A hidrogén fizikai tulajdonságai. A hidrogén tulajdonságai és alkalmazásai. A hidrogén kémiai tulajdonságai: jellemzők és alkalmazás A hidrogén reagál-e vízzel

A hidrogén gáz, a periódusos rendszerben az első helyen áll. Ennek a természetben széles körben elterjedt elemnek a nevét latinból úgy fordítják, hogy „víz keletkezik”. Tehát milyen fizikai és kémiai tulajdonságait ismerjük a hidrogénnek?

Hidrogén: általános információ

Normál körülmények között a hidrogénnek nincs íze, szaga, színe.

Rizs. 1. A hidrogén képlete.

Mivel egy atomnak egy elektronenergia-szintje van, amely legfeljebb két elektront tartalmazhat, így stabil állapothoz az atom vagy egy elektront fogadhat be (oxidációs állapot -1), vagy adhat egy elektront (oxidációs állapot +1), ami egy állandó vegyérték I Ezért a hidrogén elem szimbóluma nemcsak az IA csoportba (az I. csoport fő alcsoportjába) kerül az alkálifémekkel együtt, hanem a VIIA csoportba (a VII. csoport fő alcsoportja) a halogénekkel együtt. . A halogénatomoknak szintén hiányzik egy elektron a külső szint kitöltéséhez, és a hidrogénhez hasonlóan nem fémek. A hidrogén pozitív oxidációs állapotot mutat azokban a vegyületekben, ahol több elektronegatív nemfémes elemhez kapcsolódik, és negatív oxidációs állapotot a fémekkel rendelkező vegyületekben.

Rizs. 2. A hidrogén helye a periódusos rendszerben.

A hidrogénnek három izotópja van, amelyek mindegyikének saját neve van: protium, deutérium, trícium. Ez utóbbi mennyisége a Földön elenyésző.

A hidrogén kémiai tulajdonságai

A H2 egyszerű anyagban az atomok közötti kötés erős (kötési energia 436 kJ/mol), ezért a molekuláris hidrogén aktivitása alacsony. Normál körülmények között csak nagyon reaktív fémekkel lép reakcióba, és az egyetlen nemfém, amellyel a hidrogén reagál, a fluor:

F 2 + H 2 = 2HF (hidrogén-fluorid)

A hidrogén reakcióba lép más egyszerű (fémek és nemfémek) és összetett (oxidok, nem meghatározott szerves vegyületek) anyagokkal akár besugárzás és megemelt hőmérséklet hatására, akár katalizátor jelenlétében.

A hidrogén oxigénben ég, jelentős mennyiségű hő szabadul fel:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

A hidrogén és oxigén keveréke (2 térfogatrész hidrogén és 1 térfogatrész oxigén) hevesen felrobban, ha meggyújtják, ezért robbanógáznak nevezik. Hidrogénnel végzett munka során be kell tartani a biztonsági előírásokat.

Rizs. 3. Robbanásveszélyes gáz.

Katalizátor jelenlétében a gáz reakcióba léphet nitrogénnel:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

– ez a reakció magas hőmérsékleten és nyomáson ammóniát termel az iparban.

Magas hőmérsékleten a hidrogén képes reagálni kénnel, szelénnel és tellúrral. valamint alkáli- és alkáliföldfémekkel való kölcsönhatás során hidridek képződése következik be: 4.3. Összes értékelés: 152.

MEGHATÁROZÁS

Hidrogén– a kémiai elemek periódusos rendszerének első eleme D.I. Mengyelejev. A szimbólum N.

Atomtömeg – 1 amu. A hidrogénmolekula kétatomos – H2.

A hidrogénatom elektronkonfigurációja 1s 1. A hidrogén az s-elemek családjába tartozik. Vegyületeiben -1, 0, +1 oxidációs állapotot mutat. A természetes hidrogén két stabil izotópból áll - protium 1H (99,98%) és deutérium 2H (D) (0,015%) - és radioaktív trícium 3H (T) izotópból (nyomokban, felezési idő - 12,5 év).

A hidrogén kémiai tulajdonságai

Normál körülmények között a molekuláris hidrogén viszonylag alacsony reaktivitást mutat, ami a molekulában lévő kötések nagy erősségével magyarázható. Hevítéskor kölcsönhatásba lép szinte minden egyszerű anyaggal, amelyet a fő alcsoportok elemei képeznek (kivéve a nemesgázokat, B, Si, P, Al). A kémiai reakciókban redukálószerként (gyakrabban) és oxidálószerként (ritkábban) egyaránt működhet.

Hidrogén kiállítások a redukálószer tulajdonságai(H20-2e → 2H+) a következő reakciókban:

1. Egyszerű anyagokkal - nem fémekkel való kölcsönhatás reakciói. A hidrogén reagál halogénekkel, továbbá a kölcsönhatás reakciója fluorral normál körülmények között, sötétben, robbanással, klórral - megvilágítással (vagy UV besugárzással) láncmechanizmus szerint, brómmal és jóddal csak hevítve; oxigén(az oxigén és hidrogén 2:1 térfogatarányú keverékét „robbanásveszélyes gáznak” nevezzük), szürke, nitrogénÉs szén:

H2+Hal2=2HHal;

2H2+02=2H20+Q (t);

H2+S=H2S (t=150-300C);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500 C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

2. Összetett anyagokkal való kölcsönhatás reakciói. A hidrogén reagál alacsony aktivitású fémek oxidjaival, és csak azokat a fémeket képes redukálni, amelyek a cinktől jobbra lévő tevékenységsorba tartoznak:

CuO + H2 = Cu + H20 (t);

Fe 2O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2O (t);

WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2O (t).

A hidrogén reagál nem fém oxidokkal:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300 C, p = 250 – 300 atm, kat = ZnO, Cr 2 O 3).

A hidrogén hidrogénezési reakciókba lép be a cikloalkánok, alkének, arének, aldehidek és ketonok stb. osztályába tartozó szerves vegyületekkel. Mindezeket a reakciókat melegítéssel, nyomás alatt, platina vagy nikkel katalizátorként hajtják végre:

CH2=CH2+H2↔CH3-CH3;

C6H6 + 3H2↔ C6H12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3.

Hidrogén oxidálószerként(H 2 +2e → 2H -) alkáli- és alkáliföldfémekkel való reakciókban jelenik meg. Ebben az esetben hidridek képződnek - kristályos ionos vegyületek, amelyekben a hidrogén oxidációs állapota -1.

2Na +H2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

A hidrogén fizikai tulajdonságai

A hidrogén könnyű, színtelen, szagtalan gáz, sűrűsége környezeti körülmények között. – 0,09 g/l, a levegőnél 14,5-szer könnyebb, t forr = -252,8C, t pl = -259,2C. A hidrogén rosszul oldódik vízben és szerves oldószerekben, néhány fémben jól oldódik: nikkelben, palládiumban, platinában.

A modern kozmokémia szerint a hidrogén a leggyakoribb elem az Univerzumban. A hidrogén világűrben való létezésének fő formája az egyes atomok. A hidrogén a 9. legelterjedtebb elem a Földön az összes elem közül. A Földön a hidrogén fő mennyisége kötött állapotban van - víz, olaj, földgáz, szén stb. összetételében. A hidrogén ritkán található egyszerű anyag formájában - vulkáni gázok összetételében.

Hidrogén termelés

Vannak laboratóriumi és ipari módszerek a hidrogén előállítására. A laboratóriumi módszerek közé tartozik a fémek kölcsönhatása savakkal (1), valamint az alumínium kölcsönhatása lúgok vizes oldataival (2). A hidrogén előállítására szolgáló ipari eljárások közül a lúgok és sók vizes oldatainak elektrolízise (3) és a metánátalakítás (4) fontos szerepet játszik:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2Na + 3 H2 (2);

2NaCl + 2H 2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Amikor 23,8 g fémes ón feleslegben lévő sósavval reagált, hidrogén szabadult fel 12,8 g fémréz előállításához. Határozza meg az ón oxidációs állapotát a kapott vegyületben.
Megoldás	Az ónatom elektronszerkezete (...5s 2 5p 2) alapján megállapíthatjuk, hogy az ónt két oxidációs állapot jellemzi - +2, +4. Ennek alapján egyenleteket készítünk a lehetséges reakciókra: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3). Határozzuk meg a rézanyag mennyiségét: v(Cu)=m(Cu)/M(Cu)=12,8/64=0,2 mol. A 3. egyenlet szerint a hidrogén anyag mennyisége: v(H2)=v(Cu)=0,2 mol. Az ón tömegének ismeretében megtaláljuk az anyag mennyiségét: v(Sn)=m(Sn)/M(Sn)=23,8/119=0,2 mol. Hasonlítsuk össze az ón és hidrogén anyagok mennyiségét az 1. és 2. egyenlet alapján, és a feladat feltételei szerint: v1 (Sn): v1 (H2) = 1:1 (1. egyenlet); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (2. egyenlet); v(Sn): v(H2) = 0,2:0,2 = 1:1 (probléma feltétel). Ezért az ón az 1. egyenlet szerint reagál sósavval, és az ón oxidációs állapota +2.
Válasz	Az ón oxidációs állapota +2.

2. PÉLDA

Gyakorlat	A 2,0 g cink/18,7 ml 14,6%-os sósav (oldat sűrűsége 1,07 g/ml) hatására felszabaduló gázt 4,0 g réz(II)-oxid feletti melegítéssel engedtük át. Mekkora a kapott szilárd keverék tömege?
Megoldás	Amikor a cink sósavval reagál, hidrogén szabadul fel: Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (1), amely hevítéskor a réz(II)-oxidot rézvé redukálja(2): CuO + H 2 = Cu + H 2 O. Nézzük meg az első reakcióban szereplő anyagok mennyiségét: m(HCl-oldat) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl)=20,0. 0,146 = 2,92 g; v(HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. A cinkből hiány van, így a felszabaduló hidrogén mennyisége: v(H2)=v(Zn)=0,031 mol. A második reakcióban a hidrogén hiányzik, mert: v(СuО) = 4,0/80 = 0,05 mol. A reakció eredményeként 0,031 mol CuO 0,031 mol Cu-vá alakul, és a tömegveszteség: m(СuО) – m(Сu) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 g. A CuO és Cu szilárd keverékének tömege a hidrogén áthaladása után: 4,0-0,5 = 3,5 g.
Válasz	A CuO és Cu szilárd keverékének tömege 3,5 g.

A hidrogén egy egyszerű H2 anyag (dihidrogén, diprotium, könnyű hidrogén).

Rövid hidrogén jellemző:

• Nem fém.
• Színtelen gáz, nehezen cseppfolyósítható.
• Vízben rosszul oldódik.
• Szerves oldószerekben jobban oldódik.
• Fémek kemiszorpciója: vas, nikkel, platina, palládium.
• Erős redukálószer.
• Kölcsönhatásba lép (magas hőmérsékleten) nem fémekkel, fémekkel, fém-oxidokkal.
• A H2 hőbomlásából nyert atomi hidrogénnek H0 a legnagyobb redukáló képessége.
• Hidrogén izotópok:
  • 1 H - protium
  • 2H - deutérium (D)
  • 3H - trícium (T)
• Relatív molekulatömeg = 2,016
• Szilárd hidrogén relatív sűrűsége (t=-260°C) = 0,08667
• A folyékony hidrogén relatív sűrűsége (t=-253°C) = 0,07108
• Túlnyomás (sz.) = 0,08988 g/l
• olvadáspont = -259,19 °C
• forráspont = -252,87 °C
• Térfogati hidrogén oldhatósági együttható:
  • (t = 0 °C) = 2,15;
  • (t = 20 °C) = 1,82;
  • (t = 60 °C) = 1,60;

1. A hidrogén termikus bomlása(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0

2. A hidrogén kölcsönhatása a nem fémek:

• H2+F2=2HF (t=-250...+20°C)
• H 2 +Cl 2 = 2HCl (ha elégetik vagy szobahőmérsékleten fénynek teszik ki):
  • Cl 2 = 2Cl 0
  • Cl 0 + H 2 = HCl + H 0
  • H 0 +Cl 2 = HCl+Cl 0
• H2+Br2=2HBr (t=350-500°C, platina katalizátor)
• H 2 + I 2 = 2HI (t = 350-500 °C, platina katalizátor)
• H2+O2=2H2O:
  • H 2 + O 2 = 2OH 0
  • OH 0 + H 2 = H 2 O + H 0
  • H 0 +O 2 = OH 0 +O 0
  • O 0 + H 2 = OH 0 + H 0
• H2+S = H2S (t=150...200°C)
• 3H 2 + N 2 = 2NH 3 (t = 500 °C, vaskatalizátor)
• 2H 2 +C (koksz) = CH 4 (t = 600 °C, platina katalizátor)
• H 2 +2C (koksz) = C 2 H 2 (t = 1500...2000°C)
• H2 +2C(koksz)+N2 = 2HCN (t több mint 1800°C)

3. A hidrogén kölcsönhatása a összetett anyagok:

• 4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (t több mint 570 °C)
• H 2 + Ag 2 SO 4 = 2 Ag + H 2 SO 4 (t több mint 200 °C)
• 4H 2 + 2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600 °C, katalizátor Fe 2 O 3)
• 3H2+2BCl3=2B+6HCl (t = 800-1200°C)
• H 2 + 2EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl (t = 270 °C)
• 4H 2 +CO 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 °C, CuO 2 katalizátor)
• H 2 + CaC 2 = Ca + C 2 H 2 (t 2200 °C felett)
• H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t-tól 0 °C-ig, oldat)

4. A hidrogén részvétele a redox reakciók:

• 2H 0 (Zn, híg HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
• 8H 0 (Al, tömény KOH) + KNO 3 = NH 3 + KOH + 2H 2 O
• 2H 0 (Zn, híg HCl) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
• 2H 0 (Al) + NaOH (tömény) + Ag 2 S = 2Ag↓ + H 2 O + NaHS
• 2H 0 (Zn, híg H 2 SO 4) + C 2 N 2 = 2HCN

Hidrogénvegyületek

D 2 - dideutérium:

• Deutérium.
• Színtelen gáz, nehezen cseppfolyósítható.
• A természetes hidrogén 0,012-0,016 tömegszázalékban tartalmaz dideutériumot.
• Dideutérium és protium gázkeverékében az izotópcsere magas hőmérsékleten megy végbe.
• Gyengén oldódik közönséges és nehéz vízben.
• Közönséges vízzel az izotópcsere elhanyagolható.
• Kémiai tulajdonságai hasonlóak a könnyű hidrogénéhez, de a dideutérium kevésbé reakcióképes.
• Relatív molekulatömeg = 4,028
• A folyékony dideutérium relatív sűrűsége (t=-253°C) = 0,17
• olvadáspont = -254,5°C
• forráspont = -249,49 °C

T 2 - ditrícium:

• Szupernehéz hidrogén.
• Színtelen radioaktív gáz.
• Felezési idő 12,34 év.
• A természetben a ditrícium a kozmikus sugárzásból származó neutronok 14 N-es atommagjainak bombázása következtében jön létre, a ditrícium nyomait a természetes vizekben találták.
• A ditríciumot egy atomreaktorban állítják elő lítium lassú neutronokkal történő bombázásával.
• Relatív molekulatömeg = 6,032
• olvadáspont = -252,52 °C
• forráspont = -248,12 °C

HD - deuteriohidrogén:

• színtelen gáz.
• Nem oldódik vízben.
• Kémiai tulajdonságai hasonlóak a H2-hez.
• Relatív molekulatömeg = 3,022
• Szilárd deutérium-hidrogén relatív sűrűsége (t=-257°C) = 0,146
• Túlnyomás (sz.) = 0,135 g/l
• olvadáspont = -256,5 °C
• forráspont = -251,02 °C

Hidrogén-oxidok

H 2 O - víz:

• Színtelen folyadék.
• Az oxigén izotópos összetétele szerint a víz H 2 16 O-ból áll, H 2 18 O és H 2 17 O szennyeződésekkel.
• A hidrogén izotóp összetétele szerint a víz 1 H 2 O-t tartalmaz HDO keverékével.
• A folyékony víz protolízisen megy keresztül (H 3 O + és OH -):
  • A H3O+ (oxónium-kation) a legerősebb sav vizes oldatban;
  • Az OH - (hidroxidion) a legerősebb bázis a vizes oldatban;
  • A víz a leggyengébb konjugált protolit.
• Sok anyaggal a víz kristályos hidrátokat képez.
• A víz kémiailag aktív anyag.
• A víz univerzális folyékony oldószer a szervetlen vegyületek számára.
• A víz relatív molekulatömege = 18,02
• Szilárd víz (jég) relatív sűrűsége (t=0°C) = 0,917
• A folyékony víz relatív sűrűsége:
  • (t = 0 °C) = 0,999841
  • (t = 20 °C) = 0,998203
  • (t = 25 °C) = 0,997044
  • (t = 50 °C) = 0,97180
  • (t = 100 °C) = 0,95835
• sűrűség (n.o.) = 0,8652 g/l
• olvadáspont = 0°C
• forráspont = 100°C
• A víz ionos terméke (25°C) = 1,008·10 -14

1. A víz termikus bomlása:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (1000 °C felett)

D 2 O - deutérium-oxid:

• Nehézvíz.
• Színtelen, higroszkópos folyadék.
• A viszkozitás magasabb, mint a vízé.
• Korlátlan mennyiségben keverhető közönséges vízzel.
• Az izotópcsere félnehéz víz HDO-t termel.
• Az oldószer ereje kisebb, mint a közönséges vízé.
• A deutérium-oxid kémiai tulajdonságai hasonlóak a víz kémiai tulajdonságaihoz, de minden reakció lassabban megy végbe.
• Nehéz víz van jelen a természetes vízben (a közönséges vízhez viszonyított tömegarány 1:5500).
• A deutérium-oxidot természetes víz ismételt elektrolízisével állítják elő, amelyben a nehézvíz felhalmozódik az elektrolitmaradványban.
• A nehézvíz relatív molekulatömege = 20,03
• Folyékony nehézvíz relatív sűrűsége (t=11,6°C) = 1,1071
• A folyékony nehézvíz relatív sűrűsége (t=25°C) = 1,1042
• olvadáspont = 3,813 °C
• forráspont = 101,43 °C

T 2 O - trícium-oxid:

• Szuper nehéz víz.
• Színtelen folyadék.
• A viszkozitása nagyobb és az oldóképessége kisebb, mint a közönséges és nehézvízé.
• Korlátlan mennyiségben keverhető közönséges és nehéz vízzel.
• A közönséges és nehéz vízzel való izotópcsere HTO, DTO képződéséhez vezet.
• A szupernehéz víz kémiai tulajdonságai hasonlóak a víz kémiai tulajdonságaihoz, de minden reakció még lassabban megy végbe, mint a nehéz vízben.
• A trícium-oxid nyomai a természetes vízben és a légkörben találhatók.
• Szupernehéz vizet úgy kapunk, hogy tríciumot vezetünk át forró réz-oxid CuO felett.
• A szupernehéz víz relatív molekulatömege = 22,03
• olvadáspont = 4,5 °C

A hidrogént a 18. század második felében fedezte fel az angol fizika és kémia tudós, G. Cavendish. Sikerült elkülönítenie az anyagot tiszta állapotban, elkezdte tanulmányozni és leírta tulajdonságait.

Ez a hidrogén felfedezésének története. A kísérletek során a kutató megállapította, hogy gyúlékony gázról van szó, amelynek a levegőben égése során víz keletkezik. Ez vezetett a víz minőségi összetételének meghatározásához.

Mi a hidrogén

A. Lavoisier francia kémikus először 1784-ben jelentette be a hidrogént egyszerű anyagként, mivel megállapította, hogy molekulája azonos típusú atomokat tartalmaz.

A kémiai elem neve latinul úgy hangzik, mint a hydrogenium (olvasd: "hydrogenium"), ami azt jelenti, hogy "vizet ad". A név az égési reakcióra utal, amelynek során víz keletkezik.

A hidrogén jellemzői

A hidrogén megjelölése N. Mengyelejev ehhez a kémiai elemhez rendelte az első rendszámot, az első csoport és az első periódus fő alcsoportjába, feltételesen a hetedik csoport fő alcsoportjába helyezve.

A hidrogén atomtömege (atomtömege) 1,00797. A H2 molekulatömege 2 a. e) A moláris tömeg számszerűen egyenlő vele.

Három izotóp képviseli, amelyeknek külön neve van: a leggyakoribb protium (H), nehéz deutérium (D), radioaktív trícium (T).

Ez az első olyan elem, amely egyszerű módon teljesen szétválasztható izotópokra. Az izotópok nagy tömegkülönbségén alapul. Az eljárást először 1933-ban hajtották végre. Ez azzal magyarázható, hogy csak 1932-ben fedeztek fel egy 2-es tömegű izotópot.

Fizikai tulajdonságok

Normál körülmények között az egyszerű anyag, a hidrogén kétatomos molekulák formájában színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Vízben és más oldószerekben kevéssé oldódik.

Kristályosodási hőmérséklet - 259,2 o C, forráspont - 252,8 o C. A hidrogénmolekulák átmérője olyan kicsi, hogy képesek lassan átdiffundálni számos anyagon (gumi, üveg, fémek). Ezt a tulajdonságot akkor használják, ha meg kell tisztítani a hidrogént a gáznemű szennyeződésektől. Amikor n. u. A hidrogén sűrűsége 0,09 kg/m3.

Lehetséges-e a hidrogént fémmé alakítani az első csoportba tartozó elemekkel analóg módon? A tudósok azt találták, hogy a hidrogén olyan körülmények között, amikor a nyomás megközelíti a 2 millió atmoszférát, elkezdi elnyelni az infravörös sugarakat, ami az anyag molekuláinak polarizációját jelzi. Talán még nagyobb nyomáson a hidrogén fémmé válik.

Ez érdekes: Van egy feltételezés, hogy az óriásbolygókon, a Jupiteren és a Szaturnuszon a hidrogén fém formájában található. Feltételezések szerint fémes szilárd hidrogén is jelen van a föld magjában, a földköpeny által keltett ultramagas nyomás miatt.

Kémiai tulajdonságok

Mind az egyszerű, mind az összetett anyagok kémiai kölcsönhatásba lépnek a hidrogénnel. De a hidrogén alacsony aktivitását megfelelő feltételek megteremtésével - a hőmérséklet emelésével, katalizátorok használatával stb.

Hevítéskor az olyan egyszerű anyagok, mint az oxigén (O 2), klór (Cl 2), nitrogén (N 2), kén (S) reagálnak a hidrogénnel.

Ha tiszta hidrogént gyújtunk a gázcső végén a levegőben, az egyenletesen, de alig észrevehetően fog égni. Ha azonban a gázkivezető csövet tiszta oxigén atmoszférába helyezzük, akkor az égés folytatódik, és a reakció eredményeként vízcseppek képződnek az edény falán:

A víz égése nagy mennyiségű hő felszabadulásával jár. Ez egy exoterm vegyületreakció, amelyben a hidrogént oxigén oxidálja, és H 2 O oxidot képez. Ez egy redox reakció is, amelyben a hidrogén oxidálódik és az oxigén redukálódik.

A Cl 2-vel való reakció hasonlóan megy végbe, és hidrogén-klorid keletkezik.

A nitrogén hidrogénnel való kölcsönhatásához magas hőmérséklet és nagy nyomás, valamint katalizátor jelenléte szükséges. Az eredmény ammónia.

A kénnel való reakció eredményeként hidrogén-szulfid képződik, amelynek felismerése megkönnyíti a rothadt tojás jellegzetes szagát.

A hidrogén oxidációs állapota ezekben a reakciókban +1, az alábbiakban ismertetett hidridekben pedig 1.

Egyes fémekkel reagálva hidridek képződnek, például nátrium-hidrid - NaH. Ezen összetett vegyületek egy részét rakéták üzemanyagaként, valamint fúziós energiaként használják.

A hidrogén a komplex kategóriába tartozó anyagokkal is reagál. Például réz(II)-oxiddal, képlet CuO. A reakció végrehajtásához rézhidrogént vezetnek át hevített porított réz(II)-oxidon. A kölcsönhatás során a reagens színe megváltozik és vörösesbarna lesz, a kémcső hideg falán vízcseppek telepednek le.

A reakció során a hidrogén oxidálódik és víz keletkezik, a réz pedig oxidból egyszerű anyaggá (Cu) redukálódik.

Felhasználási területek

A hidrogén nagy jelentőséggel bír az emberek számára, és számos területen használják:

1. A vegyiparban alapanyag, más iparágakban üzemanyag. A petrolkémiai és olajfinomító vállalatok nem nélkülözhetik a hidrogént.
2. A villamosenergia-iparban ez az egyszerű anyag hűtőközegként működik.
3. A vas- és színesfémkohászatban a hidrogén redukálószer szerepét tölti be.
4. Ez segít inert környezet kialakításában a termékek csomagolása során.
5. A gyógyszeripar hidrogént használ reagensként a hidrogén-peroxid előállításához.
6. Az időjárási léggömböket ezzel a könnyű gázzal töltik meg.
7. Ez az elem a rakétahajtóművek üzemanyag-csökkentő szereként is ismert.

A tudósok egyöntetűen azt jósolják, hogy a hidrogénüzemanyag vezető szerepet tölt be az energiaszektorban.

Átvétel az iparban

Az iparban a hidrogént elektrolízissel állítják elő, amelyet vízben oldott alkálifém-kloridoknak vagy -hidroxidoknak vetnek alá. Ezzel a módszerrel hidrogént is lehet közvetlenül vízből nyerni.

Erre a célra a koksz vagy metán vízgőzzel történő átalakítását használják. A metán megemelt hőmérsékleten történő bomlása szintén hidrogént termel. A kokszolókemence gáz cseppfolyósítását frakcionált módszerrel hidrogén ipari előállítására is használják.

Laboratóriumban szerezték be

A laboratóriumban Kipp készüléket használnak a hidrogén előállítására.

A reagensek sósav vagy kénsav és cink. A reakció során hidrogén keletkezik.

A hidrogén megtalálása a természetben

A hidrogén gyakoribb, mint bármely más elem az Univerzumban. A csillagok nagy része, beleértve a Napot és más kozmikus testeket is, hidrogén.

A földkéregben mindössze 0,15%. Számos ásványi anyagban, minden szerves anyagban, valamint vízben is megtalálható, amely bolygónk felszínének 3/4-ét borítja.

A tiszta hidrogén nyomai a felső légkörben találhatók. Számos gyúlékony földgázban is megtalálható.

A gáznemű hidrogén a legvékonyabb, a folyékony hidrogén pedig a legsűrűbb anyag bolygónkon. A hidrogén segítségével megváltoztathatod a hangod hangszínét, ha belélegzed, és kilégzés közben beszélsz.

A legerősebb hidrogénbomba a legkönnyebb atom felhasadásán alapul.

Folyékony

Hidrogén(lat. Hidrogén; szimbólum jelzi H) az elemek periódusos rendszerének első eleme. A természetben széles körben elterjedt. A hidrogén leggyakoribb izotópjának, az 1H-nak a kationja (és magja) a proton. Az 1H mag tulajdonságai lehetővé teszik az NMR spektroszkópia széleskörű alkalmazását szerves anyagok elemzésében.

A hidrogén három izotópjának saját neve van: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D) és 3 H - trícium (radioaktív) (T).

Az egyszerű anyag a hidrogén - H 2 - világos színtelen gáz. Levegővel vagy oxigénnel keverve gyúlékony és robbanásveszélyes. Nem mérgező. Oldódik etanolban és számos fémben: vas, nikkel, palládium, platina.

Sztori

A savak és fémek kölcsönhatása során éghető gázok felszabadulását a 16. és 17. században figyelték meg a kémia, mint tudomány kialakulásának hajnalán. Mihail Vasziljevics Lomonoszov is közvetlenül rámutatott az elszigeteltségére, de már határozottan tisztában volt vele, hogy nem flogisztonról van szó. Henry Cavendish angol fizikus és vegyész 1766-ban megvizsgálta ezt a gázt, és „éghető levegőnek” nevezte. Égéskor az „éghető levegő” vizet termelt, de Cavendish ragaszkodott a flogiszton-elmélethez, ami megakadályozta abban, hogy helyes következtetéseket vonjon le. Antoine Lavoisier francia kémikus, J. Meunier mérnökkel közösen, speciális gázmérők segítségével 1783-ban a víz szintézisét, majd elemzését végezte el, forró vassal lebontva a vízgőzt. Így megállapította, hogy az „éghető levegő” a víz része, és abból nyerhető.

név eredete

Lavoisier a hidrogént a hidrogénnek nevezte el – „víz szülése”. A „hidrogén” orosz nevet M. F. Szolovjov kémikus javasolta 1824-ben - Szlomonoszov „oxigénjével” analógiaként.

Prevalencia

A hidrogén a legelterjedtebb elem az Univerzumban. Az összes atom körülbelül 92%-át teszi ki (8% héliumatom, az összes többi elem részesedése együttvéve kevesebb, mint 0,1%). Így a hidrogén a csillagok és a csillagközi gázok fő alkotóeleme. Csillaghőmérséklet körülményei között (például a Nap felszíni hőmérséklete ~ 6000 °C) a hidrogén plazma formájában létezik; a csillagközi térben ez az elem egyedi molekulák, atomok és ionok formájában létezik, és kialakulhat. molekulafelhők, amelyek mérete, sűrűsége és hőmérséklete jelentősen eltér egymástól.

A földkéreg és az élő szervezetek

A hidrogén tömeghányada a földkéregben 1% - ez a tizedik legnagyobb mennyiségben előforduló elem. A természetben betöltött szerepét azonban nem a tömeg, hanem az atomok száma határozza meg, melynek aránya a többi elem között 17% (második helyen az oxigén után, amelynek az atomok aránya ~ 52%). Ezért a hidrogén jelentősége a Földön végbemenő kémiai folyamatokban majdnem akkora, mint az oxigéné. Ellentétben az oxigénnel, amely kötött és szabad állapotban is létezik a Földön, a Földön szinte minden hidrogén vegyület formájában van; A légkörben csak nagyon kis mennyiségű hidrogén található egyszerű anyag formájában (0,00005 térfogat%).

A hidrogén szinte minden szerves anyag része, és minden élő sejtben jelen van. Az élő sejtekben a hidrogén az atomok számának közel 50%-át teszi ki.

Nyugta

Az egyszerű anyagok előállításának ipari módszerei attól függnek, hogy a megfelelő elem milyen formában található meg a természetben, vagyis mi lehet az előállítás alapanyaga. Így a szabad állapotban rendelkezésre álló oxigént fizikailag - a folyékony levegőtől való elválasztással - nyerik. A hidrogén szinte csak vegyületek formájában van jelen, ezért kémiai módszereket alkalmaznak a kinyerésére. Különösen a bomlási reakciók használhatók. A hidrogén előállításának egyik módja a víz elektromos áram általi lebontása.

A hidrogén előállításának fő ipari módszere a földgáz részét képező metán vízzel való reakciója. Magas hőmérsékleten hajtják végre (könnyű ellenőrizni, hogy a metán forrásban lévő vízen való átengedésekor nem történik reakció):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 -165 kJ

A laboratóriumban az egyszerű anyagok beszerzéséhez nem feltétlenül természetes alapanyagokat használnak, hanem azokat a kiindulási anyagokat választják, amelyekből könnyebben izolálható a szükséges anyag. Például a laboratóriumban az oxigént nem a levegőből nyerik. Ugyanez vonatkozik a hidrogén előállítására is. A hidrogén előállításának egyik laboratóriumi módszere, amelyet időnként az iparban is alkalmaznak, a víz elektromos árammal történő lebontása.

A hidrogént általában laboratóriumban állítják elő cink és sósav reakciójával.

Az iparban

1. Vizes sóoldatok elektrolízise:

2NaCl + 2H 2O → H2 + 2NaOH + Cl 2

2. Vízgőz átvezetése körülbelül 1000 °C hőmérsékletű forró kokszon:

H2O+C? H2+CO

3. Földgázból.

Steam átalakítás:

CH4+H20? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalitikus oxidáció oxigénnel:

2CH4+O2? 2CO + 4H2

4. Szénhidrogének krakkolása és reformálása az olajfinomítás során.

A laboratóriumban

1.A híg savak hatása fémekre. A reakció végrehajtásához leggyakrabban cinket és híg sósavat használnak:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.A kalcium kölcsönhatása vízzel:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidridok hidrolízise:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Lúgok hatása cinkre vagy alumíniumra:

2Al + 2NaOH + 6H 2O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2O → K2 + H2

5.Elektrolízis segítségével. Lúgok vagy savak vizes oldatainak elektrolízise során a katódon hidrogén szabadul fel, például:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fizikai tulajdonságok

A hidrogén két formában létezhet (módosítások) - orto- és parahidrogén formájában. Ortohidrogén molekulában o-H 2 (olvadáspont -259,10 °C, forráspont -252,56 °C) a mag spinjei azonosan (párhuzamosan) irányulnak, és a parahidrogénre p-H 2 (olvadáspont -259,32 °C, forráspont -252,89 °C) - egymással szemben (antipárhuzamos). Egyensúlyi keverék o-H 2 és p-H 2 adott hőmérsékleten ún egyensúlyi hidrogén e-H2.

A hidrogénmódosulások folyékony nitrogén hőmérsékleten aktív szénen történő adszorpcióval választhatók el. Nagyon alacsony hőmérsékleten az ortohidrogén és a parahidrogén közötti egyensúly szinte teljesen az utóbbi felé tolódik el. 80 K-en a formák aránya megközelítőleg 1:1. Hevítéskor a deszorbeált parahidrogén ortohidrogénné alakul, amíg egy olyan keverék nem képződik, amely szobahőmérsékleten egyensúlyban van (orto-para: 75:25). Katalizátor nélkül az átalakulás lassan megy végbe (a csillagközi közeg körülményei között - jellemző időkkel egészen a kozmológiaiig), ami lehetővé teszi az egyes módosulások tulajdonságainak tanulmányozását.

A hidrogén a legkönnyebb gáz, 14,5-szer könnyebb a levegőnél. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb a molekulák tömege, annál nagyobb a sebességük ugyanazon a hőmérsékleten. A hidrogénmolekulák, mint a legkönnyebb molekulák, gyorsabban mozognak, mint bármely más gáz molekulái, így gyorsabban képesek átadni a hőt egyik testről a másikra. Ebből következik, hogy a gáz halmazállapotú anyagok közül a hidrogénnek van a legnagyobb hővezető képessége. Hővezető képessége megközelítőleg hétszer nagyobb, mint a levegő hővezető képessége.

A hidrogénmolekula kétatomos - H2. Normál körülmények között színtelen, szagtalan és íztelen gáz. Sűrűsége 0,08987 g/l (n.s.), forráspontja −252,76 °C, fajlagos égéshője 120,9×10 6 J/kg, vízben gyengén oldódik - 18,8 ml/l. A hidrogén nagyon jól oldódik számos fémben (Ni, Pt, Pd stb.), különösen a palládiumban (850 térfogat/1 térfogat Pd). A hidrogén oldhatósága fémekben összefügg azzal a képességével, hogy átdiffundáljon rajtuk; A szénötvözeten (például acélon) keresztül történő diffúzió néha az ötvözet megsemmisülésével jár a hidrogén és a szén kölcsönhatása miatt (úgynevezett dekarbonizáció). Ezüstben gyakorlatilag nem oldódik.

Folyékony hidrogén nagyon szűk -252,76 és -259,2 °C közötti hőmérsékleti tartományban létezik. Színtelen folyadék, nagyon könnyű (sűrűsége -253 °C-on 0,0708 g/cm3) és folyékony (viszkozitása -253 °C-on 13,8 spuaz). A hidrogén kritikus paraméterei nagyon alacsonyak: hőmérséklet –240,2 °C és nyomás 12,8 atm. Ez magyarázza a hidrogén cseppfolyósításának nehézségeit. Folyékony állapotban az egyensúlyi hidrogén 99,79% para-H2-ből, 0,21% orto-H2-ből áll.

Szilárd hidrogén, olvadáspont -259,2 °C, sűrűség 0,0807 g/cm 3 (-262 °C-on) - hószerű tömeg, hatszögletű kristályok, P6/mmc tércsoport, cella paraméterek a=3,75 c=6.12. Nagy nyomáson a hidrogén fémes halmazállapotúvá alakul.

Izotópok

A hidrogén három izotóp formájában fordul elő, amelyek egyedi nevekkel rendelkeznek: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D), 3 H - trícium (radioaktív) (T).

A protium és a deutérium 1-es és 2-es tömegszámú stabil izotópok. Természeti tartalmuk 99,9885 ± 0,0070%, illetve 0,0115 ± 0,0070%. Ez az arány a hidrogénforrástól és a hidrogén előállítási módszerétől függően kissé változhat.

A 3H hidrogénizotóp (trícium) instabil. Felezési ideje 12,32 év. A trícium a természetben nagyon kis mennyiségben fordul elő.

A szakirodalom 4 - 7 tömegszámú és 10 -22 - 10 -23 s felezési idejű hidrogénizotópokról is közöl adatokat.

A természetes hidrogén H 2 és HD (deutériumhidrogén) molekulákból áll, 3200:1 arányban. A tiszta deutérium-hidrogén D 2 tartalma még ennél is kisebb. A HD és a D 2 koncentrációjának aránya megközelítőleg 6400:1.

A kémiai elemek izotópjai közül a hidrogénizotópok fizikai és kémiai tulajdonságai különböznek egymástól leginkább. Ez az atomtömegek legnagyobb relatív változásának köszönhető.

	Hőfok olvasztó, K	Hőfok forró, K	Hármas pont, K/kPa	Kritikai pont, K/kPa	Sűrűség folyadék/gáz, kg/m³

A deutériumnak és a tríciumnak is vannak orto- és paramódosításai: p-D 2, o-D 2, p-T 2, o-T 2. A heteroizotóp hidrogén (HD, HT, DT) nem rendelkezik orto- és para-módosításokkal.

Kémiai tulajdonságok

Disszociált hidrogénmolekulák frakciója

A H2 hidrogénmolekulák meglehetősen erősek, és ahhoz, hogy a hidrogén reagálhasson, sok energiát kell elkölteni:

H 2 = 2H – 432 kJ

Ezért normál hőmérsékleten a hidrogén csak nagyon aktív fémekkel, például kalciummal lép reakcióba, és kalcium-hidridet képez:

Ca + H 2 = CaH 2

és az egyetlen nemfémes fluorral, amely hidrogén-fluoridot képez:

A hidrogén reakcióba lép a legtöbb fémmel és nemfémmel magas hőmérsékleten vagy egyéb hatások hatására, például világítás hatására:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

„Elveheti” az oxigént bizonyos oxidoktól, például:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

A felírt egyenlet a hidrogén redukáló tulajdonságait tükrözi.

N2 + 3H2 → 2NH3

Halogénekkel hidrogén-halogenideket képez:

F 2 + H 2 → 2HF, a reakció sötétben és bármilyen hőmérsékleten robbanásszerűen megy végbe,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, a reakció robbanásszerűen megy végbe, csak fényben.

Nagy hő hatására kölcsönhatásba lép a kormmal:

C + 2H 2 → CH 4

Kölcsönhatás alkáli- és alkáliföldfémekkel

Az aktív fémekkel való kölcsönhatás során a hidrogén hidrideket képez:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Hidridok- sószerű, szilárd anyagok, könnyen hidrolizálódnak:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Kölcsönhatás fém-oxidokkal (általában d-elemekkel)

Az oxidok fémekké redukálódnak:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Szerves vegyületek hidrogénezése

A molekuláris hidrogént széles körben használják a szerves szintézisben szerves vegyületek redukciójára. Ezeket a folyamatokat ún hidrogénezési reakciók. Ezeket a reakciókat katalizátor jelenlétében, emelt nyomáson és hőmérsékleten hajtjuk végre. A katalizátor lehet homogén (pl. Wilkinson Catalyst) vagy heterogén (pl. Raney-nikkel, palládium szénen).

Így különösen a telítetlen vegyületek, például alkének és alkinok katalitikus hidrogénezése során telített vegyületek képződnek - alkánok.

A hidrogén geokémiája

A szabad hidrogén H2 viszonylag ritka a szárazföldi gázokban, de víz formájában rendkívül fontos szerepet játszik a geokémiai folyamatokban.

A hidrogén az ásványokban ammóniumion, hidroxil-ion és kristályos víz formájában lehet jelen.

A légkörben a víz napsugárzás általi bomlása következtében folyamatosan hidrogén keletkezik. A kis tömegű hidrogénmolekulák diffúziós mozgási sebessége nagy (közel a második kozmikus sebességhez), és amikor a légkör felső rétegeibe kerülnek, a világűrbe repülhetnek.

A kezelés jellemzői

A hidrogén levegővel keveredve robbanásveszélyes keveréket képez - az úgynevezett detonáló gázt. Ez a gáz akkor a legrobbanékonyabb, ha a hidrogén és az oxigén térfogataránya 2:1, vagy a hidrogén és a levegő körülbelül 2:5, mivel a levegő körülbelül 21% oxigént tartalmaz. A hidrogén szintén tűzveszélyes. A folyékony hidrogén súlyos fagyási sérüléseket okozhat, ha a bőrrel érintkezik.

A hidrogén és az oxigén robbanásveszélyes koncentrációja 4-96 térfogatszázalék között van. Levegővel keverve 4-75 (74) térfogatszázalék.

Gazdaság

A hidrogén ára a nagy nagykereskedelmi készletekhez 2-5 dollár/kg között mozog.

Alkalmazás

Az atomos hidrogént atomhidrogénes hegesztéshez használják.

Vegyipar

• Ammónia, metanol, szappan és műanyag gyártásban
• Margarin előállítása során folyékony növényi olajokból
• Étrend-kiegészítőként regisztrálva E949(csomagoló gáz)

Élelmiszeripar

Légi közlekedési ágazat

A hidrogén nagyon könnyű, és mindig felemelkedik a levegőben. Egyszer régen a léghajókat és a léggömböket hidrogénnel töltötték meg. De a 30-as években. XX század Több katasztrófa is történt, amelyek során léghajók robbantak és égtek. Napjainkban a léghajókat héliummal töltik meg, annak ellenére, hogy lényegesen magasabb költsége van.

Üzemanyag

A hidrogént rakéta-üzemanyagként használják.

Kutatások folynak a hidrogén személygépkocsik és teherautók üzemanyagaként való felhasználásával kapcsolatban. A hidrogénmotorok nem szennyezik a környezetet, és csak vízgőzt bocsátanak ki.

A hidrogén-oxigén üzemanyagcellák hidrogént használnak arra, hogy a kémiai reakció energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítsák.

"folyékony hidrogén"("LH") a hidrogén folyékony halmazállapota, alacsony, 0,07 g/cm³ fajlagos sűrűséggel, kriogén tulajdonságokkal, 14,01 K (-259,14 °C) fagyásponttal és 20,28 K (-252,87 °C) forrásponttal. ). Színtelen, szagtalan folyadék, amely levegővel keverve robbanásveszélyesnek minősül, 4-75%-os gyúlékonysági tartományban. Az izomerek spinaránya folyékony hidrogénben: 99,79% - parahidrogén; 0,21% - ortohidrogén. A hidrogén tágulási együtthatója, ha aggregált állapotát gáz halmazállapotúvá változtatja, 848:1 20 °C-on.

Mint minden más gáz esetében, a hidrogén cseppfolyósítása térfogatának csökkenéséhez vezet. A cseppfolyósítás után a folyékony folyadékot hőszigetelt tartályokban, nyomás alatt tárolják. Folyékony hidrogén Folyékony hidrogén, LH2, LH 2) aktívan használják az iparban, mint egyfajta gáztárolást, és az űriparban rakéta-üzemanyagként.

Sztori

A mesterséges hűtés első dokumentált alkalmazását William Cullen angol tudós hajtotta végre 1756-ban, Gaspard Monge volt az első, aki 1784-ben kapott folyékony halmazállapotú kén-oxidot, Michael Faraday kapott először cseppfolyósított ammóniát, Oliver Evans amerikai feltaláló. elsőként fejlesztett ki hűtőkompresszort 1805-ben, Jacob Perkins volt az első, aki 1834-ben szabadalmaztatta a hűtőgépet, John Gorey pedig az első, aki 1851-ben szabadalmaztatott egy légkondicionálót az Egyesült Államokban. Werner Siemens 1857-ben javasolta a regeneratív hűtés koncepcióját, Karl Linde pedig 1876-ban szabadalmaztatta a folyékony levegő előállítására szolgáló berendezést kaszkád "Joule-Thomson expanziós effektus" és regeneratív hűtés alkalmazásával. 1885-ben Zygmunt Wroblewski lengyel fizikus és vegyész publikálta a hidrogén kritikus hőmérsékletét 33 K, a kritikus nyomást 13,3 atm. és forráspontja 23 K. A hidrogént először James Dewar cseppfolyósította 1898-ban regeneratív hűtéssel és találmányával, a Dewar-lombikkal. A folyékony hidrogén stabil izomerjének, a parahidrogénnek az első szintézisét Paul Harteck és Carl Bonhoeffer végezte 1929-ben.

A hidrogén spin-izomerjei

A hidrogén szobahőmérsékleten elsősorban egy spin-izomerből, az ortohidrogénből áll. Az előállítás után a folyékony hidrogén metastabil állapotban van, és parahidrogén formává kell alakítani, hogy elkerüljük a robbanásveszélyes exoterm reakciót, amely alacsony hőmérsékleten változik. A parahidrogén-fázissá való átalakítást általában katalizátorok, például vas-oxid, króm-oxid, aktív szén, platinabevonatú azbeszt, ritkaföldfémek vagy urán- vagy nikkeladalékok felhasználásával hajtják végre.

Használat

A folyékony hidrogén üzemanyag-tárolóként használható belső égésű motorokhoz és üzemanyagcellákhoz. Különféle tengeralattjárókat ("212A" és "214" projektek, Németország) és hidrogénszállítási koncepciókat hoztak létre a hidrogén ezen aggregált formájának felhasználásával (lásd például "DeepC" vagy "BMW H2R"). A tervek közelsége miatt az LHV berendezések megalkotói csak cseppfolyósított földgázt (LNG) használó rendszereket használhatnak, illetve módosíthatnak. Az alacsonyabb térfogati energiasűrűség miatt azonban az égéshez nagyobb térfogatú hidrogénre van szükség, mint a földgázé. Ha a "CNG" helyett folyékony hidrogént használnak a dugattyús motorokban, általában nagyobb térfogatú üzemanyag-rendszerre van szükség. Közvetlen befecskendezéssel a szívócsatornában bekövetkező megnövekedett veszteségek csökkentik a hengerek feltöltését.

A folyékony hidrogént neutronok hűtésére is használják a neutronszórási kísérletekben. A neutron és a hidrogén atommag tömege közel azonos, így a rugalmas ütközés során az energiacsere a leghatékonyabb.

Előnyök

A hidrogén használatának előnye a használat „nulla kibocsátása”. A levegővel való kölcsönhatás terméke a víz.

Akadályok

Egy liter „ZhV” mindössze 0,07 kg. Vagyis a fajsúlya 20 K-en 70,99 g/l. A folyékony hidrogén kriogén tárolási technológiát, például speciális hőszigetelt tartályokat igényel, és különleges kezelést igényel, ami minden kriogén anyagra jellemző. Ebből a szempontból közel áll a folyékony oxigénhez, de fokozott óvatosságot igényel a tűzveszély miatt. Még szigetelt edényekkel is nehéz a folyékony tartáshoz szükséges alacsony hőmérsékleten tartani (jellemzően napi 1%-os párologtatással). A hidrogénnel való munkavégzés során a szokásos biztonsági óvintézkedéseket is be kell tartani - elég hideg ahhoz, hogy cseppfolyósítsa a levegőt, ami robbanásveszélyes.

Rakéta üzemanyag

A folyékony hidrogén a rakéta-üzemanyagok gyakori összetevője, amelyet hordozórakéták és űrhajók meghajtására használnak. A legtöbb folyékony hidrogénes rakétamotorban először a fúvóka és a motor egyéb alkatrészeinek regeneratív hűtésére használják, mielőtt oxidálószerrel összekeverik és elégetik, hogy tolóerőt hozzon létre. A H 2 /O 2 komponenseket használó modern motorok hidrogénben túldúsított üzemanyag-keveréket fogyasztanak, ami bizonyos mennyiségű el nem égett hidrogént eredményez a kipufogógázban. Ez amellett, hogy a molekulatömeg csökkentésével növeli a motor fajlagos impulzusát, csökkenti a fúvóka és az égéstér erózióját is.

Az LH más területeken történő felhasználásának akadályai, mint például a kriogén természet és az alacsony sűrűség, szintén korlátozó tényezőt jelentenek ebben az esetben. 2009-től csak egy hordozórakéta (Delta-4 hordozórakéta) létezik, amely teljes egészében hidrogénrakéta. Alapvetően a „ZhV”-t vagy a rakéták felső fokozatain használják, vagy olyan blokkokon, amelyek a rakomány vákuumban történő világűrbe juttatásának jelentős részét végzik. Az ilyen típusú üzemanyagok sűrűségének növelésére irányuló intézkedések egyikeként az iszapszerű hidrogén, azaz a „folyékony hidrogén” félig fagyott formájának alkalmazását javasolják.