Mühazirə 29
hidrogen. Su
Mühazirənin xülasəsi:
Su. Kimyəvi və fiziki xassələri
Hidrogen və suyun təbiətdəki rolu
Hidrogen kimyəvi element kimi
Hidrogen yeganə elementdir dövri cədvəl Yeri birmənalı olmayan D.I.Mendeleyev. Onun kimyəvi simvolu dövri cədvəldə iki dəfə yazılır: həm IA, həm də VIIA qruplarında. Bu, hidrogenin onu həm qələvi metallarla, həm də halogenlərlə birləşdirən bir sıra xassələrə malik olması ilə izah olunur (Cədvəl 14).
Cədvəl 14
Hidrogenin xassələrinin qələvi metalların və halogenlərin xassələri ilə müqayisəsi
| Qələvi metallarla oxşarlıqlar | Halojenlərlə oxşarlıq |
| Xarici enerji səviyyəsində hidrogen atomları bir elektrondan ibarətdir. Hidrogen bir elementdir | Xarici və yeganə səviyyənin tamamlanmasından əvvəl, halogen atomları kimi hidrogen atomlarında bir elektron yoxdur. |
| Hidrogen azaldıcı xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Oksidləşmə nəticəsində hidrogen ən çox onun birləşmələrində +1 olan oksidləşmə vəziyyətini alır | Hidrogen, halogenlər kimi, qələvi və qələvi torpaq metalları ilə birləşmələrdə -1 oksidləşmə vəziyyətinə malikdir, bu da onun oksidləşdirici xüsusiyyətlərə malikdir. |
| Kosmosda metal kristal qəfəsli bərk hidrogenin olduğu güman edilir. | Flüor və xlor kimi, hidrogen də normal şəraitdə qazdır. Onun molekulları, halogen molekulları kimi, diatomikdir və kovalent qeyri-polar bağ vasitəsilə əmələ gəlir. |
Təbiətdə hidrogen kütlə nömrələri 1, 2 və 3 olan üç izotop şəklində mövcuddur: protium 1 1 H, deuterium 2 1 D və tritium 3 1 T. İlk ikisi sabit izotoplar, üçüncüsü isə radioaktivdir. İzotopların təbii qarışığında protium üstünlük təşkil edir. H: D: T izotopları arasında kəmiyyət nisbətləri 1: 1,46 10 -5: 4,00 10 -15-dir.
Hidrogen izotoplarının birləşmələri xassələrinə görə bir-birindən fərqlənir. Məsələn, yüngül protium suyunun qaynama və donma nöqtələri (H 2 O) müvafiq olaraq – 100 o C və 0 o C, deyterium suyu (D 2 O) – 101,4 o C və 3,8 o C-ə bərabərdir. yüngül su ağır sudan yüksəkdir.
Kainatda hidrogen ən çox yayılmış elementdir - Kainatın kütləsinin təxminən 75% -ni və ya bütün atomlarının 90% -dən çoxunu təşkil edir. Hidrogen Yerin ən vacib geoloji qabığında - hidrosferdə suyun bir hissəsidir.
Hidrogen, karbonla birlikdə bütün üzvi maddələr əmələ gətirir, yəni Yerin canlı qabığının - biosferin bir hissəsidir. IN yer qabığı- litosfer - hidrogenin kütləsi cəmi 0,88% təşkil edir, yəni bütün elementlər arasında 9-cu yeri tutur. Yerin hava qabığı - atmosfer molekulyar hidrogenin payı olan ümumi həcmin milyonda birindən azını ehtiva edir. O, yalnız yuxarı atmosferdə tapılır.
Hidrogenin istehsalı və istifadəsi
Hidrogen ilk dəfə 16-cı əsrdə orta əsr həkimi və kimyaçısı Paracelsus tərəfindən dəmir lövhəni suya batıraraq əldə edilmişdir. sulfat turşusu, və 1766-cı ildə ingilis kimyaçısı Henri Kavendiş sübut etdi ki, hidrogen təkcə dəmirin sulfat turşusu ilə deyil, həm də digər metalların digər turşularla qarşılıqlı təsiri nəticəsində əmələ gəlir. Cavendish də ilk dəfə hidrogenin xüsusiyyətlərini təsvir etmişdir.
IN laboratoriya şərtlərdə hidrogen əldə edilir:
1. Metalların turşu ilə qarşılıqlı təsiri:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2
2. Qələvi və qələvi torpaq metalların su ilə qarşılıqlı təsiri
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
IN sənaye Hidrogen aşağıdakı yollarla alınır:
1. Duzların, turşuların və qələvilərin sulu məhlullarının elektrolizi.Ən çox istifadə edilən həll süfrə duzu:
2NaCl + 2H 2 O →el. cari H 2 + Cl 2 + NaOH
2. İsti koks ilə su buxarının azaldılması:
C + H 2 O → t CO + H 2
Nəticədə karbon monoksit və hidrogen qarışığı deyilir su qazı (sintez qazı), və müxtəlif kimyəvi məhsulların (ammiak, metanol və s.) sintezi üçün geniş istifadə olunur. Hidrogeni su qazından ayırmaq üçün su buxarı ilə qızdırıldıqda karbonmonoksit karbon qazına çevrilir:
CO + H 2 → t CO 2 + H 2
3. Metan qızdırılır su buxarının və oksigenin iştirakı ilə. Bu üsul hazırda əsasdır:
2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2
Hidrogen aşağıdakılar üçün geniş istifadə olunur:
1. ammonyak və hidrogen xloridin sənaye sintezi;
2. sintez qazının bir hissəsi kimi metanol və sintetik maye yanacaq əldə etmək (2 həcm hidrogen və 1 həcm CO);
3. neft fraksiyalarının hidrotəmizlənməsi və hidrokrekinqi;
4. maye yağların hidrogenləşdirilməsi;
5. metalların kəsilməsi və qaynaqlanması;
6. onların oksidlərindən volfram, molibden və renium alınması;
7. yanacaq kimi kosmik mühərriklər.
8. termo nüvə reaktorları Hidrogen izotopları yanacaq kimi istifadə olunur.
Fiziki və kimyəvi xassələri hidrogen
Hidrogen rəngsiz, dadsız və qoxusuz qazdır. №-də sıxlıq. 0,09 q/l (havadan 14 dəfə yüngül). Hidrogen suda zəif həll olunur (100 həcmdə suya cəmi 2 həcm qaz), lakin d-metallar - nikel, platin, palladium tərəfindən yaxşı mənimsənilir (bir həcm palladiumda 900 həcmə qədər hidrogen həll olunur).
Kimyəvi reaksiyalarda hidrogen həm azaldıcı, həm də oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Çox vaxt hidrogen azaldıcı agent kimi çıxış edir.
1. Qeyri-metallarla qarşılıqlı əlaqə. Hidrogen qeyri-metallarla uçucu hidrogen birləşmələri əmələ gətirir (bax: Mühazirə 25).
Halojenlərlə reaksiya sürəti və şərtləri flüordan yoda qədər dəyişir: flüorla hidrogen hətta qaranlıqda da partlayıcı reaksiya verir, xlor ilə reaksiya işıqla az şüalanma ilə kifayət qədər sakit gedir, brom və yod ilə reaksiyalar geri çevrilir və yalnız qızdırıldıqda baş verir:
H 2 + F 2 → 2HF
H 2 + Cl 2 → hν 2HCl
H 2 + I 2 → t 2HI
Oksigenlə və kükürd hidrogen cüzi qızdırma ilə reaksiya verir. 1:2 nisbətində oksigen və hidrogen qarışığı adlanır partlayıcı qaz:
H 2 + O 2 → t H 2 O
H 2 + S → t H 2 S
Azot, fosfor və karbonla reaksiya istilik, yüksək təzyiq və katalizatorun iştirakı ilə baş verir. Reaksiyalar geri çevrilir:
3H 2 + N 2 → cat., p, t2NH 3
2H 2 + 3P → cat., p, t3PH 3
H 2 + C → cat., p, t CH 4
2. Mürəkkəb maddələrlə qarşılıqlı əlaqə. Yüksək temperaturda hidrogen metalları oksidlərindən azaldır:
CuO + H 2 → t Cu + H 2 O
3. At qələvi və qələvi torpaq metalları ilə qarşılıqlı əlaqə Hidrogen oksidləşdirici xüsusiyyətlərə malikdir:
2Na + H 2 → 2NaH
Ca + H 2 → CaH 2
4. Üzvi maddələrlə qarşılıqlı əlaqə. Hidrogen bir çox üzvi maddələrlə aktiv şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olur, belə reaksiyalara hidrogenləşmə reaksiyaları deyilir; Bu cür reaksiyalar “Üzvi kimya” toplusunun III hissəsində daha ətraflı müzakirə olunacaq.
s-elementlərinin xüsusiyyətləri
s-elementlər bloku 13 elementdən ibarətdir ki, bunlar üçün ümumi olan s-alt səviyyəli atomlarında xarici enerji səviyyəsinin qurulmasıdır.
Hidrogen və helium s-elementləri kimi təsnif edilsə də, xassələrinin spesifik təbiətinə görə ayrı-ayrılıqda nəzərdən keçirilməlidir. Hidrogen, natrium, kalium, maqnezium, kalsium həyati elementlərdir.
s-elementlərinin birləşmələri nümayiş etdirilir ümumi nümunələr xassələrdə, bu da oxşarlıqla izah olunur elektron quruluş onların atomları. Bütün xarici elektronlar valent elektronlardır və formalaşmada iştirak edirlər kimyəvi bağlar. Buna görə də birləşmələrdə bu elementlərin maksimum oksidləşmə vəziyyəti bərabərdir nömrə elektronlar xarici təbəqədə olur və müvafiq olaraq elementin yerləşdiyi qrupun sayına bərabərdir. S elementli metalların oksidləşmə vəziyyəti həmişə müsbətdir. Başqa bir xüsusiyyət ondan ibarətdir ki, xarici təbəqənin elektronları ayrıldıqdan sonra nəcib qaz qabığı olan ion qalır. Elementin sıra sayını artırarkən, atom radiusu, ionlaşma enerjisi azalır (5,39 eV y Li-dən 3,83 eV y Fr-ə qədər), elementlərin reduksiya aktivliyi artır.
s-elementlərinin birləşmələrinin böyük əksəriyyəti rəngsizdir (d-elementlərinin birləşmələrindən fərqli olaraq), çünki d-elektronların aşağı enerji səviyyəsindən daha yüksək enerji səviyyələrinə keçidi istisna olunur, bu da rəngə səbəb olur.
IA - IIA qruplarının elementlərinin birləşmələri sulu məhlulda demək olar ki, tamamilə ionlara ayrılır və kation hidrolizinə məruz qalmır (Be 2+ və Mg 2+ duzları istisna olmaqla).
hidrogen hidrid ion kovalent
Kompleksləşmə s-element ionları üçün xarakterik deyil. H 2 O-kristal hidratları olan s - elementlərinin kristal kompleksləri qədim zamanlardan məlumdur, məsələn: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-borax, KAl (SO 4) 2 12H 2 O-alum. Kristal hidratlardakı su molekulları kation ətrafında qruplaşdırılır, lakin bəzən anionu tamamilə əhatə edir. Kiçik ion yükü və böyük ion radiusu sayəsində qələvi metallar komplekslər, o cümlədən aqua komplekslər əmələ gətirməyə ən az meyllidirlər. Kompleksləşdirici maddələr kimi kompleks birləşmələr Litium, berilyum və maqnezium ionları aşağı sabitliyə malikdir.
hidrogen. Hidrogenin kimyəvi xassələri
Hidrogen ən yüngül s elementidir. Onun elektron konfiqurasiya torpaq vəziyyətində 1S 1. Hidrogen atomu bir proton və bir elektrondan ibarətdir. Hidrogenin özəlliyi ondan ibarətdir ki, onun valent elektronu bilavasitə fəaliyyət sferasında yerləşir atom nüvəsi. Hidrogenin aralıq elektron təbəqəsi yoxdur, ona görə də hidrogen qələvi metalların elektron analoqu sayıla bilməz.
Qələvi metallar kimi, hidrogen də reduksiyaedicidir və +1 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir. Hidrogeni qələvi metallara bənzədən onun məhlullarda nəmlənmiş, müsbət yüklü H + ionu istehsal etmək qabiliyyətidir.
Bir halogen kimi, hidrogen atomunda da bir elektron yoxdur. Bu, H - hidrid ionunun mövcudluğunu müəyyən edir.
Bundan əlavə, halogen atomları kimi, hidrogen atomları da yüksək ionlaşma enerjisi (1312 kJ/mol) ilə xarakterizə olunur. Beləliklə, hidrogen elementlərin dövri cədvəlində xüsusi yer tutur.
Hidrogen kainatda ən çox yayılmış elementdir, günəşin və əksər ulduzların kütləsinin yarısına qədərini təşkil edir.
Günəşdə və digər planetlərdə hidrogen atom vəziyyətində, ulduzlararası mühitdə qismən ionlaşmış diatomik molekullar şəklindədir.
Hidrogenin üç izotopu var; protium 1 H, deuterium 2 D və tritium 3 T, tritium isə radioaktiv izotopdur.
Hidrogen molekulları yüksək gücü və aşağı qütbləşmə qabiliyyəti, kiçik ölçüləri və aşağı kütləsi ilə seçilir və yüksək hərəkət qabiliyyətinə malikdir. Buna görə hidrogen çox aşağı ərimə nöqtələrinə (-259,2 o C) və qaynama nöqtələrinə (-252,8 o C) malikdir. Yüksək dissosiasiya enerjisi (436 kJ/mol) sayəsində molekulların atomlara parçalanması 2000 o C-dən yuxarı temperaturda baş verir. Hidrogen rəngsiz, qoxusuz və dadsız qazdır. Aşağı sıxlığa malikdir - 8,99·10 -5 q/sm Çox yüksək təzyiqlərdə hidrogen metal halına çevrilir. Uzaq planetlərdə olduğuna inanılır günəş sistemi- Yupiter və Saturnda hidrogen metal vəziyyətdədir. Belə bir fərziyyə var ki, yerin nüvəsinin tərkibinə metal hidrogen də daxildir, burada yer mantiyasının yaratdığı ultra yüksək təzyiqdə tapılır.
Kimyəvi xassələri. At otaq temperaturu molekulyar hidrogen yalnız flüorla, işıqla şüalandıqda - xlor və bromla, O 2, S, Se, N 2, C, I 2 ilə qızdırıldıqda reaksiya verir.
Hidrogenin oksigen və halogenlərlə reaksiyaları radikal mexanizmlə gedir.
Xlorla qarşılıqlı əlaqə işıqla şüalandıqda (fotokimyəvi aktivləşmə) və ya qızdırıldıqda (termal aktivləşdirmə) şaxələnməmiş reaksiyaya misaldır.
Сl+ H2 = HCl + H (zəncir inkişafı)
H+ Cl 2 = HCl + Cl
Partlayan qazın - hidrogen-oksigen qarışığının partlaması zəncirin başlaması bir deyil, bir neçə mərhələni əhatə edən budaqlanmış zəncir prosesinin nümunəsidir:
H 2 + O 2 = 2OH
H+ O 2 = OH+O
O+ H 2 = OH+ H
OH + H 2 = H 2 O + H
Təmiz hidrogenlə işləsəniz, partlayış prosesinin qarşısını almaq olar.
Hidrogen müsbət (+1) və mənfi (-1) oksidləşmə vəziyyəti ilə xarakterizə olunduğundan, hidrogen həm azaldıcı, həm də oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər.
Hidrogenin azaldıcı xüsusiyyətləri qeyri-metallarla qarşılıqlı əlaqədə özünü göstərir:
H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g),
2H 2 (q) + O 2 (q) = 2H 2 O (q),
Bu reaksiyalar H-Cl, H-O bağlarının yüksək enerjisini (gücünü) göstərən böyük miqdarda istilik ayrılması ilə davam edir. Buna görə də, hidrogen bir çox oksid və halidlərə qarşı azaldıcı xüsusiyyətlər nümayiş etdirir, məsələn:
Bu, hidrogenin bir azaldıcı agent kimi istifadə edilməsi üçün əsasdır sadə maddələr halid oksidlərindən.
Daha güclü reduksiyaedici maddə atom hidrogenidir. Aşağı təzyiq şəraitində molekulyar elektron boşalmasından əmələ gəlir.
Hidrogen bir metalın turşu ilə qarşılıqlı təsiri zamanı sərbəst buraxılma anında yüksək reduksiya aktivliyinə malikdir. Bu hidrogen CrCl 3-ü CrCl 2-yə endirir:
2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^
Hidrogenin azot oksidi (II) ilə qarşılıqlı təsiri vacibdir:
2NO + 2H2 = N2 + H2O
Azot turşusunun istehsalı üçün təmizləmə sistemlərində istifadə olunur.
Oksidləşdirici maddə kimi hidrogen aktiv metallarla qarşılıqlı əlaqədə olur:
Bu halda hidrogen halogen kimi davranaraq halogenlərə bənzər əmələ gəlir hidridlər.
I qrupun s-elementlərinin hidridləri NaCl tipli ion quruluşuna malikdir. Kimyəvi cəhətdən ion hidridləri əsas birləşmələr kimi davranırlar.
Kovalent hidridlərə hidrogenin özündən daha az elektronegativ olan qeyri-metal elementlərin hidridləri, məsələn, SiH 4, BH 3, CH 4 tərkibli hidridlər daxildir. By kimyəvi təbiət Qeyri-metal hidridlər turşu birləşmələridir.
Hidridlərin hidrolizinin xarakterik xüsusiyyəti hidrogenin sərbəst buraxılmasıdır.
Əsas hidrid
Turşu hidrid
Hidrogenin ayrılması səbəbindən hidroliz tamamilə və dönməz şəkildə davam edir (?H<0, ?S>0). Bu halda əsas hidridlər qələvi, turşu hidridlər isə turşu əmələ gətirir.
Sistemin standart potensialı B-dir. Buna görə də H ionu güclü reduksiyaedicidir.
Laboratoriyada hidrogen sinkin 20%-li sulfat turşusu ilə Kipp aparatında reaksiya verməsi nəticəsində əldə edilir.
Texniki sink tez-tez zəhərli qazlara buraxılan zaman hidrogenlə azaldılan arsen və sürmanın kiçik çirklərini ehtiva edir: arsin SbH 3 və stabin SbH Bu hidrogen sizi zəhərləyə bilər. Kimyəvi cəhətdən təmiz sink ilə reaksiya həddindən artıq gərginlik səbəbindən yavaş gedir və yaxşı bir hidrogen cərəyanı əldə edilə bilməz. Bu reaksiyanın sürəti mis sulfat kristallarının əlavə edilməsi ilə artır, Cu-Zn galvanik cütün əmələ gəlməsi ilə reaksiya sürətlənir.
Qızdırıldıqda silikon və ya alüminium üzərində qələvi təsirindən daha təmiz hidrogen əmələ gəlir:
Sənayedə təmiz hidrogen tərkibində elektrolitlər (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2) olan suyun elektrolizi yolu ilə əldə edilir.
Katod və anod boşluqlarını ayıran diafraqma ilə sulu natrium xlorid məhlulunun elektrolizi zamanı əlavə məhsul kimi böyük miqdarda hidrogen əmələ gəlir.
Ən böyük miqdarda hidrogen bərk yanacağın (antrasit) həddindən artıq qızdırılan su buxarı ilə qazlaşdırılması ilə əldə edilir:
Ya çevrilmə yolu ilə təbii qaz(metan) çox qızdırılmış su buxarı ilə:
Alınan qarışıq (sintez qazı) bir çox üzvi birləşmələrin istehsalında istifadə olunur. CO-nu CO 2-yə çevirən katalizatorun üzərindən sintez qazı keçirərək hidrogenin məhsuldarlığını artırmaq olar.
Ərizə. Ammonyakın sintezində böyük miqdarda hidrogen sərf olunur. hidrogen xlorid almaq üçün və xlorid turşusu, bitki yağlarının hidrogenləşdirilməsi üçün, metalların (Mo, W, Fe) oksidlərdən çıxarılması üçün. Hidrogen-oksigen alovu metalların qaynaqlanması, kəsilməsi və əridilməsi üçün istifadə olunur.
Maye hidrogen raket yanacağı kimi istifadə olunur. Hidrogen yanacağıdır ekoloji cəhətdən təmiz və benzindən daha çox enerji tutumlu olduğundan, gələcəkdə o, neft məhsullarını əvəz edə bilər. Artıq dünyada bir neçə yüz avtomobil hidrogenlə işləyir. Hidrogen enerjisinin problemləri hidrogenin saxlanması və daşınması ilə bağlıdır. Hidrogen yeraltı tankerlərdə 100 atm təzyiq altında maye vəziyyətdə saxlanılır. Böyük miqdarda maye hidrogenin daşınması ciddi risklər yaradır.
Hidrogen (H) çox yüngül kimyəvi elementdir, yerin qabığında çəki ilə 0,9%, suda isə 11,19% təşkil edir.
Hidrogenin xüsusiyyətləri
Yüngüllükdə qazlar arasında birincidir. At normal şərait dadsız, rəngsiz və tamamilə qoxusuzdur. Termosferə daxil olduqda, çəkisi az olduğu üçün kosmosa uçur.
Bütün kainatda ən çox sayda kimyəvi elementdir (maddələrin ümumi kütləsinin 75% -i). O qədər ki, kosmosdakı bir çox ulduz tamamilə ondan ibarətdir. Məsələn, Günəş. Onun əsas komponenti hidrogendir. İstilik və işıq isə materialın nüvələri birləşən zaman enerjinin sərbəst buraxılmasının nəticəsidir. Həm də kosmosda müxtəlif ölçülü, sıxlıq və temperatur molekullarının bütün buludları var.
Fiziki xassələri
Yüksək temperatur və təzyiq onun keyfiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir, lakin normal şəraitdə:
Digər qazlarla müqayisədə yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir,
Zəhərli deyil və suda zəif həll olunur,
0°C və 1 atm.-də 0,0899 q/l sıxlıqla,
-252,8°C temperaturda mayeyə çevrilir
-259.1°C-də sərtləşir,
Xüsusi yanma istiliyi 120,9,106 J/kq.
Mayeyə çevrilmək və ya bərk vəziyyət tələb olunur yüksək qan təzyiqi və çox aşağı temperatur. Mayeləşdirilmiş vəziyyətdə, maye və yüngüldür.
Kimyəvi xassələri
Təzyiq altında və soyuduqda (-252,87 ° C) hidrogen hər hansı bir analoqdan daha yüngül olan maye halına gəlir. Qaz halında olduğundan daha az yer tutur.
Tipik qeyri-metaldır. Laboratoriyalarda metalları (sink və ya dəmir kimi) seyreltilmiş turşularla reaksiyaya salmaqla istehsal olunur. Normal şəraitdə qeyri-aktivdir və yalnız aktiv qeyri-metallarla reaksiya verir. Hidrogen oksigeni oksidlərdən ayıra bilər və metalları birləşmələrdən azalda bilər. O və onun qarışıqları müəyyən elementlərlə hidrogen bağları əmələ gətirir.
Qaz etanolda və bir çox metallarda, xüsusən palladiumda yüksək dərəcədə həll olunur. Gümüş onu həll etmir. Hidrogen oksigendə və ya havada yanma zamanı və halogenlərlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda oksidləşə bilər.
Oksigenlə birləşdikdə su əmələ gəlir. Temperatur normaldırsa, 550 ° C-dən yuxarı olarsa, reaksiya yavaş-yavaş gedir (detonasiya qazına çevrilir).
Təbiətdə hidrogenin tapılması
Planetimizdə çoxlu hidrogen olsa da, təmiz forma tapmaq asan deyil. Bir az vulkan püskürmələri zamanı, neft hasilatı zamanı və üzvi maddələrin parçalandığı yerlərdə tapıla bilər.
Ümumi miqdarın yarısından çoxu su ilə tərkibdədir. O, həmçinin neftin, müxtəlif gillərin, tez alışan qazların, heyvanların və bitkilərin (hər canlı hüceyrədə mövcudluğu atomların sayına görə 50%-dir) strukturuna daxildir.
Təbiətdə hidrogen dövrü
Hər il böyük miqdarda (milyardlarla ton) bitki qalıqları su hövzələrində və torpaqda parçalanır və bu parçalanma nəticəsində atmosferə böyük miqdarda hidrogen buraxılır. O, həmçinin bakteriyaların yaratdığı hər hansı fermentasiya zamanı, yanma zamanı buraxılır və oksigenlə birlikdə su dövriyyəsində iştirak edir.
Hidrogen Tətbiqləri
Element bəşəriyyət tərəfindən öz fəaliyyətlərində fəal şəkildə istifadə olunur, buna görə də biz onu sənaye miqyasında əldə etməyi öyrəndik:
Meteorologiya, kimya istehsalı;
marqarin istehsalı;
Raket yanacağı kimi (maye hidrogen);
Elektrik generatorlarının soyudulması üçün elektrik enerjisi sənayesi;
Metalların qaynaqlanması və kəsilməsi.
Sintetik benzin (keyfiyyətsiz yanacağın keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün), ammonyak, hidrogen xlorid, spirtlər və digər materialların istehsalında çoxlu hidrogen istifadə olunur. Nüvə enerjisi izotoplarından fəal şəkildə istifadə edir.
"Hidrogen peroksid" preparatı metallurgiyada, elektronika sənayesində, sellüloz-kağız istehsalında, kətan və pambıq parçalarının ağardılmasında, saç boyaları və kosmetika, polimerlərin istehsalında və tibbdə yaraların müalicəsi üçün geniş istifadə olunur.
Bu qazın "partlayıcı" təbiəti ölümcül silaha çevrilə bilər - hidrogen bombası. Onun partlaması böyük miqdarda sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur radioaktiv maddələr və bütün canlılar üçün məhvedicidir.
Maye hidrogen ilə əlaqə dərişiddətli və ağrılı donma ilə təhdid edir.
Kainatda ən çox yayılmış element hidrogendir. Ulduzlar məsələsində o, nüvə formasına - protonlara malikdir və termonüvə prosesləri üçün materialdır. Günəşin kütləsinin demək olar ki, yarısı da H 2 molekullarından ibarətdir. Yer qabığında onun miqdarı 0,15%-ə çatır, atomlar neftdə, təbii qazda və suda mövcuddur. Oksigen, azot və karbonla birlikdə Yerdəki bütün canlı orqanizmlərin bir hissəsi olan orqanogen elementdir. Məqaləmizdə hidrogenin fiziki və kimyəvi xassələrini öyrənəcəyik, sənayedə tətbiqinin əsas sahələrini və təbiətdəki əhəmiyyətini müəyyən edəcəyik.
Mendeleyevin kimyəvi elementlərin dövri cədvəlindəki yeri
Dövri cədvəli kəşf edən ilk element hidrogendir. Onun atom kütləsi 1.0079-dur. İki sabit izotop (protium və deuterium) və bir radioaktiv izotop (tritium) var. Fiziki xassələri qeyri-metalın cədvəldəki yeri ilə müəyyən edilir kimyəvi elementlər. Normal şəraitdə hidrogen (düsturu H2) havadan demək olar ki, 15 dəfə yüngül olan bir qazdır. Elementin atomunun quruluşu unikaldır: o, yalnız bir nüvə və bir elektrondan ibarətdir. Maddənin molekulu diatomikdir, içindəki hissəciklər kovalent qeyri-qütb bağı ilə bağlanır. Onun enerji intensivliyi kifayət qədər yüksəkdir - 431 kJ. Bu, normal şəraitdə birləşmənin aşağı kimyəvi aktivliyini izah edir. Hidrogenin elektron formulu: H:H.
Maddə digər qeyri-metallar arasında analoqu olmayan bir sıra xüsusiyyətlərə malikdir. Gəlin onlardan bəzilərinə nəzər salaq.
Həll qabiliyyəti və istilik keçiriciliyi
Metallar istiliyi ən yaxşı şəkildə keçirir, lakin hidrogen istilik keçiriciliyinə görə onlara yaxındır. Bu fenomenin izahı bir maddənin yüngül molekullarının istilik hərəkətinin çox yüksək sürətindədir, buna görə də hidrogen atmosferində qızdırılan bir obyekt havadan 6 dəfə daha sürətli soyuyur. Mürəkkəb metallarda yüksək dərəcədə həll oluna bilər, məsələn, demək olar ki, 900 həcmli hidrogen bir həcmdə palladium tərəfindən udula bilər; Metallar H2 ilə birləşə bilər kimyəvi reaksiyalar, hidrogenin oksidləşdirici xüsusiyyətlərinin təzahür etdiyi. Bu vəziyyətdə hidridlər əmələ gəlir:
2Na + H 2 =2 NaH.
Bu reaksiyada elementin atomları metal hissəciklərdən elektronları qəbul edərək tək mənfi yüklü anionlara çevrilirlər. Bu vəziyyətdə sadə maddə H2, adətən onun üçün xarakterik olmayan bir oksidləşdirici maddədir.
Hidrogen azaldıcı agent kimi
Metalları və hidrogeni birləşdirən təkcə onların yüksək istilik keçiriciliyi deyil, həm də atomlarının kimyəvi prosesləröz elektronlarından imtina edir, yəni oksidləşir. Məsələn, əsas oksidlər hidrogenlə reaksiya verir. Redoks reaksiyası təmiz metalın ayrılması və su molekullarının əmələ gəlməsi ilə başa çatır:
CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Bir maddənin qızdırıldığı zaman oksigenlə qarşılıqlı təsiri də su molekullarının istehsalına səbəb olur. Proses ekzotermikdir və böyük miqdarda istilik enerjisinin buraxılması ilə müşayiət olunur. H 2 və O 2 qaz qarışığı 2: 1 nisbətində reaksiya verirsə, alovlananda partladığı üçün belə adlanır:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
Su Yerin hidrosferinin, iqliminin və hava şəraitinin formalaşmasında mühüm rol oynayır və mühüm rol oynayır. Təbiətdə elementlərin dövranını təmin edir və planetimizdə yaşayan orqanizmlərin bütün həyati proseslərini dəstəkləyir.
Qeyri-metallarla qarşılıqlı əlaqə
Hidrogenin ən mühüm kimyəvi xassələri onun qeyri-metal elementlərlə reaksiyasıdır. Normal şəraitdə onlar kifayət qədər kimyəvi cəhətdən təsirsizdirlər, buna görə də maddə yalnız halogenlərlə, məsələn, bütün qeyri-metallar arasında ən aktiv olan flüor və ya xlor ilə reaksiya verə bilər. Beləliklə, flüor və hidrogen qarışığı qaranlıqda və ya soyuqda, xlorla isə - qızdırıldığında və ya işıqda partlayır. Reaksiya məhsulları sulu məhlulları flüor və xlorid turşuları kimi tanınan hidrogen halidləri olacaqdır. C 450-500 dərəcə temperaturda, 30-100 mPa təzyiqdə və katalizatorun iştirakı ilə qarşılıqlı təsir göstərir:
N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.
Hidrogenin nəzərdən keçirilən kimyəvi xassələri sənaye üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Məsələn, qiymətli kimyəvi məhsul əldə edə bilərsiniz - ammonyak. Nitrat turşusu və azot gübrələrinin istehsalı üçün əsas xammaldır: karbamid, ammonium nitrat.
Üzvi maddə
Karbon və hidrogen arasında ən sadə karbohidrogen - metan istehsalına səbəb olur:
C + 2H 2 = CH 4.
Maddə ən vacibdir ayrılmaz hissəsidir təbii və Onlar üzvi sintez sənayesi üçün qiymətli yanacaq və xammal növü kimi istifadə olunur.
Karbon birləşmələrinin kimyasında element çoxlu sayda maddələrin bir hissəsidir: alkanlar, alkenlər, karbohidratlar, spirtlər və s. Üzvi birləşmələrin H 2 molekulları ilə bir çox reaksiyaları məlumdur. Onların ümumi adı var - hidrogenləşmə və ya hidrogenləşmə. Beləliklə, aldehidlər hidrogenlə spirtlərə çevrilə bilər, doymamış karbohidrogenlər- alkanlara. Məsələn, etilen etana çevrilir:
C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.
Əhəmiyyətli praktik əhəmiyyəti hidrogenin kimyəvi xüsusiyyətlərinə malikdir, məsələn, maye yağların hidrogenləşdirilməsi: günəbaxan, qarğıdalı, kolza. Bu, qliserin, sabun, stearin və sərt marqarin istehsalında istifadə olunan bərk yağın - donuz piyinin istehsalına gətirib çıxarır. Təkmilləşdirmək görünüş və dad qida məhsulu Ona süd, heyvan yağları, şəkər, vitaminlər əlavə edilir.
Məqaləmizdə hidrogenin xüsusiyyətlərini öyrəndik və onun təbiətdə və insan həyatındakı rolunu öyrəndik.
MİNSK TEXNOLOGİYA VƏ YÜNGÜL SƏNAYE DİZAYNİ KOLLECİ
mücərrəd
İntizam: Kimya
Mövzu: “Hidrogen və onun birləşmələri”
Hazırlayan: 1-ci kurs tələbəsi 343 qrup
Viskup Elena
Yoxlandı: Alyabyeva N.V.
Minsk 2009
Dövri cədvəldə hidrogen atomunun quruluşu
Oksidləşmə halları
Təbiətdə yayılma
Hidrogen sadə bir maddə kimi
Hidrogen birləşmələri
İstinadlar
Dövri cədvəldə hidrogen atomunun quruluşu
Dövri cədvəlin birinci elementi (1-ci dövr, seriya nömrəsi 1). Onun digər kimyəvi elementlərlə tam analoqu yoxdur və heç bir qrupa aid deyil, ona görə də cədvəllərdə şərti olaraq IA qrupuna və/və ya VIIA qrupuna yerləşdirilib.
Hidrogen atomu bütün elementlərin atomları arasında ən kiçik və ən yüngül atomdur. Atomun elektron formulu 1s 1-dir. Elementin sərbəst vəziyyətdə olmasının adi forması diatomik molekuldur.
Oksidləşmə halları
Daha çox elektronmənfi elementləri olan birləşmələrdə hidrogen atomu +1 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir, məsələn, HF, H 2 O və s. Metal hidridləri olan birləşmələrdə isə hidrogen atomunun oksidləşmə vəziyyəti -1, məsələn NaH, CaH-dir. 2 və s. Tipik metallar və qeyri-metallar arasında aralıq elektronmənfilik dəyərinə malikdir. kimi üzvi həlledicilərdə katalitik azalma qabiliyyətinə malikdir sirkə turşusu və ya spirt, bir çox üzvi birləşmələr: doymamış birləşmələrdən doymuş birləşmələrə, bəzi natrium birləşmələrindən ammonyak və ya aminlərə.
Təbiətdə yayılma
Təbii hidrogen iki sabit izotopdan ibarətdir - protium 1 H, deuterium 2 H və tritium 3 H. Deyterium D, tritium isə T kimi təyin olunur. Müxtəlif birləşmələr mümkündür, məsələn, NT, HD, TD, H 2, D 2 , T2. Hidrogen təbiətdə kükürd (H 2 S), oksigen (su halında), karbon, azot və xlor ilə müxtəlif birləşmələr şəklində daha çox yayılmışdır. Daha az tez-tez fosfor, yod, brom və digər elementlərlə birləşmələr şəklində. Bütün bitki və heyvan orqanizmlərinin, neftin, qalıq kömürlərin, təbii qazın, bir sıra mineralların və süxurların bir hissəsidir. Sərbəst vəziyyətdə çox nadir hallarda az miqdarda - vulkanik qazlarda və üzvi qalıqların parçalanma məhsullarında olur. Hidrogen kainatda ən çox yayılmış elementdir (təxminən 75%). Günəşin və əksər ulduzların, eləcə də əsasən hidrogendən ibarət olan Yupiter və Saturn planetlərinin tərkib hissəsidir. Bəzi planetlərdə hidrogen bərk formada mövcud ola bilər.
Hidrogen sadə bir maddə kimi
Hidrogen molekulu kovalent qeyri-qütb bağı ilə bağlanmış iki atomdan ibarətdir. Fiziki xassələri- rəngsiz və qoxusuz qaz. Kosmosda digər qazlardan daha sürətli yayılır, kiçik məsamələrdən keçir və yüksək temperaturda polad və digər materiallara nisbətən asanlıqla nüfuz edir. Yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir.
Kimyəvi xassələri. Normal vəziyyətdə aşağı temperaturda o, qızdırmadan (işığın mövcudluğunda) flüor və xlorla reaksiya verir;
H 2 + F 2 2HF H 2 +Cl 2 hv 2HClQeyri-metallarla metallarla müqayisədə daha aktiv şəkildə qarşılıqlı təsir göstərir.
ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda müxtəlif maddələr həm oksidləşdirici, həm də azaldıcı xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilir.
Hidrogen birləşmələri
Hidrogen birləşmələrindən biri halogenlərdir. Onlar hidrogenin VIIA qrupunun elementləri ilə birləşməsindən əmələ gəlir. HF, HCl, HBr və HI rəngsiz qazlardır, suda yaxşı həll olunur.
Cl 2 + H 2 OHClO + HCl; HClO-xlorlu suHBr və HI tipik azaldıcı maddələr olduğundan, HCl kimi mübadilə reaksiyası ilə əldə edilə bilməz.
CaF 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2HF
Su təbiətdə ən çox yayılmış hidrogen birləşməsidir.
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Onun nə rəngi, nə dadı, nə qoxusu var. Çox zəif elektrolit, lakin bir çox metallar və qeyri-metallar, əsas və turşu oksidləri ilə aktiv reaksiya verir.
2H 2 O + 2Na = 2NaOH + H 2
H 2 O + BaO = Ba(OH) 2
3H 2 O + P 2 O 5 = 2H 3 PO 4
Ağır su (D 2 O) izotopik su çeşididir. Ağır suda maddələrin həllolma qabiliyyəti adi su ilə müqayisədə çox azdır. Ağır su zəhərlidir, çünki canlı orqanizmlərdə bioloji prosesləri ləngidir. Suyun təkrar elektrolizi zamanı elektroliz qalıqlarında toplanır. Nüvə reaktorlarında soyuducu və neytron moderatoru kimi istifadə olunur.
Hidridlər hidrogenin metallarla (yüksək temperaturda) və ya hidrogendən daha az elektronmənfi olan qeyri-metallarla qarşılıqlı təsiridir.
Si + 2H 2 = SiH 4
Hidrogen özü 16-cı əsrin birinci yarısında kəşf edilmişdir. Paracelsus. 1776-cı ildə Q.Kavendiş ilk dəfə 1783-1787-ci illərdə hidrogenin suyun bir hissəsi olduğunu göstərmiş, onu kimyəvi elementlər siyahısına daxil etmiş və “hidrogen” adını təklif etmişdir.
İstinadlar
1. M.B. Voloviç, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L.Yu. Əlikbərova, V.S. Roxlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S.V. Simonoviç/Məktəblilər üçün kitabça/Moskva “AST-PRESS BOOK” 2003.
2. I.L. Knunyats / Kimya Ensiklopediyası / Moskva “Sovet Ensiklopediyası” 1988
3. İ.E. Şimanoviç / Kimya 11 / Minsk “Xalq Asvetası” 2008
4. F. Cotton, J. Wilkinson/Modern qeyri-üzvi kimya/ Moskva “Sülh” 1969