المحاضرة 29

هيدروجين. ماء

مخطط المحاضرة:

ماء. الكيميائية و الخصائص الفيزيائية

دور الهيدروجين والماء في الطبيعة

الهيدروجين كعنصر كيميائي

الهيدروجين هو العنصر الوحيد في الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev، وموقعه غامض. رمزه الكيميائي مكتوب مرتين في الجدول الدوري: في المجموعتين IA وVIA. ويفسر ذلك حقيقة أن الهيدروجين له عدد من الخصائص التي توحده مع كل من الفلزات القلوية والهالوجينات (الجدول 14).

الجدول 14

مقارنة خواص الهيدروجين مع خواص الفلزات القلوية والهالوجينات

التشابه مع المعادن القلوية	التشابه مع الهالوجينات
على مستوى الطاقة الخارجي، تحتوي ذرات الهيدروجين على إلكترون واحد. الهيدروجين هو عنصر s	وقبل اكتمال المستوى الخارجي والوحيد، تفتقر ذرات الهيدروجين مثل ذرات الهالوجين إلى إلكترون واحد
يعرض الهيدروجين خصائص مخفضة. نتيجة للأكسدة، يتلقى الهيدروجين حالة الأكسدة التي توجد غالبًا في مركباته +1	الهيدروجين، مثل الهالوجينات، في المركبات التي تحتوي على معادن قلوية ومعادن ترابية قلوية له حالة أكسدة تبلغ -1، مما يؤكد وجوده. خصائص الأكسدة.
من المفترض وجود الهيدروجين الصلب ذو الشبكة البلورية المعدنية في الفضاء.	مثل الفلور والكلور، الهيدروجين هو غاز في الظروف العادية. جزيئاتها، مثل جزيئات الهالوجين، ثنائية الذرة وتتكون من خلال رابطة تساهمية غير قطبية

يوجد الهيدروجين في الطبيعة على شكل ثلاثة نظائر ذات أعداد كتلية 1 و 2 و 3: البروتيوم 1 1 H، الديوتيريوم 2 1 D والتريتيوم 3 1 T. أول نظيرين مستقرين، والثالث مشع. يسود البروتيوم في الخليط الطبيعي للنظائر. النسب الكمية بين النظائر H: D: T هي 1: 1.46 10 -5: 4.00 10 -15.

تختلف مركبات نظائر الهيدروجين في خصائص بعضها البعض. على سبيل المثال، نقاط غليان وتجمد ماء البروتيوم الخفيف (H 2 O) تساوي على التوالي – 100 درجة مئوية و0 درجة مئوية، وماء الديوتيريوم (D 2 O) – 101.4 درجة مئوية و3.8 درجة مئوية. الماء الخفيف أعلى من الماء الثقيل.

يعتبر الهيدروجين العنصر الأكثر شيوعًا في الكون، فهو يمثل حوالي 75% من كتلة الكون أو أكثر من 90% من جميع ذراته. الهيدروجين جزء من الماء في القشرة الجيولوجية الأكثر أهمية للأرض - الغلاف المائي.

يشكل الهيدروجين، إلى جانب الكربون، جميع المواد العضوية، أي أنه جزء من القشرة الحية للأرض - المحيط الحيوي. وفي القشرة الأرضية - الغلاف الصخري - يبلغ المحتوى الكتلي للهيدروجين 0.88% فقط، أي أنه يحتل المرتبة التاسعة بين جميع العناصر. الغلاف الجوي للأرض - يحتوي الغلاف الجوي على أقل من جزء من المليون من الحجم الإجمالي، وهو حصة الهيدروجين الجزيئي. ولا تجده إلا في الطبقات العلياأَجواء.

إنتاج واستخدام الهيدروجين

تم إنتاج الهيدروجين لأول مرة في القرن السادس عشر طبيب العصور الوسطىوالكيميائي باراسيلسوس، عن طريق غمر صفيحة حديدية في حامض الكبريتيك، وفي عام 1766، أثبت الكيميائي الإنجليزي هنري كافنديش أن الهيدروجين لا ينتج فقط عن طريق تفاعل الحديد مع حامض الكبريتيك، ولكن أيضًا المعادن الأخرى مع الأحماض الأخرى. كما وصف كافنديش لأول مرة خصائص الهيدروجين.

في معمل شروط الحصول على الهيدروجين :

1. تفاعل المعادن مع الحمض :

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. تفاعل الفلزات القلوية والقلوية الأرضية مع الماء

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

في صناعة ويتم الحصول على الهيدروجين بالطرق التالية:

1. التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح والأحماض والقلويات.الحل الأكثر استخدامًا هو ملح الطعام:

2NaCl + 2H2O →el. التيار H 2 + Cl 2 + NaOH

2. تقليل بخار الماء بالفحم الكوك الساخن:

C + H2O → tCO + H2

ويسمى الخليط الناتج من أول أكسيد الكربون والهيدروجين غاز الماء (غاز التوليف)،ويستخدم على نطاق واسع لتخليق المنتجات الكيميائية المختلفة (الأمونيا والميثانول وغيرها). لفصل الهيدروجين عن غاز الماء، يتحول أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون عند تسخينه مع بخار الماء:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. تسخين الميثانفي وجود بخار الماء والأكسجين. هذه الطريقة هي الطريقة الرئيسية حاليًا:

2CH 4 + يا 2 + 2 ح 2 يا → ر 2CO 2 + 6 ح 2

يستخدم الهيدروجين على نطاق واسع في:

1. التوليف الصناعي للأمونيا وكلوريد الهيدروجين.

2. الحصول على الميثانول والوقود السائل الاصطناعي كجزء من الغاز الاصطناعي (حجمان من الهيدروجين وحجم واحد من ثاني أكسيد الكربون)؛

3. المعالجة الهيدروجينية والتكسير الهيدروجيني لأجزاء الزيت؛

4. هدرجة الدهون السائلة.

5. قطع ولحام المعادن.

6. الحصول على التنغستن والموليبدينوم والرينيوم من أكاسيدها؛

7. محركات الفضاءكوقود.

8. في المفاعلات النووية الحرارية، تستخدم نظائر الهيدروجين كوقود.

البدنية و الخواص الكيميائيةهيدروجين

الهيدروجين هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة. الكثافة عند لا 0.09 جرام/لتر (14 مرة أخف من الهواء). الهيدروجين ضعيف الذوبان في الماء (فقط حجمان من الغاز لكل 100 مجلد من الماء)، ولكن يمتصه جيدًا المعادن d - النيكل والبلاتين والبلاديوم (يتم إذابة ما يصل إلى 900 مجلد من الهيدروجين في حجم واحد من البلاديوم).

في التفاعلات الكيميائيةيُظهر الهيدروجين خصائص الاختزال والأكسدة. في أغلب الأحيان، يعمل الهيدروجين كعامل اختزال.

1. التفاعل مع غير المعادن. يشكل الهيدروجين مركبات هيدروجينية متطايرة مع اللافلزات (انظر المحاضرة 25).

مع الهالوجيناتيختلف معدل التفاعل وظروفه من الفلور إلى اليود: مع الفلور، يتفاعل الهيدروجين بشكل انفجاري حتى في الظلام، مع الكلور، يستمر التفاعل بهدوء تام مع القليل من التشعيع بالضوء، أما مع البروم واليود فإن التفاعلات قابلة للعكس وتحدث فقط عند تسخينها:

ح 2 + ف 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

ح 2 + أنا 2 → ر 2HI

مع الأكسجينويتفاعل هيدروجين الكبريت مع تسخين طفيف. يسمى خليط من الأكسجين والهيدروجين بنسبة 1:2 غاز متفجر:

ح 2 + يا 2 → ر ح 2 يا

ح 2 + ق → ر ح 2 ق

مع النيتروجين والفوسفور والكربونيحدث التفاعل تحت الحرارة والضغط المرتفع وفي وجود محفز. ردود الفعل قابلة للعكس:

3H 2 + N 2 → قطة، ص، t2NH 3

2H 2 + 3P → قطة، ص، t3PH 3

ح 2 + ج → قطة، ص، ر CH 4

2. التفاعل مع المواد المعقدة.عند درجات الحرارة المرتفعة، يقوم الهيدروجين باختزال المعادن من أكاسيدها:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. في التفاعل مع الفلزات القلوية والقلوية الأرضيةيظهر الهيدروجين خصائص مؤكسدة:

2Na + H 2 → 2NaH

كا + ح 2 → كاه 2

4. التفاعل مع المواد العضوية.يتفاعل الهيدروجين بشكل نشط مع العديد من المواد العضوية، وتسمى هذه التفاعلات تفاعلات الهدرجة. ستتم مناقشة ردود الفعل هذه بمزيد من التفصيل في الجزء الثالث من مجموعة "الكيمياء العضوية".

هيدروجين

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

◁ الهيدروجين، أوه، أوه. الاتصالات الثانية. ب البكتيريا . القنبلة الثانية(قنبلة ذات قوة تدميرية هائلة، يعتمد تأثيرها المتفجر على تفاعل نووي حراري). هيدروجينية أوه أوه.

هيدروجين

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

هيدروجين

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

القاموس الموسوعي. 2009 .

المرادفات:

انظر ما هو "الهيدروجين" في القواميس الأخرى:

جدول النيوكليدات معلومات عامةالاسم والرمز الهيدروجين 4، 4H النيوترونات 3 البروتونات 1 خصائص النويدة الكتلة الذرية 4.027810(110) ... ويكيبيديا

جدول النويدات معلومات عامة الاسم الرمز الهيدروجين 5، 5H النيوترونات 4 البروتونات 1 خصائص النويدة الكتلة الذرية 5.035310(110) ... ويكيبيديا

جدول النويدات معلومات عامة الاسم، الرمز الهيدروجين 6، 6H النيوترونات 5 البروتونات 1 خصائص النويدة الكتلة الذرية 6.044940(280) ... ويكيبيديا

جدول النويدات معلومات عامة الاسم الرمز الهيدروجين 7، 7H النيوترونات 6 البروتونات 1 خصائص النويدة الكتلة الذرية 7.052750 (1080) ... ويكيبيديا

هيدروجين– العنصر الكيميائي الأول في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف. يقع العنصر الكيميائي الهيدروجين في المجموعة الأولى، المجموعة الفرعية الرئيسية، الفترة الأولى من النظام الدوري.

الكتلة الذرية النسبية للهيدروجين = 1.

يحتوي الهيدروجين على أبسط بنية ذرية، فهو يتكون من إلكترون واحد، والذي يقع في الفضاء المحيط بالنواة. تتكون نواة ذرة الهيدروجين من بروتون واحد.

يمكن لذرة الهيدروجين أن تعطي أو تكتسب إلكترونًا في التفاعلات الكيميائية، وتشكل نوعين من الأيونات:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

هيدروجين- العنصر الأكثر شيوعا في الكون. وهو يمثل حوالي 88.6% من جميع الذرات (حوالي 11.3% عبارة عن ذرات الهيليوم، وحصة جميع العناصر الأخرى مجتمعة حوالي 0.1%). وبالتالي فإن الهيدروجين هو المكون الرئيسي للنجوم والغاز بين النجوم. وفي الفضاء بين النجوم، يوجد هذا العنصر على شكل جزيئات وذرات وأيونات فردية ويمكن أن يشكل سحبًا جزيئية تختلف بشكل كبير في الحجم والكثافة ودرجة الحرارة.

تبلغ نسبة كتلة الهيدروجين في القشرة الأرضية 1%.وهو العنصر التاسع الأكثر شيوعا. قيمة الهيدروجين في العمليات الكيميائيةالتي تحدث على الأرض تكاد تكون كبيرة مثل الأكسجين. على عكس الأكسجين، الموجود على الأرض في كل من الحالات المقيدة والحرة، فإن كل الهيدروجين الموجود على الأرض تقريبًا موجود في شكل مركبات؛ لا يوجد سوى كمية صغيرة جدًا من الهيدروجين على شكل مادة بسيطة في الغلاف الجوي (0.00005% من حيث الحجم للهواء الجاف).

الهيدروجين جزء من جميع المواد العضوية تقريبًا وهو موجود في جميع الخلايا الحية.

الخصائص الفيزيائية للهيدروجين

مادة بسيطة تتكون من العنصر الكيميائي الهيدروجين لها تركيب جزيئي. تكوينه يتوافق مع الصيغة H2.مثل العنصر الكيميائي، تسمى المادة البسيطة أيضًا بالهيدروجين.

هيدروجين– غاز عديم اللون، عديم الرائحة والطعم، غير قابل للذوبان عمليا في الماء. في درجة حرارة الغرفة وطبيعية الضغط الجويالذوبان هو 18.8 مل من الغاز لكل 1 لتر من الماء.

هيدروجين– أخف الغازات كثافته 0.08987 جرام/لتر. للمقارنة: كثافة الهواء 1.3 جم/لتر.

يمكن أن يذوب الهيدروجين في المعادن،على سبيل المثال، يمكن أن يذوب ما يصل إلى 850 حجمًا من الهيدروجين في حجم واحد من البلاديوم. نظرًا لحجمه الجزيئي الصغير للغاية، فإن الهيدروجين قادر على الانتشار عبر العديد من المواد

مثل الغازات الأخرى، يتكثف الهيدروجين عند درجات حرارة منخفضة إلى غاز عديم اللون السائل واضح، يحدث هذا عند درجة حرارة - 252.8 درجة مئوية.وعندما تصل درجة الحرارة إلى -259.2 درجة مئوية، يتبلور الهيدروجين على شكل بلورات بيضاء تشبه الثلج.

على عكس الأكسجين، لا يتميز الهيدروجين بالتآصل

تطبيقات الهيدروجين

يستخدم الهيدروجين في الصناعات المختلفةصناعة. يتم استخدام الكثير من الهيدروجين لإنتاج الأمونيا (NH3).ويتم الحصول على الأسمدة النيتروجينية والألياف الصناعية والبلاستيكية والأدوية من الأمونيا.

وفي صناعة المواد الغذائية، يستخدم الهيدروجين في إنتاج السمن الذي يحتوي على الدهون الصلبة. وللحصول عليها من الدهون السائلة يتم تمرير الهيدروجين من خلالها.

عندما يحترق الهيدروجين في الأكسجين، تكون درجة حرارة اللهب على وشك 2500 درجة مئوية.عند درجة الحرارة هذه، يمكن صهر المعادن المقاومة للحرارة ولحامها. وبالتالي، يتم استخدام الهيدروجين في اللحام.

ويستخدم خليط من الهيدروجين السائل والأكسجين كوقود للصواريخ.

حاليًا، بدأ عدد من الدول إجراء أبحاث حول استبدال مصادر الطاقة غير المتجددة (النفط والغاز والفحم) بالهيدروجين. عندما يحترق الهيدروجين في الأكسجين، يتم تشكيل منتج صديق للبيئة - الماء، وليس ثاني أكسيد الكربونتسبب ظاهرة الاحتباس الحراري.

يقترح العلماء أنه يجب أن يبدأ في منتصف القرن الحادي والعشرين الإنتاج بكثافة الإنتاج بكميات ضخمةسيارات الهيدروجين. سيتم استخدامها على نطاق واسع في المنزل خلايا الوقودوالذي يعتمد عمله أيضًا على أكسدة الهيدروجين بالأكسجين.

في نهاية القرن التاسع عشر - بداية القرن العشرين.في فجر عصر الطيران، كان الهيدروجين مليئا بالوناتوالمناطيد والبالونات، لأنها أخف بكثير من الهواء. إلا أن عصر المناطيد بدأ يتلاشى بسرعة ليصبح من الماضي بعد الكارثة التي حلت بالمنطاد هيندنبورغ. 6 مايو 1937 المنطاد،وكانت مليئة بالهيدروجين، فاشتعلت فيها النيران، مما أدى إلى مقتل العشرات من ركابها.

الهيدروجين شديد الانفجار بنسبة معينة مع الأكسجين. أدى عدم الالتزام بقواعد السلامة إلى اشتعال المنطاد وانفجاره.

• هيدروجين– العنصر الكيميائي الأول في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف
• يقع الهيدروجين في المجموعة الأولى، المجموعة الفرعية الرئيسية، الفترة الأولى من النظام الدوري
• تكافؤ الهيدروجين في المركبات – I
• هيدروجين– غاز عديم اللون، عديم الرائحة والمذاق، غير قابل للذوبان عمليا في الماء
• هيدروجين- أخف الغاز
• يتم إنتاج الهيدروجين السائل والصلب عند درجات حرارة منخفضة
• يمكن أن يذوب الهيدروجين في المعادن
• تتنوع تطبيقات الهيدروجين

الهيدروجين – عنصر خاص، تحتل خليتين في وقت واحد في الجدول الدوري لمندليف. وهو يقع في مجموعتين من العناصر التي لها خصائص متضادة، وهذه الميزة تجعلها فريدة من نوعها. الهيدروجين مادة بسيطة و جزء لا يتجزأالعديد من المركبات المعقدة، وهو عنصر عضوي وحيوي. يجدر التعرف بالتفصيل على ميزاته وخصائصه الرئيسية.

الهيدروجين في الجدول الدوري لمندليف

الملامح الرئيسية للهيدروجين المشار إليها في:

• رقم سريالعنصر - 1 (نفس عدد البروتونات والإلكترونات)؛
• الكتلة الذرية هي 1.00795؛
• يحتوي الهيدروجين على ثلاثة نظائر، لكل منها خصائص خاصة؛
• نظرًا لمحتوى إلكترون واحد فقط، فإن الهيدروجين قادر على إظهار خصائص الاختزال والأكسدة، وبعد التبرع بالإلكترون، يكون للهيدروجين مدار حر يشارك في تكوين الروابط الكيميائية وفقًا لآلية المانح والمتلقي؛
• الهيدروجين عنصر خفيف ذو كثافة منخفضة؛
• يعتبر الهيدروجين عامل اختزال قوي، فهو يفتح مجموعة الفلزات القلوية في المجموعة الأولى إلى المجموعة الفرعية الرئيسية؛
• عندما يتفاعل الهيدروجين مع المعادن وغيرها من عوامل الاختزال القوية، فإنه يقبل إلكتروناتها ويصبح عامل مؤكسد. تسمى هذه المركبات بالهيدريدات. وفقًا لهذه الخاصية، ينتمي الهيدروجين تقليديًا إلى مجموعة الهالوجينات (يرد في الجدول فوق الفلور بين قوسين)، وهو مشابه لها.

الهيدروجين كمادة بسيطة

الهيدروجين هو غاز يتكون جزيئه من اثنين. تم اكتشاف هذه المادة عام 1766 على يد العالم البريطاني هنري كافنديش. وأثبت أن الهيدروجين غاز ينفجر عندما يتفاعل مع الأكسجين. بعد دراسة الهيدروجين، وجد الكيميائيون أن هذه المادة هي الأخف وزنا من كل ما عرفه الإنسان.

عالم آخر، لافوازييه، أعطى العنصر اسم "الهيدروجينيوم"، والذي يترجم من اللاتينية يعني "ولادة الماء". في عام 1781، أثبت هنري كافنديش أن الماء عبارة عن مزيج من الأكسجين والهيدروجين. وبعبارة أخرى، الماء هو نتاج تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين. كانت الخصائص القابلة للاشتعال للهيدروجين معروفة لدى العلماء القدماء: وقد ترك باراسيلسوس، الذي عاش في القرن السادس عشر، السجلات المقابلة.

الهيدروجين الجزيئي هو مركب غازي شائع في الطبيعة، ويتكون من ذرتين وعند إحضاره إلى سطح الشظية المحترقة. ويمكن لجزيء الهيدروجين أن يتفكك إلى ذرات تتحول إلى نواة الهيليوم، لأنها قادرة على المشاركة في التفاعلات النووية. تحدث مثل هذه العمليات بانتظام في الفضاء وعلى الشمس.

الهيدروجين وخصائصه الفيزيائية

يحتوي الهيدروجين على المعلمات الفيزيائية التالية:

• يغلي عند -252.76 درجة مئوية؛
• يذوب عند -259.14 درجة مئوية؛ * ضمن حدود درجة الحرارة المحددة، الهيدروجين هو سائل عديم الرائحة وعديم اللون؛
• الهيدروجين قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء.
• يمكن للهيدروجين نظريًا أن يدخل إلى الحالة المعدنية إذا تم توفيره شروط خاصة(درجات الحرارة المنخفضة والضغط العالي)؛
• الهيدروجين النقي مادة متفجرة وقابلة للاشتعال.
• الهيدروجين قادر على الانتشار من خلال سماكة المعادن، وبالتالي يذوب فيها جيدًا؛
• الهيدروجين أخف بمقدار 14.5 مرة من الهواء؛
• عند الضغط العالي، يمكن الحصول على بلورات تشبه الثلج من الهيدروجين الصلب.

الخواص الكيميائية للهيدروجين

الطرق المخبرية:

• تفاعل الأحماض المخففة مع المعادن النشطة والمعادن ذات النشاط المتوسط.
• التحلل المائي للهيدريدات المعدنية.
• تفاعل الفلزات القلوية والقلوية الترابية مع الماء.

مركبات الهيدروجين:

هاليدات الهيدروجين؛ مركبات الهيدروجين المتطايرة من اللافلزات؛ هيدريدات. هيدروكسيدات. هيدروكسيد الهيدروجين (الماء)؛ بيروكسيد الهيدروجين مركبات العضوية(البروتينات، الدهون، الهيدروكربونات، الفيتامينات، الدهون، الزيوت الأساسية، الهرمونات). انقر لرؤية التجارب الآمنة لدراسة خصائص البروتينات والدهون والكربوهيدرات.

لتجميع الهيدروجين الناتج، عليك أن تمسك أنبوب الاختبار رأسًا على عقب. لا يمكن جمع الهيدروجين مثل ثاني أكسيد الكربون، لأنه أخف بكثير من الهواء. يتبخر الهيدروجين بسرعة، وعندما يمتزج بالهواء (أو بتراكمات كبيرة) ينفجر. ولذلك، فمن الضروري عكس أنبوب الاختبار. مباشرة بعد التعبئة، يتم إغلاق الأنبوب بسدادة مطاطية.

لاختبار نقاء الهيدروجين، تحتاج إلى وضع عود ثقاب مضاء على عنق أنبوب الاختبار. إذا حدث انفجار باهت وهادئ، يكون الغاز نظيفًا وتكون شوائب الهواء في حدها الأدنى. إذا كان القطن عالي الصوت ويصفر فإن الغاز الموجود في أنبوب الاختبار متسخ ويحتوي على حصة كبيرةالمكونات الأجنبية.

انتباه! لا تحاول تكرار هذه التجارب بنفسك!

تم اكتشاف الهيدروجين في النصف الثاني من القرن الثامن عشر على يد العالم الإنجليزي في مجال الفيزياء والكيمياء ج. كافنديش. وتمكن من عزل المادة في حالتها النقية، وبدأ في دراستها ووصف خصائصها.

هذه هي قصة اكتشاف الهيدروجين. وتوصل الباحث خلال التجارب إلى أنه غاز قابل للاشتعال، يؤدي احتراقه في الهواء إلى إنتاج الماء. هذا أدى إلى تحديد التركيب النوعي للمياه.

ما هو الهيدروجين

أعلن الكيميائي الفرنسي أ. لافوازييه لأول مرة عن الهيدروجين كمادة بسيطة في عام 1784، لأنه قرر أن جزيئه يحتوي على ذرات من نفس النوع.

اسم العنصر الكيميائي في اللاتينية يبدو مثل الهيدروجين (اقرأ "الهيدروجين")، وهو ما يعني "مانح الماء". يشير الاسم إلى تفاعل الاحتراق الذي ينتج الماء.

خصائص الهيدروجين

N. Mendeleev خصص لهذا تسمية الهيدروجين عنصر كيميائيالرقم التسلسلي الأول، ووضعه في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الأولى والفترة الأولى وبشكل مشروط في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة السابعة.

الوزن الذري (الكتلة الذرية) للهيدروجين هو 1.00797. الكتلة الجزيئية H 2 يساوي 2 أ. هـ - الكتلة المولية تساويها عددياً.

ويمثله ثلاثة نظائر لها اسم خاص: البروتيوم الأكثر شيوعًا (H)، الديوتيريوم الثقيل (D)، التريتيوم المشع (T).

وهو العنصر الأول الذي يمكن فصله بالكامل إلى نظائر بطريقة بسيطة. لأنه يقوم على الفرق الكبير في كتلة النظائر. تم تنفيذ هذه العملية لأول مرة في عام 1933. ويفسر ذلك حقيقة أنه في عام 1932 فقط تم اكتشاف نظير ذو كتلة 2.

الخصائص الفيزيائية

في الظروف العادية، تكون مادة الهيدروجين البسيطة على شكل جزيئات ثنائية الذرة غازًا، عديم اللون والطعم والرائحة. قابل للذوبان قليلا في الماء والمذيبات الأخرى.

درجة حرارة التبلور - 259.2 درجة مئوية، نقطة الغليان - 252.8 درجة مئوية.قطر جزيئات الهيدروجين صغير جدًا لدرجة أن لديها القدرة على الانتشار ببطء عبر عدد من المواد (المطاط والزجاج والمعادن). تستخدم هذه الخاصية عندما يكون من الضروري تنقية الهيدروجين من الشوائب الغازية. عندما ن. ش. كثافة الهيدروجين 0.09 كجم/م3.

هل يمكن تحويل الهيدروجين إلى معدن قياسا على العناصر الموجودة في المجموعة الأولى؟ لقد وجد العلماء أن الهيدروجين في الظروف التي يقترب فيها الضغط من 2 مليون ضغط جوي، يبدأ في امتصاص الأشعة تحت الحمراء، مما يدل على استقطاب جزيئات المادة. وربما، عند ضغوط أعلى، يتحول الهيدروجين إلى معدن.

هذا مثير للاهتمام:هناك افتراض بأن الهيدروجين موجود على الكواكب العملاقة، المشتري وزحل، على شكل معدن. ومن المفترض أن الهيدروجين المعدني الصلب موجود أيضًا في باطن الأرض، وذلك بسبب الضغط العالي جدًا الناتج عن وشاح الأرض.

الخواص الكيميائية

تدخل كل من المواد البسيطة والمعقدة في تفاعل كيميائي مع الهيدروجين. لكن النشاط المنخفض للهيدروجين يحتاج إلى زيادة عن طريق تهيئة الظروف المناسبة - زيادة درجة الحرارة، واستخدام المواد الحفازة، وما إلى ذلك.

عند تسخينها، تتفاعل المواد البسيطة مثل الأكسجين (O2)، والكلور (Cl2)، والنيتروجين (N2)، والكبريت (S) مع الهيدروجين.

إذا قمت بإشعال الهيدروجين النقي في نهاية أنبوب مخرج الغاز في الهواء، فسوف يحترق بالتساوي، ولكن بالكاد يمكن ملاحظته. إذا قمت بوضع أنبوب مخرج الغازفي جو من الأكسجين النقي، سيستمر الاحتراق مع تكوين قطرات الماء على جدران الوعاء، نتيجة للتفاعل:

ويصاحب احتراق الماء إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. وهو تفاعل مركب طارد للحرارة حيث يتأكسد الهيدروجين بواسطة الأكسجين لتكوين أكسيد H2O. وهو أيضًا تفاعل أكسدة واختزال حيث يتأكسد الهيدروجين ويختزل الأكسجين.

يحدث التفاعل مع Cl 2 بشكل مشابه لتكوين كلوريد الهيدروجين.

ويتطلب تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين درجة حرارة عالية وضغطا عاليا، فضلا عن وجود عامل محفز. والنتيجة هي الأمونيا.

نتيجة للتفاعل مع الكبريت، يتم تشكيل كبريتيد الهيدروجين، مما يسهل التعرف عليه من خلال الرائحة المميزة للبيض الفاسد.

حالة أكسدة الهيدروجين في هذه التفاعلات هي +1، وفي الهيدريدات الموصوفة أدناه - 1.

عند التفاعل مع بعض المعادن، يتم تشكيل هيدريدات، على سبيل المثال، هيدريد الصوديوم - NaH. وتستخدم بعض هذه المركبات المعقدة كوقود للصواريخ، وكذلك في الطاقة النووية الحرارية.

يتفاعل الهيدروجين أيضًا مع مواد من الفئة المعقدة. على سبيل المثال، مع أكسيد النحاس (II)، الصيغة CuO. لإجراء التفاعل، يتم تمرير هيدروجين النحاس فوق مسحوق أكسيد النحاس (II) الساخن. أثناء التفاعل، يتغير لون الكاشف ويصبح بنيًا محمرًا، وتستقر قطرات الماء على الجدران الباردة لأنبوب الاختبار.

يتأكسد الهيدروجين أثناء التفاعل مكونًا الماء، ويتم اختزال النحاس من أكسيد إلى مادة بسيطة (Cu).

مجالات الاستخدام

الهيدروجين لديه أهمية عظيمةللإنسان ويستخدم في مجموعة متنوعة من المجالات:

1. في الإنتاج الكيميائي، يتم استخدام المواد الخام، وفي الصناعات الأخرى يتم استخدام الوقود. لا تستطيع شركات البتروكيماويات وتكرير النفط الاستغناء عن الهيدروجين.
2. وفي صناعة الطاقة الكهربائية، تعمل هذه المادة البسيطة كعامل تبريد.
3. في المعادن الحديدية وغير الحديدية، يلعب الهيدروجين دور عامل الاختزال.
4. وهذا يساعد على خلق بيئة خاملة عند تعبئة المنتجات.
5. صناعة الأدوية - يستخدم الهيدروجين ككاشف في إنتاج بيروكسيد الهيدروجين.
6. تمتلئ بالونات الطقس بهذا الغاز الخفيف.
7. يُعرف هذا العنصر أيضًا باسم مخفض الوقود لمحركات الصواريخ.

ويتوقع العلماء بالإجماع أن يحتل وقود الهيدروجين الصدارة في قطاع الطاقة.

الاستلام في الصناعة

وفي الصناعة، يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي، الذي يتعرض لكلوريدات أو هيدروكسيدات الفلزات القلوية الذائبة في الماء. ومن الممكن أيضًا الحصول على الهيدروجين مباشرة من الماء باستخدام هذه الطريقة.

ويستخدم تحويل فحم الكوك أو الميثان مع بخار الماء لهذه الأغراض. تحلل الميثان عند حرارة عاليةكما تنتج الهيدروجين. يتم أيضًا استخدام تسييل غاز فرن فحم الكوك بالطريقة الكسرية في الإنتاج الصناعي للهيدروجين.

تم الحصول عليها في المختبر

في المختبر، يتم استخدام جهاز كيب لإنتاج الهيدروجين.

الكواشف هي حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك والزنك. التفاعل ينتج الهيدروجين.

العثور على الهيدروجين في الطبيعة

الهيدروجين أكثر شيوعًا من أي عنصر آخر في الكون. الجزء الأكبر من النجوم، بما في ذلك الشمس، والأجسام الكونية الأخرى هو الهيدروجين.

وفي القشرة الأرضية تبلغ نسبته 0.15% فقط. وهو موجود في العديد من المعادن، وجميعها المواد العضويةوكذلك في الماء الذي يغطي 3/4 سطح كوكبنا.

وفي الغلاف الجوي العلوي يمكن العثور على آثار للهيدروجين شكل نقي. ويوجد أيضًا في عدد من الغازات الطبيعية القابلة للاشتعال.

الهيدروجين الغازي هو الأقل كثافة، والهيدروجين السائل هو المادة الأكثر كثافة على كوكبنا. بمساعدة الهيدروجين، يمكنك تغيير نغمة صوتك إذا استنشقته وتحدثت أثناء الزفير.

تعتمد أقوى قنبلة هيدروجينية على تقسيم أخف ذرة.