مئوية، نقطة الغليان −252.56 درجة مئوية) يتم توجيه السبينات النووية بشكل مماثل (موازٍ)، وفي الباراهيدروجين (نقطة الغليان −259.32 درجة مئوية، نقطة الغليان -252.89 درجة مئوية) - عكس بعضها البعض (مضاد للتوازي).

يمكن فصل الأشكال المتآصلة للهيدروجين عن طريق الامتزاز على الكربون النشط عند درجة حرارة النيتروجين السائل. في جدا درجات الحرارة المنخفضةيتم تحويل التوازن بين أورثوهيدروجين وباراهيدروجين بالكامل تقريبًا نحو الأخير. عند 80 K تكون نسبة النماذج حوالي 1:1. عند تسخينه، يتحول باراهيدروجين الممتص إلى أورثوهيدروجين حتى يتكون خليط متوازن في درجة حرارة الغرفة (أورثو بارا: 75:25). بدون محفز، يحدث التحول ببطء، مما يجعل من الممكن دراسة خصائص الأشكال المتآصلة الفردية. جزيء الهيدروجين ثنائي الذرة - H₂. في الظروف العادية، فهو غاز عديم اللون والرائحة والطعم. الهيدروجين هو أخف الغازات، وكثافته أقل بعدة مرات من كثافة الهواء. ومن الواضح أنه كلما كانت كتلة الجزيئات أصغر، زادت سرعتها عند نفس درجة الحرارة. باعتبارها أخف الجزيئات، تتحرك جزيئات الهيدروجين بشكل أسرع من جزيئات أي غاز آخر، وبالتالي يمكنها نقل الحرارة من جسم إلى آخر بشكل أسرع. ويترتب على ذلك أن الهيدروجين لديه أعلى الموصلية الحرارية بين المواد الغازية. الموصلية الحرارية لها أعلى بحوالي سبعة أضعاف من الموصلية الحرارية للهواء.

الخواص الكيميائية

جزيئات الهيدروجين H₂ قوية جدًا، ولكي يتفاعل الهيدروجين، يجب استهلاك قدر كبير من الطاقة: H 2 = 2H - 432 كيلوجول لذلك، في درجات الحرارة العادية، يتفاعل الهيدروجين فقط مع المعادن النشطة جدًا، على سبيل المثال الكالسيوم، لتكوين الكالسيوم هيدريد: Ca + H 2 = CaH 2 ومع اللافلز الوحيد - الفلور، يشكل فلوريد الهيدروجين: F 2 + H 2 = 2HF مع معظم المعادن واللافلزات، يتفاعل الهيدروجين عند حرارة عاليةأو تحت مؤثرات أخرى، مثل الإضاءة. يمكنها "نزع" الأكسجين من بعض الأكاسيد، على سبيل المثال: CuO + H 2 = Cu + H 2 0 تعكس المعادلة المكتوبة تفاعل الاختزال. تفاعلات الاختزال هي عمليات يتم فيها إزالة الأكسجين من المركب؛ تسمى المواد التي تزيل الأكسجين عوامل الاختزال (وهي تتأكسد بنفسها). علاوة على ذلك، سيتم تقديم تعريف آخر لمفهومي "الأكسدة" و"الاختزال". أ هذا التعريف، الأول تاريخيًا، لا يزال مهمًا حتى يومنا هذا، خاصة في الكيمياء العضوية. تفاعل الاختزال هو عكس تفاعل الأكسدة. يحدث كلا التفاعلين دائمًا في وقت واحد كعملية واحدة: عندما تتأكسد (تختزل) مادة ما، فإن اختزال (أكسدة) مادة أخرى يحدث بالضرورة في وقت واحد.

ن 2 + 3 ح 2 → 2 ن ح 3

أشكال مع الهالوجينات هاليدات الهيدروجين:

F 2 + H 2 → 2 HF، يحدث التفاعل بشكل انفجاري في الظلام وفي أي درجة حرارة، Cl 2 + H 2 → 2 HCl، يحدث التفاعل بشكل انفجاري، فقط في الضوء.

يتفاعل مع السخام تحت حرارة عالية:

ج + 2 ح 2 → CH 4

التفاعل مع الفلزات القلوية والقلوية الأرضية

يتشكل الهيدروجين مع المعادن النشطة هيدريدات:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

هيدريدات- مواد صلبة شبيهة بالأملاح، سهلة التحلل المائي:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

التفاعل مع أكاسيد المعادن (عادةً عناصر d)

يتم تقليل الأكاسيد إلى المعادن:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

هدرجة المركبات العضوية

عندما يؤثر الهيدروجين على الهيدروكربونات غير المشبعة في وجود محفز النيكل وعند درجات حرارة مرتفعة، يحدث تفاعل الهدرجة:

CH 2 = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

يختزل الهيدروجين الألدهيدات إلى كحولات:

CH 3 C H O + H 2 → C 2 H 5 OH.

جيوكيمياء الهيدروجين

الهيدروجين - الأساسي مواد البناءكون. وهو العنصر الأكثر شيوعا، وتتشكل منه جميع العناصر نتيجة التفاعلات النووية الحرارية والنووية.

يعتبر الهيدروجين الحر H2 نادرًا نسبيًا في الغازات الأرضية، ولكنه في شكل ماء يلعب دورًا مهمًا للغاية في العمليات الجيوكيميائية.

يمكن أن يتواجد الهيدروجين في المعادن على شكل أيون الأمونيوم، وأيون الهيدروكسيل، وماء بلوري.

وفي الغلاف الجوي، يتم إنتاج الهيدروجين بشكل مستمر نتيجة تحلل الماء اشعاع شمسي. يهاجر إلى الغلاف الجوي العلوي ويهرب إلى الفضاء.

طلب

الطاقة الهيدروجينية

يستخدم الهيدروجين الذري في لحام الهيدروجين الذري.

في صناعة المواد الغذائية، يتم تسجيل الهيدروجين كمضاف غذائي E949، مثل تعبئة الغاز.

ميزات العلاج

يشكل الهيدروجين عند مزجه بالهواء خليطًا متفجرًا - ما يسمى بالغاز المتفجر. يكون هذا الغاز أكثر انفجارًا عندما تكون نسبة حجم الهيدروجين والأكسجين 2:1، أو الهيدروجين والهواء تقريبًا 2:5، لأن الهواء يحتوي على حوالي 21% أكسجين. الهيدروجين هو أيضا خطر الحريق. يمكن أن يسبب الهيدروجين السائل قضمة صقيع شديدة إذا لامس الجلد.

تحدث التركيزات المتفجرة للهيدروجين والأكسجين من 4٪ إلى 96٪ من حيث الحجم. عند مزجه بالهواء من 4% إلى 75(74)% من حيث الحجم.

استخدام الهيدروجين

وفي الصناعة الكيميائية، يستخدم الهيدروجين في إنتاج الأمونيا والصابون والبلاستيك. في صناعة المواد الغذائية، يتم تصنيع السمن النباتي من الزيوت النباتية السائلة باستخدام الهيدروجين. الهيدروجين خفيف جدًا ويرتفع دائمًا في الهواء. ذات مرة، المناطيد و بالوناتمليئة بالهيدروجين. لكن في الثلاثينيات. القرن العشرين حدثت العديد من الكوارث الرهيبة عندما انفجرت المناطيد واحترقت. في الوقت الحاضر، المناطيد مملوءة بغاز الهيليوم. ويستخدم الهيدروجين أيضًا كوقود للصواريخ. في يوم من الأيام يمكن استخدام الهيدروجين على نطاق واسع كوقود للسيارات و الشاحنات. محركات الهيدروجين لا تلوث بيئةويطلق فقط بخار الماء (على الرغم من أن إنتاج الهيدروجين نفسه يؤدي إلى بعض التلوث البيئي). تتكون شمسنا في الغالب من الهيدروجين. الحرارة والضوء الشمسي هما نتيجة إطلاق الطاقة النووية من اندماج نوى الهيدروجين.

استخدام الهيدروجين كوقود (فعال من حيث التكلفة)

إن أهم ما يميز المواد المستخدمة كوقود هو حرارة احتراقها. من المعروف من مقرر الكيمياء العامة أن التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين يحدث مع انطلاق الحرارة. إذا أخذنا 1 mol H 2 (2 جم) و 0.5 mol O 2 (16 جم) في ظل ظروف قياسية وأثارنا التفاعل، فطبقًا للمعادلة

ح 2 + 0.5 يا 2 = ح 2 يا

بعد الانتهاء من التفاعل، يتم تشكيل 1 مول من H2O (18 جم) مع إطلاق طاقة تبلغ 285.8 كيلوجول/مول (للمقارنة: حرارة احتراق الأسيتيلين هي 1300 كيلوجول/مول، البروبان - 2200 كيلوجول/مول) . يزن 1 متر مكعب من الهيدروجين 89.8 جم (44.9 مول). لذلك، لإنتاج 1 متر مكعب من الهيدروجين، سيتم استهلاك 12832.4 كيلوجول من الطاقة. مع الأخذ في الاعتبار أن 1 كيلووات ساعة = 3600 كيلوجول، نحصل على 3.56 كيلووات ساعة من الكهرباء. بمعرفة تعرفة 1 كيلووات ساعة من الكهرباء وتكلفة 1 متر مكعب من الغاز، يمكننا أن نستنتج أنه من المستحسن التحول إلى وقود الهيدروجين.

على سبيل المثال، يسافر الطراز التجريبي من الجيل الثالث من هوندا FCX المزود بخزان هيدروجين سعة 156 لترًا (يحتوي على 3.12 كجم من الهيدروجين تحت ضغط 25 ميجا باسكال) مسافة 355 كم. وبناء على ذلك، من 3.12 كجم H2، يتم الحصول على 123.8 كيلووات في الساعة. لكل 100 كيلومتر، سيكون استهلاك الطاقة 36.97 كيلووات في الساعة. معرفة تكلفة الكهرباء أو تكلفة الغاز أو البنزين، يمكن بسهولة حساب استهلاكها للسيارة لكل 100 كيلومتر على أنها سلبية التأثير الاقتصاديتحول السيارات إلى وقود الهيدروجين. لنفترض (روسيا 2008)، أن 10 سنتات لكل كيلووات ساعة من الكهرباء تؤدي إلى أن 1 متر مكعب من الهيدروجين يؤدي إلى سعر 35.6 سنتًا، ومع الأخذ في الاعتبار كفاءة تحلل الماء 40-45 سنتًا، نفس الكمية من كيلووات ساعة من حرق البنزين يكلف 12832.4 كيلوجول/42000 كيلوجول/0.7 كجم/لتر*80 سنتًا/لتر=34 سنتًا بأسعار التجزئة، بينما بالنسبة للهيدروجين قمنا بحساب الخيار المثالي، دون الأخذ في الاعتبار النقل، وانخفاض قيمة المعدات، وما إلى ذلك. بالنسبة للميثان مع تبلغ طاقة الاحتراق حوالي 39 ميجا جول لكل متر مكعب، وستكون النتيجة أقل بمقدار مرتين إلى أربع مرات بسبب اختلاف السعر (يكلف المتر المكعب الواحد في أوكرانيا 179 دولارًا أمريكيًا، وفي أوروبا 350 دولارًا أمريكيًا). أي أن الكمية المعادلة من الميثان ستكلف 10-20 سنتًا.

ومع ذلك، يجب ألا ننسى أنه عندما نحرق الهيدروجين نحصل عليه ماء نظيف، والذي تم استخراجه منه. أي أن لدينا طاقة متجددة جامع قمامةالطاقة دون الإضرار بالبيئة، على عكس الغاز أو البنزين اللذين يعتبران من المصادر الأساسية للطاقة.

Php على السطر 377 تحذير: يتطلب (http://www..php): فشل في فتح الدفق: لا يمكن العثور على غلاف مناسب في /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php على السطر 377 قاتل خطأ: يتطلب (): فشل الفتح المطلوب "http://www..php" (include_path = "..php على السطر 377"

عند البدء في النظر في الخصائص الكيميائية والفيزيائية للهيدروجين، تجدر الإشارة إلى أن هذا العنصر الكيميائي في حالته المعتادة يكون في شكل غازي. غاز الهيدروجين عديم اللون عديم الرائحة والمذاق. ولأول مرة، سمي هذا العنصر الكيميائي بالهيدروجين نسبة إلى قيام العالم أ. لافوازييه بإجراء تجارب على الماء، ونتيجة لذلك علم العلم العالمي أن الماء سائل متعدد المكونات يحتوي على الهيدروجين. وقع هذا الحدث في عام 1787، ولكن قبل هذا التاريخ بوقت طويل، كان الهيدروجين معروفًا لدى العلماء تحت اسم "الغاز القابل للاشتعال".

الهيدروجين في الطبيعة

وفقا للعلماء، يوجد الهيدروجين في القشرة الأرضية وفي الماء (حوالي 11.2٪ من إجمالي حجم الماء). وهذا الغاز جزء من العديد من المعادن التي تستخرجها البشرية من أحشاء الأرض منذ قرون. بعض خصائص الهيدروجين هي خصائص النفط والغازات الطبيعية والطين والكائنات الحية الحيوانية والنباتية. ولكن في شكله النقي، أي غير مدمج مع العناصر الكيميائية الأخرى في الجدول الدوري، فإن هذا الغاز نادر للغاية في الطبيعة. يمكن أن يصل هذا الغاز إلى سطح الأرض أثناء الانفجارات البركانية. الهيدروجين الحر موجود في الغلاف الجوي بكميات ضئيلة.

الخواص الكيميائية للهيدروجين

بسبب ال الخواص الكيميائيةالهيدروجين غير متجانس، فهذا العنصر الكيميائي ينتمي إلى المجموعة الأولى من نظام مندليف والمجموعة السابعة من النظام. باعتباره عضوًا في المجموعة الأولى، فإن الهيدروجين هو في الأساس فلز قلوي له حالة أكسدة +1 في معظم المركبات التي يوجد فيها. نفس التكافؤ هو سمة من الصوديوم وغيرها الفلزات القلوية. ونظرًا لهذه الخصائص الكيميائية، يعتبر الهيدروجين عنصرًا مشابهًا لهذه المعادن.

إذا كنا نتحدث عن هيدريدات المعادن، فإن أيون الهيدروجين لديه تكافؤ سلبي - حالة الأكسدة الخاصة به هي -1. يتم بناء Na+H- وفقًا لنفس مخطط كلوريد Na+Cl. هذه الحقيقة هي سبب تصنيف الهيدروجين للمجموعة السابعة من النظام الدوري. الهيدروجين، كونه في حالة جزيء، بشرط وجوده في بيئة عادية، يكون غير نشط، ويمكن أن يتحد حصريًا مع اللافلزات الأكثر نشاطًا بالنسبة له. وتشمل هذه المعادن الفلور، وفي وجود الضوء يتحد الهيدروجين مع الكلور. إذا تم تسخين الهيدروجين، فإنه يصبح أكثر نشاطا، ويتفاعل مع العديد من عناصر الجدول الدوري لمندليف.

يُظهر الهيدروجين الذري خواصًا كيميائية أكثر نشاطًا من الهيدروجين الجزيئي. تشكل جزيئات الأكسجين الماء - H2 + 1/2O2 = H2O. عندما يتفاعل الهيدروجين مع الهالوجينات تتكون هاليدات الهيدروجين H2 + Cl2 = 2HCl، ويدخل الهيدروجين في هذا التفاعل في غياب الضوء وبدرجة حرارة عالية بدرجة كافية. درجات الحرارة السلبية- ما يصل إلى - 252 درجة مئوية. الخصائص الكيميائية للهيدروجين تجعل من الممكن استخدامه لاختزال العديد من المعادن، لأنه عندما يتفاعل، يمتص الهيدروجين الأكسجين من أكاسيد المعادن، على سبيل المثال، CuO + H2 = Cu + H2O. ويشارك الهيدروجين في تكوين الأمونيا من خلال تفاعله مع النيتروجين في التفاعل ZH2 + N2 = 2NH3 ولكن بشرط استخدام عامل محفز وزيادة درجة الحرارة والضغط.

يحدث تفاعل قوي عندما يتفاعل الهيدروجين مع الكبريت في التفاعل H2 + S = H2S، مما ينتج عنه كبريتيد الهيدروجين. تفاعل الهيدروجين مع التيلوريوم والسيلينيوم أقل نشاطًا قليلاً. إذا لم يكن هناك محفز، فإنه يتفاعل مع الكربون النقي، والهيدروجين فقط في حالة تكوينه درجات حرارة عالية. 2H2 + C (غير متبلور) = CH4 (الميثان). أثناء نشاط الهيدروجين مع بعض القلويات والمعادن الأخرى يتم الحصول على الهيدريدات، على سبيل المثال، H2 + 2Li = 2LiH.

الخصائص الفيزيائية للهيدروجين

الهيدروجين خفيف جداً المواد الكيميائية. على الأقل يقول العلماء ذلك هذه اللحظة، لا توجد مادة أخف من الهيدروجين. وكتلته أخف من الهواء بـ 14.4 مرة، وكثافته 0.0899 جم/لتر عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. عند درجات حرارة -259.1 درجة مئوية، يكون الهيدروجين قادرًا على الذوبان - وهذه درجة حرارة حرجة للغاية، وهي ليست نموذجية لتحويل معظم المركبات الكيميائية من حالة إلى أخرى. فقط عنصر مثل الهيليوم يتجاوز الخصائص الفيزيائية للهيدروجين في هذا الصدد. تعتبر عملية إسالة الهيدروجين صعبة حيث أن درجة حرارته الحرجة هي (-240 درجة مئوية). الهيدروجين هو الغاز الأكثر توصيلًا للحرارة الذي عرفته البشرية. جميع الخصائص الموصوفة أعلاه هي أهم الخصائص الفيزيائية للهيدروجين والتي يستخدمها البشر لأغراض محددة. كما أن هذه الخصائص هي الأكثر صلة بالعلم الحديث.

هيدروجين

هيدروجين-أ؛ م.العنصر الكيميائي (H) وهو غاز خفيف عديم اللون والرائحة يتحد مع الأكسجين لتكوين الماء.

◁ الهيدروجين، أوه، أوه. الاتصالات الثانية. ب البكتيريا . القنبلة الثانية(قنبلة ذات قوة تدميرية هائلة يعتمد عملها الانفجاري على رد فعل نووي حراري). هيدروجينية أوه أوه.

هيدروجين

(lat. الهيدروجين)، وهو عنصر كيميائي من المجموعة السابعة من النظام الدوري. يوجد في الطبيعة نظيران مستقران (البروتيوم والديوتيريوم) ونظير مشع (التريتيوم). الجزيء ثنائي الذرة (H 2). غاز عديم اللون والرائحة. الكثافة 0.0899 جم / لتر، ركيب - 252.76 درجة مئوية. يتحد مع العديد من العناصر ويشكل الماء مع الأكسجين. العنصر الأكثر شيوعاً في الكون؛ تشكل (على شكل بلازما) أكثر من 70% من كتلة الشمس والنجوم، والجزء الرئيسي من غازات الوسط البينجمي والسدم. وذرة الهيدروجين جزء من العديد من الأحماض والقواعد، ومعظم المركبات العضوية. يتم استخدامها في إنتاج الأمونيا، وحمض الهيدروكلوريك، لهدرجة الدهون، وما إلى ذلك، في لحام وقطع المعادن. واعدة كوقود (انظر طاقة الهيدروجين).

هيدروجين

الهيدروجين (lat. الهيدروجين)، H، عنصر كيميائي مع العدد الذري 1، الكتلة الذرية 1.00794. يُقرأ الرمز الكيميائي للهيدروجين H في بلادنا على أنه "وجع"، كما يُنطق هذا الحرف باللغة الفرنسية.
يتكون الهيدروجين الطبيعي من خليط من نويدتين مستقرتين (سم.نيوكليد)بأعداد كتلية 1.007825 (99.985% في الخليط) و2.0140 (0.015%). بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الهيدروجين الطبيعي دائمًا على كميات ضئيلة من النويدة المشعة - التريتيوم (سم.التريتيوم) 3 ن (نصف العمر T 1/2 12.43 سنة). نظرًا لأن نواة ذرة الهيدروجين تحتوي على بروتون واحد فقط (لا يمكن أن يكون هناك عدد أقل من البروتونات في نواة ذرة عنصر ما)، يقال أحيانًا أن الهيدروجين يشكل الحد الأدنى الطبيعي لنظام العناصر الدوري لـ D. I. Mendeleev (على الرغم من أن العنصر يقع الهيدروجين نفسه في الجزء العلوي من الجداول). يقع عنصر الهيدروجين في الفترة الأولى من الجدول الدوري. يتم تصنيفها أيضًا ضمن المجموعة 1 (المجموعة IA الفلزات القلوية (سم.الفلزات القلوية)) وإلى المجموعة 7 (المجموعة VIIA الهالوجينات (سم.الهالوجين)).
تختلف الكتل الذرية لنظائر الهيدروجين بشكل كبير (عدة مرات). يؤدي هذا إلى اختلافات ملحوظة في سلوكها في العمليات الفيزيائية (التقطير، التحليل الكهربائي، وما إلى ذلك) وإلى اختلافات كيميائية معينة (تسمى الاختلافات في سلوك نظائر عنصر واحد بتأثيرات النظائر؛ أما بالنسبة للهيدروجين، فإن تأثيرات النظائر هي الأكثر أهمية). ولذلك، على عكس نظائر جميع العناصر الأخرى، فإن نظائر الهيدروجين لها رموز وأسماء خاصة. يسمى الهيدروجين ذو العدد الكتلي 1 بالهيدروجين الخفيف، أو البروتيوم (البروتيوم اللاتيني، من البروتوس اليونانية - أولًا)، ويشار إليه بالرمز H، وتسمى نواته بروتونًا (سم.بروتون (جسيم أولي))، الرمز ص. ويسمى الهيدروجين ذو الكتلة رقم 2 بالهيدروجين الثقيل، الديوتيريوم (سم.الديوتيريوم)(لاتينية Deuterium، من اليونانية deuteros - ثانية)، يتم استخدام الرموز 2 H أو D (اقرأ "de") للإشارة إليه، والنواة d هي deuteron. يسمى النظير المشع ذو العدد الكتلي 3 بالهيدروجين فائق الثقل، أو التريتيوم (باللاتينية Tritum، من اليونانية tritos - الثالث)، الرمز 2 H أو T (اقرأ "هؤلاء")، النواة t - تريتون.
تكوين طبقة الإلكترون المفردة لذرة الهيدروجين المحايدة غير المثارة 1 س 1 . في المركبات يظهر حالات الأكسدة +1، وبشكل أقل شيوعًا، -1 (التكافؤ I). نصف قطر ذرة الهيدروجين المحايدة هو 0.024 نانومتر. تبلغ طاقة التأين للذرة 13.595 فولتًا، وألفة الإلكترون 0.75 فولتًا. وفقا لمقياس بولينج، فإن السالبية الكهربية للهيدروجين هي 2.20. الهيدروجين هو مادة غير معدنية.
في شكل حر- غاز خفيف قابل للاشتعال ليس له لون ولا رائحة ولا طعم.
تاريخ الاكتشاف
لوحظ إطلاق الغازات القابلة للاشتعال أثناء تفاعل الأحماض والمعادن في القرنين السادس عشر والسابع عشر، عند فجر تكوين الكيمياء كعلم. الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي الشهير ج. كافنديش (سم.كافنديش هنري)وفي عام 1766 قام بدراسة هذا الغاز وأطلق عليه اسم "الهواء القابل للاشتعال". عند حرقه، ينتج "الهواء القابل للاشتعال" الماء، لكن تمسك كافنديش بنظرية الفلوجستون (سم.اللاهوب مادة كيميائية)منعته من استخلاص الاستنتاجات الصحيحة. الكيميائي الفرنسي أ. لافوازييه (سم.لافوازييه أنطوان لوران)مع المهندس ج. مونييه (سم.منير جان بابتيست ماري تشارلز)باستخدام مقاييس الغاز الخاصة، قام في عام 1783 بتخليق الماء، ثم تحليله، وتحلل بخار الماء بالحديد الساخن. وبذلك أثبت أن "الهواء القابل للاشتعال" جزء من الماء ويمكن الحصول عليه منه. في عام 1787، توصل لافوازييه إلى استنتاج مفاده أن "الهواء القابل للاحتراق" هو مادة بسيطة، وبالتالي ينتمي إلى المجموعة العناصر الكيميائية. أطلق عليها اسم الهيدروجين (من الهيدور اليوناني - الماء وجيناو - أنجب) - "ولادة الماء". إن تحديد تركيبة الماء وضع حدًا لـ "نظرية الفلوجستون". الاسم الروسي "الهيدروجين" اقترحه الكيميائي M. F. Solovyov (سم.سولوفييف ميخائيل فيدوروفيتش)في عام 1824. في مطلع القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، ثبت أن ذرة الهيدروجين خفيفة للغاية (مقارنة بذرات العناصر الأخرى)، وتم أخذ وزن (كتلة) ذرة الهيدروجين كوحدة مقارنة للكتل الذرية للعناصر. تم تعيين كتلة ذرة الهيدروجين بقيمة 1.
التواجد في الطبيعة
يمثل الهيدروجين حوالي 1٪ من الكتلة قشرة الأرض(المركز العاشر بين جميع العناصر). لا يتم العثور على الهيدروجين أبدًا في شكله الحر على كوكبنا (توجد آثاره في الطبقات العليا من الغلاف الجوي)، ولكن كجزء من الماء يتم توزيعه في كل مكان تقريبًا على الأرض. عنصر الهيدروجين هو جزء من المركبات العضوية وغير العضوية للكائنات الحية والغاز الطبيعي والنفط، فحم. وهو بالطبع موجود في الماء (حوالي 11% من الوزن)، وفي مختلف الهيدرات والمعادن البلورية الطبيعية، التي تحتوي على واحدة أو أكثر من مجموعات هيدروكسيل OH.
الهيدروجين كعنصر يهيمن على الكون. ويمثل حوالي نصف كتلة الشمس والنجوم الأخرى، ويتواجد في الغلاف الجوي لعدد من الكواكب.
إيصال
يمكن إنتاج الهيدروجين بعدة طرق. وفي الصناعة، تستخدم الغازات الطبيعية لهذا الغرض، وكذلك الغازات التي يتم الحصول عليها من تكرير النفط وفحم الكوك وتغويز الفحم وأنواع الوقود الأخرى. عند إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي (المكون الرئيسي هو الميثان)، فإنه يخضع لتفاعل تحفيزي مع بخار الماء وأكسدة غير كاملة مع الأكسجين:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 و CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
يعتمد فصل الهيدروجين عن غاز فرن فحم الكوك وغازات تكرير النفط على إسالتها أثناء التبريد العميق وإزالة الغازات التي تسيل بسهولة أكبر من الهيدروجين من الخليط. عندما تتوفر الكهرباء الرخيصة، يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء عن طريق تمرير التيار عبر المحاليل القلوية. في ظروف المختبر، يتم الحصول على الهيدروجين بسهولة عن طريق تفاعل المعادن مع الأحماض، على سبيل المثال، الزنك مع حمض الهيدروكلوريك.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
في الظروف العادية، يكون الهيدروجين خفيفًا (كثافته الظروف العادية 0.0899 كجم/م3 3) غاز عديم اللون. نقطة الانصهار -259.15 درجة مئوية، نقطة الغليان -252.7 درجة مئوية. تبلغ كثافة الهيدروجين السائل (عند نقطة الغليان) 70.8 كجم/م3 وهو أخف السوائل. جهد القطب القياسي H 2 /H - في محلول مائي يؤخذ يساوي 0. الهيدروجين ضعيف الذوبان في الماء: عند 0 درجة مئوية تكون قابلية الذوبان أقل من 0.02 سم 3 / مل، لكنه شديد الذوبان في بعض المعادن ( الحديد الإسفنجي وغيرها)، جيد بشكل خاص - في معدن البلاديوم (حوالي 850 مجلدًا من الهيدروجين في حجم واحد من المعدن). حرارة احتراق الهيدروجين هي 143.06 ميجا جول/كجم.
يوجد على شكل جزيئات ثنائية الذرة H2. ثابت تفكك H 2 إلى ذرات عند 300 K هو 2.56·10 -34. تبلغ طاقة تفكك جزيء H 2 إلى ذرات 436 كيلوجول/مول. المسافة بين النواة في جزيء H 2 هي 0.07414 نانومتر.
نظرًا لأن نواة كل ذرة H تشكل جزءًا من الجزيء لها دوران خاص بها (سم.يلف)، فإن الهيدروجين الجزيئي يمكن أن يكون في شكلين: في شكل هيدروجين أورثوهيدروجين (o-H 2) (كلا السبينين لهما نفس الاتجاه) وفي شكل باراهيدروجين (n-H 2) (للدوران اتجاهات مختلفة). في الظروف العادية، يكون الهيدروجين العادي عبارة عن خليط من 75% o-H 2 و25% p-H 2. الخصائص الفيزيائيةتختلف p- وo-H 2 قليلاً عن بعضها البعض. لذلك، إذا كانت درجة حرارة الغليان نقي O-N 2 20.45 ك إذن نقي p-N 2 - 20.26 ك. التحول س-ح 2 في درجة الحموضة 2 يرافقه إطلاق 1418 جول / مول من الحرارة.
وقد اقترحت الأدبيات العلمية مرارا وتكرارا أنه متى الضغوط العالية(أعلى من 10 جيجا باسكال) وفي درجات حرارة منخفضة (حوالي 10 كلفن وأقل)، يمكن للهيدروجين الصلب، الذي يتبلور عادة في شبكة جزيئية سداسية، أن يتحول إلى مادة ذات خصائص معدنيةوربما حتى موصل فائق. ومع ذلك، لا توجد حتى الآن بيانات واضحة حول إمكانية حدوث مثل هذا التحول.
قوة عالية الرابطة الكيميائيةبين الذرات في جزيء H2 (والتي، على سبيل المثال، باستخدام الطريقة المدارية الجزيئية، يمكن تفسيرها من خلال حقيقة أن زوج الإلكترون في هذا الجزيء يقع في مدار الترابط، ولا يشغل المدار المضاد بالإلكترونات) يؤدي إلى حقيقة أن غاز الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة غير نشط كيميائيا. لذا، بدون تسخين، وبخلط بسيط، يتفاعل الهيدروجين (بشكل متفجر) فقط مع غاز الفلور:
ح 2 + ف 2 = 2HF + س.
إذا تم تشعيع خليط من الهيدروجين والكلور في درجة حرارة الغرفة بالأشعة فوق البنفسجية، فسيتم ملاحظة التكوين الفوري لكلوريد الهيدروجين HCl. يحدث تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين بشكل انفجاري إذا تمت إضافة محفز، وهو معدن البلاديوم (أو البلاتين)، إلى خليط هذه الغازات. عند اشتعاله، ينشأ خليط من الهيدروجين والأكسجين (ما يسمى بغاز التفجير (سم.غاز متفجر)) ينفجر، ويمكن أن يحدث انفجار في المخاليط التي يتراوح فيها محتوى الهيدروجين من 5 إلى 95 بالمائة من حيث الحجم. يحترق الهيدروجين النقي الموجود في الهواء أو الأكسجين النقي بهدوء، ويطلق كمية كبيرةحرارة:
H2 + 1/2O2 = H2O + 285.75 كيلوجول/مول
إذا تفاعل الهيدروجين مع اللافلزات والمعادن الأخرى، فلا يتم ذلك إلا في ظل ظروف معينة (التسخين، الضغط العالي، وجود محفز). وهكذا، يتفاعل الهيدروجين بشكل عكسي مع النيتروجين عند ضغط مرتفع (20-30 ميجا باسكال أو أكثر) وعند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية في وجود محفز - الحديد:
3H2 + N2 = 2NH3 + Q.
أيضًا، عند تسخينه فقط، يتفاعل الهيدروجين مع الكبريت لتكوين كبريتيد الهيدروجين H2S، مع البروم لتكوين بروميد الهيدروجين HBr، مع اليود لتكوين يوديد الهيدروجين HI. يتفاعل الهيدروجين مع الفحم (الجرافيت) لتكوين خليط من الهيدروكربونات بتركيبات مختلفة. لا يتفاعل الهيدروجين بشكل مباشر مع البورون والسيليكون والفوسفور، ويتم الحصول على مركبات هذه العناصر مع الهيدروجين بشكل غير مباشر.
عند تسخينه، يكون الهيدروجين قادرًا على التفاعل مع القلويات والمعادن الأرضية القلوية والمغنيسيوم لتكوين مركبات ذات رابطة أيونية، والتي تحتوي على الهيدروجين في حالة الأكسدة -1. وهكذا، عند تسخين الكالسيوم في جو هيدروجيني، يتكون هيدريد يشبه الملح بتركيبة CaH 2. يتم الحصول على بوليمر هيدريد الألومنيوم (AlH 3) x - أحد أقوى عوامل الاختزال - بشكل غير مباشر (على سبيل المثال، باستخدام مركبات الألومنيوم العضوية). مع العديد من المعادن الانتقالية (على سبيل المثال، الزركونيوم، الهافنيوم، وما إلى ذلك)، يشكل الهيدروجين مركبات ذات تركيبة متغيرة (محاليل صلبة).
الهيدروجين قادر على التفاعل ليس فقط مع العديد من المواد البسيطة، ولكن أيضًا مع المواد المعقدة. بادئ ذي بدء، لا بد من ملاحظة قدرة الهيدروجين على اختزال العديد من المعادن من أكاسيدها (مثل الحديد والنيكل والرصاص والتنغستن والنحاس وغيرها). وهكذا، عند تسخينه إلى درجة حرارة 400-450 درجة مئوية وما فوق، يتم اختزال الحديد بواسطة الهيدروجين من أي من أكاسيده، على سبيل المثال:
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O.
تجدر الإشارة إلى أن المعادن الموجودة في سلسلة الإمكانات القياسية خلف المنغنيز هي فقط التي يمكن اختزالها من الأكاسيد مع الهيدروجين. لا يتم تحويل المعادن الأكثر نشاطًا (بما في ذلك المنغنيز) إلى معدن من الأكاسيد.
الهيدروجين قادر على الانضمام إلى رابطة مزدوجة أو ثلاثية للكثيرين مركبات العضوية(وهذه ما يسمى بتفاعلات الهدرجة). على سبيل المثال، في وجود محفز النيكل، من الممكن إجراء هدرجة الإيثيلين C2H4، ويتكون الإيثان C2H6:
ج 2 ح 4 + ح 2 = ج 2 ح 6.
يتم إنتاج الميثانول صناعيا من تفاعل أول أكسيد الكربون (II) والهيدروجين:
2H2 + CO = CH3OH.
في المركبات التي ترتبط فيها ذرة هيدروجين بذرة عنصر أكثر سالبية كهربية E (E = F, Cl, O, N)، تتشكل روابط هيدروجينية بين الجزيئات (سم.الرابطة الهيدروجينية)(ترتبط ذرتان E من نفس العنصر أو ذرتان مختلفتان ببعضهما البعض من خلال ذرة H: E"...N...E""، والذرات الثلاث تقع على نفس الخط المستقيم). وتوجد مثل هذه الروابط بين جزيئات الماء والأمونيا والميثانول وغيرها ويؤدي إلى ارتفاع ملحوظ في درجات غليان هذه المواد وزيادة حرارة التبخر وغيرها.
طلب
يستخدم الهيدروجين في تخليق الأمونيا NH 3، كلوريد الهيدروجين HCl، الميثانول CH 3 OH، أثناء التكسير الهيدروجيني (التكسير في جو الهيدروجين) للهيدروكربونات الطبيعية، كعامل اختزال في إنتاج بعض المعادن. الهدرجة (سم.الهدرجة)تستخدم الزيوت النباتية الطبيعية للحصول على الدهون الصلبة - السمن. يستخدم الهيدروجين السائل كوقود للصواريخ وأيضا كمبرد. يستخدم خليط من الأكسجين والهيدروجين في اللحام.
في وقت ما، تم اقتراح أن المصدر الرئيسي لإنتاج الطاقة في المستقبل القريب سيكون تفاعل احتراق الهيدروجين، وأن طاقة الهيدروجين ستحل محل المصادر التقليدية لإنتاج الطاقة (الفحم والنفط وما إلى ذلك). كان من المفترض أنه سيكون من الممكن استخدام التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع. يعد التحليل الكهربائي للمياه عملية كثيفة الاستخدام للطاقة، ومن غير المربح حاليًا إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي على نطاق صناعي. ولكن كان من المتوقع أن يعتمد التحليل الكهربائي على استخدام الحرارة المتوسطة الحرارة (500-600 درجة مئوية)، والتي تحدث بكميات كبيرة أثناء تشغيل محطات الطاقة النووية. هذه الحرارة لها استخدام محدود، وإمكانية إنتاج الهيدروجين بمساعدتها من شأنها أن تحل المشكلة البيئية (عندما يحترق الهيدروجين في الهواء، تكون كمية المواد الضارة بالبيئة المنتجة ضئيلة) ومشكلة استخدام الحرارة متوسطة الحرارة. ومع ذلك، بعد كارثة تشيرنوبيل، تم تقليص تطوير الطاقة النووية في كل مكان، بحيث أصبح مصدر الطاقة هذا غير متوفر. ولذلك، فإن آفاق استخدام الهيدروجين على نطاق واسع كمصدر للطاقة لا تزال تتغير حتى منتصف القرن الحادي والعشرين على الأقل.
ميزات العلاج
الهيدروجين ليس سامًا، لكن عند التعامل معه يجب الأخذ في الاعتبار دائمًا ارتفاع خطر الحريق والانفجار، ويزداد خطر انفجار الهيدروجين بسبب قدرة الغاز العالية على الانتشار حتى من خلال بعض المواد الصلبة. قبل البدء بأي عمليات تسخين في جو هيدروجيني يجب التأكد من نظافته (عند إشعال الهيدروجين في أنبوب اختبار مقلوب يجب أن يكون الصوت خافتا وليس نباحا).
الدور البيولوجي
يتم تحديد الأهمية البيولوجية للهيدروجين من خلال حقيقة أنه جزء من جزيئات الماء وجميع مجموعات المركبات الطبيعية الأكثر أهمية، بما في ذلك البروتينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات. ما يقرب من 10٪ من كتلة الكائنات الحية هي الهيدروجين. تلعب قدرة الهيدروجين على تكوين رابطة هيدروجينية دورًا حاسمًا في الحفاظ على البنية الرباعية المكانية للبروتينات، وكذلك في تنفيذ مبدأ التكامل (سم.مكمل)في بناء ووظائف الأحماض النووية (أي في التخزين والتنفيذ المعلومات الجينية) بشكل عام في تنفيذ "الاعتراف" على المستوى الجزيئي. يشارك الهيدروجين (H+ أيون) في أهم العمليات والتفاعلات الديناميكية في الجسم - في الأكسدة البيولوجية، التي تزود الخلايا الحية بالطاقة، في عملية التمثيل الضوئي في النباتات، في تفاعلات التخليق الحيوي، في تثبيت النيتروجين والتمثيل الضوئي البكتيري، في الحفاظ على الحموضة. التوازن الأساسي والتوازن (سم.التوازن)، في عمليات النقل الغشائي. وهكذا، يشكل الهيدروجين، إلى جانب الأكسجين والكربون، الأساس الهيكلي والوظيفي لظواهر الحياة.