הרצאה 29

מֵימָן. מים

תוכנית ההרצאה:

מים. כימי ו תכונות גשמיות

תפקיד המימן והמים בטבע

מימן כיסוד כימי

מימן הוא היסוד היחיד במערכת המחזורית של D.I. Mendeleev, מיקומו אינו ברור. הסמל הכימי שלו בטבלה המחזורית נרשם פעמיים: הן בקבוצות IA והן בקבוצות VIIA. זה מוסבר על ידי העובדה שלמימן יש מספר תכונות המשלבות אותו עם מתכות אלקליות והלוגנים (טבלה 14).

טבלה 14

השוואה בין תכונות המימן לתכונות של מתכות אלקליות והלוגנים

דמיון למתכות אלקליות	דמיון להלוגנים
ברמת האנרגיה החיצונית, אטומי מימן מכילים אלקטרון אחד. מימן שייך ליסודות s	כדי להשלים את הרמה החיצונית והיחידה, לאטומי מימן, כמו אטומי הלוגן, חסר אלקטרון אחד
מימן מפגין תכונות מפחיתות. כתוצאה מחמצון, מימן מקבל את מצב החמצון הנפוץ ביותר בתרכובות שלו +1	למימן, כמו הלוגנים, בתרכובות עם מתכות אלקליות ואדמה אלקליין יש מצב חמצון של -1, מה שמאשר את תכונות חמצון.
ההנחה היא נוכחות בחלל של מימן מוצק עם סריג גביש מתכתי.	כמו פלואור וכלור, מימן הוא גז בתנאים רגילים. המולקולות שלו, כמו מולקולות ההלוגנים, הן דואטומיות ונוצרות על ידי קשר קוולנטי לא קוטבי

בטבע, מימן קיים בצורה של שלושה איזוטופים בעלי המסה 1, 2 ו-3: פרוטיום 1 1 H, דיוטריום 2 1 D וטריטיום 3 1 T. השניים הראשונים הם איזוטופים יציבים, והשלישי הוא רדיואקטיבי. התערובת הטבעית של איזוטופים נשלטת על ידי פרוטיום. היחסים הכמותיים בין האיזוטופים H:D:T הם 1:1.46 10 -5: 4.00 10 -15 .

תרכובות של איזוטופי מימן נבדלות זו מזו בתכונותיהן. כך, למשל, נקודות הרתיחה והקפיאה של מי פרוטיום קלים (H 2 O), בהתאמה, הן - 100 o C ו- 0 o C, ודוטריום (D 2 O) - 101.4 o C ו- 3.8 o C. התגובה שיעור בהשתתפות מים קלים גבוה יותר מאשר מים כבדים.

מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום - הוא מהווה כ-75% מהמסה של היקום או למעלה מ-90% מכלל האטומים שלו. מימן הוא חלק מהמים בקליפה הגיאולוגית החשובה ביותר בכדור הארץ - ההידרוספירה.

מימן יוצר, יחד עם פחמן, את כל החומרים האורגניים, כלומר, הוא חלק מהקליפה החיה של כדור הארץ - הביוספירה. בקרום כדור הארץ - הליתוספירה - תכולת המסה של מימן היא רק 0.88%, כלומר, היא תופסת את המקום ה-9 מבין כל היסודות. מעטפת האוויר של כדור הארץ - האטמוספירה מכילה פחות ממיליונית מהנפח הכולל המיוחס למימן מולקולרי. זה נמצא רק ב שכבות עליונותאַטמוֹספֵרָה.

השגת מימן ושימוש בו

המימן הושג לראשונה במאה ה-16 רופא מימי הבינייםוהאלכימאי Paracelsus, כאשר לוח ברזל היה טבול בחומצה גופרתית, ובשנת 1766, הוכיח הכימאי האנגלי הנרי קוונדיש שמימן מתקבל לא רק על ידי אינטראקציה של ברזל עם חומצה גופרתית, אלא גם של מתכות אחרות עם חומצות אחרות. קוונדיש גם תיאר לראשונה את תכונות המימן.

IN מַעבָּדָה מתקבלים תנאי מימן:

1. אינטראקציה של מתכות עם חומצה:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. אינטראקציה של מתכות אלקליות ואדמה אלקליין עם מים

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

IN תַעֲשִׂיָה מימן מיוצר בדרכים הבאות:

1. אלקטרוליזה של תמיסות מימיות של מלחים, חומצות ואלקליות.תמיסת המלח הנפוצה ביותר היא:

2NaCl + 2H 2 O →el. זרם H 2 + Cl 2 + NaOH

2. שחזור אדי מים על ידי קולה לוהטת:

C + H 2 O → t CO + H 2

התערובת המתקבלת של פחמן חד חמצני ומימן נקראת גז מים (גז סינתזה),והוא נמצא בשימוש נרחב לסינתזה של מוצרים כימיים שונים (אמוניה, מתנול וכו'). כדי לשחרר מימן מגז מים, פחמן חד חמצני הופך לפחמן דו חמצני כאשר הוא מחומם באדי מים:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. חימום מתאןבנוכחות אדי מים וחמצן. שיטה זו היא כרגע העיקרית:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

מימן נמצא בשימוש נרחב עבור:

1. סינתזה תעשייתית של אמוניה ומימן כלורי;

2. השגת מתנול ודלק נוזלי סינטטי כחלק מגז סינתזה (2 נפחי מימן ונפח 1 CO);

3. טיפול הידרו ופיצוח של שברי נפט;

4. הידרוגנציה של שומנים נוזליים;

5. חיתוך וריתוך של מתכות;

6. השגת טונגסטן, מוליבדן ורניום מהתחמוצות שלהם;

7. מנועי חללכדלק.

8. כורים תרמו-גרעיניים משתמשים באיזוטופי מימן כדלק.

פיזי ו תכונות כימיותמֵימָן

מימן הוא גז חסר צבע, חסר טעם וריח. צפיפות ב-n.o. 0.09 גרם/ליטר (פי 14 קל יותר מאוויר). המימן אינו מסיס במים (רק 2 נפחי גז ל-100 נפחי מים), אך הוא נספג היטב על ידי מתכות d - ניקל, פלטינה, פלדיום (עד 900 נפחים של מימן מומסים בנפח אחד של פלדיום).

IN תגובה כימיתמימן מפגין תכונות מפחיתות וחמצון כאחד. לרוב, מימן פועל כחומר מפחית.

1. אינטראקציה עם לא מתכות. מימן יוצר תרכובות מימן נדיפות עם לא-מתכות (ראה הרצאה 25).

עם הלוגניםקצב התגובה ותנאי הזרימה משתנים מפלואור ליוד: מימן מגיב עם פלואור עם פיצוץ גם בחושך, עם כלור התגובה מתרחשת די רגועה עם קרינת אור מועטה, עם ברום ויוד התגובות הפיכות ומתקיימות רק בחימום:

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + I 2 → t 2HI

עם חמצןומימן גופרתי מגיב בחימום קל. נקראת תערובת 1:2 של חמצן ומימן גז נפץ:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

עם חנקן, זרחן ופחמןהתגובה מתרחשת תחת חימום, לחץ מוגבר ובנוכחות זרז. התגובות הפיכות:

3H 2 + N 2 → cat., p, t2NH 3

2H 2 + 3P → cat., p, t3PH 3

H 2 + C → cat., p, t CH 4

2. אינטראקציה עם חומרים מורכבים.בטמפרטורות גבוהות, מימן מפחית מתכות מהתחמוצות שלהם:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. בְּ אינטראקציה עם מתכות אלקליות ואדמה אלקלייןמימן מפגין תכונות חמצון:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. אינטראקציה עם חומרים אורגניים.מימן יוצר אינטראקציה פעילה עם חומרים אורגניים רבים, תגובות כאלה נקראות תגובות הידרוגנציה. תגובות דומות ייחשבו ביתר פירוט בחלק השלישי של האוסף "כימיה אורגנית".

מֵימָן

מֵימָן-א; M.יסוד כימי (H), גז קל, חסר צבע וריח המתחבר עם חמצן ליצירת מים.

◁ מימן, ה, ה. חיבורי V. V חיידקים. פצצה ו'(פצצה בעלת כוח הרס עצום, שהשפעתה הנפיצה מבוססת על תגובה תרמו-גרעינית). מימן, ה, ה.

מֵימָן

(lat. Hydrogenium), יסוד כימי מקבוצה VII של המערכת המחזורית. בטבע ישנם שני איזוטופים יציבים (פרוטיום ודוטריום) ואיזוטופ רדיואקטיבי אחד (טריטיום). המולקולה היא דיאטומית (H 2). גז חסר צבע וריח; צפיפות 0.0899 גרם/ליטר, טקיפ - 252.76 מעלות צלזיוס. הוא מתחבר עם אלמנטים רבים ויוצר מים עם חמצן. האלמנט הנפוץ ביותר בחלל; מהווה (בצורת פלזמה) יותר מ-70% ממסת השמש והכוכבים, החלק העיקרי של הגזים של המדיום והערפיליות הבין-כוכביות. אטום המימן הוא חלק מחומצות ובסיסים רבים, רוב התרכובות האורגניות. הם משמשים לייצור אמוניה, חומצה הידרוכלורית, להידרוגנציה של שומנים וכו', בריתוך וחיתוך מתכות. מבטיח כדלק (ראה. אנרגיית מימן).

מֵימָן

HYDROGEN (lat. Hydrogenium), H, יסוד כימי עם מספר אטומי 1, מסה אטומית 1.00794. הסמל הכימי למימן, H, נקרא בארצנו כ"אפר", כפי שמבטאים אות זו בצרפתית.
מימן טבעי מורכב מתערובת של שני נוקלידים יציבים (ס"מ. NUCLIDE)עם מספרי מסה 1.007825 (99.985% בתערובת) ו-2.0140 (0.015%). בנוסף, כמויות עקבות של הגרעין הרדיואקטיבי, טריטיום, נמצאות תמיד במימן הטבעי. (ס"מ. TRITIUM) 3 H (זמן מחצית חיים T 1/2 12.43 שנים). מכיוון שגרעין אטום מימן מכיל רק פרוטון אחד (לא יכול להיות פחות פרוטונים בגרעין של אטום), לפעמים אומרים שמימן יוצר את הגבול התחתון הטבעי של מערכת היסודות המחזורית של D.I. מנדלייב (אם כי היסוד מימן). עצמו ממוקם בטבלאות החלק העליון). היסוד מימן ממוקם בתקופה הראשונה של הטבלה המחזורית. זה גם שייך לקבוצה הראשונה (קבוצה IA של מתכות אלקליות (ס"מ.מתכות אלקליות)), ולקבוצה השביעית (קבוצה VIIA של הלוגנים (ס"מ. HALOGENS)).
מסות האטומים באיזוטופי מימן שונות מאוד (פי כמה). זה מוביל להבדלים ניכרים בהתנהגותם בתהליכים פיזיקליים (זיקוק, אלקטרוליזה וכו') ולהבדלים כימיים מסוימים (הבדלים בהתנהגות של איזוטופים של יסוד אחד נקראים השפעות איזוטופים; עבור מימן, השפעות איזוטופים הן המשמעותיות ביותר). לכן, בניגוד לאיזוטופים של כל היסודות האחרים, לאיזוטופי מימן יש סמלים ושמות מיוחדים. מימן בעל מסה 1 נקרא מימן קל, או פרוטיום (lat. Protium, מהיוונית protos - הראשון), מסומן בסמל H, והגרעין שלו נקרא פרוטון (ס"מ.פרוטון (חלקיק יסודי)), סמל ר. מימן בעל מסה של 2 נקרא מימן כבד, דאוטריום (ס"מ. DEUTERIUM)(בלטינית Deuterium, מיוונית deuteros - השני), הסמלים 2 H, או D (קראו "de") משמשים לייעודו, הגרעין d הוא ה-deuteron. איזוטופ רדיואקטיבי בעל מסה של 3 נקרא מימן סופר-כבד, או טריטיום (lat. Tritum, מהיוונית tritos - השלישי), הסמל 2 H או T (קראו "אלה"), הגרעין t הוא טריטון.
תצורה של שכבת אלקטרונים בודדת של אטום מימן ניטרלי לא נרגש 1 ס 1 . בתרכובות, הוא מציג מצבי חמצון +1, ולעתים רחוקות יותר, -1 (ערך I). הרדיוס של אטום המימן הנייטרלי הוא 0.024 ננומטר. אנרגיית היינון של האטום היא 13.595 eV, זיקת האלקטרונים היא 0.75 eV. בסולם פאולינג, האלקטרושליליות של מימן היא 2.20. מימן הוא אחת הלא מתכות.
בצורתו החופשית, זהו גז קל ודליק ללא צבע, ריח או טעם.
היסטוריית גילוי
שחרור גז דליק במהלך האינטראקציה של חומצות ומתכות נצפה במאות ה-16 וה-17 עם שחר היווצרותה של הכימיה כמדע. הפיזיקאי והכימאי האנגלי המפורסם G. Cavendish (ס"מ.קוונדיש הנרי)בשנת 1766 הוא חקר את הגז הזה וכינה אותו "אוויר דליק". כאשר נשרף, "אוויר דליק" נתן מים, אבל דבקותו של קוונדיש לתיאוריית הפלוגיסטון (ס"מ. PHLOGISTON)מנע ממנו להסיק מסקנות נכונות. הכימאי הצרפתי א' לבואזיה (ס"מ.לבואזיה אנטואן לורן)יחד עם המהנדס J. Meunier (ס"מ. MEUNIER ז'אן בטיסט מארי צ'ארלס), באמצעות גזומטרים מיוחדים, בשנת 1783 ביצעו סינתזה של מים, ולאחר מכן הניתוח שלהם, פירוק אדי מים עם ברזל לוהט. כך קבע ש"אוויר דליק" הוא חלק מהמים וניתן לקבל ממנו. בשנת 1787 הגיע לבואזיה למסקנה ש"אוויר דליק" הוא חומר פשוט, ולכן שייך למספר היסודות הכימיים. הוא נתן לו את השם מימן (מיוונית הידור - מים וג'נאו - יולדת) - "מוליד מים". ביסוס הרכב המים שמה קץ ל"תורת הפלוגיסטון". השם הרוסי "מימן" הוצע על ידי הכימאי M.F. Solovyov (ס"מ.סולובייב מיכאיל פדורוביץ')בשנת 1824. בתחילת המאות ה-18 וה-19, נמצא שאטום המימן קל מאוד (בהשוואה לאטומים של יסודות אחרים), ומשקל (מסה) של אטום המימן נלקח כיחידה להשוואה המסות האטומיות של יסודות. למסה של אטום המימן נקבע ערך השווה ל-1.
להיות בטבע
המימן מהווה כ-1% מהמסה של קרום כדור הארץ (מקום 10 מבין כל היסודות). מימן כמעט ולא נמצא בצורתו החופשית על הפלנטה שלנו (עקבותיו נמצאים באטמוספרה העליונה), אך הוא מופץ כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ בהרכב המים. היסוד מימן נמצא באורגני ו תרכובות אנאורגניותאורגניזמים חיים, גז טבעי, נפט, פחם. הוא כלול, כמובן, בהרכב המים (כ-11% במשקל), בהידרטים ומינרלים גבישיים טבעיים שונים, המכילים קבוצת OH הידרוקסו אחת או יותר.
מימן כיסוד שולט ביקום. הוא מהווה כמחצית ממסת השמש וכוכבים אחרים, הוא קיים באטמוספירה של מספר כוכבי לכת.
קַבָּלָה
ניתן להשיג מימן בדרכים רבות. בתעשייה משתמשים לכך בגזים טבעיים וכן גזים המתקבלים מזיקוק נפט, קוקינג וגיזוז של פחם ודלקים אחרים. בייצור מימן מגז טבעי (המרכיב העיקרי הוא מתאן), מתבצעת האינטראקציה הקטליטית שלו עם אדי מים וחמצון לא שלם עם חמצן:
CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2 ו-CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO 2 + 2H 2
ההפרדה של מימן מגז תנור קוק וגזי בתי זיקוק מבוססת על הנזילות שלהם במהלך קירור עמוק והסרה מתערובת הגזים המוזלים בקלות רבה יותר ממימן. בנוכחות חשמל זול, מימן מתקבל על ידי אלקטרוליזה של מים, העברת זרם דרך פתרונות אלקליים. IN תנאי מעבדהמימן מתקבל בקלות על ידי תגובה של מתכות עם חומצות, כגון אבץ עם חומצה הידרוכלורית.
תכונות פיזיקליות וכימיות
בתנאים רגילים, מימן הוא גז קל (צפיפות בתנאים רגילים 0.0899 ק"ג/מ"ק) חסר צבע. נקודת התכה -259.15 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה -252.7 מעלות צלזיוס. למימן נוזלי (בנקודת הרתיחה) צפיפות של 70.8 ק"ג/מ"ר והוא הנוזל הקל ביותר. פוטנציאל אלקטרודה סטנדרטי H 2 / H - in תמיסה מימיתנלקח שווה ל-0. מימן מסיס בצורה גרועה במים: ב-0 מעלות צלזיוס, המסיסות היא פחות מ-0.02 ס"מ 3/מ"ל, אבל הוא מסיס מאוד במתכות מסוימות (ברזל ספוג ואחרות), במיוחד טוב בפלדיום מתכתי (בערך 850 נפחים של מימן בנפח 1 של מתכת). חום הבעירה של מימן הוא 143.06 MJ/kg.
קיים בצורה של מולקולות H 2 דיאטומיות. קבוע הדיסוציאציה של H 2 לאטומים ב-300 K הוא 2.56 10 -34. אנרגיית הפירוק של מולקולת H 2 לאטומים היא 436 קילו-ג'יי/מול. המרחק הפנימי-גרעיני במולקולת H 2 הוא 0.07414 ננומטר.
מאחר ולגרעין של כל אטום H, שהוא חלק מהמולקולה, יש ספין משלו (ס"מ.סיבוב), אז מימן מולקולרי יכול להיות בשתי צורות: בצורה של אורתו-מימן (o-H 2) (לשני הספינים יש אותה כיוון) ובצורה של פרה-מימן (p-H 2) (לספינים יש כיוונים שונים). בתנאים רגילים, מימן נורמלי הוא תערובת של 75% o-H 2 ו-25% p-H 2. התכונות הפיזיקליות של p-ו-o-H 2 שונות מעט זו מזו. לפיכך, אם נקודת הרתיחה טהור o-n 2 20.45 K, אם כן טהור p-n 2 - 20.26 K. מדליק 2 ב-p-H 2 מלווה בשחרור של 1418 J/mol של חום.
נטען שוב ושוב בספרות המדעית כי לחצים גבוהים(מעל 10 GPa) ובשעה טמפרטורות נמוכות ax (כ-10 K ומטה), מימן מוצק, שמתגבש בדרך כלל בסריג משושה מסוג מולקולרי, יכול להפוך לחומר בעל תכונות מתכתיות, אולי אפילו מוליך-על. עם זאת, עדיין אין נתונים חד משמעיים על האפשרות של מעבר כזה.
החוזק הגבוה של הקשר הכימי בין אטומים במולקולת H 2 (אשר, למשל, בשיטת האורביטל המולקולרית, ניתן להסביר בכך שבמולקולה זו זוג אלקטרוניםהממוקם על האורביטל המקשר, והאורביטל האנטי-קושר אינו מאוכלס באלקטרונים) מוביל לכך שבטמפרטורת החדר, מימן גזי אינו פעיל מבחינה כימית. אז, ללא חימום, עם ערבוב פשוט, מימן מגיב (עם פיצוץ) רק עם פלואור גזי:
H 2 + F 2 \u003d 2HF + Q.
אם תערובת של מימן וכלור בטמפרטורת החדר מוקרנת באור אולטרה סגול, אזי נצפית היווצרות מיידית של מימן כלורי HCl. התגובה של מימן עם חמצן מתרחשת עם פיצוץ אם זרז, פלדיום מתכתי (או פלטינה), מוכנס לתערובת הגזים הללו. כאשר ניצת, תערובת של מימן וחמצן (מה שנקרא גז נפץ (ס"מ.גז נפץ)) מתפוצץ, ויכול להתרחש פיצוץ בתערובות שבהן תכולת המימן היא בין 5 ל-95 אחוזי נפח. מימן טהור באוויר או בחמצן טהור בוער בשקט עם האבולוציה מספר גדולחוֹם:
H 2 + 1 / 2O 2 \u003d H 2 O + 285.75 קילו-ג'יי / מול
אם מימן יוצר אינטראקציה עם לא מתכות ומתכות אחרות, אז רק בתנאים מסוימים (חימום, לחץ דם גבוה, נוכחות של זרז). אז מימן מגיב בצורה הפיכה עם חנקן בלחץ גבוה (20-30 MPa ויותר) ובטמפרטורה של 300-400 מעלות צלזיוס בנוכחות זרז - ברזל:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
כמו כן, רק בחימום, מימן מגיב עם גופרית ליצירת מימן גופרתי H 2 S, עם ברום - ליצירת מימן ברומיד HBr, עם יוד - ליצירת מימן יודיד HI. מימן מגיב עם פחם (גרפיט) ​​ויוצר תערובת של פחמימנים בהרכבים שונים. מימן אינו יוצר אינטראקציה ישירה עם בורון, סיליקון וזרחן; תרכובות של יסודות אלה עם מימן מתקבלות בעקיפין.
בחימום, מימן מסוגל להגיב עם אלקלי, מתכות אדמה אלקליות ומגנזיום ליצירת תרכובות בעלות אופי קשר יוני, המכילות מימן במצב חמצון -1. לכן, כאשר סידן מחומם באווירת מימן, נוצר הידריד דמוי מלח בהרכב CaH 2. אלומיניום הידריד פולימרי (AlH 3) x - אחד מחומרי ההפחתה החזקים ביותר - מתקבל בעקיפין (לדוגמה, באמצעות תרכובות אורגנואלומיניום). עם מתכות מעבר רבות (למשל, זירקוניום, חפניום וכו'), מימן יוצר תרכובות בעלות הרכב משתנה (תמיסות מוצקות).
מימן מסוגל להגיב לא רק עם הרבה חומרים פשוטים, אלא גם עם חומרים מורכבים. קודם כל, יש לשים לב ליכולתו של מימן להפחית מתכות רבות מהתחמוצות שלהן (כגון ברזל, ניקל, עופרת, טונגסטן, נחושת וכו'). אז, כאשר מחומם לטמפרטורה של 400-450 מעלות צלזיוס ומעלה, ברזל מופחת על ידי מימן מכל אחת מהתחמוצות שלו, למשל:
Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O.
יש לציין שרק מתכות הממוקמות בסדרת הפוטנציאלים הסטנדרטיים מעבר למנגן ניתנות להפחתה מתחמוצות על ידי מימן. מתכות פעילות יותר (כולל מנגן) אינן מופחתות למתכת מתחמוצות.
מימן מסוגל להוסיף לקשר כפול או משולש לתרכובות אורגניות רבות (אלה הן מה שנקרא תגובות הידרוגנציה). לדוגמה, בנוכחות זרז ניקל, ניתן לבצע הידרוגנציה של אתילן C 2 H 4, ונוצר אתאן C 2 H 6:
C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6.
האינטראקציה של פחמן חד חמצני (II) ומימן בתעשייה מייצרת מתנול:
2H 2 + CO \u003d CH 3 OH.
בתרכובות שבהן אטום מימן מחובר לאטום של יסוד E יותר אלקטרוני (E = F, Cl, O, N), נוצרים קשרי מימן בין המולקולות (ס"מ.קשר מימן)(שני אטומי E של אותו יסוד או שני יסודות שונים מחוברים ביניהם דרך אטום H: E "... N ... E"", וכל שלושת האטומים ממוקמים על אותו קו ישר). קשרים כאלה קיימים בין המולקולות של מים, אמוניה, מתנול וכו' ומביאים לעלייה ניכרת בנקודות הרתיחה של חומרים אלו, לעלייה בחום האידוי וכו'.
יישום
מימן משמש בסינתזה של אמוניה NH 3, מימן כלורי HCl, מתנול CH 3 OH, בפיצוח הידרומי (פיצוח באווירת מימן) של פחמימנים טבעיים, כחומר מפחית בייצור של מתכות מסוימות. הידרוגנציה (ס"מ.הידרוגנציה)שמנים צמחיים טבעיים מקבלים שומן מוצק - מרגרינה. מימן נוזלי מוצא שימוש כדלק רקטי וגם כנוזל קירור. תערובת של חמצן ומימן משמשת בריתוך.
פעם הוצע כי בעתיד הקרוב המקור העיקרי להפקת אנרגיה יהיה התגובה של שריפת מימן, ואנרגיית מימן תחליף את מקורות הפקת האנרגיה המסורתיים (פחם, נפט וכו'). יחד עם זאת, ההנחה הייתה כי להפקת מימן בקנה מידה גדול ניתן יהיה להשתמש באלקטרוליזה של מים. אלקטרוליזה במים היא תהליך די עתיר אנרגיה, וכיום לא משתלם להשיג מימן באלקטרוליזה בקנה מידה תעשייתי. אבל היה צפוי שהאלקטרוליזה תתבסס על שימוש בחום בטמפרטורה בינונית (500-600 מעלות צלזיוס), המתרחשת בכמויות גדולות במהלך הפעלת תחנות כוח גרעיניות. לחום זה שימוש מוגבל, והאפשרות להשיג בעזרתו מימן תפתור הן את בעיית האקולוגיה (כאשר מימן נשרף באוויר, כמות החומרים המזיקים לסביבה הנוצרים מינימלית) והן את בעיית ניצול הטמפרטורה הבינונית. חוֹם. עם זאת, לאחר אסון צ'רנוביל, פיתוח האנרגיה הגרעינית מצטמצם בכל מקום, כך שמקור האנרגיה המצוין הופך לבלתי נגיש. לכן, הסיכויים לשימוש נרחב במימן כמקור אנרגיה עדיין משתנים לפחות עד אמצע המאה ה-21.
תכונות של מחזור
מימן אינו רעיל, אך בטיפול בו יש לקחת כל הזמן בחשבון את סכנת השריפה והפיצוץ הגבוהה שלו, וסכנת הפיצוץ של המימן גדלה עקב היכולת הגבוהה של הגז להתפזר אפילו דרך חלק מהחומרים המוצקים. לפני תחילת פעולות חימום באווירה של מימן, יש לוודא שהוא נקי (כאשר מדליקים מימן במבחנה הפוכה, הקול צריך להיות עמום, לא לנבוח).
תפקיד ביולוגי
המשמעות הביולוגית של מימן נקבעת על ידי העובדה שהוא חלק ממולקולות מים ומכל הקבוצות החשובות ביותר של תרכובות טבעיות, כולל חלבונים, חומצות גרעין, שומנים ופחמימות. כ-10% מהמסה של אורגניזמים חיים הוא מימן. ליכולת של מימן ליצור קשר מימן תפקיד מכריע בשמירה על המבנה הרבעוני המרחבי של חלבונים, כמו גם ביישום עקרון ההשלמה. (ס"מ.מַשׁלִים)בבנייה ותפקודים של חומצות גרעין (כלומר, באחסון ויישום מידע גנטי), באופן כללי, ביישום "הכרה" ברמה המולקולרית. מימן (יון H+) לוקח חלק בתהליכים ובתגובות הדינמיות החשובות ביותר בגוף - בחמצון ביולוגי, המספק לתאים חיים אנרגיה, בפוטוסינתזה בצמחים, בתגובות ביוסינתזה, בקיבוע חנקן ובפוטוסינתזה חיידקית, בשמירה על איזון חומצה-בסיסוהומאוסטזיס (ס"מ.הומאוסטזיס), בתהליכים הובלת ממברנה. כך, יחד עם חמצן ופחמן, מימן מהווה את הבסיס המבני והתפקודי של תופעות החיים.

מילון אנציקלופדי. 2009 .

מילים נרדפות:

ראה מה זה "מימן" במילונים אחרים:

טבלת נוקלידים מידע כללישם, סמל מימן 4, 4H ניוטרונים 3 פרוטונים 1 תכונות נוקלידים מסה אטומית 4.027810 (110) ... ויקיפדיה

טבלת נוקלידים מידע כללי שם, סמל מימן 5, 5H ניוטרונים 4 פרוטונים 1 תכונות נוקלידים מסה אטומית 5.035310 (110) ... ויקיפדיה

טבלת נוקלידים מידע כללי שם, סמל מימן 6, 6H ניוטרונים 5 פרוטונים 1 תכונות נוקלידים מסה אטומית 6.044940 (280) ... ויקיפדיה

טבלת נוקלידים מידע כללי שם, סמל מימן 7, 7H ניוטרונים 6 פרוטונים 1 תכונות נוקלידים מסה אטומית 7.052750 (1080) ... ויקיפדיה

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

מסה אטומית יחסית של מימן = 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, מימן הוא המרכיב העיקרי של כוכבים 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. הערך של מימן ב תהליכים כימייםהמתרחש על פני כדור הארץ גדול כמעט כמו 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 הוא מרכיב של כמעט כל החומרים האורגניים והוא 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 בטמפרטורות נמוכות מתעבה 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. יהיה בשימוש נרחב בבית תאי דלק, שעבודתו מבוססת גם על חמצון של מימן עם חמצן.

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. 6 במאי 1937 ספינת אוויר,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 ו חלק בלתי נפרדתרכובות מורכבות רבות, זהו יסוד אורגני וביוגני. כדאי להכיר בפירוט את התכונות והתכונות העיקריות שלו.

מימן במערכת המחזורית של מנדלייב

התכונות העיקריות של מימן המצוינות ב:

• מספר סידורייסוד - 1 (יש אותו מספר של פרוטונים ואלקטרונים);
• המסה האטומית היא 1.00795;
• למימן שלושה איזוטופים, שלכל אחד מהם תכונות מיוחדות;
• בשל תכולת אלקטרון אחד בלבד, מימן מסוגל להפגין תכונות מצמצמות ומחמצנות, ולאחר תרומת אלקטרון למימן אורביטל חופשי, הלוקח חלק ביצירת קשרים כימיים על פי 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;
• בלחץ גבוה, ניתן 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!

מימן התגלה במחצית השנייה של המאה ה-18 על ידי המדען האנגלי בתחום הפיזיקה והכימיה G. Cavendish. הוא הצליח לבודד חומר במצב טהור, החל לחקור אותו ותיאר את תכונותיו.

כזו היא ההיסטוריה של גילוי המימן. במהלך הניסויים קבע החוקר כי מדובר בגז דליק, ששריפתו באוויר נותנת מים. זה הוביל לקביעת ההרכב האיכותי של המים.

מה זה מימן

מימן, כחומר פשוט, הוכרז לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי A. Lavoisier בשנת 1784, מאז שקבע שהמולקולה שלו מכילה אטומים מאותו סוג.

שמו של היסוד הכימי בלטינית נשמע כמו הידרוגניום (קרא "מימן"), שפירושו "לידת מים". השם מתייחס לתגובת הבעירה המייצרת מים.

אפיון מימן

הייעוד של מימן N. Mendeleev הקצה זאת יסוד כימיהמספר הסידורי הראשון, הצבתו בתת-הקבוצה הראשית של הקבוצה הראשונה והתקופה הראשונה ועל תנאי בתת-הקבוצה הראשית של הקבוצה השביעית.

המשקל האטומי (מסה אטומית) של מימן הוא 1.00797. מסה מולקולרית H 2 שווה ל-2 a. ה המסה הטוחנית שווה לו מבחינה מספרית.

הוא מיוצג על ידי שלושה איזוטופים בעלי שם מיוחד: הפרוטיום הנפוץ ביותר (H), דאוטריום כבד (D) וטריטיום רדיואקטיבי (T).

זהו היסוד הראשון שניתן להפריד לחלוטין לאיזוטופים. בצורה פשוטה. הוא מבוסס על הפרש המסה הגבוה של איזוטופים. התהליך בוצע לראשונה ב-1933. זה מוסבר על ידי העובדה שרק בשנת 1932 התגלה איזוטופ במסה של 2.

תכונות גשמיות

בתנאים רגילים, חומר פשוט מימן בצורת מולקולות דו-אטומיות הוא גז, ללא צבע, שאין לו טעם וריח. מסיס מעט במים ובממיסים אחרים.

טמפרטורת התגבשות - 259.2 o C, נקודת רתיחה - 252.8 o C.הקוטר של מולקולות המימן כל כך קטן שיש להן את היכולת להתפזר לאט דרך מספר חומרים (גומי, זכוכית, מתכות). מאפיין זה משמש כאשר הוא נדרש לטיהור מימן מזיהומים גזים. ב-n. y. למימן יש צפיפות של 0.09 ק"ג/מ"ק.

האם ניתן להמיר מימן למתכת באנלוגיה ליסודות הנמצאים בקבוצה הראשונה? מדענים מצאו שמימן, בתנאים שבהם הלחץ מתקרב ל-2 מיליון אטמוספרות, מתחיל לספוג קרני אינפרא אדום, מה שמעיד על קיטוב של מולקולות החומר. אולי בלחצים גבוהים עוד יותר, מימן יהפוך למתכת.

זה מעניין:יש הנחה שבכוכבי הלכת הענקיים, צדק ושבתאי, מימן הוא בצורת מתכת. ההנחה היא שמימן מוצק מתכתי קיים גם בהרכב ליבת כדור הארץ, בשל הלחץ האולטרה-גבוה שנוצר על ידי מעטפת כדור הארץ.

תכונות כימיות

גם חומרים פשוטים וגם מורכבים נכנסים לאינטראקציה כימית עם מימן. אבל צריך להגביר את הפעילות הנמוכה של המימן על ידי יצירת תנאים מתאימים - העלאת הטמפרטורה, שימוש בזרזים וכו'.

בחימום, חומרים פשוטים כמו חמצן (O 2), כלור (Cl 2), חנקן (N 2), גופרית (S) מגיבים עם מימן.

אם תצית מימן טהור בקצה צינור הגז באוויר, הוא ישרף באופן שווה, אך בקושי מורגש. אם נציב צינור אוורורלתוך אטמוספירה של חמצן טהור, אז תימשך הבעירה עם היווצרות טיפות מים על דפנות הכלי, כתוצאה מהתגובה:

שריפת המים מלווה בשחרור של כמות גדולה של חום. זוהי תגובה תרכובת אקזותרמית שבה מימן מתחמצן על ידי חמצן ליצירת תחמוצת H 2 O. זוהי גם תגובת חיזור שבה מימן מתחמצן והחמצן מופחת.

באופן דומה, התגובה עם Cl 2 מתרחשת עם היווצרות מימן כלורי.

האינטראקציה של חנקן עם מימן דורשת טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, כמו גם נוכחות של זרז. התוצאה היא אמוניה.

כתוצאה מהתגובה עם גופרית, נוצר מימן גופרתי, שזיהויו מקל על הריח האופייני של ביצים רקובות.

מצב החמצון של מימן בתגובות אלו הוא +1, ובהידרידים המתוארים להלן הוא 1.

כאשר מגיבים עם מתכות מסוימות נוצרים הידרידים, למשל נתרן הידריד - NaH. חלק מהתרכובות המורכבות הללו משמשות כדלק לרקטות, כמו גם בכוח היתוך.

מימן מגיב גם עם חומרים מהקטגוריה המורכבת. לדוגמה, עם תחמוצת נחושת (II), הנוסחה CuO. כדי לבצע את התגובה, מימן נחושת מועבר על פני תחמוצת אבקת נחושת (II) מחוממת. במהלך האינטראקציה, המגיב משנה את צבעו והופך לאדום-חום, וטיפות מים מתיישבות על הקירות הקרים של המבחנה.

במהלך התגובה, מימן מתחמצן ליצירת מים, ונחושת מופחתת מתחמוצת לחומר פשוט (Cu).

תחומי שימוש

למימן יש חשיבות רבהלבני אדם ומוצא יישום בתחומים שונים:

1. בתעשייה הכימית זה חומרי גלם, בתעשיות אחרות זה דלק. אל תסתדר בלי מימן ומפעלי פטרוכימיה וזיקוק נפט.
2. בתעשיית החשמל, החומר הפשוט הזה פועל כחומר קירור.
3. במטלורגיה של ברזל ולא ברזל, מימן ממלא את התפקיד של חומר מפחית.
4. בעזרת עזרה זו, נוצרת סביבה אינרטית בעת אריזת מוצרים.
5. תעשיית התרופות משתמשת במימן כריאגנט בייצור מי חמצן.
6. בדיקות מטאורולוגיות מלאות בגז קל זה.
7. יסוד זה ידוע גם כחומר להפחתת דלק למנועי רקטות.

מדענים חוזים פה אחד שדלק מימן יהיה המוביל בתחום האנרגיה.

קבלה בתעשייה

בתעשייה, מימן מיוצר על ידי אלקטרוליזה, אשר נתון לכלורידים או הידרוקסידים של מתכות אלקליות מומסות במים. אפשר גם להשיג מימן בצורה זו ישירות מהמים.

לשם כך, נעשה שימוש בהמרה של קולה או מתאן עם קיטור. פירוק מתאן ב טמפרטורה גבוההגם נותן מימן. הנזלה של גז תנור קוק בשיטה הפרקציונלית משמשת גם לייצור תעשייתי של מימן.

השגה במעבדה

במעבדה משתמשים במכשיר Kipp לייצור מימן.

חומצה הידרוכלורית או גופרתית ואבץ פועלים כריאגנטים. כתוצאה מהתגובה נוצר מימן.

מציאת מימן בטבע

מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. עיקר הכוכבים, כולל השמש, וגופים קוסמיים אחרים הוא מימן.

זה רק 0.15% בקרום כדור הארץ. הוא קיים במינרלים רבים, בסך הכל חומר אורגני, כמו גם במים המכסים 3/4 משטח כדור הארץ שלנו.

באטמוספירה העליונה ניתן למצוא עקבות של מימן צורה טהורה. הוא נמצא גם במספר גזים טבעיים דליקים.

מימן גזי הוא הדק ביותר, ומימן נוזלי הוא החומר הצפוף ביותר על הפלנטה שלנו. בעזרת מימן, אתה יכול לשנות את גוון הקול, אם אתה שואף אותו, ולדבר בזמן שאתה נושף.

פצצת המימן החזקה ביותר מבוססת על פיצול האטום הקל ביותר.