Hydrogen H là một nguyên tố hóa học, một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong Vũ trụ của chúng ta. Khối lượng của hiđro là một nguyên tố trong thành phần của các chất bằng 75% tổng khối lượng của các nguyên tử thuộc loại khác. Nó được bao gồm trong kết nối quan trọng nhất và quan trọng nhất trên hành tinh - nước. Một đặc điểm khác biệt của hydro là nó là nguyên tố đầu tiên trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D. I. Mendeleev.
Khám phá và khám phá
Những đề cập đầu tiên về hydro trong các tác phẩm của Paracelsus có từ thế kỷ XVI. Nhưng sự cô lập của nó với hỗn hợp khí của không khí và việc nghiên cứu các đặc tính dễ bắt lửa đã được nhà khoa học Lemery thực hiện vào thế kỷ XVII. Hydro được nhà hóa học, vật lý và nhà tự nhiên học người Anh Henry Cavendish nghiên cứu kỹ lưỡng, người đã thực nghiệm chứng minh rằng khối lượng của hydro là nhỏ nhất so với các khí khác. Trong các giai đoạn phát triển tiếp theo của khoa học, nhiều nhà khoa học đã làm việc với ông, đặc biệt là Lavoisier, người đã gọi ông là "người sinh ra nước".
Đặc trưng theo vị trí trong PSHE
Phần tử mở rabảng tuần hoàn của D. I. Mendeleev, là hydro. Các tính chất vật lý và hóa học của nguyên tử cho thấy một số tính chất hai mặt, vì hiđrô đồng thời được gán cho nhóm đầu tiên, nhóm phụ chính, nếu nó hoạt động giống như một kim loại và nhường một điện tử duy nhất trong quá trình phản ứng hóa học, và thứ bảy - trong trường hợp lấp đầy hoàn toàn lớp vỏ hóa trị, tức là hạt âm tiếp nhận, đặc điểm của nó là tương tự như các halogen.
Đặc điểm cấu trúc điện tử của phần tử
Các tính chất của nguyên tử hydro, các chất phức tạp mà nó là một phần của nó, và chất đơn giản nhất H2chủ yếu được xác định bởi cấu hình electron của hydro. Hạt có một êlectron với Z=(-1) quay theo quỹ đạo xung quanh hạt nhân, chứa một prôtôn có khối lượng đơn vị và mang điện tích dương (+1). Cấu hình điện tử của nó được viết là 1s1, có nghĩa là sự hiện diện của một hạt âm trong quỹ đạo s đầu tiên và duy nhất của hydro.
Khi một electron bị tách ra hoặc cho đi, và một nguyên tử của nguyên tố này có đặc tính liên quan đến kim loại, thì một cation sẽ thu được. Trên thực tế, ion hydro là một hạt cơ bản dương. Do đó, hydro không có electron được gọi đơn giản là proton.
Tính chất vật lý
Nếu chúng ta mô tả ngắn gọn các tính chất vật lý của hiđro thì đó là một chất khí không màu, ít tan, có khối lượng nguyên tử tương đối nhẹ hơn không khí 2, 14,5 lần, ở nhiệt độhóa lỏng -252,8 độ C.
Bạn có thể dễ dàng nhận thấy từ kinh nghiệm rằng H2là dễ dàng nhất. Để làm được điều này, bạn chỉ cần lấp đầy ba quả bóng với nhiều chất khác nhau - hydro, carbon dioxide, không khí thông thường - và đồng thời giải phóng chúng khỏi tay bạn. Cái chứa đầy CO2sẽ đến mặt đất nhanh hơn bất kỳ ai khác, sau khi hỗn hợp không khí phồng lên sẽ hạ xuống và cái chứa H2sẽ tăng trần.
Khối lượng và kích thước nhỏ của các hạt hydro chứng minh khả năng xuyên qua các chất khác nhau của nó. Đối với ví dụ về cùng một quả bóng, điều này rất dễ xác minh, trong một vài ngày, nó sẽ tự xẹp xuống, vì khí sẽ đơn giản đi qua cao su. Ngoài ra, hydro có thể tích tụ trong cấu trúc của một số kim loại (palađi hoặc bạch kim) và bay hơi khỏi nó khi nhiệt độ tăng.
Tính chất hòa tan thấp của hydro được sử dụng trong thực tế phòng thí nghiệm để phân lập nó bằng phương pháp chuyển nước. Các tính chất vật lý của hydro (bảng dưới đây chứa các thông số chính) xác định phạm vi ứng dụng và phương pháp sản xuất của nó.
| Tham số của nguyên tử hoặc phân tử của một chất đơn giản | Có nghĩa là |
| Khối lượng nguyên tử (khối lượng mol) | 1.008 g / mol |
| Cấu hình điện tử | 1s1 |
| Mạng tinh thể | Lục giác |
| Dẫn nhiệt | (300 K) 0,1815 W / (m K) |
| Mật độ tại n. y. | 0, 08987 g / l |
| Điểm sôi | -252, 76 ° C |
| Nhiệt trị cụ thể | 120, 9 106J / kg |
| Điểm nóng chảy | -259, 2 ° C |
| Tính tan trong nước | 18, 8ml / L |
Thành phần đồng vị
Giống như nhiều đại diện khác của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, hydro có một số đồng vị tự nhiên, nghĩa là các nguyên tử có cùng số proton trong hạt nhân, nhưng khác số neutron - các hạt có điện tích và đơn vị bằng không đa số. Ví dụ về các nguyên tử có đặc tính này là oxy, carbon, clo, brom và các nguyên tử khác, bao gồm cả các nguyên tử phóng xạ.
Tính chất vật lý của hydro1H, đại diện phổ biến nhất trong số các đại diện của nhóm này, khác biệt đáng kể so với các đặc điểm giống nhau của các đồng phân của nó. Đặc biệt, các đặc tính của các chất mà chúng được đưa vào là khác nhau. Vì vậy, có nước thông thường và nước đơteri, chứa trong thành phần của nó thay vì một nguyên tử hydro với một proton duy nhất, đơteri2H - đồng vị của nó với hai hạt cơ bản: dương và không tích điện. Đồng vị này nặng gấp đôi hydro thông thường, điều này giải thích sự khác biệt cơ bản về tính chất của các hợp chất mà chúng tạo thành. Trong tự nhiên, đơteri hiếm hơn hyđro 3200 lần. Đại diện thứ ba là tritium3Н, trong hạt nhân nó có hai neutron và một proton.
Phương pháp lấy và chọn
Phương pháp sản xuất hydro trong phòng thí nghiệm và công nghiệp rất khác nhau. Có, với số lượng nhỏkhí được tạo ra chủ yếu thông qua các phản ứng liên quan đến khoáng chất, trong khi sản xuất quy mô lớn sử dụng tổng hợp hữu cơ ở mức độ lớn hơn.
Các tương tác hóa học sau được sử dụng trong phòng thí nghiệm:
- Phản ứng của kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ với nước tạo thành kiềm và khí mong muốn.
- Điện phân dung dịch nước điện phân, H2↑ được giải phóng ở cực dương và khí ôxy được giải phóng ở cực âm.
- Sự phân hủy các hyđrua kim loại kiềm với nước, sản phẩm là kiềm và theo đó, khí H2↑.
- Phản ứng của axit loãng với kim loại tạo thành muối và H2↑.
- Tác dụng của kiềm với silic, nhôm và kẽm cũng thúc đẩy quá trình giải phóng hydro song song với việc hình thành các muối phức.
Trong lợi ích công nghiệp, khí được thu nhận bằng các phương pháp như:
- Sự phân hủy nhiệt của mêtan khi có mặt chất xúc tác thành các chất đơn giản cấu thành của nó (350 độ đạt đến giá trị của một chất chỉ thị như nhiệt độ) - hydro H2↑ và cacbon C.
- Truyền nước hơi qua than cốc ở 1000 độ C để tạo thành carbon dioxide CO2và H2↑ (phương pháp phổ biến nhất).
- Chuyển hóa khí metan trên chất xúc tác niken ở nhiệt độ đạt 800 độ.
- Hydrogen là sản phẩm phụ của quá trình điện phân dung dịch nước chứa kali hoặc natri clorua.
Hóa chấttương tác: tổng quát
Các tính chất vật lý của hydro phần lớn giải thích hành vi của nó trong các quá trình phản ứng với một hoặc một hợp chất khác. Hóa trị của hydro là 1, vì nó nằm ở nhóm đầu tiên trong bảng tuần hoàn và mức độ oxi hóa cho thấy một mức khác nhau. Trong tất cả các hợp chất, ngoại trừ hydrua, hydro ở dạng s.o.=(1+), trong các phân tử như ХН, ХН2, ХН3- (1 -).
Một phân tử khí hydro, được hình thành bằng cách tạo ra một cặp electron tổng quát, bao gồm hai nguyên tử và khá ổn định về mặt năng lượng, đó là lý do tại sao ở điều kiện bình thường, nó hơi trơ và tham gia vào các phản ứng khi điều kiện bình thường thay đổi. Tùy thuộc vào mức độ oxi hóa của hydro trong thành phần của các chất khác, nó có thể đóng vai trò vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử.
Các chất mà nó phản ứng và tạo thành hydro
Tương tác giữa các nguyên tố để tạo thành phức chất (thường ở nhiệt độ cao):
- Kiềm và kim loại kiềm thổ + hydro=hydrua.
- Halogen + H2=hydro halogenua.
- Lưu huỳnh + hydro=hydro sunfua.
- Oxy + H2=nước.
- Carbon + hydro=methane.
- Nitơ + H2=amoniac.
Tương tác với các chất phức tạp:
- Sản xuất khí tổng hợp từ carbon monoxide và hydro.
- Phục hồi kim loại từ oxit của chúng bằng cách sử dụng H2.
- Độ bão hòa hydro của chất béo không bão hòahydrocacbon.
Liên kết hydro
Các tính chất vật lý của hiđrô cho phép nó kết hợp với một nguyên tố mang độ âm điện để tạo thành một loại liên kết đặc biệt với cùng một nguyên tử từ các phân tử lân cận có các cặp điện tử không chia sẻ (ví dụ, ôxy, nitơ và flo). Ví dụ rõ ràng nhất để xem xét một hiện tượng như vậy tốt hơn là nước. Có thể nói nó được khâu bằng liên kết hiđro yếu hơn liên kết cộng hóa trị hay ion nhưng do có nhiều nên chúng có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của chất. Về cơ bản, liên kết hydro là một tương tác tĩnh điện liên kết các phân tử nước thành các chất dimer và polyme, làm tăng nhiệt độ sôi cao của nó.
Hydro trong các hợp chất khoáng
Thành phần của tất cả các axit vô cơ bao gồm một proton - một cation của một nguyên tử như hydro. Chất mà dư axit có số oxi hóa lớn hơn (-1) được gọi là hợp chất đa chức. Nó chứa một số nguyên tử hydro, làm cho sự phân ly trong dung dịch nước có nhiều tầng. Mỗi proton tiếp theo tách khỏi phần còn lại của axit ngày càng khó khăn hơn. Bằng hàm lượng định lượng của hydro trong môi trường, độ axit của nó được xác định.
Hydrogen cũng chứa các nhóm hydroxyl của bazơ. Trong chúng, hydro được kết nối với một nguyên tử oxy, do đó, trạng thái oxy hóa của dư lượng kiềm này luôn bằng (-1). Hàm lượng hydroxyl trong môi trường xác định tính cơ bản của nó.
Ứng dụng trong sinh hoạt của con người
Bình chứa một chất, cũng như các bình chứa khí hóa lỏng khác, chẳng hạn như ôxy, có hình dạng cụ thể. Chúng được sơn màu xanh lá cây đậm với dòng chữ "Hydrogen" màu đỏ tươi. Khí được bơm vào một xi lanh dưới áp suất khoảng 150 atm. Các tính chất vật lý của hydro, đặc biệt là độ nhẹ của trạng thái khí tập hợp, được sử dụng để lấp đầy nó trong hỗn hợp bóng bay heli, bóng bay, v.v.
Hydrogen, các đặc tính vật lý và hóa học mà con người đã học cách sử dụng nhiều năm trước, hiện đang được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Hầu hết nó được sử dụng để sản xuất amoniac. Hydro cũng tham gia vào quá trình sản xuất kim loại (hafnium, germani, gallium, silicon, molypden, vonfram, zirconium và những loại khác) từ oxit, hoạt động trong phản ứng như một chất khử, axit hydrocyanic và hydrochloric, rượu metylic và chất lỏng nhân tạo nhiên liệu. Ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng nó để biến dầu thực vật thành chất béo rắn.
Xác định tính chất hóa học và việc sử dụng hydro trong các quá trình hydro hóa và hydro hóa chất béo, than, hydrocacbon, dầu và dầu nhiên liệu khác nhau. Với sự giúp đỡ của nó, đá quý, đèn sợi đốt được sản xuất, các sản phẩm kim loại được rèn và hàn dưới tác động của ngọn lửa oxy-hydro.
