Hidrogen– unsur kimia pertama dalam Tabel Periodik unsur kimia DI. Mendeleev. Unsur kimia hidrogen terletak pada golongan pertama, subkelompok utama, periode pertama Sistem Periodik.

Relatif massa atom hidrogen = 1.

Hidrogen memiliki struktur atom paling sederhana; ia terdiri dari satu elektron, yang terletak di ruang perinuklear. Inti atom hidrogen terdiri dari satu proton.

Atom hidrogen dapat memberi atau memperoleh elektron dalam reaksi kimia, membentuk dua jenis ion:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

Hidrogen– elemen paling umum di Alam Semesta. Ini menyumbang sekitar 88,6% dari semua atom (sekitar 11,3% adalah atom helium, bagian dari gabungan semua unsur lainnya adalah sekitar 0,1%). Jadi, hidrogen adalah yang utama komponen bintang dan gas antarbintang. Di ruang antarbintang, unsur ini ada dalam bentuk molekul individu, atom, dan ion serta dapat membentuk awan molekul yang sangat bervariasi dalam ukuran, kepadatan, dan suhu.

Fraksi massa hidrogen di kerak bumi adalah 1%. Ini adalah elemen kesembilan yang paling umum. Pentingnya hidrogen dalam proses kimia yang terjadi di Bumi hampir sama besarnya dengan oksigen. Berbeda dengan oksigen, yang ada di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi berbentuk senyawa; Hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk zat sederhana yang terkandung di atmosfer (0,00005% volume untuk udara kering).

Hidrogen ditemukan di hampir semua bahan bahan organik dan terdapat pada semua sel hidup.

Sifat fisik hidrogen

Zat sederhana yang dibentuk oleh unsur kimia hidrogen memiliki struktur molekul. Komposisinya sesuai dengan formula H2. Seperti halnya unsur kimia, zat sederhana disebut juga hidrogen.

Hidrogen– gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, praktis tidak larut dalam air. Pada suhu kamar dan normal tekanan atmosfir kelarutannya adalah 18,8 ml gas per 1 liter air.

Hidrogen– gas paling ringan, massa jenisnya 0,08987 g/l. Sebagai perbandingan: massa jenis udara adalah 1,3 g/l.

Hidrogen dapat larut dalam logam, misalnya, hingga 850 volume hidrogen dapat larut dalam satu volume paladium. Karena ukuran molekulnya yang sangat kecil, hidrogen mampu berdifusi melalui banyak bahan

Seperti gas lainnya, hidrogen suhu rendah mengembun menjadi tidak berwarna cairan bening, ini terjadi pada suhu – 252,8°C. Saat suhu mencapai -259,2°C, hidrogen mengkristal dalam bentuk kristal putih, mirip salju.

Berbeda dengan oksigen, hidrogen tidak bersifat alotropi

Penerapan hidrogen

Hidrogen digunakan dalam berbagai industri industri. Banyak hidrogen digunakan untuk menghasilkan amonia (NH3). Pupuk nitrogen, serat sintetis dan plastik, serta obat-obatan diperoleh dari amonia.

Dalam industri makanan, hidrogen digunakan dalam produksi margarin yang mengandung lemak padat. Untuk mendapatkannya dari lemak cair, hidrogen dilewatkan melaluinya.

Ketika hidrogen terbakar dalam oksigen, suhu nyala api adalah sekitar 2500°C. Pada suhu ini, logam tahan api dapat dicairkan dan dilas. Jadi, hidrogen digunakan dalam pengelasan.

Campuran hidrogen cair dan oksigen digunakan sebagai bahan bakar roket.

Saat ini sejumlah negara telah memulai penelitian untuk mengganti sumber energi tak terbarukan (minyak, gas, batu bara) dengan hidrogen. Ketika hidrogen terbakar dalam oksigen, produk ramah lingkungan akan terbentuk - air, bukan karbon dioksida menyebabkan efek rumah kaca.

Para ilmuwan berpendapat bahwa hal ini seharusnya dimulai pada pertengahan abad ke-21 Produksi massal mobil hidrogen. Sel bahan bakar rumahan, yang pengoperasiannya juga didasarkan pada oksidasi hidrogen dengan oksigen, akan banyak digunakan.

Pada akhir abad ke-19 – awal abad ke-20, pada awal era aeronautika, hidrogen terisi balon, kapal udara dan balon, karena jauh lebih ringan dari udara. Namun era kapal udara mulai memudar dengan cepat setelah bencana yang menimpa kapal udara tersebut Hindenburg. 6 Mei 1937 pesawat, diisi dengan hidrogen, pesawat itu terbakar, mengakibatkan kematian puluhan penumpangnya.

Hidrogen sangat mudah meledak jika dibandingkan dengan oksigen. Kegagalan untuk mematuhi peraturan keselamatan menyebabkan kebakaran dan ledakan pesawat tersebut.

• Hidrogen– unsur kimia pertama dalam Tabel Periodik unsur kimia D.I. Mendeleev
• Hidrogen terletak di golongan I, subkelompok utama, periode 1 Sistem Periodik
• Valensi hidrogen dalam senyawa – I
• Hidrogen– gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, praktis tidak larut dalam air
• Hidrogen- gas paling ringan
• Hidrogen cair dan padat diproduksi pada suhu rendah
• Hidrogen dapat larut dalam logam
• Penerapan hidrogen bervariasi

Hidrogen – elemen khusus, menempati dua sel sekaligus dalam tabel periodik Mendeleev. Ia tersusun dalam dua kelompok unsur yang mempunyai sifat berlawanan, dan ciri ini menjadikannya unik. Hidrogen adalah zat sederhana dan merupakan bagian integral dari banyak senyawa kompleks; ia merupakan unsur organogenik dan biogenik. Sebaiknya Anda membiasakan diri secara detail dengan fitur dan properti utamanya.

Hidrogen dalam tabel periodik Mendeleev

Ciri-ciri utama hidrogen ditunjukkan dalam:

• nomor urut unsur adalah 1 (jumlah proton dan elektronnya sama);
• massa atom adalah 1,00795;
• hidrogen memiliki tiga isotop, yang masing-masing memiliki sifat khusus;
• Karena kandungan hanya satu elektron, hidrogen mampu menunjukkan reduksi dan sifat pengoksidasi, dan setelah menyumbangkan elektron, hidrogen memiliki orbital bebas yang berperan dalam pembentukan ikatan kimia sesuai dengan mekanisme donor-akseptor;
• hidrogen adalah unsur ringan dengan kepadatan rendah;
• hidrogen adalah zat pereduksi kuat, ia membuka golongan logam alkali pada golongan pertama menjadi subkelompok utama;
• ketika hidrogen bereaksi dengan logam dan zat pereduksi kuat lainnya, ia menerima elektronnya dan menjadi zat pengoksidasi. Senyawa semacam ini disebut hidrida. Menurut karakteristik ini, hidrogen secara konvensional termasuk dalam kelompok halogen (dalam tabel diberikan di atas fluor dalam tanda kurung), yang serupa.

Hidrogen sebagai zat sederhana

Hidrogen adalah gas yang molekulnya terdiri dari dua. Zat ini ditemukan pada tahun 1766 oleh ilmuwan Inggris Henry Cavendish. Ia membuktikan bahwa hidrogen adalah gas yang meledak ketika bereaksi dengan oksigen. Setelah mempelajari hidrogen, ahli kimia menemukan bahwa zat ini adalah zat paling ringan yang diketahui manusia.

Ilmuwan lain, Lavoisier, memberi nama unsur tersebut “hidrogenium”, yang diterjemahkan dari bahasa Latin berarti “melahirkan air”. Pada tahun 1781, Henry Cavendish membuktikan bahwa air merupakan kombinasi oksigen dan hidrogen. Dengan kata lain, air merupakan produk reaksi hidrogen dengan oksigen. Sifat hidrogen yang mudah terbakar diketahui oleh para ilmuwan kuno: catatan terkait ditinggalkan oleh Paracelsus, yang hidup pada abad ke-16.

Hidrogen molekuler adalah senyawa gas alami yang umum di alam, yang terdiri dari dua atom dan ketika dibawa ke permukaan serpihan yang terbakar. Molekul hidrogen dapat terurai menjadi atom yang berubah menjadi inti helium, karena mampu berpartisipasi dalam reaksi nuklir. Proses seperti itu sering terjadi di luar angkasa dan di Matahari.

Hidrogen dan sifat fisiknya

Hidrogen memiliki parameter fisik berikut:

• mendidih pada -252.76 °C;
• meleleh pada -259.14 °C; *dalam batas suhu yang ditentukan, hidrogen adalah cairan yang tidak berbau dan tidak berwarna;
• Hidrogen sedikit larut dalam air;
• hidrogen secara teoritis dapat berubah menjadi logam jika tersedia kondisi khusus(suhu rendah dan tekanan tinggi);
• hidrogen murni adalah zat yang mudah meledak dan mudah terbakar;
• hidrogen mampu berdifusi melalui ketebalan logam, oleh karena itu ia larut dengan baik di dalamnya;
• hidrogen 14,5 kali lebih ringan dari udara;
• pada tekanan darah tinggi kristal hidrogen padat seperti salju dapat diperoleh.

Sifat kimia hidrogen

Metode laboratorium:

• interaksi asam encer dengan logam aktif dan logam dengan aktivitas antara;
• hidrolisis hidrida logam;
• reaksi logam alkali dan alkali tanah dengan air.

Senyawa hidrogen:

Hidrogen halida; senyawa hidrogen yang mudah menguap dari bukan logam; hidrida; hidroksida; hidrogen hidroksida (air); hidrogen peroksida; senyawa organik (protein, lemak, hidrokarbon, vitamin, lipid, minyak esensial, hormon). Klik untuk melihat eksperimen aman untuk mempelajari sifat protein, lemak, dan karbohidrat.

Untuk mengumpulkan hidrogen yang dihasilkan, Anda perlu memegang tabung reaksi secara terbalik. Hidrogen tidak dapat dikumpulkan seperti karbon dioksida, karena jauh lebih ringan dari udara. Hidrogen dengan cepat menguap, dan ketika bercampur dengan udara (atau dalam akumulasi besar) ia akan meledak. Oleh karena itu, tabung reaksi perlu dibalik. Segera setelah diisi, tabung ditutup dengan sumbat karet.

Untuk menguji kemurnian hidrogen, Anda perlu menempelkan korek api yang menyala ke leher tabung reaksi. Jika terjadi ledakan yang pelan dan pelan, berarti gasnya bersih dan kotoran udaranya minimal. Kalau kapasnya keras dan bersiul, berarti gas dalam tabung reaksi kotor, mengandung bagian yang besar komponen asing.

Perhatian! Jangan mencoba mengulangi eksperimen ini sendiri!

Cairan

Hidrogen(lat. Hidrogenium; ditunjukkan oleh simbol H) adalah unsur pertama dalam tabel periodik unsur. Tersebar luas di alam. Kation (dan inti) dari isotop hidrogen yang paling umum, 1 H, adalah proton. Sifat inti 1 H memungkinkan penggunaan spektroskopi NMR secara luas dalam analisis zat organik.

Tiga isotop hidrogen memiliki namanya sendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) dan 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Zat sederhana hidrogen - H 2 - adalah gas ringan yang tidak berwarna. Jika tercampur dengan udara atau oksigen, bahan ini mudah terbakar dan meledak. Tidak beracun. Larut dalam etanol dan sejumlah logam: besi, nikel, paladium, platinum.

Cerita

Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi asam dan logam diamati pada abad ke-16 dan abad ke-17 pada awal terbentuknya kimia sebagai ilmu. Mikhail Vasilyevich Lomonosov juga secara langsung menunjukkan keterasingannya, tetapi dia sudah mengetahui dengan pasti bahwa itu bukanlah flogiston. Fisikawan dan kimiawan Inggris Henry Cavendish meneliti gas ini pada tahun 1766 dan menyebutnya “udara yang mudah terbakar”. Ketika dibakar, “udara yang mudah terbakar” menghasilkan air, namun kepatuhan Cavendish pada teori flogiston menghalanginya untuk menarik kesimpulan yang benar. Ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier, menggunakan gasometer khusus, pada tahun 1783 melakukan sintesis air, dan kemudian menganalisisnya, menguraikan uap air dengan besi panas. Oleh karena itu, ia menetapkan bahwa “udara yang mudah terbakar” adalah bagian dari air dan dapat diperoleh darinya.

asal usul nama

Lavoisier memberi hidrogen nama hidrogène - “melahirkan air.” Nama Rusia "hidrogen" diusulkan oleh ahli kimia M.F. Solovyov pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" Slomonosov.

Prevalensi

Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Ini menyumbang sekitar 92% dari semua atom (8% adalah atom helium, bagian dari gabungan semua unsur lainnya kurang dari 0,1%). Dengan demikian, hidrogen merupakan penyusun utama bintang dan gas antarbintang. Dalam kondisi suhu bintang (misalnya, suhu permukaan Matahari ~ 6000 °C), hidrogen ada dalam bentuk plasma; di ruang antarbintang, unsur ini ada dalam bentuk molekul individu, atom, dan ion dan dapat terbentuk awan molekuler yang sangat bervariasi dalam ukuran, kepadatan dan suhu.

Kerak bumi dan organisme hidup

Fraksi massa hidrogen di kerak bumi adalah 1% - ini adalah unsur kesepuluh yang paling melimpah. Namun, perannya di alam tidak ditentukan oleh massa, tetapi oleh jumlah atom, yang persentasenya di antara unsur-unsur lain adalah 17% (tempat kedua setelah oksigen, yang persentase atomnya ~ 52%). Oleh karena itu, pentingnya hidrogen dalam proses kimia yang terjadi di Bumi hampir sama besarnya dengan oksigen. Berbeda dengan oksigen, yang ada di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi berbentuk senyawa; Hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk zat sederhana yang terkandung di atmosfer (0,00005% volume).

Hidrogen adalah bagian dari hampir semua zat organik dan terdapat di semua sel hidup. Dalam sel hidup, hidrogen menyumbang hampir 50% jumlah atom.

Kuitansi

Metode produksi industri zat sederhana bergantung pada bentuk di mana unsur yang bersangkutan ditemukan di alam, yaitu bahan mentah apa yang dapat digunakan untuk produksinya. Dengan demikian, diperoleh oksigen yang tersedia dalam keadaan bebas secara fisik- pelepasan dari udara cair. Hampir seluruh hidrogen berbentuk senyawa, sehingga digunakan untuk memperolehnya metode kimia. Secara khusus, reaksi dekomposisi dapat digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah melalui penguraian air oleh arus listrik.

Metode industri utama untuk memproduksi hidrogen adalah reaksi metana, yang merupakan bagian dari gas alam, dengan air. Itu dilakukan di suhu tinggi(mudah untuk melihat bahwa ketika metana dilewatkan melalui air mendidih, tidak ada reaksi yang terjadi):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Di laboratorium, untuk memperoleh zat sederhana tidak harus menggunakan bahan baku alami, tetapi memilih bahan awal yang lebih mudah untuk mengisolasi zat yang diperlukan. Misalnya di laboratorium, oksigen tidak diperoleh dari udara. Hal yang sama berlaku untuk produksi hidrogen. Satu dari metode laboratorium memproduksi hidrogen, yang terkadang digunakan dalam industri, dengan menguraikan air dengan arus listrik.

Biasanya, hidrogen diproduksi di laboratorium dengan mereaksikan seng dengan asam klorida.

Di industri

1.Elektrolisis larutan berair garam:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Melewati uap air di atas kokas panas pada suhu sekitar 1000 °C:

H2O+C? H2+CO

3. Dari gas alam.

Konversi uap:

CH 4 + H 2 O ? BERSAMA + 3H 2 (1000 °C)

Oksidasi katalitik dengan oksigen:

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

4. Pemecahan dan reformasi hidrokarbon selama penyulingan minyak.

Di laboratorium

1.Pengaruh asam encer pada logam. Untuk melakukan reaksi ini, seng dan asam klorida encer paling sering digunakan:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interaksi kalsium dengan air:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidrolisis hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Pengaruh alkali pada seng atau aluminium:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Menggunakan elektrolisis. Selama elektrolisis larutan alkali atau asam dalam air, hidrogen dilepaskan di katoda, misalnya:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Properti fisik

Hidrogen dapat ada dalam dua bentuk (modifikasi) - dalam bentuk orto- dan para-hidrogen. Dalam molekul ortohidrogen Hai-H 2 (mp −259.10 °C, bp −252.56 °C) putaran inti diarahkan secara identik (paralel), dan untuk parahydrogen P-H 2 (titik leleh −259.32 °C, titik didih −252.89 °C) - berlawanan satu sama lain (antiparalel). Campuran kesetimbangan Hai-H 2 dan P-H 2 pada suhu tertentu disebut kesetimbangan hidrogen e-H2.

Modifikasi hidrogen dapat dipisahkan dengan adsorpsi pada karbon aktif pada suhu nitrogen cair. Pada suhu yang sangat rendah, kesetimbangan antara ortohidrogen dan parahidrogen hampir sepenuhnya bergeser ke arah yang terakhir. Pada 80 K perbandingan bentuk kira-kira 1:1. Ketika dipanaskan, parahidrogen yang terdesorbsi diubah menjadi ortohidrogen hingga terbentuk campuran yang setimbang pada suhu kamar (orto-para: 75:25). Tanpa katalis, transformasi terjadi secara perlahan (dalam kondisi medium antarbintang - dengan waktu karakteristik hingga waktu kosmologis), yang memungkinkan untuk mempelajari sifat-sifat modifikasi individu.

Hidrogen adalah gas paling ringan, 14,5 kali lebih ringan dari udara. Jelasnya, semakin kecil massa molekul, semakin tinggi kecepatannya pada suhu yang sama. Sebagai molekul paling ringan, molekul hidrogen bergerak lebih cepat daripada molekul gas lainnya sehingga dapat mentransfer panas lebih cepat dari satu benda ke benda lain. Oleh karena itu hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara zat gas. Konduktivitas termalnya kira-kira tujuh kali lebih tinggi daripada konduktivitas termal udara.

Molekul hidrogen bersifat diatomik - H2. Dalam kondisi normal, gas ini tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Massa jenis 0,08987 g/l (n.s.), titik didih −252,76 °C, panas jenis pembakaran 120,9×10 6 J/kg, sedikit larut dalam air - 18,8 ml/l. Hidrogen sangat larut dalam banyak logam (Ni, Pt, Pd, dll.), terutama paladium (850 volume per 1 volume Pd). Kelarutan hidrogen dalam logam berkaitan dengan kemampuannya untuk berdifusi melalui logam; Difusi melalui paduan karbon (misalnya baja) terkadang disertai dengan penghancuran paduan tersebut karena interaksi hidrogen dengan karbon (disebut dekarbonisasi). Praktis tidak larut dalam perak.

Hidrogen cair berada dalam kisaran suhu yang sangat sempit dari −252,76 hingga −259,2 °C. Ini adalah cairan tidak berwarna, sangat ringan (massa jenis pada −253 °C 0,0708 g/cm3) dan cair (viskositas pada −253 °C 13,8 inci). Parameter kritis hidrogen sangat rendah: suhu −240,2 °C dan tekanan 12,8 atm. Hal ini menjelaskan kesulitan dalam mencairkan hidrogen. DI DALAM keadaan cair kesetimbangan hidrogen terdiri dari 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Hidrogen padat, titik leleh −259,2 °C, massa jenis 0,0807 g/cm 3 (pada −262 °C) - massa seperti salju, kristal heksagonal, grup ruang P6/mmc, parameter sel A=3,75 C=6.12. Pada tekanan tinggi, hidrogen berubah menjadi bentuk logam.

Isotop

Hidrogen terjadi di bentuk tiga isotop yang memiliki nama tersendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Protium dan deuterium merupakan isotop stabil dengan nomor massa 1 dan 2. Kandungannya di alam masing-masing adalah 99,9885 ± 0,0070% dan 0,0115 ± 0,0070%. Rasio ini mungkin sedikit berbeda tergantung pada sumber dan metode produksi hidrogen.

Isotop hidrogen 3H (tritium) tidak stabil. Waktu paruhnya adalah 12,32 tahun. Tritium terjadi secara alami dalam jumlah yang sangat kecil.

Literatur juga menyediakan data tentang isotop hidrogen dengan nomor massa 4 - 7 dan waktu paruh 10 -22 - 10 -23 detik.

Hidrogen alami terdiri dari molekul H2 dan HD (deuterium hidrogen) dengan perbandingan 3200:1. Kandungan deuterium hidrogen D 2 murni bahkan lebih sedikit lagi. Perbandingan konsentrasi HD dan D 2 kira-kira 6400:1.

Dari semua isotop unsur kimia, fisika dan Sifat kimia Isotop hidrogen paling berbeda satu sama lain. Hal ini disebabkan oleh perubahan massa atom yang relatif terbesar.

	Suhu meleleh, K	Suhu mendidih, K	Tiga kali lipat dot, K/kPa	Kritis dot, K/kPa	Kepadatan cair/gas, kg/m³

Deuterium dan tritium juga memiliki modifikasi orto dan para: P-D 2 , Hai-D 2 , P-T 2, Hai-T 2 . Hidrogen heteroisotop (HD, HT, DT) tidak memiliki modifikasi orto dan para.

Sifat kimia

Fraksi molekul hidrogen yang terdisosiasi

Molekul hidrogen H2 cukup kuat, dan agar hidrogen dapat bereaksi, banyak energi yang harus dikeluarkan:

H 2 = 2H − 432 kJ

Oleh karena itu, pada suhu biasa, hidrogen hanya bereaksi dengan logam yang sangat aktif, seperti kalsium, membentuk kalsium hidrida:

Ca + H 2 = CaH 2

dan dengan satu-satunya non-logam - fluor, membentuk hidrogen fluorida:

Hidrogen bereaksi dengan sebagian besar logam dan nonlogam pada suhu tinggi atau pengaruh lain, misalnya pencahayaan:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Ia dapat “mengambil” oksigen dari beberapa oksida, misalnya:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Persamaan tertulis mencerminkan sifat reduksi hidrogen.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Membentuk hidrogen halida dengan halogen:

F 2 + H 2 → 2HF, reaksi terjadi secara eksplosif dalam gelap dan pada suhu berapa pun,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reaksi berlangsung secara eksplosif, hanya dalam cahaya.

Ia berinteraksi dengan jelaga di bawah suhu tinggi:

C + 2H 2 → CH 4

Interaksi dengan logam alkali dan alkali tanah

Saat berinteraksi dengan logam aktif, hidrogen membentuk hidrida:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Hidrida- seperti garam, padatan, mudah terhidrolisis:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interaksi dengan oksida logam (biasanya unsur d)

Oksida direduksi menjadi logam:

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

Hidrogenasi senyawa organik

Hidrogen molekuler banyak digunakan dalam sintesis organik pemulihan senyawa organik. Proses-proses ini disebut reaksi hidrogenasi. Reaksi-reaksi ini dilakukan dengan adanya katalis pada tekanan darah tinggi dan suhu. Katalisnya bisa homogen (misalnya Katalis Wilkinson) atau heterogen (misalnya nikel Raney, paladium pada karbon).

Jadi, khususnya, selama hidrogenasi katalitik senyawa tak jenuh seperti alkena dan alkuna, senyawa jenuh terbentuk - alkana.

Geokimia hidrogen

Hidrogen H2 bebas relatif jarang terdapat dalam gas bumi, namun dalam bentuk air ia berperan sangat penting dalam proses geokimia.

Hidrogen dapat terdapat dalam mineral dalam bentuk ion amonium, ion hidroksil, dan air kristal.

Di atmosfer, hidrogen terus diproduksi sebagai hasil penguraian air oleh radiasi matahari. Memiliki massa yang rendah, molekul hidrogen memiliki kecepatan gerak difusi yang tinggi (mendekati kecepatan kosmik kedua) dan ketika memasuki lapisan atas atmosfer, mereka dapat terbang ke luar angkasa.

Fitur pengobatan

Hidrogen, bila bercampur dengan udara, membentuk campuran yang mudah meledak - yang disebut gas peledak. Gas ini paling mudah meledak jika perbandingan volume hidrogen dan oksigen adalah 2:1, atau hidrogen dan udara kira-kira 2:5, karena udara mengandung sekitar 21% oksigen. Hidrogen juga merupakan bahaya kebakaran. Hidrogen cair dapat menyebabkan radang dingin parah jika terkena kulit.

Konsentrasi hidrogen dan oksigen yang mudah meledak terjadi dari 4% hingga 96% volume. Bila dicampur dengan udara dari 4% menjadi 75(74)% volume.

Ekonomi

Biaya hidrogen untuk pasokan grosir besar berkisar antara $2-5 per kg.

Aplikasi

Atom hidrogen digunakan untuk pengelasan atom hidrogen.

Industri kimia

• Dalam produksi amonia, metanol, sabun dan plastik
• Dalam produksi margarin dari minyak nabati cair
• Terdaftar sebagai aditif makanan E949(mengemas gas)

Industri makanan

Industri penerbangan

Hidrogen sangat ringan dan selalu naik di udara. Dahulu kala, kapal udara dan balon diisi dengan hidrogen. Namun di usia 30-an. abad XX Ada beberapa bencana yang menyebabkan kapal udara meledak dan terbakar. Saat ini, kapal udara diisi dengan helium, meskipun biayanya jauh lebih tinggi.

Bahan bakar

Hidrogen digunakan sebagai bahan bakar roket.

Penelitian sedang dilakukan tentang penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar mobil dan truk. Mesin hidrogen tidak menimbulkan polusi lingkungan dan hanya mengeluarkan uap air.

Sel bahan bakar hidrogen-oksigen menggunakan hidrogen untuk mengubah energi secara langsung reaksi kimia ke listrik.

"Hidrogen Cair"(“LH”) adalah hidrogen wujud cair, dengan kepadatan spesifik rendah sebesar 0,07 g/cm³ dan sifat kriogenik dengan titik beku 14,01 K (−259,14 °C) dan titik didih 20,28 K (−252,87 °C ). Merupakan cairan tidak berwarna dan tidak berbau, yang bila bercampur dengan udara tergolong mudah meledak dengan kisaran mudah terbakar 4-75%. Rasio putaran isomer dalam hidrogen cair adalah: 99,79% - parahidrogen; 0,21% - ortohidrogen. Koefisien muai hidrogen saat berubah keadaan agregasi menjadi gas adalah 848:1 pada 20°C.

Seperti gas lainnya, pencairan hidrogen menyebabkan penurunan volumenya. Setelah pencairan, cairan cair disimpan dalam wadah berinsulasi termal di bawah tekanan. Hidrogen cair Hidrogen cair, LH2, LH 2) secara aktif digunakan dalam industri, sebagai bentuk penyimpanan gas, dan dalam industri luar angkasa, sebagai bahan bakar roket.

Cerita

Penggunaan pendingin buatan pertama yang terdokumentasi dilakukan oleh ilmuwan Inggris William Cullen pada tahun 1756, Gaspard Monge adalah orang pertama yang memperoleh sulfur oksida cair pada tahun 1784, Michael Faraday adalah orang pertama yang memperoleh amonia cair, penemu Amerika Oliver Evans adalah orang pertama yang mengembangkan kompresor pendingin pada tahun 1805, Jacob Perkins adalah orang pertama yang mematenkan mesin pendingin pada tahun 1834 dan John Gorey adalah orang pertama yang mematenkan AC di Amerika Serikat pada tahun 1851. Werner Siemens mengusulkan konsep pendinginan regeneratif pada tahun 1857, Karl Linde mematenkan peralatan untuk memproduksi udara cair menggunakan kaskade "efek ekspansi Joule-Thomson" dan pendinginan regeneratif pada tahun 1876. Pada tahun 1885, fisikawan dan kimiawan Polandia Zygmunt Wroblewski menerbitkan temperatur kritis hidrogen 33 K, tekanan kritis 13,3 atm. dan titik didih pada 23 K. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh James Dewar pada tahun 1898 menggunakan pendinginan regeneratif dan penemuannya, labu Dewar. Sintesis pertama isomer stabil hidrogen cair, parahidrogen, dilakukan oleh Paul Harteck dan Carl Bonhoeffer pada tahun 1929.

Putar isomer hidrogen

Hidrogen pada suhu kamar terutama terdiri dari spin isomer, ortohidrogen. Setelah produksi, hidrogen cair berada dalam keadaan metastabil dan harus diubah menjadi bentuk parahidrogen untuk menghindari reaksi eksotermik eksplosif yang terjadi ketika berubah pada suhu rendah. Konversi ke fase parahidrogen biasanya dilakukan dengan menggunakan katalis seperti oksida besi, kromium oksida, Karbon aktif asbes berlapis platinum, logam tanah jarang atau melalui penggunaan bahan tambahan uranium atau nikel.

Penggunaan

Hidrogen cair dapat digunakan sebagai penyimpanan bahan bakar untuk mesin pembakaran internal Dan sel bahan bakar. Berbagai kapal selam (proyek "212A" dan "214", Jerman) dan konsep transportasi hidrogen telah dibuat menggunakan bentuk agregat hidrogen ini (lihat misalnya "DeepC" atau "BMW H2R"). Karena kedekatan desainnya, pembuat peralatan LHV dapat menggunakan atau hanya memodifikasi sistem yang menggunakan gas alam cair (LNG). Namun karena kepadatan energi volumetrik yang lebih rendah, pembakaran memerlukan volume hidrogen yang lebih besar dibandingkan gas alam. Jika hidrogen cair digunakan sebagai pengganti "CNG" pada mesin piston, biasanya diperlukan sistem bahan bakar yang lebih besar. Dengan injeksi langsung, peningkatan kerugian pada saluran masuk mengurangi pengisian silinder.

Hidrogen cair juga digunakan untuk mendinginkan neutron dalam eksperimen hamburan neutron. Massa neutron dan inti hidrogen hampir sama, sehingga pertukaran energi selama tumbukan elastik paling efektif.

Keuntungan

Keuntungan menggunakan hidrogen adalah “nol emisi” dari penggunaannya. Produk interaksinya dengan udara adalah air.

Hambatan

Satu liter "ZhV" beratnya hanya 0,07 kg. Artinya, berat jenisnya adalah 70,99 g/l pada 20 K. Hidrogen cair memerlukan teknologi penyimpanan kriogenik, seperti wadah berinsulasi termal khusus dan memerlukan penanganan khusus, yang umum terjadi pada semua bahan kriogenik. Dalam hal ini hampir sama dengan oksigen cair, namun membutuhkan kehati-hatian yang lebih besar karena bahaya kebakaran. Bahkan dengan wadah berinsulasi, sulit untuk menyimpannya pada suhu rendah yang diperlukan untuk menjaganya tetap cair (biasanya menguap dengan kecepatan 1% per hari). Saat menanganinya, Anda juga harus mengikuti tindakan pencegahan keselamatan yang biasa dilakukan saat bekerja dengan hidrogen - hidrogen cukup dingin untuk mencairkan udara, yang bersifat eksplosif.

Bahan bakar roket

Hidrogen cair adalah komponen umum bahan bakar roket, yang digunakan untuk menggerakkan kendaraan peluncuran dan pesawat ruang angkasa. Di sebagian besar cairan mesin roket hidrogen, pertama kali digunakan untuk mendinginkan nosel dan bagian mesin lainnya secara regeneratif sebelum dicampur dengan zat pengoksidasi dan dibakar untuk menghasilkan daya dorong. Mesin modern yang menggunakan komponen H 2 /O 2 mengonsumsi campuran bahan bakar yang terlalu kaya akan hidrogen, yang menyebabkan sejumlah hidrogen tidak terbakar di saluran pembuangan. Selain meningkatkan impuls spesifik mesin dengan mengurangi berat molekul, hal ini juga mengurangi erosi pada nosel dan ruang bakar.

Hambatan penggunaan LH di bidang lain, seperti sifat kriogenik dan kepadatan yang rendah, juga menjadi faktor pembatas penggunaan dalam kasus ini. Pada tahun 2009, hanya ada satu kendaraan peluncuran (kendaraan peluncuran Delta-4), yang seluruhnya merupakan roket hidrogen. Pada dasarnya, “ZHV” digunakan baik pada roket tingkat atas atau pada blok, yang melakukan sebagian besar pekerjaan meluncurkan muatan ke luar angkasa dalam ruang hampa. Sebagai salah satu langkah untuk meningkatkan kepadatan bahan bakar jenis ini, terdapat usulan untuk menggunakan hidrogen seperti lumpur, yaitu bentuk “hidrogen cair” semi-beku.

DEFINISI

Hidrogen- elemen pertama dari Tabel Periodik. Penunjukan - H dari bahasa Latin "hidrogenium". Terletak di periode pertama, grup IA. Mengacu pada non-logam. Muatan inti adalah 1.

Hidrogen adalah salah satu unsur kimia yang paling umum - bagiannya adalah sekitar 1% dari massa ketiga cangkang kerak bumi (atmosfer, hidrosfer, dan litosfer), yang jika diubah menjadi persentase atom, menghasilkan angka 17,0.

Jumlah utama unsur ini ditemukan di keadaan terikat. Jadi, air mengandung sekitar 11 berat. %, tanah liat - sekitar 1,5%, dll. Dalam bentuk senyawa dengan karbon, hidrogen merupakan bagian dari minyak, gas alam yang mudah terbakar dan seluruh organisme.

Hidrogen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau (diagram struktur atom ditunjukkan pada Gambar 1). Titik leleh dan titik didihnya sangat rendah (masing-masing -259 o C dan -253 o C). Pada suhu (-240 o C) dan di bawah tekanan, hidrogen mampu mencair, dan dengan penguapan yang cepat dari cairan yang dihasilkan, ia berubah menjadi padat (kristal transparan). Ini sedikit larut dalam air - 2:100 volume. Hidrogen dicirikan oleh kelarutannya dalam beberapa logam, misalnya besi.

Beras. 1. Struktur atom hidrogen.

Massa atom dan molekul hidrogen

DEFINISI

Massa atom relatif suatu unsur adalah perbandingan massa atom suatu unsur dengan 1/12 massa atom karbon.

Massa atom relatif tidak berdimensi dan dilambangkan dengan A r (indeks “r” adalah huruf awal kata Bahasa Inggris relatif, yang artinya “relatif”). Massa atom relatif atom hidrogen adalah 1,008 sma.

Massa molekul, serta massa atom, dinyatakan dalam satuan massa atom.

DEFINISI

Berat molekul Suatu zat disebut massa suatu molekul, dinyatakan dalam satuan massa atom. Berat molekul relatif zat disebut perbandingan massa molekul suatu zat dengan 1/12 massa atom karbon yang massanya 12 sma.

Diketahui bahwa molekul hidrogen bersifat diatomik - H 2 . Berat molekul relatif molekul hidrogen akan sama dengan:

M r (H 2) = 1,008 × 2 = 2,016.

Isotop hidrogen

Hidrogen memiliki tiga isotop: protium 1 H, deuterium 2 H atau D dan tritium 3 H atau T. Nomor massanya adalah 1, 2 dan 3. Protium dan deuterium stabil, tritium bersifat radioaktif (waktu paruh 12,5 tahun). Dalam senyawa alam, deuterium dan protium rata-rata terkandung dengan perbandingan 1:6800 (berdasarkan jumlah atom). Tritium ditemukan di alam dalam jumlah yang dapat diabaikan.

Inti atom hidrogen 1 H mengandung satu proton. Inti deuterium dan tritium, selain proton, mencakup satu dan dua neutron.

Ion hidrogen

Atom hidrogen dapat melepaskan elektron tunggalnya untuk membentuk ion positif (yang merupakan proton kosong) atau memperoleh satu elektron untuk menjadi ion negatif, yang memiliki konfigurasi elektron helium.

Pelepasan elektron secara menyeluruh dari atom hidrogen memerlukan pengeluaran energi ionisasi yang sangat tinggi:

H + 315 kkal = H + + e.

Akibatnya, ketika hidrogen berinteraksi dengan metaloid, bukan ikatan ionik yang muncul, tetapi hanya ikatan polar.

Kecenderungan atom netral untuk memperoleh kelebihan elektron ditandai dengan nilai afinitas elektronnya. Dalam hidrogen, ion ini dinyatakan agak lemah (namun, ini tidak berarti bahwa ion hidrogen seperti itu tidak ada):

H + e = H - + 19 kkal.

Molekul hidrogen dan atom

Molekul hidrogen terdiri dari dua atom - H2. Berikut beberapa sifat yang menjadi ciri atom dan molekul hidrogen:

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan	Buktikan bahwa ada hidrida dengan rumus umum EN x yang mengandung 12,5% hidrogen.
Larutan	Mari kita hitung massa hidrogen dan unsur yang tidak diketahui, dengan asumsi massa sampel adalah 100 g: m(T) = m (EN x) ×w (T); m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 gram. m(E) = m (EN x) - m(H); m(E) = 100 - 12,5 = 87,5 gram. Mari kita cari jumlah zat hidrogen dan unsur yang tidak diketahui, yang menyatakan massa molar unsur tersebut sebagai “x” (massa molar hidrogen adalah 1 g/mol):

Hidrogen (kertas kalkir dari bahasa Latin: lat. Hidrogenium - hidro = "air", gen = "penghasil"; hidrogenium - "penghasil air"; dilambangkan dengan simbol H) adalah unsur pertama dari tabel periodik unsur. Tersebar luas di alam. Kation (dan inti) dari isotop hidrogen yang paling umum, 1 H, adalah proton. Sifat inti 1 H memungkinkan penggunaan spektroskopi NMR secara luas dalam analisis zat organik.

Tiga isotop hidrogen memiliki namanya sendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) dan 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Zat sederhana hidrogen - H 2 - adalah gas ringan yang tidak berwarna. Jika tercampur dengan udara atau oksigen, bahan ini mudah terbakar dan meledak. Tidak beracun. Larut dalam etanol dan sejumlah logam: besi, nikel, paladium, platinum.

Cerita

Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi asam dan logam diamati pada abad ke-16 dan ke-17 pada awal terbentuknya kimia sebagai ilmu pengetahuan. Mikhail Vasilyevich Lomonosov juga secara langsung menunjukkan keterasingannya, tetapi dia sudah mengetahui dengan pasti bahwa itu bukanlah flogiston. Fisikawan dan kimiawan Inggris Henry Cavendish meneliti gas ini pada tahun 1766 dan menyebutnya “udara yang mudah terbakar”. Ketika dibakar, “udara yang mudah terbakar” menghasilkan air, namun kepatuhan Cavendish pada teori flogiston menghalanginya untuk menarik kesimpulan yang benar. Ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier, menggunakan gasometer khusus, pada tahun 1783 melakukan sintesis air, dan kemudian menganalisisnya, menguraikan uap air dengan besi panas. Oleh karena itu, ia menetapkan bahwa “udara yang mudah terbakar” adalah bagian dari air dan dapat diperoleh darinya.

asal usul nama

Lavoisier memberi hidrogen nama hidrogène (dari bahasa Yunani kuno ὕδωρ - air dan γεννάω - saya melahirkan) - "melahirkan air". Nama Rusia "hidrogen" diusulkan oleh ahli kimia M.F. Solovyov pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" oleh M.V. Lomonosov.

Prevalensi

Di Alam Semesta
Hidrogen adalah unsur paling umum di alam semesta. Ini menyumbang sekitar 92% dari semua atom (8% adalah atom helium, bagian dari gabungan semua unsur lainnya kurang dari 0,1%). Jadi, hidrogen merupakan komponen utama bintang dan gas antarbintang. Dalam kondisi suhu bintang (misalnya, suhu permukaan Matahari ~ 6000 °C), hidrogen ada dalam bentuk plasma; di ruang antarbintang, unsur ini ada dalam bentuk molekul individu, atom, dan ion dan dapat terbentuk awan molekuler yang sangat bervariasi dalam ukuran, kepadatan dan suhu.

Kerak bumi dan organisme hidup
Fraksi massa hidrogen di kerak bumi adalah 1% - ini adalah unsur kesepuluh yang paling melimpah. Namun, perannya di alam tidak ditentukan oleh massa, tetapi oleh jumlah atom, yang persentasenya di antara unsur-unsur lain adalah 17% (tempat kedua setelah oksigen, yang persentase atomnya ~ 52%). Oleh karena itu, pentingnya hidrogen dalam proses kimia yang terjadi di Bumi hampir sama besarnya dengan oksigen. Berbeda dengan oksigen, yang ada di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi berbentuk senyawa; Hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk zat sederhana yang terkandung di atmosfer (0,00005% volume).
Hidrogen adalah bagian dari hampir semua zat organik dan terdapat di semua sel hidup. Dalam sel hidup, hidrogen menyumbang hampir 50% jumlah atom.

Kuitansi

Metode industri untuk memproduksi zat sederhana bergantung pada bentuk di mana unsur yang bersangkutan ditemukan di alam, yaitu bahan mentah untuk produksinya. Jadi, oksigen, yang tersedia dalam keadaan bebas, diperoleh secara fisik - dengan pemisahan dari udara cair. Hampir semua hidrogen berbentuk senyawa, sehingga digunakan metode kimia untuk mendapatkannya. Secara khusus, reaksi dekomposisi dapat digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah melalui penguraian air oleh arus listrik.
Metode industri utama untuk memproduksi hidrogen adalah reaksi metana, yang merupakan bagian dari gas alam, dengan air. Itu dilakukan pada suhu tinggi:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Salah satu metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen, yang terkadang digunakan dalam industri, adalah penguraian air oleh arus listrik. Biasanya, hidrogen diproduksi di laboratorium dengan mereaksikan seng dengan asam klorida.