Mali ya kimwili ya hidrojeni. Mali na matumizi ya hidrojeni. Sifa za kemikali za hidrojeni: vipengele na matumizi Je, hidrojeni humenyuka pamoja na maji

Hidrojeni ni gesi; iko katika nafasi ya kwanza katika Jedwali la Vipindi. Jina la kipengele hiki, lililoenea kwa asili, linatafsiriwa kutoka Kilatini kama "kuzalisha maji." Kwa hivyo ni mali gani ya kimwili na kemikali ya hidrojeni tunajua?

Hidrojeni: habari ya jumla

Katika hali ya kawaida, hidrojeni haina ladha, hakuna harufu, hakuna rangi.

Mchele. 1. Mfumo wa hidrojeni.

Kwa kuwa atomi ina kiwango kimoja cha nishati ya kielektroniki, ambacho kinaweza kuwa na kiwango cha juu cha elektroni mbili, basi kwa hali thabiti chembe inaweza kukubali elektroni moja (hali ya oxidation -1) au kutoa elektroni moja (hali ya oksidi +1), ikionyesha valence ya mara kwa mara I Ndio maana ishara ya kipengele cha hidrojeni haijawekwa tu katika kikundi IA (kikundi kikuu cha kikundi I) pamoja na metali za alkali, lakini pia katika kikundi VIIA (kikundi kikuu cha kikundi VII) pamoja na halojeni. . Atomu za halojeni pia hazina elektroni moja kujaza kiwango cha nje, na wao, kama hidrojeni, sio metali. Hidrojeni huonyesha hali chanya ya uoksidishaji katika misombo ambapo inahusishwa na vipengele zaidi vya elektroni visivyo vya metali, na hali mbaya ya oxidation katika misombo yenye metali.

Mchele. 2. Eneo la hidrojeni katika meza ya mara kwa mara.

Hydrojeni ina isotopu tatu, ambayo kila moja ina jina lake mwenyewe: protium, deuterium, tritium. Kiasi cha mwisho duniani ni kidogo.

Kemikali mali ya hidrojeni

Katika dutu rahisi H2, dhamana kati ya atomi ni nguvu (nishati ya dhamana 436 kJ/mol), kwa hiyo shughuli ya hidrojeni ya molekuli ni ya chini. Katika hali ya kawaida, humenyuka tu na metali tendaji sana, na pekee isiyo ya chuma ambayo hidrojeni humenyuka ni florini:

F 2 +H 2 =2HF (floridi hidrojeni)

Hidrojeni humenyuka pamoja na vitu vingine rahisi (metali na visivyo vya metali) na changamano (oksidi, misombo ya kikaboni isiyojulikana) ama inapomwagilia na kuongezeka kwa joto, au mbele ya kichocheo.

Hidrojeni huwaka katika oksijeni, ikitoa kiasi kikubwa cha joto:

2H 2 +O 2 =2H 2 O

Mchanganyiko wa hidrojeni na oksijeni (juzuu 2 za hidrojeni na ujazo 1 wa oksijeni) hulipuka kwa nguvu unapowashwa na kwa hiyo huitwa gesi ya kulipuka. Wakati wa kufanya kazi na hidrojeni, kanuni za usalama lazima zifuatwe.

Mchele. 3. Gesi inayolipuka.

Katika uwepo wa vichocheo, gesi inaweza kuguswa na nitrojeni:

3H 2 +N 2 =2NH 3

- mmenyuko huu kwa joto la juu na shinikizo hutoa amonia katika sekta.

Katika joto la juu, hidrojeni inaweza kuguswa na sulfuri, selenium na tellurium. na wakati wa kuingiliana na madini ya alkali na alkali duniani, uundaji wa hidridi hutokea: 4.3. Jumla ya makadirio yaliyopokelewa: 152.

UFAFANUZI

Haidrojeni- kipengele cha kwanza cha Jedwali la Kipindi la Vipengele vya Kemikali D.I. Mendeleev. Alama - N.

Uzito wa atomiki - 1 amu. Molekuli ya hidrojeni ni diatomic - H2.

Usanidi wa kielektroniki wa atomi ya hidrojeni ni 1s 1. Haidrojeni ni ya familia ya s-element. Katika misombo yake inaonyesha hali ya oxidation -1, 0, +1. Hidrojeni asilia ina isotopu mbili thabiti - protium 1H (99.98%) na deuterium 2H (D) (0.015%) - na isotopu ya mionzi tritium 3H (T) (kiasi cha kufuatilia, nusu ya maisha - miaka 12.5) .

Kemikali mali ya hidrojeni

Katika hali ya kawaida, hidrojeni ya molekuli huonyesha reactivity ya chini, ambayo inaelezwa na nguvu ya juu ya vifungo katika molekuli. Inapokanzwa, inaingiliana na karibu vitu vyote rahisi vinavyoundwa na vipengele vya vikundi vidogo (isipokuwa gesi nzuri, B, Si, P, Al). Katika athari za kemikali inaweza kufanya kama wakala wa kupunguza (mara nyingi zaidi) na wakala wa vioksidishaji (mara chache).

Maonyesho ya hidrojeni mali ya wakala wa kupunguza(H 2 0 -2e → 2H +) katika miitikio ifuatayo:

1. Majibu ya mwingiliano na vitu rahisi - yasiyo ya metali. Humenyuka hidrojeni na halojeni, zaidi ya hayo, mmenyuko wa mwingiliano na florini chini ya hali ya kawaida, katika giza, na mlipuko, na klorini - chini ya mwanga (au mionzi ya UV) kulingana na utaratibu wa mnyororo, na bromini na iodini tu wakati wa joto; oksijeni(mchanganyiko wa oksijeni na hidrojeni katika uwiano wa 2: 1 inaitwa "gesi ya kulipuka"). kijivu, naitrojeni Na kaboni:

H 2 + Hal 2 = 2HHal;

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S = H 2 S (t = 150 - 300C);

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

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

2. Majibu ya mwingiliano na vitu ngumu. Humenyuka hidrojeni na oksidi za metali zisizo hai, na ina uwezo wa kupunguza metali tu ambazo ziko kwenye safu ya shughuli upande wa kulia wa zinki:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);

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

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

Humenyuka hidrojeni na oksidi zisizo za chuma:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

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

Hydrojeni huingia katika athari za hidrojeni na misombo ya kikaboni ya darasa la cycloalkanes, alkenes, arenes, aldehidi na ketoni, nk. Athari hizi zote hufanyika kwa joto, chini ya shinikizo, kwa kutumia platinamu au nikeli kama vichocheo:

CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;

C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;

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

Haidrojeni kama wakala wa oksidi(H 2 +2e → 2H -) inaonekana katika athari na alkali na madini ya alkali duniani. Katika kesi hii, hidridi huundwa - misombo ya ionic ya fuwele ambayo hidrojeni inaonyesha hali ya oxidation ya -1.

2Na +H 2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

Mali ya kimwili ya hidrojeni

Hydrojeni ni gesi nyepesi, isiyo na rangi, isiyo na harufu, msongamano katika hali ya mazingira. – 0.09 g/l, mara 14.5 nyepesi kuliko hewa, t kuchemsha = -252.8C, t pl = - 259.2C. Hidrojeni haimunyiki vizuri katika maji na vimumunyisho vya kikaboni, huyeyuka sana katika baadhi ya metali: nikeli, paladiamu, platinamu.

Kwa mujibu wa cosmochemistry ya kisasa, hidrojeni ni kipengele cha kawaida zaidi katika Ulimwengu. Njia kuu ya kuwepo kwa hidrojeni katika anga ya nje ni atomi za mtu binafsi. Hidrojeni ni kipengele cha 9 kwa wingi duniani kati ya vipengele vyote. Kiasi kikubwa cha hidrojeni duniani iko katika hali iliyofungwa - katika muundo wa maji, mafuta, gesi asilia, makaa ya mawe, nk. Hydrojeni haipatikani sana kwa namna ya dutu rahisi - katika muundo wa gesi za volkeno.

Uzalishaji wa hidrojeni

Kuna njia za maabara na za viwandani za kutengeneza hidrojeni. Njia za maabara ni pamoja na mwingiliano wa metali na asidi (1), pamoja na mwingiliano wa alumini na miyeyusho ya maji ya alkali (2). Miongoni mwa njia za viwandani za kutengeneza hidrojeni, elektrolisisi ya miyeyusho ya maji ya alkali na chumvi (3) na ubadilishaji wa methane (4) ina jukumu muhimu:

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

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

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

Zoezi Wakati 23.8 g ya bati ya metali ilijibu kwa ziada ya asidi hidrokloriki, hidrojeni ilitolewa kwa kiasi cha kutosha kupata 12.8 g ya shaba ya metali.
Suluhisho Kulingana na muundo wa elektroniki wa atomi ya bati (...5s 2 5p 2), tunaweza kuhitimisha kuwa bati ina sifa ya hali mbili za oxidation - +2, +4. Kulingana na hili, tunaunda milinganyo kwa athari zinazowezekana:

Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1);

Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2);

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3).

Wacha tupate kiasi cha dutu ya shaba:

v(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 12.8/64 = 0.2 mol.

Kulingana na equation 3, kiasi cha dutu ya hidrojeni:

v(H 2) = v(Cu) = 0.2 mol.

Kujua wingi wa bati, tunapata kiasi chake cha dutu:

v(Sn) = m(Sn)/M(Sn) = 23.8/119 = 0.2 mol.

Wacha tulinganishe idadi ya vitu vya bati na hidrojeni kulingana na hesabu 1 na 2 na kulingana na hali ya shida:

v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (equation 1);

v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (equation 2);

v(Sn): v(H 2) = 0.2:0.2 = 1:1 (hali ya tatizo).

Kwa hivyo, bati humenyuka pamoja na asidi hidrokloriki kulingana na equation 1 na hali ya oxidation ya bati ni +2.
Jibu Hali ya oxidation ya bati ni +2.

MFANO 2

Zoezi Gesi iliyotolewa na hatua ya 2.0 g ya zinki kwa 18.7 ml ya 14.6% ya asidi hidrokloriki (wiani wa suluhisho 1.07 g/ml) ilipitishwa wakati inapokanzwa zaidi ya 4.0 g ya oksidi ya shaba (II). Je, ni wingi gani wa mchanganyiko imara unaotokana?
Suluhisho Wakati zinki humenyuka na asidi hidrokloriki, hidrojeni hutolewa:

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (1),

ambayo, inapokanzwa, hupunguza oksidi ya shaba(II) kuwa shaba(2):

CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

Wacha tupate kiasi cha dutu katika majibu ya kwanza:

m(suluhisho la HCl) = 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.

Zinki haipo, kwa hivyo kiasi cha hidrojeni iliyotolewa ni:

v(H 2) = v(Zn) = 0.031 mol.

Katika majibu ya pili, hidrojeni haipatikani kwa sababu:

v(СuО) = 4.0/80 = 0.05 mol.

Kama matokeo ya majibu, 0.031 mol CuO itabadilika kuwa 0.031 mol Cu, na upotezaji wa wingi utakuwa:

m(СuО) - m(Сu) = 0.031×80 - 0.031×64 = 0.50 g.

Wingi wa mchanganyiko thabiti wa CuO na Cu baada ya kupitisha hidrojeni itakuwa:

4.0-0.5 = 3.5 g.
Jibu Uzito wa mchanganyiko thabiti wa CuO na Cu ni 3.5 g.

Hidrojeni ni dutu rahisi H2 (dihydrogen, diprotium, hidrojeni nyepesi).

Kwa kifupi tabia ya hidrojeni:

  • Yasiyo ya chuma.
  • Gesi isiyo na rangi, ngumu kuyeyusha.
  • Mumunyifu hafifu katika maji.
  • Inayeyuka vizuri zaidi katika vimumunyisho vya kikaboni.
  • Chemisorption na metali: chuma, nikeli, platinamu, palladium.
  • Wakala wa kupunguza nguvu.
  • Huingiliana (kwa joto la juu) na zisizo za metali, metali, oksidi za chuma.
  • Hidrojeni ya atomiki H0, iliyopatikana kutokana na mtengano wa joto wa H2, ina uwezo mkubwa zaidi wa kupunguza.
  • Isotopu za hidrojeni:
    • 1 H - protini
    • 2 H - deuterium (D)
    • 3 H - tritium (T)
  • Uzito wa Masi ya jamaa = 2.016
  • Msongamano wa hidrojeni dhabiti (t=-260°C) = 0.08667
  • Msongamano wa jamaa wa hidrojeni kioevu (t=-253°C) = 0.07108
  • Shinikizo la kupita kiasi (no.s.) = 0.08988 g/l
  • joto myeyuko = -259.19°C
  • kiwango cha mchemko = -252.87°C
  • Mgawo wa umumunyifu wa hidrojeni ya ujazo:
    • (t=0°C) = 2.15;
    • (t=20°C) = 1.82;
    • (t=60°C) = 1.60;

1. Mtengano wa joto wa hidrojeni(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Mwingiliano wa hidrojeni na zisizo za metali:

  • H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
  • H 2 +Cl 2 = 2HCl (inapochomwa au kuangaziwa kwenye joto la kawaida):
    • Cl 2 = 2Cl 0
    • Cl 0 +H 2 = HCl+H 0
    • H 0 +Cl 2 = HCl+Cl 0
  • H 2 +Br 2 = 2HBr (t=350-500°C, kichocheo cha platinamu)
  • H 2 +I 2 = 2HI (t=350-500°C, kichocheo cha platinamu)
  • H 2 +O 2 = 2H 2 O:
    • 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
  • H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
  • 3H 2 +N 2 = 2NH 3 (t=500°C, kichocheo cha chuma)
  • 2H 2 +C(coke) = CH 4 (t=600°C, kichocheo cha platinamu)
  • H 2 +2C(coke) = C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
  • H 2 +2C(coke)+N 2 = 2HCN (t zaidi ya 1800°C)

3. Mwingiliano wa hidrojeni na vitu tata:

  • 4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (t zaidi ya 570°C)
  • H 2 +Ag 2 SO 4 = 2Ag+H 2 SO 4 (t zaidi ya 200°C)
  • 4H 2 +2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600°C, kichocheo Fe 2 O 3)
  • 3H 2 +2BCl 3 = 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 kichocheo)
  • H 2 +CaC 2 = Ca+C 2 H 2 (t zaidi ya 2200°C)
  • H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t hadi 0°C, suluhisho)

4. Ushiriki wa hidrojeni katika majibu ya redox:

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

Misombo ya hidrojeni

D 2 - dideuterium:

  • Hidrojeni nzito.
  • Gesi isiyo na rangi, ngumu kuyeyusha.
  • Dideutherium iko katika hidrojeni asilia kwa 0.012-0.016% (kwa uzito).
  • Katika mchanganyiko wa gesi ya dideuterium na protium, kubadilishana isotopu hutokea kwa joto la juu.
  • Kidogo mumunyifu katika maji ya kawaida na nzito.
  • Kwa maji ya kawaida, ubadilishaji wa isotopu hauna maana.
  • Sifa za kemikali ni sawa na hidrojeni nyepesi, lakini dideuterium haifanyi kazi sana.
  • Uzito wa Masi ya jamaa = 4.028
  • Msongamano wa jamaa wa dideuterium kioevu (t=-253°C) = 0.17
  • joto myeyuko = -254.5°C
  • kiwango cha mchemko = -249.49°C

T 2 - ditritium:

  • Hidrojeni nzito.
  • Gesi ya mionzi isiyo na rangi.
  • Nusu ya maisha miaka 12.34.
  • Kwa asili, ditritium huundwa kama matokeo ya mlipuko wa nuclei 14 N na nyutroni kutoka kwa mionzi ya cosmic; athari za ditritium zimepatikana katika maji asilia.
  • Ditritium huzalishwa katika kinu cha nyuklia kwa kulipua lithiamu yenye neutroni za polepole.
  • Uzito wa Masi ya jamaa = 6.032
  • joto myeyuko = -252.52°C
  • kiwango cha mchemko = -248.12°C

HD - deuterium hidrojeni:

  • Gesi isiyo na rangi.
  • Haiyeyuki katika maji.
  • Sifa za kemikali zinazofanana na H2.
  • Uzito wa Masi ya jamaa = 3.022
  • Msongamano wa jamaa wa deuterium hidrojeni imara (t=-257°C) = 0.146
  • Shinikizo la kupita kiasi (no.s.) = 0.135 g/l
  • joto myeyuko = -256.5°C
  • kiwango cha mchemko = -251.02°C

Oksidi za hidrojeni

H 2 O - maji:

  • Kioevu kisicho na rangi.
  • Kulingana na muundo wa isotopiki wa oksijeni, maji yana H 2 16 O na uchafu H 2 18 O na H 2 17 O.
  • Kulingana na muundo wa isotopiki ya hidrojeni, maji yana 1 H 2 O na mchanganyiko wa HDO.
  • Maji ya kioevu hupitia protolysis (H 3 O + na OH -):
    • H3O+ (oxonium cation) ni asidi kali zaidi katika mmumunyo wa maji;
    • OH - (ioni ya hidroksidi) ni msingi wa nguvu zaidi katika mmumunyo wa maji;
    • Maji ni protolyte dhaifu ya conjugate.
  • Pamoja na vitu vingi, maji huunda hidrati za fuwele.
  • Maji ni dutu inayofanya kazi kwa kemikali.
  • Maji ni kutengenezea kioevu kwa misombo ya isokaboni.
  • Uzito wa Masi ya maji = 18.02
  • Uzito wa jamaa wa maji imara (barafu) (t = 0 ° C) = 0.917
  • Uzani wa jamaa wa maji ya kioevu:
    • (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
  • msongamano (n.s.) = 0.8652 g/l
  • kiwango myeyuko = 0°C
  • kiwango cha kuchemsha = 100 ° C
  • Bidhaa ya Ionic ya maji (25 ° C) = 1.008 · 10 -14

1. Mtengano wa joto wa maji:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (zaidi ya 1000°C)

D 2 O - oksidi ya deuterium:

  • Maji mazito.
  • Kioevu cha RISHAI kisicho na rangi.
  • Mnato ni mkubwa kuliko ule wa maji.
  • Inachanganya na maji ya kawaida kwa idadi isiyo na ukomo.
  • Ubadilishanaji wa isotopiki hutoa HDO ya maji yenye uzito wa nusu.
  • Nguvu ya kutengenezea ni ya chini kuliko ile ya maji ya kawaida.
  • Sifa za kemikali za oksidi ya deuterium ni sawa na mali ya kemikali ya maji, lakini athari zote zinaendelea polepole zaidi.
  • Maji mazito yapo katika maji asilia (uwiano wa wingi kwa maji ya kawaida 1:5500).
  • Deuterium oxide hupatikana kwa electrolysis ya mara kwa mara ya maji ya asili, ambayo maji nzito hujilimbikiza katika mabaki ya electrolyte.
  • Uzito wa Masi ya maji mazito = 20.03
  • Msongamano wa jamaa wa maji mazito ya kioevu (t=11.6°C) = 1.1071
  • Uzito wa jamaa wa maji mazito ya kioevu (t=25°C) = 1.1042
  • joto myeyuko = 3.813°C
  • kiwango cha mchemko = 101.43°C

T 2 O - oksidi ya tritium:

  • Maji mazito sana.
  • Kioevu kisicho na rangi.
  • Mnato ni wa juu na nguvu ya kufuta ni ya chini kuliko ile ya maji ya kawaida na nzito.
  • Inachanganya na maji ya kawaida na nzito kwa kiasi cha ukomo.
  • Kubadilishana Isotopic na maji ya kawaida na nzito husababisha kuundwa kwa HTO, DTO.
  • Sifa za kemikali za maji yenye uzito mkubwa ni sawa na kemikali za maji, lakini athari zote zinaendelea polepole zaidi kuliko katika maji mazito.
  • Athari za oksidi ya tritium hupatikana katika maji ya asili na anga.
  • Maji mazito zaidi hupatikana kwa kupitisha tritium juu ya oksidi ya shaba ya moto ya CuO.
  • Uzito wa Masi wa jamaa wa maji mazito zaidi = 22.03
  • kiwango myeyuko = 4.5°C

Hydrojeni iligunduliwa katika nusu ya pili ya karne ya 18 na mwanasayansi wa Kiingereza katika uwanja wa fizikia na kemia G. Cavendish. Aliweza kutenganisha dutu hii katika hali yake safi, akaanza kuisoma na kuelezea mali zake.

Hii ni hadithi ya ugunduzi wa hidrojeni. Wakati wa majaribio, mtafiti aliamua kuwa ni gesi inayowaka, mwako ambao katika hewa hutoa maji. Hii ilisababisha uamuzi wa muundo wa ubora wa maji.

hidrojeni ni nini

Mwanakemia Mfaransa A. Lavoisier alitangaza kwa mara ya kwanza hidrojeni kuwa dutu sahili mnamo 1784, kwa kuwa aliamua kwamba molekuli yake ina atomi za aina moja.

Jina la kipengele cha kemikali katika Kilatini linasikika kama hidrojeni (soma "hydrogenium"), ambayo inamaanisha "kutoa maji." Jina linamaanisha mmenyuko wa mwako ambao hutoa maji.

Tabia za hidrojeni

Uteuzi wa hidrojeni N. Mendeleev alitoa nambari ya kwanza ya atomiki kwa kipengele hiki cha kemikali, akiiweka katika kikundi kikuu cha kikundi cha kwanza na kipindi cha kwanza na kwa masharti katika kikundi kikuu cha kikundi cha saba.

Uzito wa atomiki (misa ya atomiki) ya hidrojeni ni 1.00797. Uzito wa molekuli ya H2 ni 2 a. e) Uzito wa molar ni sawa kiidadi nayo.

Inawakilishwa na isotopu tatu ambazo zina jina maalum: protium ya kawaida (H), deuterium nzito (D), tritium ya mionzi (T).

Ni kipengele cha kwanza ambacho kinaweza kutengwa kabisa katika isotopu kwa njia rahisi. Inategemea tofauti kubwa katika wingi wa isotopu. Mchakato huo ulifanyika kwa mara ya kwanza mnamo 1933. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba tu mwaka wa 1932 isotopu yenye molekuli 2 iligunduliwa.

Tabia za kimwili

Katika hali ya kawaida, dutu rahisi ya hidrojeni katika mfumo wa molekuli za diatomiki ni gesi, isiyo na rangi, isiyo na ladha na isiyo na harufu. Kidogo mumunyifu katika maji na vimumunyisho vingine.

Joto la Crystallization - 259.2 o C, kiwango cha kuchemsha - 252.8 o C. Kipenyo cha molekuli za hidrojeni ni ndogo sana kwamba zina uwezo wa kuenea polepole kupitia idadi ya vifaa (mpira, kioo, metali). Mali hii hutumiwa wakati ni muhimu kusafisha hidrojeni kutoka kwa uchafu wa gesi. Wakati n. u. hidrojeni ina wiani wa 0.09 kg/m3.

Je, inawezekana kubadilisha hidrojeni kuwa chuma kwa mlinganisho na vipengele vilivyo katika kundi la kwanza? Wanasayansi wamegundua kuwa hidrojeni, chini ya hali wakati shinikizo linakaribia anga milioni 2, huanza kunyonya mionzi ya infrared, ambayo inaonyesha polarization ya molekuli ya dutu. Pengine, kwa shinikizo la juu zaidi, hidrojeni itakuwa chuma.

Hii inavutia: kuna dhana kwamba kwenye sayari kubwa, Jupiter na Zohali, hidrojeni hupatikana kwa namna ya chuma. Inachukuliwa kuwa hidrojeni imara ya metali pia iko katika msingi wa dunia, kutokana na shinikizo la juu la juu linaloundwa na vazi la dunia.

Tabia za kemikali

Dutu zote mbili rahisi na ngumu huingia katika mwingiliano wa kemikali na hidrojeni. Lakini shughuli ya chini ya hidrojeni inahitaji kuongezeka kwa kuunda hali zinazofaa - kuongeza joto, kwa kutumia vichocheo, nk.

Inapokanzwa, vitu rahisi kama vile oksijeni (O 2), klorini (Cl 2), nitrojeni (N 2), salfa (S) humenyuka pamoja na hidrojeni.

Ikiwa utawasha hidrojeni safi mwishoni mwa bomba la gesi kwenye hewa, itawaka sawasawa, lakini kwa urahisi sana. Ikiwa utaweka bomba la gesi kwenye anga ya oksijeni safi, basi mwako utaendelea na malezi ya matone ya maji kwenye kuta za chombo, kama matokeo ya majibu:

Mwako wa maji unafuatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto. Ni mmenyuko wa kiwanja exothermic ambapo hidrojeni hutiwa oksidi na oksijeni kuunda oksidi H 2 O. Pia ni mmenyuko wa redox ambapo hidrojeni hutiwa oksidi na oksijeni hupunguzwa.

Mwitikio na Cl 2 hutokea vile vile kuunda kloridi hidrojeni.

Kuingiliana kwa nitrojeni na hidrojeni inahitaji joto la juu na shinikizo la juu, pamoja na kuwepo kwa kichocheo. Matokeo yake ni amonia.

Kama matokeo ya mmenyuko na sulfuri, sulfidi hidrojeni huundwa, utambuzi wa ambayo inawezeshwa na harufu ya tabia ya mayai yaliyooza.

Hali ya oxidation ya hidrojeni katika athari hizi ni +1, na katika hidridi iliyoelezwa hapa chini - 1.

Wakati wa kukabiliana na metali fulani, hidridi huundwa, kwa mfano, hidridi ya sodiamu - NaH. Baadhi ya misombo hii changamano hutumiwa kama mafuta ya roketi, na pia katika nishati ya nyuklia.

Hidrojeni pia humenyuka pamoja na dutu kutoka kwa jamii changamano. Kwa mfano, na oksidi ya shaba (II), formula CuO. Ili kutekeleza majibu, hidrojeni ya shaba hupitishwa juu ya oksidi ya shaba iliyotiwa joto (II). Wakati wa kuingiliana, reagent hubadilisha rangi yake na inakuwa nyekundu-kahawia, na matone ya maji hukaa kwenye kuta za baridi za tube ya mtihani.

Hidrojeni hutiwa oksidi wakati wa mmenyuko, kutengeneza maji, na shaba hupunguzwa kutoka kwa oksidi hadi dutu rahisi (Cu).

Maeneo ya matumizi

Haidrojeni ni muhimu sana kwa wanadamu na hutumiwa katika nyanja mbalimbali:

  1. Katika uzalishaji wa kemikali ni malighafi, katika viwanda vingine ni mafuta. Makampuni ya kusafisha mafuta na mafuta hayawezi kufanya bila hidrojeni.
  2. Katika tasnia ya nguvu ya umeme, dutu hii rahisi hufanya kama wakala wa kupoeza.
  3. Katika madini ya feri na zisizo na feri, hidrojeni ina jukumu la wakala wa kupunguza.
  4. Hii husaidia kuunda mazingira ya ajizi wakati wa kufunga bidhaa.
  5. Sekta ya dawa - hutumia hidrojeni kama kitendanishi katika utengenezaji wa peroksidi ya hidrojeni.
  6. Puto za hali ya hewa hujazwa na gesi hii nyepesi.
  7. Kipengele hiki pia kinajulikana kama kipunguza mafuta kwa injini za roketi.

Wanasayansi wanatabiri kwa kauli moja kwamba mafuta ya hidrojeni yataongoza katika sekta ya nishati.

Risiti katika sekta

Katika sekta, hidrojeni huzalishwa na electrolysis, ambayo inakabiliwa na kloridi au hidroksidi za metali za alkali kufutwa katika maji. Inawezekana pia kupata hidrojeni moja kwa moja kutoka kwa maji kwa kutumia njia hii.

Uongofu wa coke au methane na mvuke wa maji hutumiwa kwa madhumuni haya. Mtengano wa methane katika joto la juu pia hutoa hidrojeni. Liquefaction ya gesi ya tanuri ya coke kwa njia ya sehemu pia hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa hidrojeni.

Imepatikana katika maabara

Katika maabara, kifaa cha Kipp kinatumika kuzalisha hidrojeni.

Vitendanishi ni asidi hidrokloriki au sulfuriki na zinki. Mmenyuko huzalisha hidrojeni.

Kutafuta hidrojeni katika asili

Hidrojeni ni ya kawaida zaidi kuliko kipengele kingine chochote katika Ulimwengu. Wingi wa nyota, pamoja na Jua, na miili mingine ya ulimwengu ni hidrojeni.

Katika ukoko wa dunia ni 0.15% tu. Ipo katika madini mengi, katika vitu vyote vya kikaboni, na pia katika maji, ambayo inashughulikia 3/4 ya uso wa sayari yetu.

Athari za hidrojeni safi zinaweza kupatikana katika anga ya juu. Pia hupatikana katika idadi ya gesi asilia zinazoweza kuwaka.

Hidrojeni ya gesi ndiyo mnene zaidi, na hidrojeni kioevu ndio dutu mnene zaidi kwenye sayari yetu. Kwa msaada wa hidrojeni, unaweza kubadilisha sauti ya sauti yako ikiwa utaivuta na kuzungumza unapopumua.

Bomu la hidrojeni lenye nguvu zaidi linatokana na mgawanyiko wa atomi nyepesi zaidi.

Kioevu

Haidrojeni(lat. Haidrojeni; inavyoonyeshwa na ishara H) ni kipengele cha kwanza cha jedwali la mara kwa mara la vipengele. Imesambazwa sana katika asili. Kiini (na kiini) cha isotopu ya kawaida ya hidrojeni, 1 H, ni protoni. Sifa za kiini cha 1 H hufanya iwezekanavyo kutumia sana spectroscopy ya NMR katika uchambuzi wa vitu vya kikaboni.

Isotopu tatu za hidrojeni zina majina yao wenyewe: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) na 3 H - tritium (radioactive) (T).

Dutu rahisi hidrojeni - H 2 - ni gesi isiyo na rangi isiyo na rangi. Inapochanganywa na hewa au oksijeni, inaweza kuwaka na kulipuka. Isiyo na sumu. Mumunyifu katika ethanoli na idadi ya metali: chuma, nikeli, palladium, platinamu.

Hadithi

Kutolewa kwa gesi inayoweza kuwaka wakati wa mwingiliano wa asidi na metali kulionekana katika karne ya 16 na 17 mwanzoni mwa malezi ya kemia kama sayansi. Mikhail Vasilyevich Lomonosov pia alionyesha moja kwa moja kutengwa kwake, lakini tayari alikuwa anajua kuwa haikuwa phlogiston. Mwanafizikia na mwanakemia Mwingereza Henry Cavendish alichunguza gesi hiyo mwaka wa 1766 na kuiita “hewa inayoweza kuwaka.” Wakati wa kuchomwa moto, "hewa inayowaka" ilitoa maji, lakini kuzingatia kwa Cavendish kwa nadharia ya phlogiston kumzuia kufanya hitimisho sahihi. Mtaalamu wa kemia wa Kifaransa Antoine Lavoisier, pamoja na mhandisi J. Meunier, kwa kutumia gasometers maalum, mwaka wa 1783 walifanya awali ya maji, na kisha uchambuzi wake, kuharibu mvuke wa maji na chuma cha moto. Kwa hiyo, alianzisha kwamba "hewa inayowaka" ni sehemu ya maji na inaweza kupatikana kutoka humo.

asili ya jina

Lavoisier aliipa hidrojeni jina la hidrojeni - "kuzaa maji." Jina la Kirusi "hidrojeni" lilipendekezwa na duka la dawa M. F. Soloviev mnamo 1824 - kwa mlinganisho na "oksijeni" ya Slomonosov.

Kuenea

Hidrojeni ni kipengele kingi zaidi katika Ulimwengu. Inachukua takriban 92% ya atomi zote (8% ni atomi za heliamu, sehemu ya vitu vingine vyote kwa pamoja ni chini ya 0.1%). Hivyo, hidrojeni ni sehemu kuu ya nyota na gesi ya nyota. Chini ya hali ya joto la nyota (kwa mfano, joto la uso wa Jua ni ~ 6000 ° C), hidrojeni iko katika mfumo wa plasma; katika nafasi ya nyota, kipengele hiki kinapatikana katika mfumo wa molekuli, atomi na ioni na inaweza kuunda. mawingu ya molekuli ambayo hutofautiana kwa kiasi kikubwa katika ukubwa, msongamano na joto.

Ukoko wa dunia na viumbe hai

Sehemu kubwa ya hidrojeni katika ukoko wa dunia ni 1% - ni kipengele cha kumi kwa wingi zaidi. Walakini, jukumu lake katika maumbile limedhamiriwa sio kwa wingi, lakini kwa idadi ya atomi, sehemu ambayo kati ya vitu vingine ni 17% (nafasi ya pili baada ya oksijeni, sehemu ya atomi ambayo ni ~ 52%). Kwa hivyo, umuhimu wa hidrojeni katika michakato ya kemikali inayotokea Duniani ni karibu kama ule wa oksijeni. Tofauti na oksijeni, ambayo ipo duniani katika hali zote mbili zilizofungwa na huru, karibu hidrojeni yote duniani iko katika mfumo wa misombo; Kiasi kidogo tu cha hidrojeni kwa namna ya dutu rahisi iko katika anga (0.00005% kwa kiasi).

Hidrojeni ni sehemu ya karibu vitu vyote vya kikaboni na iko katika seli zote zilizo hai. Katika seli hai, hidrojeni inachukua karibu 50% ya idadi ya atomi.

Risiti

Mbinu za viwanda za kuzalisha vitu rahisi hutegemea fomu ambayo kipengele kinachofanana kinapatikana katika asili, yaani, ni nini kinachoweza kuwa malighafi kwa ajili ya uzalishaji wake. Kwa hivyo, oksijeni, ambayo inapatikana katika hali ya bure, inapatikana kimwili - kwa kujitenga na hewa ya kioevu. Hidrojeni ni karibu yote katika mfumo wa misombo, hivyo mbinu za kemikali hutumiwa kuipata. Hasa, athari za mtengano zinaweza kutumika. Njia moja ya kutengeneza hidrojeni ni kupitia mtengano wa maji na mkondo wa umeme.

Njia kuu ya viwanda kwa ajili ya kuzalisha hidrojeni ni mmenyuko wa methane, ambayo ni sehemu ya gesi asilia, na maji. Inafanywa kwa joto la juu (ni rahisi kuthibitisha kwamba wakati wa kupitisha methane hata kupitia maji ya moto, hakuna majibu hutokea):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Katika maabara, ili kupata vitu rahisi, si lazima kutumia malighafi ya asili, lakini chagua nyenzo hizo za kuanzia ambazo ni rahisi kutenganisha dutu inayohitajika. Kwa mfano, katika maabara, oksijeni haipatikani kutoka hewa. Vile vile hutumika kwa uzalishaji wa hidrojeni. Mojawapo ya mbinu za maabara za kuzalisha hidrojeni, ambayo wakati mwingine hutumiwa katika sekta, ni mtengano wa maji kwa sasa ya umeme.

Kwa kawaida, hidrojeni huzalishwa katika maabara kwa kuguswa na zinki na asidi hidrokloric.

Katika sekta

1. Umeme wa miyeyusho ya chumvi yenye maji:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Kupitisha mvuke wa maji juu ya koka yenye joto la takriban 1000 °C:

H2O+C? H2+CO

3. Kutoka kwa gesi asilia.

Ubadilishaji wa mvuke:

CH 4 + H 2 O ? CO + 3H 2 (1000 °C)

Uoksidishaji wa kichocheo na oksijeni:

2CH 4 + O 2 ? 2CO + 4H2

4. Kupasuka na urekebishaji wa hidrokaboni wakati wa kusafisha mafuta.

Katika maabara

1.Athari za asidi ya dilute kwenye metali. Ili kutekeleza majibu haya, zinki na asidi ya hidrokloriki ya dilute hutumiwa mara nyingi:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Mwingiliano wa kalsiamu na maji:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hydrolysis ya hidridi:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Athari za alkali kwenye zinki au alumini:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Kutumia electrolysis. Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya alkali au asidi, hidrojeni hutolewa kwenye cathode, kwa mfano:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Tabia za kimwili

Hydrojeni inaweza kuwepo katika aina mbili (marekebisho) - kwa namna ya ortho- na para-hidrojeni. Katika molekuli ya orthohydrogen o-H 2 (mp −259.10 °C, bp −252.56 °C) mizunguko ya nyuklia imeelekezwa kwa kufanana (sambamba), na kwa parahydrogen uk-H 2 (hatua ya kuyeyuka -259.32 °C, kiwango cha kuchemsha -252.89 °C) - kinyume na kila mmoja (antiparallel). Mchanganyiko wa usawa o-H 2 na uk-H 2 kwa joto fulani huitwa hidrojeni ya usawa e-H2.

Marekebisho ya hidrojeni yanaweza kutenganishwa kwa adsorption kwenye kaboni hai kwa joto la nitrojeni kioevu. Kwa joto la chini sana, usawa kati ya orthohydrogen na parahydrogen ni karibu kabisa kubadilishwa kuelekea mwisho. Kwa 80 K uwiano wa fomu ni takriban 1:1. Inapokanzwa, parahydrogen iliyoharibiwa hubadilishwa kuwa orthohydrogen hadi mchanganyiko utengenezwe ambao ni msawazo kwenye joto la kawaida (ortho-para: 75:25). Bila kichocheo, mabadiliko hutokea polepole (chini ya hali ya kati ya nyota - na nyakati za tabia hadi zile za cosmological), ambayo inafanya uwezekano wa kujifunza mali ya marekebisho ya mtu binafsi.

Hidrojeni ni gesi nyepesi zaidi, ni mara 14.5 nyepesi kuliko hewa. Kwa wazi, ndogo ya molekuli, kasi yao ya juu kwa joto sawa. Kama molekuli nyepesi zaidi, molekuli za hidrojeni husonga haraka kuliko molekuli za gesi nyingine yoyote na kwa hivyo zinaweza kuhamisha joto kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine haraka zaidi. Inafuata kwamba hidrojeni ina conductivity ya juu zaidi ya mafuta kati ya vitu vya gesi. Conductivity yake ya joto ni takriban mara saba zaidi kuliko conductivity ya joto ya hewa.

Molekuli ya hidrojeni ni diatomic - H2. Katika hali ya kawaida, ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu na isiyo na ladha. Uzito wiani 0.08987 g/l (n.s.), kiwango cha kuchemsha -252.76 °C, joto maalum la mwako 120.9 × 10 6 J / kg, mumunyifu kidogo katika maji - 18.8 ml / l. Hidrojeni huyeyuka sana katika metali nyingi (Ni, Pt, Pd, nk.), hasa katika paladiamu (juzuu 850 kwa ujazo 1 wa Pd). Umumunyifu wa hidrojeni katika metali unahusiana na uwezo wake wa kueneza kupitia kwao; Kueneza kwa aloi ya kaboni (kwa mfano, chuma) wakati mwingine hufuatana na uharibifu wa alloy kutokana na mwingiliano wa hidrojeni na kaboni (kinachojulikana decarbonization). Kivitendo hakuna katika fedha.

Kioevu hidrojeni ipo katika safu nyembamba sana ya joto kutoka -252.76 hadi -259.2 °C. Ni kioevu kisicho na rangi, chepesi sana (wiani ni -253 °C 0.0708 g/cm3) na umajimaji (mnato kwa -253 °C 13.8 spuaz). Vigezo muhimu vya hidrojeni ni chini sana: joto -240.2 °C na shinikizo 12.8 atm. Hii inaelezea ugumu wa kuyeyusha hidrojeni. Katika hali ya kioevu, hidrojeni ya usawa ina 99.79% para-H2, 0.21% ortho-H2.

Hidrojeni imara, kiwango myeyuko −259.2 °C, msongamano 0.0807 g/cm 3 (katika -262 °C) - uzani unaofanana na theluji, fuwele za hexagonal, kikundi cha anga P6/mmc, vigezo vya seli a=3,75 c=6.12. Kwa shinikizo la juu, hidrojeni hubadilika kuwa hali ya metali.

Isotopu

Hydrojeni hutokea kwa namna ya isotopu tatu, ambazo zina majina ya mtu binafsi: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioactive) (T).

Protium na deuterium ni isotopu imara na namba za molekuli 1 na 2. Maudhui yao katika asili ni 99.9885 ± 0.0070% na 0.0115 ± 0.0070%, kwa mtiririko huo. Uwiano huu unaweza kutofautiana kidogo kulingana na chanzo na njia ya kuzalisha hidrojeni.

Isotopu ya hidrojeni 3H (tritium) haina msimamo. Nusu ya maisha yake ni miaka 12.32. Tritium hutokea kwa kawaida kwa kiasi kidogo sana.

Maandiko pia hutoa data juu ya isotopu za hidrojeni na nambari za wingi wa 4 - 7 na nusu ya maisha ya 10 -22 - 10 -23 s.

Hidrojeni asilia ina molekuli za H 2 na HD (deuterium hidrojeni) katika uwiano wa 3200:1. Maudhui ya deuterium safi hidrojeni D 2 ni hata kidogo. Uwiano wa viwango vya HD na D 2 ni takriban 6400:1.

Ya isotopu zote za vipengele vya kemikali, mali ya kimwili na kemikali ya isotopu ya hidrojeni hutofautiana zaidi kutoka kwa kila mmoja. Hii ni kutokana na mabadiliko makubwa zaidi ya jamaa katika wingi wa atomiki.

Halijoto
kuyeyuka,
K

Halijoto
kuchemsha,
K

Mara tatu
nukta,
K/kPa

Muhimu
nukta,
K/kPa

Msongamano
kioevu/gesi,
kg/m³

Deuterium na tritium pia zina marekebisho ya ortho- na para-marekebisho: uk-D 2 , o-D 2 , uk-T 2, o-T 2 . Heteroisotopu hidrojeni (HD, HT, DT) haina ortho- na para-marekebisho.

Tabia za kemikali

Sehemu ya molekuli za hidrojeni zilizotenganishwa

Molekuli za hidrojeni H2 zina nguvu kabisa, na ili hidrojeni iweze kuguswa, nishati nyingi lazima itumike:

H 2 = 2H - 432 kJ

Kwa hivyo, kwa joto la kawaida, hidrojeni humenyuka tu na metali zinazofanya kazi sana, kama vile kalsiamu, na kutengeneza hidridi ya kalsiamu:

Ca + H 2 = CaH 2

na kwa pekee isiyo ya chuma - fluorine, kutengeneza floridi hidrojeni:

Hidrojeni humenyuka pamoja na metali nyingi na zisizo za metali kwa joto la juu au chini ya ushawishi mwingine, kwa mfano, mwanga:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Inaweza "kuchukua" oksijeni kutoka kwa baadhi ya oksidi, kwa mfano:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Equation iliyoandikwa inaonyesha mali ya kupunguza ya hidrojeni.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Hutengeneza halidi za hidrojeni na halojeni:

F 2 + H 2 → 2HF, majibu hutokea kwa mlipuko katika giza na kwa joto lolote;

Cl 2 + H 2 → 2HCl, majibu huendelea kwa mlipuko, kwenye mwanga tu.

Inaingiliana na soti chini ya joto kali:

C + 2H 2 → CH 4

Mwingiliano na alkali na madini ya alkali ya ardhi

Wakati wa kuingiliana na metali hai, hidrojeni huunda hidridi:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Haidridi- chumvi-kama, dutu ngumu, hidrolisisi kwa urahisi:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Mwingiliano na oksidi za chuma (kawaida d-elementi)

Oksidi hupunguzwa kuwa metali:

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

Hidrojeni ya misombo ya kikaboni

Hidrojeni ya molekuli hutumika sana katika usanisi wa kikaboni kwa ajili ya kupunguza misombo ya kikaboni. Taratibu hizi zinaitwa athari za hidrojeni. Athari hizi hufanyika mbele ya kichocheo kwa shinikizo la juu na joto. Kichocheo kinaweza kuwa sawa (km Wilkinson Catalyst) au tofauti tofauti (km Raney nikeli, paladiamu kwenye kaboni).

Kwa hivyo, haswa, wakati wa hidrojeni ya kichocheo cha misombo isiyojaa kama vile alkenes na alkynes, misombo iliyojaa huundwa - alkanes.

Jiokemia ya hidrojeni

Hidrojeni H2 ya bure ni nadra sana katika gesi za ardhini, lakini katika mfumo wa maji inachukua sehemu muhimu sana katika michakato ya kijiografia.

Hidrojeni inaweza kuwepo katika madini kwa namna ya ioni ya ammoniamu, ioni ya hidroksili na maji ya fuwele.

Katika angahewa, hidrojeni hutolewa kwa mfululizo kama matokeo ya mtengano wa maji na mionzi ya jua. Kuwa na wingi wa chini, molekuli za hidrojeni zina kasi ya juu ya mwendo wa kuenea (ni karibu na kasi ya pili ya cosmic) na, wakati wanaingia kwenye tabaka za juu za anga, wanaweza kuruka kwenye anga ya nje.

Makala ya matibabu

Haidrojeni, ikichanganywa na hewa, huunda mchanganyiko unaolipuka - kinachojulikana kama gesi ya detonating. Gesi hii hulipuka zaidi wakati uwiano wa ujazo wa hidrojeni na oksijeni ni 2:1, au hidrojeni na hewa ni takriban 2:5, kwa kuwa hewa ina takriban 21% ya oksijeni. Hidrojeni pia ni hatari ya moto. Hidrojeni kioevu inaweza kusababisha baridi kali ikiwa inagusana na ngozi.

Vikolezo vya mlipuko wa hidrojeni na oksijeni hutokea kutoka 4% hadi 96% kwa kiasi. Inapochanganywa na hewa kutoka 4% hadi 75(74)% kwa ujazo.

Uchumi

Gharama ya hidrojeni kwa usambazaji mkubwa wa jumla huanzia $ 2-5 kwa kilo.

Maombi

Hidrojeni ya atomiki hutumiwa kwa kulehemu kwa hidrojeni ya atomiki.

Sekta ya kemikali

  • Katika uzalishaji wa amonia, methanoli, sabuni na plastiki
  • Katika uzalishaji wa margarine kutoka kwa mafuta ya mboga ya kioevu
  • Imesajiliwa kama nyongeza ya lishe E949(gesi ya kufunga)

Sekta ya chakula

Sekta ya anga

Hidrojeni ni nyepesi sana na daima huinuka angani. Hapo zamani za kale, ndege na puto zilijazwa na hidrojeni. Lakini katika miaka ya 30. Karne ya XX Kulikuwa na maafa kadhaa wakati ndege za ndege zililipuka na kuchomwa moto. Siku hizi, ndege za ndege zimejaa heliamu, licha ya gharama yake ya juu sana.

Mafuta

Hidrojeni hutumiwa kama mafuta ya roketi.

Utafiti unaendelea kuhusu matumizi ya hidrojeni kama mafuta ya magari na lori. Injini za hidrojeni hazichafui mazingira na hutoa mvuke wa maji tu.

Seli za mafuta ya hidrojeni-oksijeni hutumia hidrojeni kubadilisha moja kwa moja nishati ya mmenyuko wa kemikali kuwa nishati ya umeme.

"Hidrojeni kioevu"(“LH”) ni hali ya kimiminika ya hidrojeni, yenye msongamano wa chini wa 0.07 g/cm³ na sifa za kilio na kiwango cha kuganda cha 14.01 K (−259.14 °C) na kiwango cha kuchemka cha 20.28 K (-252.87 °C). ) Ni kioevu kisicho na rangi, kisicho na harufu, ambacho kinapochanganywa na hewa huainishwa kama kilipukaji na kiwango cha kuwaka cha 4-75%. Uwiano wa spin ya isoma katika hidrojeni kioevu ni: 99.79% - parahydrogen; 0.21% - orthohydrogen. Mgawo wa upanuzi wa hidrojeni wakati wa kubadilisha hali yake ya mkusanyiko hadi gesi ni 848:1 kwa 20°C.

Kama ilivyo kwa gesi nyingine yoyote, kioevu cha hidrojeni husababisha kupungua kwa kiasi chake. Baada ya liquefaction, kioevu kioevu ni kuhifadhiwa katika vyombo thermally maboksi chini ya shinikizo. Kioevu hidrojeni Kioevu hidrojeni, LH2, LH 2) hutumiwa kikamilifu katika tasnia, kama njia ya uhifadhi wa gesi, na katika tasnia ya anga, kama mafuta ya roketi.

Hadithi

Matumizi ya kwanza ya kumbukumbu ya majokofu ya bandia yalifanywa na mwanasayansi wa Kiingereza William Cullen mnamo 1756, Gaspard Monge alikuwa wa kwanza kupata hali ya kioevu ya oksidi ya sulfuri mnamo 1784, Michael Faraday alikuwa wa kwanza kupata amonia iliyoyeyuka, mvumbuzi wa Amerika Oliver Evans. alikuwa wa kwanza kutengeneza compressor ya majokofu mnamo 1805, Jacob Perkins alikuwa wa kwanza kupata mashine ya kupoeza kwa hati miliki mnamo 1834 na John Gorey alikuwa wa kwanza kutoa hati miliki ya kiyoyozi huko Merika mnamo 1851. Werner Siemens alipendekeza dhana ya upoezaji wa kuzaliwa upya mnamo 1857, vifaa vya hakimiliki vya Karl Linde vya kutengeneza hewa ya kioevu kwa kutumia mteremko wa "athari ya upanuzi wa Joule-Thomson" na upoezaji wa kuzaliwa upya mnamo 1876. Mnamo 1885, mwanafizikia wa Kipolishi na mwanakemia Zygmunt Wroblewski alichapisha halijoto muhimu ya hidrojeni 33 K, shinikizo muhimu 13.3 atm. na kiwango cha mchemko cha 23 K. Hidrojeni iliwekwa kimiminika kwa mara ya kwanza na James Dewar mwaka wa 1898 kwa kutumia upoezaji wa kuzaliwa upya na uvumbuzi wake, chupa ya Dewar. Mchanganyiko wa kwanza wa isomer thabiti ya hidrojeni kioevu, parahydrogen, ilifanywa na Paul Harteck na Carl Bonhoeffer mnamo 1929.

Spin isoma za hidrojeni

Hidrojeni kwenye joto la kawaida hujumuisha hasa isoma ya spin, orthohydrogen. Baada ya uzalishaji, hidrojeni kioevu iko katika hali ya kumeta na lazima igeuzwe kuwa umbo la parahidrojeni ili kuepusha mmenyuko wa mlipuko wa milipuko ambayo hutokea inapobadilika kwa joto la chini. Ugeuzaji hadi awamu ya parahidrojeni kwa kawaida hufanywa kwa kutumia vichochezi kama vile oksidi ya chuma, oksidi ya chromiamu, kaboni iliyoamilishwa, asbesto iliyopakwa platinamu, metali adimu za ardhini, au kwa kutumia viungio vya urani au nikeli.

Matumizi

Hidrojeni kioevu inaweza kutumika kama njia ya kuhifadhi mafuta kwa injini za mwako wa ndani na seli za mafuta. Nyambizi mbalimbali (miradi "212A" na "214", Ujerumani) na dhana za usafiri wa hidrojeni zimeundwa kwa kutumia aina hii ya jumla ya hidrojeni (tazama kwa mfano "DeepC" au "BMW H2R"). Kwa sababu ya ukaribu wa miundo, waundaji wa vifaa vya LHV wanaweza kutumia au kurekebisha mifumo kwa kutumia gesi asilia iliyoyeyuka (LNG). Hata hivyo, kutokana na wiani wa chini wa nishati ya volumetric, mwako unahitaji kiasi kikubwa cha hidrojeni kuliko gesi asilia. Ikiwa hidrojeni kioevu inatumiwa badala ya "CNG" katika injini za pistoni, mfumo wa mafuta zaidi unahitajika. Kwa sindano ya moja kwa moja, ongezeko la hasara katika njia ya ulaji hupunguza kujaza silinda.

Hidrojeni kioevu pia hutumika kupoza nyutroni katika majaribio ya kutawanya nyutroni. Misa ya neutroni na kiini cha hidrojeni ni karibu sawa, hivyo kubadilishana kwa nishati wakati wa mgongano wa elastic ni bora zaidi.

Faida

Faida ya kutumia hidrojeni ni "uzalishaji wa sifuri" wa matumizi yake. Bidhaa ya mwingiliano wake na hewa ni maji.

Vikwazo

Lita moja ya "ZhV" ina uzito wa kilo 0.07 tu. Hiyo ni, uzito wake maalum ni 70.99 g/l kwa 20 K. Hidrojeni ya kioevu inahitaji teknolojia ya kuhifadhi cryogenic, kama vile vyombo maalum vya maboksi ya joto na inahitaji utunzaji maalum, ambao ni wa kawaida kwa vifaa vyote vya cryogenic. Ni karibu katika suala hili kwa oksijeni ya kioevu, lakini inahitaji tahadhari kubwa kutokana na hatari ya moto. Hata kwa vyombo vya maboksi, ni vigumu kuiweka kwenye joto la chini linalohitajika ili kuiweka kioevu (kwa kawaida huvukiza kwa kiwango cha 1% kwa siku). Wakati wa kuishughulikia, unahitaji pia kufuata tahadhari za kawaida za usalama wakati wa kufanya kazi na hidrojeni - ni baridi ya kutosha kuingiza hewa, ambayo ni kulipuka.

Mafuta ya roketi

Hidrojeni kioevu ni sehemu ya kawaida ya mafuta ya roketi, ambayo hutumiwa kuendesha magari ya kurusha na vyombo vya anga. Katika injini nyingi za roketi kioevu za hidrojeni, hutumiwa kwanza kupoza pua na sehemu nyingine za injini kabla ya kuchanganywa na kioksidishaji na kuchomwa ili kutoa msukumo. Injini za kisasa zinazotumia vipengele vya H 2 / O 2 hutumia mchanganyiko wa mafuta uliojaa zaidi ya hidrojeni, ambayo husababisha kiasi fulani cha hidrojeni isiyochomwa katika kutolea nje. Mbali na kuongeza msukumo maalum wa injini kwa kupunguza uzito wa Masi, hii pia inapunguza mmomonyoko wa pua na chumba cha mwako.

Vikwazo vile kwa matumizi ya LH katika maeneo mengine, kama vile asili ya cryogenic na msongamano mdogo, pia ni sababu ya kuzuia matumizi katika kesi hii. Kufikia 2009, kuna gari moja tu la uzinduzi (gari la uzinduzi la Delta-4), ambalo ni roketi ya hidrojeni kabisa. Kimsingi, "ZhV" hutumiwa ama kwenye hatua za juu za roketi au kwenye vitalu, ambavyo hufanya sehemu kubwa ya kazi ya kuzindua mzigo wa malipo kwenye nafasi katika utupu. Kama moja ya hatua za kuongeza msongamano wa aina hii ya mafuta, kuna mapendekezo ya kutumia hidrojeni-kama sludge, yaani, aina ya nusu iliyohifadhiwa ya "hidrojeni ya kioevu".

Inapakia...Inapakia...