מֵימָן- היסוד הכימי הראשון של הטבלה המחזורית יסודות כימיים DI. מנדלייב. היסוד הכימי מימן נמצא בקבוצה הראשונה, תת-הקבוצה הראשית, התקופה הראשונה של המערכת המחזורית.

קרוב משפחה מסה אטומיתמֵימָן = 1.

למימן המבנה הפשוט ביותר של אטום, הוא מורכב מאלקטרון בודד, שנמצא בחלל הגרעיני. הגרעין של אטום מימן מורכב מפרוטון אחד.

אטום המימן, בתגובות כימיות, יכול גם לתרום וגם להוסיף אלקטרון, ויוצר שני סוגים של יונים:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

מֵימָןהוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. הוא מהווה כ-88.6% מכלל האטומים (כ-11.3% הם אטומי הליום, חלקם של כל שאר היסודות ביחד הוא כ-0.1%). לפיכך, המימן הוא העיקרי רְכִיבכוכבים וגז בין כוכבי. בחלל הבין-כוכבי, יסוד זה קיים בצורה של מולקולות בודדות, אטומים ויונים ויכול ליצור עננים מולקולריים המשתנים מאוד בגודל, בצפיפות ובטמפרטורה.

חלק המסה של מימן בקרום כדור הארץ הוא 1%.זהו האלמנט התשיעי בשכיחותו. חשיבות המימן בתהליכים הכימיים המתרחשים על פני כדור הארץ גדולה כמעט כמו זו של חמצן. בניגוד לחמצן, שקיים על פני כדור הארץ הן במצב קשור והן במצב חופשי, כמעט כל המימן בכדור הארץ הוא בצורה של תרכובות; רק כמות קטנה מאוד של מימן בצורה של חומר פשוט נמצאת באטמוספירה (0.00005% בנפח לאוויר יבש).

מימן קיים כמעט בכל חומר אורגניוהוא קיים בכל התאים החיים.

תכונות פיזיקליות של מימן

לחומר פשוט שנוצר על ידי היסוד הכימי מימן יש מבנה מולקולרי. ההרכב שלו מתאים לנוסחה H2.כמו יסוד כימי, חומר פשוט נקרא גם מימן.

מֵימָןזהו גז חסר צבע, חסר ריח וטעם, כמעט בלתי מסיס במים. בטמפרטורת החדר ורגיל לחץ אטמוספריהמסיסות היא 18.8 מ"ל גז לכל ליטר מים.

מֵימָן- הגז הקל ביותר, הצפיפות שלו היא 0.08987 גרם לליטר. לשם השוואה: צפיפות האוויר היא 1.3 גרם/ליטר.

מימן יכול להתמוסס במתכותלדוגמה, עד 850 נפחים של מימן יכולים להתמוסס בנפח אחד של פלדיום. בשל גודלו המולקולרי הקטן ביותר, מימן מסוגל להתפזר דרך חומרים רבים.

כמו גזים אחרים, מימן טמפרטורות נמוכותמתעבה לחסר צבע נוזל שקוף, זה מתרחש בטמפרטורה 252.8 מעלות צלזיוס.כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-259.2 מעלות צלזיוס, מימן מתגבש בצורה של גבישים לבנים, בדומה לשלג.

שלא כמו חמצן, מימן אינו מפגין אלוטרופיה.

יישום מימן

מימן משמש ב תעשיות שונותתַעֲשִׂיָה. מימן רב הולך לייצור אמוניה (NH3).מאמוניה מתקבלים דשני חנקן, סיבים סינתטיים ופלסטיק ותרופות.

בתעשיית המזון משתמשים במימן לייצור מרגרינה המכילה שומנים קשים. כדי לקבל אותם משומנים נוזליים, מימן מועבר דרכם.

כאשר מימן נשרף בחמצן, טמפרטורת הלהבה היא בערך 2500 מעלות צלזיוס.בטמפרטורה זו, מתכות עקשן ניתן להמיס ולרתך. לפיכך, מימן משמש בריתוך.

תערובת של מימן נוזלי וחמצן משמשת כדלק רקטות.

נכון לעכשיו, מספר מדינות החלו במחקר על החלפת מקורות אנרגיה לא מתחדשים (נפט, גז, פחם) במימן. כאשר שורפים מימן בחמצן, נוצר מוצר ידידותי לסביבה - מים, ולא פחמן דו חמצניגורם לאפקט החממה.

מדענים מציעים כי באמצע המאה ה-XXI יש להתחיל ייצור המונימכוניות מימן. תאי דלק ביתיים, שעבודתם מבוססת גם על חמצון של מימן עם חמצן, ימצאו יישום רחב.

בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20,בשחר עידן האווירונאוטיקה, מלא במימן בלונים, ספינות אוויר ובלונים, מכיוון שהוא הרבה יותר קל מאוויר. עם זאת, עידן ספינות האוויר החל לדעוך במהירות אל העבר לאחר האסון שקרה לספינת האוויר הינדנבורג. ספינת אוויר 6 במאי 1937,התמלא במימן, עלה באש, והביא למותם של עשרות מנוסעיו.

מימן הוא נפיץ ביותר בפרופורציות מסוימות עם חמצן. אי עמידה בתקנות הבטיחות הובילה להתלקחות ולפיצוץ של ספינת האוויר.

• מֵימָן- היסוד הכימי הראשון של הטבלה המחזורית של יסודות כימיים D.I. מנדלייב
• מימן ממוקם בקבוצה I, תת-קבוצה ראשית, תקופה 1 של המערכת המחזורית
• ערכיות מימן בתרכובות - I
• מֵימָןגז חסר צבע, חסר ריח וטעם, כמעט בלתי מסיס במים
• מֵימָן- הגז הקל ביותר
• מימן נוזלי ומוצק מיוצר בטמפרטורות נמוכות
• מימן יכול להתמוסס במתכות
• יישומי מימן מגוונים

מימן - אלמנט מיוחד, תופס שני תאים בבת אחת במערכת המחזורית של מנדלייב. הוא ממוקם בשתי קבוצות של אלמנטים עם מאפיינים מנוגדים, ותכונה זו הופכת אותו לייחודי. מימן הוא חומר פשוט וחלק בלתי נפרד מתרכובות מורכבות רבות; הוא יסוד אורגני וביוגני. כדאי להכיר בפירוט את התכונות והתכונות העיקריות שלו.

מימן במערכת המחזורית של מנדלייב

התכונות העיקריות של מימן המצוינות ב:

• המספר הסידורי של היסוד הוא 1 (יש אותו מספר של פרוטונים ואלקטרונים);
• המסה האטומית היא 1.00795;
• למימן שלושה איזוטופים, שלכל אחד מהם תכונות מיוחדות;
• בשל התוכן של אלקטרון אחד בלבד, מימן מסוגל להפגין מפחית ו תכונות חמצון, ולאחר תרומת אלקטרון, למימן יש אורביטל חופשי, שלוקח חלק ביצירת קשרים כימיים לפי מנגנון התורם-המקבל;
• מימן הוא יסוד קל בעל צפיפות נמוכה;
• מימן הוא חומר מפחית חזק, הוא פותח את קבוצת המתכת האלקלית בקבוצה הראשונה של תת-הקבוצה הראשית;
• כאשר מימן מגיב עם מתכות וחומרים מפחיתים חזקים אחרים, הוא מקבל את האלקטרון שלהם והופך לחומר מחמצן. תרכובות כאלה נקראות הידרידים. על פי התכונה המצוינת, מימן שייך באופן מותנה לקבוצת ההלוגנים (בטבלה הוא מובא לעיל פלואור בסוגריים), אשר יש לו קווי דמיון.

מימן כחומר פשוט

מימן הוא גז שהמולקולה שלו מורכבת משניים. חומר זה התגלה בשנת 1766 על ידי המדען הבריטי הנרי קוונדיש. הוא הוכיח שמימן הוא גז שמתפוצץ כשהוא יוצר אינטראקציה עם חמצן. לאחר חקר המימן, כימאים גילו שהחומר הזה הוא הקל מכל הידוע לאדם.

מדען אחר, Lavoisier, נתן ליסוד את השם "ידרוגניום", שפירושו בלטינית "לידת מים". בשנת 1781, הנרי קוונדיש הוכיח שמים הם שילוב של חמצן ומימן. במילים אחרות, מים הם תוצר של התגובה של מימן עם חמצן. תכונות הבעירה של מימן היו ידועות אפילו למדענים קדומים: הרישומים המקבילים הושארו על ידי פארצלסוס, שחי במאה ה-16.

מימן מולקולרי הוא תרכובת גזי הנפוצה באופן טבעי בטבע, המורכבת משני אטומים וכאשר מעלים רסיס בוער. מולקולת מימן יכולה להתפרק לאטומים שהופכים לגרעיני הליום, מכיוון שהם מסוגלים להשתתף בתגובות גרעיניות. תהליכים כאלה מתרחשים באופן קבוע בחלל ועל השמש.

מימן ותכונותיו הפיזיקליות

למימן יש את הפרמטרים הפיזיקליים הבאים:

• רותח ב-252.76 מעלות צלזיוס;
• נמס ב-259.14 מעלות צלזיוס; *בגבולות הטמפרטורה המצוינים, מימן הוא נוזל חסר ריח וחסר צבע;
• מימן מסיס מעט במים;
• מימן יכול באופן תיאורטי לעבור למצב מתכתי כאשר הוא מסופק תנאים מיוחדים(טמפרטורות נמוכות ולחץ גבוה);
• מימן טהור הוא חומר נפיץ ודליק;
• מימן מסוגל להתפזר בעובי של מתכות, ולכן הוא מתמוסס בהן היטב;
• מימן קל פי 14.5 מאוויר;
• בְּ- לחץ גבוהניתן להשיג גבישים דמויי שלג של מימן מוצק.

תכונות כימיות של מימן

שיטות מעבדה:

• אינטראקציה של חומצות מדוללות עם מתכות פעילות ומתכות בעלות פעילות בינונית;
• הידרוליזה של הידרידים מתכת;
• תגובה עם מים של מתכות אלקליות ואדמה אלקליין.

תרכובות מימן:

הלידי מימן; תרכובות מימן נדיפות של לא מתכות; הידידים; הידרוקסידים; מימן הידרוקסיד (מים); מי חמצן; תרכובות אורגניות (חלבונים, שומנים, פחמימות, ויטמינים, שומנים, שמנים חיוניים, הורמונים). לחץ כדי לראות ניסויים בטוחים על חקר התכונות של חלבונים, שומנים ופחמימות.

כדי לאסוף את המימן שנוצר, אתה צריך לשמור את המבחנה הפוכה. לא ניתן לאסוף מימן כמו פחמן דו חמצני, כי הוא קל בהרבה מאוויר. מימן מתאדה במהירות, וכשהוא מעורב באוויר (או בהצטברות גדולה) הוא מתפוצץ. לכן, יש צורך להפוך את הצינור. מיד לאחר המילוי סוגרים את הצינור עם פקק גומי.

כדי לבדוק את טוהר המימן, עליך להביא גפרור מואר לצוואר המבחנה. אם מתרחש פופ חירש ושקט, הגז נקי, וזיהומי האוויר מינימליים. אם הפופ רועש ושורק, הגז במבחנה מלוכלך, הוא מכיל נתח גדולרכיבים זרים.

תשומת הלב! אל תנסה לחזור על הניסויים האלה בעצמך!

נוזל

מֵימָן(La T. מימן; מסומן בסמל ח) הוא היסוד הראשון של מערכת היסודות המחזורית. תפוצה רחבה בטבע. הקטיון (והגרעין) של האיזוטופ הנפוץ ביותר של מימן 1 H הוא הפרוטון. התכונות של גרעין 1H מאפשרות שימוש נרחב בספקטרוסקופיה של NMR בניתוח חומרים אורגניים.

לשלושה איזוטופים של מימן יש שמות משלהם: 1 H - פרוטיום (H), 2 H - דאוטריום (D) ו-3 H - טריטיום (רדיואקטיבי) (T).

החומר הפשוט מימן - H 2 - הוא גז קל חסר צבע. בתערובת עם אוויר או חמצן, הוא דליק ונפיץ. לא רעיל. מסיס באתנול ובמספר מתכות: ברזל, ניקל, פלדיום, פלטינה.

כַּתָבָה

שחרור גז דליק במהלך האינטראקציה של חומצות ומתכות נצפה ב-16 וב XVII מאותעם שחר היווצרות הכימיה כמדע. גם מיכאיל וסילייביץ' לומונוסוב הצביע ישירות על בידודו, אבל כבר בהחלט הבין שזה לא פלוגיסטון. הפיזיקאי והכימאי האנגלי הנרי קוונדיש חקר את הגז הזה ב-1766 וכינה אותו "אוויר דליק". כאשר נשרף, "אוויר דליק" הפיק מים, אך דבקותו של קוונדיש בתיאוריית הפלוגיסטון מנעה ממנו להסיק את המסקנות הנכונות. הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה, יחד עם המהנדס J. Meunier, באמצעות גזומטרים מיוחדים, ביצע בשנת 1783 את הסינתזה של מים, ולאחר מכן הניתוח שלהם, פירוק אדי מים עם ברזל לוהט. כך קבע ש"אוויר דליק" הוא חלק מהמים וניתן לקבל ממנו.

מקור השם

Lavoisier נתן את השם הידרוגן למימן, שפירושו "נושא מים". השם הרוסי "מימן" הוצע על ידי הכימאי M.F. Solovyov בשנת 1824 - באנלוגיה ל"חמצן" של סלומונוסוב.

שְׁכִיחוּת

מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. הוא מהווה כ-92% מכלל האטומים (8% הם אטומי הליום, חלקם של כל שאר היסודות ביחד הוא פחות מ-0.1%). לפיכך, מימן הוא המרכיב העיקרי של כוכבים וגז בין-כוכבי. בתנאים של טמפרטורות כוכבים (לדוגמה, טמפרטורת פני השמש היא ~ 6000 מעלות צלזיוס), מימן קיים בצורה של פלזמה; בחלל הבין-כוכבי, יסוד זה קיים בצורה של מולקולות בודדות, אטומים ויונים ויכול יוצרים עננים מולקולריים הנבדלים באופן משמעותי בגודל, בצפיפות ובטמפרטורה.

קרום כדור הארץ ואורגניזמים חיים

חלק המסה של מימן בקרום כדור הארץ הוא 1% - זהו היסוד העשירי הנפוץ ביותר. עם זאת, תפקידו בטבע נקבע לא לפי מסה, אלא לפי מספר האטומים, שחלקם בין יתר היסודות הוא 17% (מקום שני אחרי חמצן, ששיעור האטומים שלו הוא ~ 52%). לכן, חשיבות המימן בתהליכים הכימיים המתרחשים על פני כדור הארץ גדולה כמעט כמו זו של חמצן. בניגוד לחמצן, שקיים על פני כדור הארץ הן במצב קשור והן במצב חופשי, כמעט כל המימן בכדור הארץ הוא בצורה של תרכובות; רק כמות קטנה מאוד של מימן בצורה של חומר פשוט נמצאת באטמוספירה (0.00005% בנפח).

מימן הוא מרכיב של כמעט כל החומרים האורגניים והוא קיים בכל התאים החיים. בתאים חיים, לפי מספר האטומים, מימן מהווה כמעט 50%.

קַבָּלָה

שיטות תעשייתיות להשגה חומרים פשוטיםתלויים בצורה שבה האלמנט המקביל נמצא בטבע, כלומר, מה יכול להיות חומר הגלם לייצורו. אז, חמצן, זמין במצב חופשי, מתקבל בצורה פיזית- שחרור מאוויר נוזלי. מימן, לעומת זאת, הוא כמעט הכל בצורה של תרכובות, לכן, כדי להשיג אותו, שיטות כימיות. בפרט, ניתן להשתמש בתגובות פירוק. אחת הדרכים לייצר מימן היא תגובה של פירוק מים על ידי זרם חשמלי.

השיטה התעשייתית העיקרית להפקת מימן היא התגובה עם מים של מתאן, שהוא חלק מהגז הטבעי. זה מתבצע ב טמפרטורה גבוהה(קל לאמת שכאשר מתאן עובר אפילו דרך מים רותחים, לא מתרחשת תגובה):

CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 -165 קילו-ג'יי

במעבדה, כדי להשיג חומרים פשוטים, לא בהכרח משתמשים בחומרי גלם טבעיים, אלא בוחרים את אותם חומרים ראשוניים שמהם קל יותר לבודד את החומר הדרוש. למשל, במעבדה לא מקבלים חמצן מהאוויר. כך גם לגבי ייצור מימן. אחד מ שיטות מעבדההשגת מימן, המשמש לעתים בתעשייה, היא פירוק מים באמצעות זרם חשמלי.

מימן מיוצר בדרך כלל במעבדה על ידי תגובה של אבץ עם חומצה הידרוכלורית.

בתעשייה

1. אלקטרוליזה תמיסות מימיותמלחים:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. העברת אדי מים על קולה חמה בטמפרטורה של כ-1000 מעלות צלזיוס:

H2O+C? H2 + CO

3.מגז טבעי.

המרת Steam:

CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 מעלות צלזיוס)

חמצון קטליטי עם חמצן:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. פיצוח ורפורמה של פחמימנים בתהליך זיקוק נפט.

במעבדה

1.פעולה של חומצות מדוללות על מתכות.כדי לבצע תגובה כזו, משתמשים לרוב באבץ ובחומצה הידרוכלורית מדוללת:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.אינטראקציה של סידן עם מים:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.הידרוליזה של הידידים:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.הפעולה של אלקליות על אבץ או אלומיניום:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.בעזרת אלקטרוליזה.במהלך האלקטרוליזה של תמיסות מימיות של אלקליות או חומצות, מימן משתחרר בקתודה, למשל:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

תכונות גשמיות

מימן יכול להתקיים בשתי צורות (מודיפיקציות) - בצורה של אורטו ופארא מימן. במולקולת האורתו-מימן o-H 2 (ממ"ד -259.10 מעלות צלזיוס, סיבובים גרעיניים -252.56 מעלות צלזיוס) מכוונים באותו אופן (מקביל), בעוד שפארה-מימן ע-H 2 (ממ"מ -259.32 מעלות צלזיוס, בסיס -252.89 מעלות צלזיוס) - מנוגדים זה לזה (אנטי מקביל). תערובת שיווי משקל o-H 2 ו ע-H 2 בטמפרטורה נתונה נקרא מימן שיווי משקל ה-H2.

ניתן להפריד שינויי מימן על ידי ספיחה על פחמן פעיל בטמפרטורת חנקן נוזלי. בטמפרטורות נמוכות מאוד, שיווי המשקל בין אורתו-מימן לפרה-מימן מוסט כמעט לחלוטין לכיוון האחרון. ב-80 K, יחס הגובה-רוחב הוא בערך 1:1. פרה-מימן ספוג הופך לאורטו-מימן עם חימום עד ליצירת תערובת שיווי משקל בטמפרטורת החדר (אורתו-פארה: 75:25). ללא זרז, הטרנספורמציה מתרחשת באיטיות (בתנאים של המדיום הבין-כוכבי - עם זמנים אופייניים עד קוסמולוגיים), מה שמאפשר לחקור את התכונות של שינויים בודדים.

מימן הוא הגז הקל ביותר, קל פי 14.5 מאוויר. ברור שככל שמסת המולקולות קטנה יותר, כך מהירותן גבוהה יותר באותה טמפרטורה. בתור הקלות ביותר, מולקולות מימן נעות מהר יותר מהמולקולות של כל גז אחר וכך יכולות להעביר חום מגוף אחד למשנהו מהר יותר. מכאן נובע שלמימן יש את המוליכות התרמית הגבוהה ביותר מבין חומרים גזים. המוליכות התרמית שלו גבוהה בערך פי שבעה מזו של האוויר.

מולקולת המימן היא דו-אטומית - H 2. בתנאים רגילים, זהו גז חסר צבע, חסר ריח וחסר טעם. צפיפות 0.08987 גרם/ליטר (n.o.), נקודת רתיחה -252.76 מעלות צלזיוס, חום בעירה סגולי 120.9×10 6 J/kg, מסיס במים במשורה - 18.8 מ"ל/ליטר. מימן מסיס מאוד במתכות רבות (Ni, Pt, Pd וכו'), במיוחד בפלדיום (850 נפחים לנפח 1 של Pd). קשורה למסיסות המימן במתכות היא יכולתו להתפזר דרכן; דיפוזיה דרך סגסוגת פחמנית (למשל פלדה) מלווה לפעמים בהרס של הסגסוגת עקב האינטראקציה של מימן עם פחמן (מה שנקרא דה-קרבוניזציה). כמעט בלתי מסיס בכסף.

מימן נוזליקיים בטווח טמפרטורות צר מאוד מ -252.76 עד -259.2 מעלות צלזיוס. זהו נוזל חסר צבע, קל מאוד (צפיפות ב-253 מעלות צלזיוס 0.0708 גרם / ס"מ 3) ונוזל (צמיגות ב-253 מעלות צלזיוס 13.8 צלזיוס). הפרמטרים הקריטיים של מימן נמוכים מאוד: טמפרטורה -240.2 מעלות צלזיוס ולחץ 12.8 אטמוספירה. זה מסביר את הקשיים בהנזלת מימן. IN מצב נוזלימימן שיווי משקל מורכב מ-99.79% para-H 2, 0.21% אורטו-H 2.

מימן מוצק, נקודת התכה -259.2 מעלות צלזיוס, צפיפות 0.0807 גרם/סמ"ק (ב-262 מעלות צלזיוס) - מסה דמוית שלג, גבישים משושה, קבוצת החלל P6/mmc, פרמטרי תאים א=3,75 ג=6.12. בלחץ גבוה, המימן הופך למתכתי.

איזוטופים

מימן נמצא ב שְׁלוֹשָׁהאיזוטופים בעלי שמות בודדים: 1 H - פרוטיום (H), 2 H - דאוטריום (D), 3 H - טריטיום (רדיואקטיבי) (T).

פרוטיום ודוטריום הם איזוטופים יציבים עם מספרי המסה 1 ו-2. התוכן שלהם בטבע הוא 99.9885 ± 0.0070% ו-0.0115 ± 0.0070%, בהתאמה. יחס זה עשוי להשתנות מעט בהתאם למקור ולשיטת ייצור המימן.

איזוטופ המימן 3 H (טריטיום) אינו יציב. זמן מחצית החיים שלו הוא 12.32 שנים. טריטיום נמצא בטבע בכמויות קטנות מאוד.

הספרות מספקת גם נתונים על איזוטופי מימן עם מספרי מסה 4-7 וזמן מחצית חיים 10-22-10-23 שניות.

מימן טבעי מורכב ממולקולות H 2 ו-HD (דוטרומימן) ביחס של 3200:1. התוכן של מימן דאוטריום טהור D 2 הוא אפילו פחות. יחס הריכוז של HD ו-D 2 הוא בערך 6400:1.

מכל האיזוטופים של יסודות כימיים, פיזיקליים ו תכונות כימיותאיזוטופי מימן שונים זה מזה באופן החזק ביותר. זה נובע מהשינוי היחסי הגדול ביותר במסות האטומים.

	טֶמפֶּרָטוּרָה הַתָכָה, ק	טֶמפֶּרָטוּרָה רְתִיחָה, ק	לְשַׁלֵשׁ נְקוּדָה, K / kPa	קריטי נְקוּדָה, K / kPa	צְפִיפוּת נוזל/גז, ק"ג/מ"ר

לדוטריום ולטריטיום יש גם שינויים אורתו ופרא: ע-D2, o-D2, ע-T2, o-T 2. למימן הטרואיזוטופי (HD, HT, DT) אין שינויים אורתו ופרא.

תכונות כימיות

חלק של מולקולות מימן מפורקות

מולקולות המימן H 2 הן די חזקות, וכדי שמימן יגיב יש להשקיע אנרגיה רבה:

H 2 \u003d 2H - 432 קילו-ג'יי

לכן, בטמפרטורות רגילות, מימן מגיב רק עם מתכות פעילות מאוד, כגון סידן, ויוצר סידן הידריד:

Ca + H 2 \u003d CaH 2

ועם הלא-מתכת היחיד - פלואור, יוצר מימן פלואוריד:

מימן מגיב עם רוב המתכות והלא מתכות בטמפרטורות גבוהות או תחת השפעות אחרות, כגון תאורה:

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

זה יכול "להוציא" חמצן מכמה תחמוצות, למשל:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O

המשוואה הכתובה משקפת את התכונות המפחיתות של המימן.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

יוצר הלידי מימן עם הלוגנים:

F 2 + H 2 → 2HF, התגובה ממשיכה עם פיצוץ בחושך ובכל טמפרטורה,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, התגובה ממשיכה עם פיצוץ, רק באור.

הוא יוצר אינטראקציה עם פיח בחימום חזק:

C + 2H 2 → CH 4

אינטראקציה עם מתכות אלקליות ואדמה אלקליין

בעת אינטראקציה עם מתכות פעילות, מימן יוצר הידרידים:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

הידידים- מלוחים, מוצקים, שעבר הידרוליזה בקלות:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

אינטראקציה עם תחמוצות מתכת (בדרך כלל יסודות D)

תחמוצות מופחתות למתכות:

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

הידרוגנציה של תרכובות אורגניות

מימן מולקולרי נמצא בשימוש נרחב ב סינתזה אורגניתהתאוששות תרכובות אורגניות. תהליכים אלו נקראים תגובות הידרוגנציה. תגובות אלו מבוצעות בנוכחות זרז ב לחץ מוגברוטמפרטורה. הזרז יכול להיות הומוגני (למשל זרז וילקינסון) או הטרוגני (למשל ניקל רני, פלדיום על פחמן).

כך, בפרט, במהלך הידרוגנציה קטליטית של תרכובות בלתי רוויות, כגון אלקנים ואלקנים, נוצרות תרכובות רוויות, אלקנים.

גיאוכימיה של מימן

מימן חופשי H 2 נדיר יחסית בגזים יבשתיים, אך בצורת מים הוא לוקח חלק חשוב במיוחד בתהליכים גיאוכימיים.

מימן יכול להיות נוכח במינרלים בצורה של יון אמוניום, יון הידרוקסיל ומים גבישיים.

באטמוספרה, מימן מיוצר באופן רציף כתוצאה מפירוק המים על ידי קרינת השמש. בעלות מסה קטנה, למולקולות מימן יש קצב גבוה של תנועת דיפוזיה (היא קרובה למהירות הקוסמית השנייה) ובכניסה לשכבות העליונות של האטמוספירה הן יכולות לעוף לחלל החיצון.

תכונות של מחזור

מימן, כשהוא מעורב באוויר, יוצר תערובת נפיצה - מה שנקרא גז נפץ. גז זה הוא הנפיץ ביותר כאשר יחס הנפח של מימן וחמצן הוא 2:1, או מימן ואוויר הוא בערך 2:5, שכן האוויר מכיל כ-21% חמצן. מימן הוא גם סכנת שריפה. מימן נוזלי עלול לגרום לכוויות קור חמורות אם הוא בא במגע עם העור.

ריכוזי נפץ של מימן עם חמצן מתרחשים בין 4% ל-96% בנפח. כשהוא מעורב באוויר מ-4% עד 75(74)% בנפח.

כַּלְכָּלָה

עלות המימן למשלוחים סיטונאיים גדולים נעה בין 2-5 דולר לק"ג.

יישום

מימן אטומי משמש לריתוך מימן אטומי.

תעשייה כימית

• בייצור אמוניה, מתנול, סבון ופלסטיק
• בייצור מרגרינה משמנים צמחיים נוזליים
• רשום בתור תוסף מזון E949(גז אריזה)

תעשיית המזון

ענף התעופה

מימן קל מאוד ועולה תמיד באוויר. פעם, ספינות אוויר ובלונים היו מלאים במימן. אבל בשנות ה-30. המאה ה -20 היו כמה אסונות, שבמהלכם התפוצצו ספינות האוויר ונשרפו. כיום, ספינות אוויר מלאות בהליום, למרות עלותו הגבוהה משמעותית.

דלק

מימן משמש כדלק רקטות.

מתבצע מחקר על השימוש במימן כדלק למכוניות ומשאיות. מנועי מימן אינם מזהמים סביבהופולטים רק אדי מים.

תאי דלק מימן-חמצן משתמשים במימן כדי להמיר אנרגיה ישירות תגובה כימיתלתוך חשמל.

"מימן נוזלי"("LW") הוא מצב צבירה נוזלי של מימן, עם משקל סגולי נמוך של 0.07 גרם/ס"מ³ ותכונות קריוגניות עם נקודת הקפאה של 14.01 K (-259.14 מעלות צלזיוס) ונקודת רתיחה של 20.28 K (-252.87). מעלות צלזיוס). זהו נוזל חסר צבע, חסר ריח, שבערבוב באוויר הוא מסווג כחומר נפץ עם טווח דליקות של 4-75%. יחס הספין של איזומרים במימן נוזלי הוא: 99.79% - פרהמימן; 0.21% - אורתומימן. מקדם התפשטות מימן בעת ​​שינוי מצב צבירהגז הוא 848:1 ב-20 מעלות צלזיוס.

כמו כל גז אחר, מימן נוזלי מפחית את נפחו. לאחר ההנזלה, "ZHV" מאוחסן במיכלים מבודדים תרמית תחת לחץ. מימן נוזלי מימן נוזלי, LH2, LH 2) נמצא בשימוש נרחב בתעשייה, כסוג של אחסון גז, ובתעשיית החלל, כדלק רקטי.

כַּתָבָה

השימוש המתועד הראשון בקירור מלאכותי בשנת 1756 היה על ידי המדען האנגלי וויליאם קאלן, גאספרד מונג' היה הראשון שהשיג את המצב הנוזלי של תחמוצת הגופרית בשנת 1784, מייקל פאראדיי היה הראשון להשיג אמוניה נוזלית, הממציא האמריקאי אוליבר אוונס היה הראשון שפיתח מדחס קירור ב-1805, ג'ייקוב פרקינס היה הראשון שרשם פטנט על מכונת קירור ב-1834 וג'ון גוריי היה הראשון בארה"ב שרשם פטנט על המזגן ב-1851. ורנר סימנס הציע את הרעיון של קירור רגנרטיבי בשנת 1857, קרל לינד רשם פטנט על ציוד להפקת אוויר נוזלי באמצעות "אפקט התפשטות ג'ול-תומסון" מדורג וקירור רגנרטיבי בשנת 1876. בשנת 1885 פרסם הפיזיקאי והכימאי הפולני זיגמונד ורובלבסקי טמפרטורה קריטיתמימן 33 K, לחץ קריטי 13.3 atm. ונקודת רתיחה של 23 K. מימן הוענק לראשונה על ידי ג'יימס דיואר בשנת 1898 באמצעות קירור רגנרטיבי והמצאתו, כלי דיואר. הסינתזה הראשונה של איזומר יציב של מימן נוזלי, פרה-מימן, בוצעה על ידי פול הרטק וקארל בונהופר ב-1929.

ספין איזומרים של מימן

מימן בטמפרטורת החדר מורכב בעיקר מאיזומר הספין, אורתומימן. לאחר הייצור, המימן הנוזלי נמצא במצב גרם יציב ויש להמירו לצורת הפרה-מימן שלו על מנת למנוע את התגובה האקסותרמית הנפיצה המתרחשת כאשר הוא משתנה בטמפרטורות נמוכות. ההמרה לשלב הפרה-מימן מתבצעת בדרך כלל באמצעות זרזים כגון תחמוצת ברזל, תחמוצת כרום, פחמן פעילאסבסט מצופה פלטינה, מתכות אדמה נדירות או באמצעות תוספי אורניום או ניקל.

נוֹהָג

מימן נוזלי יכול לשמש כצורה של אחסון דלק למנועים בעירה פנימיתו תאי דלק. צוללות שונות (פרויקטים "212A" ו-"214", גרמניה) ומושגים להובלת מימן נוצרו באמצעות צורה מצטברת זו של מימן (ראה למשל "DeepC" או "BMW H2R"). בשל סמיכות העיצובים, יוצרי הציוד ב"ZHV" יכולים להשתמש או רק לשנות מערכות המשתמשות בגז טבעי נוזלי ("LNG"). עם זאת, בשל צפיפות האנרגיה הנפחית הנמוכה יותר, בעירה נדרשת נפח מימן גדול יותר מאשר גז טבעי. אם נעשה שימוש במימן נוזלי במקום "CNG" במנועי תנועה, לרוב נדרשת מערכת דלק מגושמת יותר. עם הזרקה ישירה, הפסדים מוגברים בדרכי היניקה מפחיתים את מילוי הצילינדרים.

מימן נוזלי משמש גם לקירור נויטרונים בניסויים בפיזור נויטרונים. המסות של נויטרון וגרעין מימן כמעט שוות, ולכן חילופי האנרגיה במהלך התנגשות אלסטית הוא היעיל ביותר.

יתרונות

היתרון בשימוש במימן הוא "אפס פליטה" של היישום שלו. תוצר האינטראקציה שלו עם אוויר הוא מים.

מכשולים

ליטר אחד של "ZHV" שוקל רק 0.07 ק"ג. כלומר, המשקל הסגולי שלו הוא 70.99 גרם/ליטר ב-20 K. מימן נוזלי דורש טכנולוגיית אחסון קריוגנית כמו מיכלים מיוחדים מבודדים תרמיים ודורש טיפול מיוחד, המשותף לכל החומרים הקריוגניים. הוא קרוב מבחינה זו לחמצן נוזלי, אך דורש טיפול רב יותר בגלל סכנת השריפה. אפילו במיכלים מבודדים, קשה לשמור אותו בטמפרטורה הנמוכה הנדרשת כדי לשמור אותו נוזלי (בדרך כלל הוא מתאדה בקצב של 1% ליום). בעת הטיפול בו, אתה גם צריך לעקוב אחר אמצעי הבטיחות הרגילים בעבודה עם מימן - הוא קר מספיק כדי לנזל אוויר, שהוא חומר נפץ.

דלק טילים

מימן נוזלי הוא מרכיב נפוץ בדלקים רקטיים, המשמש להאצת סילון של כלי שיגור וחלליות. ברוב הנוזל מנועי רקטותמופעל על ידי מימן, הוא משמש לראשונה לקירור רגנרטיבי של הזרבובית וחלקים אחרים של המנוע לפני שהוא מעורבב עם מחמצן ונשרף כדי לייצר דחף. מנועי H 2 /O 2 מודרניים הנמצאים בשימוש צורכים תערובת דלק עשירה במימן, מה שמביא למימן שלא נשרף בפליטות. בנוסף להגדלת הדחף הספציפי של המנוע על ידי הפחתת המשקל המולקולרי, זה גם מפחית את השחיקה של הזרבובית ותא הבעירה.

מכשולים כאלה לשימוש ב-"ZHV" בתחומים אחרים, כגון אופי קריוגני וצפיפות נמוכה, מהווים גם גורם מרתיע לשימוש במקרה זה. לשנת 2009, יש רק רכב שיגור אחד (LV "Delta-4"), שכולו רקטת מימן. ביסודו של דבר, "ZHV" משמש גם על השלבים העליונים של רקטות, או על בלוקים, המבצעים חלק נכבד מהעבודה של שיגור המטען לחלל בחלל ריק. כאחד האמצעים להגדלת הצפיפות של סוג זה של דלק, ישנן הצעות לשימוש במימן דמוי בוצה, כלומר, הצורה הקפואה למחצה של "ZHV".

הַגדָרָה

מֵימָןהוא היסוד הראשון בטבלה המחזורית. ייעוד - H מהלטינית "מימן". ממוקם בתקופה הראשונה, קבוצה IA. מתייחס לא-מתכות. המטען הגרעיני הוא 1.

מימן הוא אחד היסודות הכימיים הנפוצים ביותר - חלקו הוא כ-1% מהמסה של כל שלושת הקליפות של קרום כדור הארץ (אטמוספירה, הידרוספירה וליתוספירה), אשר בהמרה לאחוזים אטומיים, נותן נתון של 17.0.

הכמות העיקרית של אלמנט זה נמצאת ב מצב קשור. לפיכך, מים מכילים כ-11 wt. %, חימר - כ-1.5% וכו'. בצורה של תרכובות עם פחמן, מימן הוא חלק מנפט, גזים טבעיים דליקים ומכל האורגניזמים.

מימן הוא גז חסר צבע וריח (תרשים של מבנה האטום מוצג באיור 1). נקודות ההיתוך והרתיחה שלו נמוכות מאוד (-259 מעלות צלזיוס ו-253 מעלות צלזיוס, בהתאמה). בטמפרטורה (-240 מעלות צלזיוס) ותחת לחץ מימן מסוגל להתנזל, ועם האידוי המהיר של הנוזל שנוצר הוא הופך למצב מוצק (גבישים שקופים). הוא מסיס מעט במים - 2:100 בנפח. מימן מאופיין במסיסות במתכות מסוימות, למשל בברזל.

אורז. 1. מבנה אטום המימן.

משקל אטומי ומולקולרי של מימן

הַגדָרָה

מסה אטומית יחסיתיסוד הוא היחס בין המסה של אטום של יסוד נתון ל-1/12 מהמסה של אטום פחמן.

המסה האטומית היחסית היא חסרת מימד ומסומנת ב-A r (הכתובת התחתונה "r" היא האות הראשונית מילה אנגלית relative, שפירושו בתרגום "קרוב"). המסה האטומית היחסית של מימן אטומי היא 1.008 אמו.

מסות המולקולות, בדיוק כמו מסות האטומים, מתבטאות ביחידות מסה אטומית.

הַגדָרָה

משקל מולקולריהחומר נקרא מסת המולקולה, המתבטאת ביחידות מסה אטומית. משקל מולקולרי יחסיחומרים קוראים ליחס בין המסה של מולקולה של חומר נתון ל-1/12 מהמסה של אטום פחמן, שהמסה שלו היא 12 א.מ.ו.

ידוע שמולקולת המימן היא דיאטומית - H 2 . המשקל המולקולרי היחסי של מולקולת מימן יהיה שווה ל:

M r (H 2) \u003d 1.008 × 2 \u003d 2.016.

איזוטופים של מימן

למימן שלושה איזוטופים: פרוטיום 1 H, דיוטריום 2 H או D וטריטיום 3 H או T. מספרי המסה שלהם הם 1, 2 ו-3. פרוטיום ודוטריום יציבים, טריטיום רדיואקטיבי (זמן מחצית חיים 12.5 שנים). בתרכובות טבעיות, דאוטריום ופרוטיום מוכלים בממוצע ביחס של 1:6800 (לפי מספר האטומים). טריטיום נמצא בטבע בכמויות זניחות.

הגרעין של אטום המימן 1 H מכיל פרוטון אחד. גרעיני הדאוטריום והטריטיום כוללים, בנוסף לפרוטון, נויטרונים אחד ושני.

יוני מימן

אטום מימן יכול לתרום את האלקטרון הבודד שלו ליצירת יון חיובי (שהוא פרוטון "עירום"), או שהוא יכול להוסיף אלקטרון אחד ולהפוך ליון שלילי, בעל תצורה אלקטרונית של הליום.

ניתוק מוחלט של אלקטרון מאטום מימן מצריך הוצאה של אנרגיית יינון גדולה מאוד:

H + 315 קק"ל = H + + ה.

כתוצאה מכך, באינטראקציה של מימן עם מטאלואידים, לא נוצרים קשרים יוניים אלא רק קוטביים.

הנטייה של אטום ניטרלי כזה או אחר לחבר אלקטרון עודף מאופיינת בערך הזיקה האלקטרונית שלו. במימן זה מתבטא בצורה חלשה למדי (עם זאת, זה לא אומר שיון מימן כזה לא יכול להתקיים):

H + e \u003d H - + 19 קק"ל.

מולקולת מימן ואטום

מולקולת המימן מורכבת משני אטומים - H 2 . להלן כמה תכונות המאפיינות את אטום המימן והמולקולה:

דוגמאות לפתרון בעיות

דוגמה 1

תרגיל	הוכח שיש הידרידים בנוסחה הכללית EN x המכילים 12.5% ​​מימן.
פִּתָרוֹן	חשב את מסות המימן והיסוד הלא ידוע, תוך קח את מסת הדגימה כ-100 גרם: m(H) = m(EN x)×w(H); m(H) = 100 × 0.125 = 12.5 גרם. m (E) \u003d m (EN x) - m (H); m (E) \u003d 100 - 12.5 \u003d 87.5 גרם. הבה נמצא את כמות חומר המימן ויסוד לא ידוע, ונציין את המסה המולרית של האחרון כ-"x" (המסה המולרית של מימן היא 1 גרם/מול):

מימן (נייר מעקב מלטינית: lat. Hydrogenium - הידרו = "מים", gen = "יוצר"; מימן - "יוצר מים"; מסומן בסמל H) - היסוד הראשון בטבלה המחזורית של היסודות. תפוצה רחבה בטבע. הקטיון (והגרעין) של האיזוטופ הנפוץ ביותר של מימן 1 H הוא הפרוטון. התכונות של גרעין 1H מאפשרות שימוש נרחב בספקטרוסקופיה של NMR בניתוח חומרים אורגניים.

לשלושה איזוטופים של מימן יש שמות משלהם: 1 H - פרוטיום (H), 2 H - דאוטריום (D) ו-3 H - טריטיום (רדיואקטיבי) (T).

החומר הפשוט מימן - H 2 - הוא גז קל חסר צבע. בתערובת עם אוויר או חמצן, הוא דליק ונפיץ. לא רעיל. בואו נתמוסס באתנול ובמספר מתכות: ברזל, ניקל, פלדיום, פלטינה.

כַּתָבָה

שחרור גז דליק במהלך האינטראקציה של חומצות ומתכות נצפה במאות ה-16 וה-17 עם שחר היווצרותה של הכימיה כמדע. גם מיכאיל וסילייביץ' לומונוסוב הצביע ישירות על בידודו, אבל כבר בהחלט הבין שזה לא פלוגיסטון. הפיזיקאי והכימאי האנגלי הנרי קוונדיש חקר את הגז הזה ב-1766 וכינה אותו "אוויר דליק". כאשר נשרף, "אוויר דליק" הפיק מים, אך דבקותו של קוונדיש בתיאוריית הפלוגיסטון מנעה ממנו להסיק את המסקנות הנכונות. הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה, יחד עם המהנדס J. Meunier, באמצעות גזומטרים מיוחדים, ביצע בשנת 1783 את הסינתזה של מים, ולאחר מכן הניתוח שלהם, פירוק אדי מים עם ברזל לוהט. כך קבע ש"אוויר דליק" הוא חלק מהמים וניתן לקבל ממנו.

מקור השם

Lavoisier נתן למימן את השם הידרוג'ן (מיוונית אחרת ὕδωρ - מים ו-γεννάω - אני יולדת) - "יולדת מים". השם הרוסי "מימן" הוצע על ידי הכימאי M.F. Solovyov בשנת 1824 - באנלוגיה ל"חמצן" על ידי M.V. Lomonosov.

שְׁכִיחוּת

בעולם
מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. הוא מהווה כ-92% מכלל האטומים (8% הם אטומי הליום, חלקם של כל שאר היסודות ביחד הוא פחות מ-0.1%). לפיכך, מימן הוא המרכיב העיקרי של כוכבים וגז בין-כוכבי. בתנאים של טמפרטורות כוכבים (לדוגמה, טמפרטורת פני השמש היא ~ 6000 מעלות צלזיוס), מימן קיים בצורה של פלזמה; בחלל הבין-כוכבי, יסוד זה קיים בצורה של מולקולות בודדות, אטומים ויונים ויכול יוצרים עננים מולקולריים הנבדלים באופן משמעותי בגודל, בצפיפות ובטמפרטורה.

קרום כדור הארץ ואורגניזמים חיים
חלק המסה של מימן בקרום כדור הארץ הוא 1% - זהו היסוד העשירי הנפוץ ביותר. עם זאת, תפקידו בטבע נקבע לא לפי מסה, אלא לפי מספר האטומים, שחלקם בין יתר היסודות הוא 17% (מקום שני אחרי חמצן, ששיעור האטומים שלו הוא ~ 52%). לכן, חשיבות המימן בתהליכים הכימיים המתרחשים על פני כדור הארץ גדולה כמעט כמו זו של חמצן. בניגוד לחמצן, שקיים על פני כדור הארץ הן במצב קשור והן במצב חופשי, כמעט כל המימן בכדור הארץ הוא בצורה של תרכובות; רק כמות קטנה מאוד של מימן בצורה של חומר פשוט נמצאת באטמוספירה (0.00005% בנפח).
מימן הוא מרכיב של כמעט כל החומרים האורגניים והוא קיים בכל התאים החיים. בתאים חיים, לפי מספר האטומים, מימן מהווה כמעט 50%.

קַבָּלָה

שיטות תעשייתיות להשגת חומרים פשוטים תלויות בצורה שבה נמצא היסוד המתאים בטבע, כלומר מה יכול להיות חומר הגלם לייצורו. אז, חמצן, הזמין במצב חופשי, מתקבל בצורה פיזית - על ידי בידוד מאוויר נוזלי. כמעט כל המימן הוא בצורת תרכובות, ולכן משתמשים בשיטות כימיות להשגתו. בפרט, ניתן להשתמש בתגובות פירוק. אחת הדרכים לייצר מימן היא תגובה של פירוק מים על ידי זרם חשמלי.
השיטה התעשייתית העיקרית להפקת מימן היא התגובה עם מים של מתאן, שהוא חלק מהגז הטבעי. זה מתבצע בטמפרטורה גבוהה:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 -165 קילו-ג'יי

אחת משיטות המעבדה להפקת מימן, המשמשת לעתים בתעשייה, היא פירוק מים באמצעות זרם חשמלי. מימן מיוצר בדרך כלל במעבדה על ידי תגובה של אבץ עם חומצה הידרוכלורית.