Ūdeņradis– pirmais periodiskās sistēmas ķīmiskais elements ķīmiskie elementi DI. Mendeļejevs. Ķīmiskais elements ūdeņradis atrodas Periodiskās sistēmas pirmajā grupā, galvenajā apakšgrupā, pirmajā periodā.

Radinieks atomu masaūdeņradis = 1.

Ūdeņradim ir visvienkāršākā atomu struktūra, tas sastāv no viena elektrona, kas atrodas perinukleārajā telpā. Ūdeņraža atoma kodols sastāv no viena protona.

Ūdeņraža atoms ķīmiskās reakcijās var dot vai iegūt elektronu, veidojot divu veidu jonus:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

Ūdeņradis– visizplatītākais elements Visumā. Tas veido aptuveni 88,6% no visiem atomiem (apmēram 11,3% ir hēlija atomi, visu pārējo elementu īpatsvars kopā ir aptuveni 0,1%). Tādējādi ūdeņradis ir galvenais komponents zvaigznes un starpzvaigžņu gāze. Starpzvaigžņu telpā šis elements pastāv atsevišķu molekulu, atomu un jonu veidā un var veidot molekulārus mākoņus, kas ievērojami atšķiras pēc izmēra, blīvuma un temperatūras.

Ūdeņraža masas daļa zemes garozā ir 1%. Tas ir devītais visizplatītākais elements. Ūdeņraža nozīme ķīmiskajos procesos, kas notiek uz Zemes, ir gandrīz tikpat liela kā skābekļa nozīme. Atšķirībā no skābekļa, kas uz Zemes pastāv gan saistītā, gan brīvā stāvoklī, gandrīz viss ūdeņradis uz Zemes ir savienojumu veidā; Atmosfērā ir tikai ļoti neliels daudzums ūdeņraža vienkāršas vielas veidā (sausam gaisam 0,00005 tilpuma%).

Ūdeņradis ir atrodams gandrīz visās organiskās vielas un atrodas visās dzīvajās šūnās.

Ūdeņraža fizikālās īpašības

Vienkāršai vielai, ko veido ķīmiskais elements ūdeņradis, ir molekulāra struktūra. Tās sastāvs atbilst formulai H2. Tāpat kā ķīmiskais elements, vienkāršo vielu sauc arī par ūdeņradi.

Ūdeņradis– bezkrāsaina gāze, bez smaržas un garšas, ūdenī praktiski nešķīstoša. Istabas temperatūrā un normāli atmosfēras spiediensšķīdība ir 18,8 ml gāzes uz 1 litru ūdens.

Ūdeņradis– vieglākā gāze, tās blīvums ir 0,08987 g/l. Salīdzinājumam: gaisa blīvums ir 1,3 g/l.

Ūdeņradis var izšķīst metālos, piemēram, vienā tilpumā pallādija var izšķīdināt līdz 850 tilpumiem ūdeņraža. Tā ārkārtīgi mazā molekulārā izmēra dēļ ūdeņradis spēj izkliedēties cauri daudziem materiāliem

Tāpat kā citas gāzes, ūdeņradis zemas temperatūras kondensējas par bezkrāsainu dzidrs šķidrums, tas notiek temperatūrā - 252,8°C. Kad temperatūra sasniedz -259,2°C, ūdeņradis kristalizējas baltu kristālu veidā, līdzīgi sniegam.

Atšķirībā no skābekļa, ūdeņradim nav raksturīga allotropija

Ūdeņraža pielietojumi

Ūdeņradi izmanto dažādas nozares nozare. Amonjaka ražošanai tiek izmantots daudz ūdeņraža (NH3). No amonjaka iegūst slāpekļa mēslojumu, sintētiskās šķiedras un plastmasu, zāles.

Pārtikas rūpniecībā ūdeņradi izmanto margarīna ražošanā, kas satur cietos taukus. Lai tos iegūtu no šķidriem taukiem, caur tiem tiek izvadīts ūdeņradis.

Kad ūdeņradis sadedzina skābeklī, liesmas temperatūra ir aptuveni 2500°C.Šajā temperatūrā ugunsizturīgos metālus var izkausēt un metināt. Tādējādi ūdeņradis tiek izmantots metināšanā.

Kā raķešu degvielu izmanto šķidrā ūdeņraža un skābekļa maisījumu.

Šobrīd vairākas valstis ir uzsākušas pētījumus par neatjaunojamo enerģijas avotu (naftas, gāzes, ogļu) aizstāšanu ar ūdeņradi. Ūdeņradim sadegot skābeklī, veidojas videi draudzīgs produkts – ūdens, nevis oglekļa dioksīds izraisot siltumnīcas efektu.

Zinātnieki ierosina, ka 21. gadsimta vidū tas jāsāk masu produkcijaūdeņraža automašīnas. Plaši tiks izmantoti mājas kurināmā elementi, kuru darbība arī balstās uz ūdeņraža oksidēšanu ar skābekli.

19. gadsimta beigās – 20. gadsimta sākumā, aeronautikas laikmeta rītausmā tika iepildīts ūdeņradis Baloni, dirižabļiem un baloniem, jo ​​tas ir daudz vieglāks par gaisu. Tomēr dirižabļu laikmets sāka strauji aiziet pagātnē pēc katastrofas, kas notika ar dirižabli Hindenburga. 1937. gada 6. maijs, dirižablis, piepildīts ar ūdeņradi, tas aizdegās, kā rezultātā gāja bojā vairāki desmiti tā pasažieru.

Ūdeņradis ir ārkārtīgi sprādzienbīstams noteiktā proporcijā ar skābekli. Drošības noteikumu neievērošana izraisīja dirižablis aizdegšanos un eksploziju.

• Ūdeņradis– ķīmisko elementu periodiskās tabulas pirmais ķīmiskais elements D.I. Mendeļejevs
• Ūdeņradis atrodas periodiskās sistēmas I grupā, galvenajā apakšgrupā, 1. periodā
• Ūdeņraža valence savienojumos – I
• Ūdeņradis– bezkrāsaina gāze, bez smaržas un garšas, praktiski nešķīst ūdenī
• Ūdeņradis- vieglākā gāze
• Šķidrais un cietais ūdeņradis tiek ražots zemā temperatūrā
• Ūdeņradis var izšķīst metālos
• Ūdeņraža pielietojumi ir dažādi

Ūdeņradis - īpašs elements, kas Mendeļejeva periodiskajā tabulā vienlaikus aizņem divas šūnas. Tas atrodas divās elementu grupās, kurām ir pretējas īpašības, un šī funkcija padara to unikālu. Ūdeņradis ir vienkārša viela un daudzu sarežģītu savienojumu neatņemama sastāvdaļa, tas ir organogēns un biogēns elements. Ir vērts detalizēti iepazīties ar tā galvenajām iezīmēm un īpašībām.

Ūdeņradis Mendeļejeva periodiskajā tabulā

Galvenās ūdeņraža īpašības norādītas:

• elementa kārtas numurs ir 1 (ir vienāds protonu un elektronu skaits);
• atomu masa ir 1,00795;
• ūdeņradim ir trīs izotopi, no kuriem katram ir īpašas īpašības;
• Pateicoties tikai viena elektrona saturam, ūdeņradis spēj izrādīt reducējošus un oksidējošās īpašības, un pēc elektrona ziedošanas ūdeņradim ir brīva orbitāle, kas piedalās ķīmisko saišu veidošanā saskaņā ar donora-akceptora mehānismu;
• ūdeņradis ir viegls elements ar zemu blīvumu;
• ūdeņradis ir spēcīgs reducētājs, tas atver sārmu metālu grupu pirmajā grupā uz galveno apakšgrupu;
• ūdeņradim reaģējot ar metāliem un citiem spēcīgiem reducētājiem, tas pieņem to elektronus un kļūst par oksidētāju. Šādus savienojumus sauc par hidrīdiem. Saskaņā ar šo raksturlielumu ūdeņradis parasti pieder pie halogēnu grupas (tabulā tas ir norādīts virs fluora iekavās), ar kuru tas ir līdzīgs.

Ūdeņradis kā vienkārša viela

Ūdeņradis ir gāze, kuras molekula sastāv no divām. Šo vielu 1766. gadā atklāja britu zinātnieks Henrijs Kavendišs. Viņš pierādīja, ka ūdeņradis ir gāze, kas eksplodē, reaģējot ar skābekli. Pēc ūdeņraža izpētes ķīmiķi atklāja, ka šī viela ir vieglākā no visām cilvēkam zināmajām.

Cits zinātnieks Lavuazjē elementam deva nosaukumu “hidrogēnijs”, kas tulkojumā no latīņu valodas nozīmē “ūdens dzemdēšana”. 1781. gadā Henrijs Kavendišs pierādīja, ka ūdens ir skābekļa un ūdeņraža savienojums. Citiem vārdiem sakot, ūdens ir ūdeņraža reakcijas produkts ar skābekli. Ūdeņraža uzliesmojošās īpašības bija zināmas senajiem zinātniekiem: atbilstošos ierakstus atstāja Paracelzs, kurš dzīvoja 16. gadsimtā.

Molekulārais ūdeņradis ir dabā sastopams, dabā sastopams gāzveida savienojums, kas sastāv no diviem atomiem un tiek nogādāts degošas šķembas virsmā. Ūdeņraža molekula var sadalīties atomos, kas pārvēršas hēlija kodolos, jo tie spēj piedalīties kodolreakcijās. Šādi procesi regulāri notiek kosmosā un uz Saules.

Ūdeņradis un tā fizikālās īpašības

Ūdeņradim ir šādi fizikālie parametri:

• vārās -252,76 °C;
• kūst -259,14 °C; *norādītajās temperatūras robežās ūdeņradis ir šķidrums bez smaržas, bezkrāsains;
• Ūdeņradis nedaudz šķīst ūdenī;
• ūdeņradis teorētiski var nonākt metāliskā stāvoklī, ja tāds ir īpaši nosacījumi(zema temperatūra un augsts spiediens);
• tīrs ūdeņradis ir sprādzienbīstama un uzliesmojoša viela;
• ūdeņradis spēj izkliedēties cauri metālu biezumam, tāpēc tajos labi šķīst;
• ūdeņradis ir 14,5 reizes vieglāks par gaisu;
• plkst augsts asinsspiediens var iegūt sniegam līdzīgus cietā ūdeņraža kristālus.

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

Laboratorijas metodes:

• atšķaidītu skābju mijiedarbība ar aktīvajiem metāliem un vidējas aktivitātes metāliem;
• metālu hidrīdu hidrolīze;
• sārmu un sārmzemju metālu reakcija ar ūdeni.

Ūdeņraža savienojumi:

Ūdeņraža halogenīdi; nemetālu gaistoši ūdeņraža savienojumi; hidrīdi; hidroksīdi; ūdeņraža hidroksīds (ūdens); ūdeņraža peroksīds; organiskie savienojumi (olbaltumvielas, tauki, ogļūdeņraži, vitamīni, lipīdi, ēteriskās eļļas, hormoni). Noklikšķiniet, lai skatītu drošus eksperimentus, lai pētītu olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu īpašības.

Lai savāktu saražoto ūdeņradi, jums ir jātur mēģene otrādi. Ūdeņradi nevar savākt kā oglekļa dioksīdu, jo tas ir daudz vieglāks par gaisu. Ūdeņradis ātri iztvaiko, un, sajaucoties ar gaisu (vai lielās uzkrājumos), tas eksplodē. Tāpēc ir nepieciešams apgriezt mēģeni. Tūlīt pēc iepildīšanas caurule tiek aizvērta ar gumijas aizbāzni.

Lai pārbaudītu ūdeņraža tīrību, pie mēģenes kakliņa jātur aizdegts sērkociņš. Ja notiek blāvs un kluss sprādziens, gāze ir tīra un gaisa piemaisījumi ir minimāli. Ja vate ir skaļa un svilpo, gāze mēģenē ir netīra, tā satur liela daļa svešas sastāvdaļas.

Uzmanību! Nemēģiniet pats atkārtot šos eksperimentus!

Šķidrums

Ūdeņradis(lat. Ūdeņradis; norādīts ar simbolu H) ir periodiskās elementu tabulas pirmais elements. Plaši izplatīts dabā. Visizplatītākā ūdeņraža izotopa 1 H katjons (un kodols) ir protons. 1H kodola īpašības ļauj plaši izmantot KMR spektroskopiju organisko vielu analīzē.

Trīs ūdeņraža izotopiem ir savi nosaukumi: 1 H - protijs (H), 2 H - deitērijs (D) un 3 H - tritijs (radioaktīvs) (T).

Vienkārša viela ūdeņradis - H 2 - ir viegla bezkrāsaina gāze. Sajaucot ar gaisu vai skābekli, tas ir uzliesmojošs un sprādzienbīstams. Nav toksisks. Šķīst etanolā un vairākos metālos: dzelzs, niķelis, pallādijs, platīns.

Stāsts

Uzliesmojošu gāzu izdalīšanās skābju un metālu mijiedarbības laikā tika novērota 16. un XVII gadsimtsķīmijas kā zinātnes veidošanās rītausmā. Arī Mihails Vasiļjevičs Lomonosovs tieši norādīja uz tās izolāciju, taču viņš jau noteikti apzinājās, ka tas nav flogistons. Angļu fiziķis un ķīmiķis Henrijs Kavendišs 1766. gadā pārbaudīja šo gāzi un nosauca to par “degošu gaisu”. Dedzinot, “degošais gaiss” radīja ūdeni, taču Kavendiša pieturēšanās pie flogistona teorijas neļāva viņam izdarīt pareizos secinājumus. Franču ķīmiķis Antuāns Lavuazjē kopā ar inženieri J. Meunjē, izmantojot īpašus gazometrus, 1783. gadā veica ūdens sintēzi un pēc tam analīzi, sadalot ūdens tvaikus ar karstu dzelzi. Tādējādi viņš konstatēja, ka “degošs gaiss” ir daļa no ūdens un to var iegūt no tā.

vārda izcelsme

Lavuazjē ūdeņradim piešķīra nosaukumu hidrogēns — “ūdens dzemdēšana”. Krievu nosaukumu “ūdeņradis” ierosināja ķīmiķis M. F. Solovjevs 1824. gadā - pēc analoģijas ar Slomonosova “skābekli”.

Izplatība

Ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā. Tas veido aptuveni 92% no visiem atomiem (8% ir hēlija atomi, visu pārējo elementu īpatsvars kopā ir mazāks par 0,1%). Tādējādi ūdeņradis ir galvenā zvaigžņu un starpzvaigžņu gāzes sastāvdaļa. Zvaigžņu temperatūras apstākļos (piemēram, Saules virsmas temperatūra ir ~ 6000 °C) ūdeņradis pastāv plazmas veidā, starpzvaigžņu telpā šis elements pastāv atsevišķu molekulu, atomu un jonu veidā un var veidoties molekulārie mākoņi, kas ievērojami atšķiras pēc izmēra, blīvuma un temperatūras.

Zemes garoza un dzīvie organismi

Ūdeņraža masas daļa zemes garozā ir 1% - tas ir desmitais visbiežāk sastopamais elements. Taču tās lomu dabā nosaka nevis masa, bet gan atomu skaits, kuru īpatsvars starp citiem elementiem ir 17% (otrā vieta aiz skābekļa, kura atomu īpatsvars ir ~ 52%). Tāpēc ūdeņraža nozīme ķīmiskajos procesos, kas notiek uz Zemes, ir gandrīz tikpat liela kā skābekļa nozīme. Atšķirībā no skābekļa, kas uz Zemes pastāv gan saistītā, gan brīvā stāvoklī, gandrīz viss ūdeņradis uz Zemes ir savienojumu veidā; Atmosfērā ir tikai ļoti neliels daudzums ūdeņraža vienkāršas vielas veidā (0,00005 tilpuma%).

Ūdeņradis ir daļa no gandrīz visām organiskajām vielām un atrodas visās dzīvās šūnās. Dzīvās šūnās ūdeņradis veido gandrīz 50% no atomu skaita.

Kvīts

Rūpnieciskās ražošanas metodes vienkāršas vielas atkarīgs no formas, kādā attiecīgais elements ir atrodams dabā, tas ir, kas var būt tā ražošanas izejviela. Tādējādi tiek iegūts skābeklis, kas pieejams brīvā stāvoklī fiziski- izdalīšanās no šķidrā gaisa. Gandrīz viss ūdeņradis ir savienojumu veidā, tāpēc tā iegūšanai viņi izmanto ķīmiskās metodes. Jo īpaši var izmantot sadalīšanās reakcijas. Viens no veidiem, kā iegūt ūdeņradi, ir ūdens sadalīšanās ar elektrisko strāvu.

Galvenā rūpnieciskā metode ūdeņraža iegūšanai ir metāna, kas ir daļa no dabasgāzes, reakcija ar ūdeni. Tas tiek veikts plkst paaugstināta temperatūra(ir viegli redzēt, ka, izlaižot metānu pat caur verdošu ūdeni, reakcija nenotiek):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 –165 kJ

Laboratorijā vienkāršu vielu iegūšanai ne vienmēr izmanto dabīgas izejvielas, bet izvēlas tos izejmateriālus, no kuriem vieglāk izdalīt vajadzīgo vielu. Piemēram, laboratorijā skābekli no gaisa neiegūst. Tas pats attiecas uz ūdeņraža ražošanu. Viens no laboratorijas metodesūdeņraža ražošana, ko dažkārt izmanto rūpniecībā, sadalot ūdeni ar elektrisko strāvu.

Parasti ūdeņradi ražo laboratorijā, cinkam reaģējot ar sālsskābi.

Rūpniecībā

1.Elektrolīze ūdens šķīdumi sāļi:

2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2

2.Ūdens tvaiku izvadīšana pār karstu koksu aptuveni 1000 °C temperatūrā:

H2O+C? H2+CO

3. No dabasgāzes.

Steam konvertēšana:

CH4 + H2O? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalītiskā oksidēšana ar skābekli:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Ogļūdeņražu krekinga un riformings naftas rafinēšanas laikā.

Laboratorijā

1.Atšķaidītu skābju ietekme uz metāliem. Lai veiktu šo reakciju, visbiežāk izmanto cinku un atšķaidītu sālsskābi:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H2

2.Kalcija mijiedarbība ar ūdeni:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H2

3.Hidrīdu hidrolīze:

NaH + H2O → NaOH + H2

4.Sārmu ietekme uz cinku vai alumīniju:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2

5.Izmantojot elektrolīzi. Sārmu vai skābju ūdens šķīdumu elektrolīzes laikā katodā izdalās ūdeņradis, piemēram:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fizikālās īpašības

Ūdeņradis var pastāvēt divos veidos (modifikācijas) – orto- un paraūdeņraža formā. Ortoūdeņraža molekulā o-H2 (mp –259,10 °C, bp –252,56 °C) kodola spini ir vērsti identiski (paralēli) un paraūdeņradim lpp-H 2 (kušanas temperatūra –259,32 °C, viršanas temperatūra –252,89 °C) - pretī viens otram (antiparalēli). Līdzsvara maisījums o-H 2 un lpp-H 2 noteiktā temperatūrā sauc līdzsvara ūdeņradis e-H2.

Ūdeņraža modifikācijas var atdalīt ar adsorbciju uz aktīvās ogles šķidrā slāpekļa temperatūrā. Ļoti zemās temperatūrās līdzsvars starp ortoūdeņradi un paraūdeņradi gandrīz pilnībā tiek novirzīts uz pēdējo. Pie 80 K formu attiecība ir aptuveni 1:1. Sildot, desorbēts paraūdeņradis tiek pārveidots par ortoūdeņradi, līdz veidojas maisījums, kas ir līdzsvarots istabas temperatūrā (orto-para: 75:25). Bez katalizatora transformācija notiek lēni (starpzvaigžņu vides apstākļos - ar raksturīgajiem laikiem līdz kosmoloģiskajiem), kas ļauj izpētīt atsevišķu modifikāciju īpašības.

Ūdeņradis ir vieglākā gāze, tā ir 14,5 reizes vieglāka par gaisu. Acīmredzot, jo mazāka ir molekulu masa, jo lielāks ir to ātrums tajā pašā temperatūrā. Kā vieglākās molekulas ūdeņraža molekulas pārvietojas ātrāk nekā jebkuras citas gāzes molekulas un tādējādi var ātrāk pārnest siltumu no viena ķermeņa uz otru. No tā izriet, ka ūdeņradim ir visaugstākā siltumvadītspēja starp gāzveida vielām. Tā siltumvadītspēja ir aptuveni septiņas reizes lielāka nekā gaisa siltumvadītspēja.

Ūdeņraža molekula ir diatomiska - H2. Normālos apstākļos tā ir bezkrāsaina, bez smaržas un garšas gāze. Blīvums 0,08987 g/l (n.s.), viršanas temperatūra −252,76 °C, īpatnējais sadegšanas siltums 120,9×10 6 J/kg, nedaudz šķīst ūdenī - 18,8 ml/l. Ūdeņradis labi šķīst daudzos metālos (Ni, Pt, Pd utt.), īpaši pallādijā (850 tilpumi uz 1 tilpumu Pd). Ūdeņraža šķīdība metālos ir saistīta ar tā spēju izkliedēties caur tiem; Difūziju caur oglekļa sakausējumu (piemēram, tēraudu) dažkārt pavada sakausējuma iznīcināšana ūdeņraža mijiedarbības ar oglekli dēļ (tā sauktā dekarbonizācija). Praktiski nešķīst sudrabā.

Šķidrais ūdeņradis pastāv ļoti šaurā temperatūras diapazonā no –252,76 līdz –259,2 °C. Tas ir bezkrāsains šķidrums, ļoti viegls (blīvums pie –253 °C 0,0708 g/cm3) un šķidrs (viskozitāte pie –253 °C 13,8 spuaz). Ūdeņraža kritiskie parametri ir ļoti zemi: temperatūra –240,2 °C un spiediens 12,8 atm. Tas izskaidro ūdeņraža sašķidrināšanas grūtības. IN šķidrs stāvoklis līdzsvara ūdeņradis sastāv no 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Ciets ūdeņradis, kušanas temperatūra –259,2 °C, blīvums 0,0807 g/cm 3 (pie –262 °C) - sniegam līdzīga masa, sešstūra kristāli, telpas grupa P6/mmc, šūnu parametri a=3,75 c=6.12. Augstā spiedienā ūdeņradis pārvēršas metāliskā stāvoklī.

Izotopi

Ūdeņradis rodas forma trīs izotopi, kuriem ir atsevišķi nosaukumi: 1 H - protijs (H), 2 H - deitērijs (D), 3 H - tritijs (radioaktīvs) (T).

Protijs un deitērijs ir stabili izotopi ar masas skaitļiem 1 un 2. To saturs dabā ir attiecīgi 99,9885 ± 0,0070% un 0,0115 ± 0,0070%. Šī attiecība var nedaudz atšķirties atkarībā no ūdeņraža avota un ražošanas metodes.

Ūdeņraža izotops 3H (tritijs) ir nestabils. Tā pussabrukšanas periods ir 12,32 gadi. Tritijs dabā sastopams ļoti mazos daudzumos.

Literatūrā ir sniegti arī dati par ūdeņraža izotopiem ar masas skaitļiem 4 - 7 un pussabrukšanas periodiem 10 -22 - 10 -23 s.

Dabiskais ūdeņradis sastāv no H 2 un HD (deitērija ūdeņraža) molekulām attiecībā 3200:1. Tīrā deitērija ūdeņraža D 2 saturs ir vēl mazāks. HD un D 2 koncentrāciju attiecība ir aptuveni 6400:1.

No visiem ķīmisko elementu izotopiem fizikālās un Ķīmiskās īpašībasŪdeņraža izotopi visspēcīgāk atšķiras viens no otra. Tas ir saistīts ar lielākajām relatīvajām atomu masu izmaiņām.

	Temperatūra kušana, K	Temperatūra vārot, K	Trīskāršs punkts, K/kPa	Kritisks punkts, K/kPa	Blīvums šķidrums/gāze, kg/m³

Deiterijam un tritijam ir arī orto- un para-modifikācijas: lpp-D2, o-D2, lpp-T 2, o-T 2. Heteroizotopu ūdeņradim (HD, HT, DT) nav orto un para modifikāciju.

Ķīmiskās īpašības

Disociēto ūdeņraža molekulu frakcija

Ūdeņraža molekulas H2 ir diezgan spēcīgas, un, lai ūdeņradis reaģētu, ir jāiztērē daudz enerģijas:

H2 = 2H – 432 kJ

Tāpēc parastā temperatūrā ūdeņradis reaģē tikai ar ļoti aktīviem metāliem, piemēram, kalciju, veidojot kalcija hidrīdu:

Ca + H 2 = CaH 2

un ar vienīgo nemetālu - fluoru, veidojot ūdeņraža fluorīdu:

Ūdeņradis reaģē ar lielāko daļu metālu un nemetālu paaugstinātā temperatūrā vai citā ietekmē, piemēram, apgaismojumā:

O2 + 2H2 = 2H2O

Tas var “atņemt” skābekli no dažiem oksīdiem, piemēram:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Rakstītais vienādojums atspoguļo ūdeņraža reducējošās īpašības.

N2 + 3H2 → 2NH3

Ar halogēniem veido ūdeņraža halogenīdus:

F 2 + H 2 → 2HF, reakcija notiek sprādzienbīstami tumsā un jebkurā temperatūrā,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reakcija notiek sprādzienbīstami, tikai gaismā.

Augstā karstumā tas mijiedarbojas ar kvēpiem:

C+2H2 → CH4

Mijiedarbība ar sārmu un sārmzemju metāliem

Mijiedarbojoties ar aktīvajiem metāliem, ūdeņradis veido hidrīdus:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg + H2 → MgH2

Hidrīdi- sāls līdzīgs, cietvielas, viegli hidrolizējams:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Mijiedarbība ar metālu oksīdiem (parasti d-elementiem)

Oksīdi tiek reducēti par metāliem:

CuO + H2 → Cu + H2O

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Organisko savienojumu hidrogenēšana

Molekulārais ūdeņradis tiek plaši izmantots organiskā sintēze atveseļošanās organiskie savienojumi. Šos procesus sauc hidrogenēšanas reakcijas. Šīs reakcijas tiek veiktas katalizatora klātbūtnē plkst augsts asinsspiediens un temperatūru. Katalizators var būt vai nu viendabīgs (piemēram, Vilkinsona katalizators), vai neviendabīgs (piemēram, Renija niķelis, pallādijs uz oglekļa).

Tādējādi jo īpaši nepiesātināto savienojumu, piemēram, alkēnu un alkīnu, katalītiskās hidrogenēšanas laikā veidojas piesātināti savienojumi - alkāni.

Ūdeņraža ģeoķīmija

Brīvais ūdeņradis H2 ir salīdzinoši reti sastopams sauszemes gāzēs, bet ūdens veidā tam ir ārkārtīgi liela nozīme ģeoķīmiskajos procesos.

Ūdeņradis var būt minerālos amonija jonu, hidroksiljonu un kristāliskā ūdens veidā.

Atmosfērā ūdeņradis nepārtraukti veidojas saules starojuma ūdens sadalīšanās rezultātā. Ūdeņraža molekulām, kurām ir maza masa, ir liels difūzijas kustības ātrums (tas ir tuvu otrajam kosmiskajam ātrumam), un, nonākot atmosfēras augšējos slāņos, tās var lidot kosmosā.

Ārstēšanas iezīmes

Ūdeņradis, sajaucoties ar gaisu, veido sprādzienbīstamu maisījumu – tā saukto detonējošo gāzi. Šī gāze ir sprādzienbīstamākā, ja ūdeņraža un skābekļa tilpuma attiecība ir 2:1 vai ūdeņraža un gaisa attiecība ir aptuveni 2:5, jo gaiss satur aptuveni 21% skābekļa. Ūdeņradis ir arī ugunsbīstams. Šķidrais ūdeņradis, nonākot saskarē ar ādu, var izraisīt smagus apsaldējumus.

Sprādzienbīstama ūdeņraža un skābekļa koncentrācija ir no 4% līdz 96% pēc tilpuma. Sajaucot ar gaisu no 4% līdz 75(74)% pēc tilpuma.

Ekonomika

Ūdeņraža izmaksas lielām vairumtirdzniecības piegādēm svārstās no 2 līdz 5 USD par kg.

Pieteikums

Atomu ūdeņradi izmanto atomu ūdeņraža metināšanai.

Ķīmiskā rūpniecība

• Amonjaka, metanola, ziepju un plastmasas ražošanā
• Margarīna ražošanā no šķidrām augu eļļām
• Reģistrēts kā pārtikas piedevas E949(iepakojuma gāze)

Pārtikas rūpniecība

Aviācijas nozare

Ūdeņradis ir ļoti viegls un vienmēr paceļas gaisā. Kādreiz dirižabļi un baloni bija piepildīti ar ūdeņradi. Bet 30. gados. XX gadsimts Bija vairākas katastrofas, kuru laikā uzsprāga un dega dirižabļi. Mūsdienās dirižabļi ir piepildīti ar hēliju, neskatoties uz tā ievērojami augstākajām izmaksām.

Degviela

Ūdeņradi izmanto kā raķešu degvielu.

Notiek pētījumi par ūdeņraža izmantošanu kā degvielu automašīnām un kravas automašīnām. Ūdeņraža dzinēji nepiesārņo vidi un izdala tikai ūdens tvaikus.

Ūdeņraža-skābekļa kurināmā elementi izmanto ūdeņradi, lai tieši pārveidotu enerģiju ķīmiskā reakcija uz elektrisko.

"Šķidrais ūdeņradis"("LH") ir ūdeņraža šķidrums ar zemu īpatnējo blīvumu 0,07 g/cm³ un kriogēnām īpašībām ar sasalšanas temperatūru 14,01 K (-259,14 °C) un viršanas temperatūru 20,28 K (-252,87 °C) ). Tas ir bezkrāsains, bez smaržas šķidrums, kas, sajaucoties ar gaisu, tiek klasificēts kā sprādzienbīstams ar uzliesmojamības diapazonu 4-75%. Izomēru griešanās attiecība šķidrā ūdeņradi ir: 99,79% - paraūdeņradis; 0,21% - ortoūdeņradis. Ūdeņraža izplešanās koeficients mainot agregācijas stāvoklis gāzveida ir 848:1 20°C temperatūrā.

Tāpat kā jebkuras citas gāzes gadījumā, ūdeņraža sašķidrināšana samazina tā tilpumu. Pēc sašķidrināšanas šķidro šķidrumu uzglabā termiski izolētos traukos zem spiediena. Šķidrais ūdeņradis Šķidrais ūdeņradis, LH2, LH 2) tiek aktīvi izmantots rūpniecībā kā gāzes uzglabāšanas veids un kosmosa rūpniecībā kā raķešu degviela.

Stāsts

Pirmo dokumentēto mākslīgās dzesēšanas izmantošanu veica angļu zinātnieks Viljams Kalens 1756. gadā, Gaspards Monge bija pirmais, kurš 1784. gadā ieguva šķidru sēra oksīda stāvokli, Maikls Faradejs bija pirmais, kurš ieguva sašķidrinātu amonjaku, amerikāņu izgudrotājs Olivers Evanss. bija pirmais, kas 1805. gadā izstrādāja dzesēšanas kompresoru, Džeikobs Pērkinss bija pirmais, kas patentēja dzesēšanas iekārtu 1834. gadā, un Džons Gorijs bija pirmais, kas patentēja gaisa kondicionieri ASV 1851. gadā. Verners Sīmens 1857. gadā ierosināja reģeneratīvās dzesēšanas koncepciju, Karls Linde 1876. gadā patentēja iekārtas šķidrā gaisa ražošanai, izmantojot kaskādes "Džoula-Tomsona izplešanās efektu" un reģeneratīvo dzesēšanu. 1885. gadā poļu fiziķis un ķīmiķis Zigmunts Vrubļevskis publicēja kritiskā temperatūraūdeņradis 33 K, kritiskais spiediens 13,3 atm. un viršanas temperatūra pie 23 K. Ūdeņradi pirmo reizi sašķidrināja Džeimss Devars 1898. gadā, izmantojot reģeneratīvo dzesēšanu un viņa izgudrojumu — Dewar kolbu. Pirmo stabila šķidrā ūdeņraža izomēra paraūdeņraža sintēzi veica Pols Harteks un Karls Bonhēfers 1929. gadā.

Ūdeņraža griešanās izomēri

Ūdeņradis istabas temperatūrā galvenokārt sastāv no centrifugēšanas izomēra, ortoūdeņraža. Pēc ražošanas šķidrais ūdeņradis ir metastabilā stāvoklī, un tas jāpārvērš paraūdeņraža formā, lai izvairītos no eksplozīvas eksotermiskas reakcijas, kas rodas, mainoties zemā temperatūrā. Pārvēršanu paraūdeņraža fāzē parasti veic, izmantojot katalizatorus, piemēram, dzelzs oksīdu, hroma oksīdu, Aktivētā ogle ar platīnu pārklātu azbestu, retzemju metāliem vai izmantojot urāna vai niķeļa piedevas.

Lietošana

Šķidru ūdeņradi varētu izmantot kā degvielas uzglabāšanas veidu dzinējiem iekšējā degšana Un degvielas šūnas. Izmantojot šo ūdeņraža agregātu, ir radītas dažādas zemūdenes (projekti "212A" un "214", Vācija) un ūdeņraža transporta koncepcijas (sk., piemēram, "DeepC" vai "BMW H2R"). Pateicoties konstrukciju tuvumam, LHV iekārtu radītāji var izmantot vai tikai pārveidot sistēmas, kurās izmanto sašķidrinātu dabasgāzi (SDG). Tomēr mazāka tilpuma enerģijas blīvuma dēļ sadegšanai nepieciešams lielāks ūdeņraža daudzums nekā dabasgāzei. Ja virzuļdzinējos "SDG" vietā izmanto šķidro ūdeņradi, parasti ir nepieciešama apjomīgāka degvielas sistēma. Ar tiešo iesmidzināšanu palielināti zudumi ieplūdes traktā samazina cilindru piepildījumu.

Šķidru ūdeņradi izmanto arī neitronu atdzesēšanai neitronu izkliedes eksperimentos. Neitrona un ūdeņraža kodola masas ir gandrīz vienādas, tāpēc enerģijas apmaiņa elastīgās sadursmes laikā ir visefektīvākā.

Priekšrocības

Ūdeņraža izmantošanas priekšrocība ir tā izmantošanas “nulles emisijas”. Tās mijiedarbības ar gaisu produkts ir ūdens.

Šķēršļi

Viens litrs “ZhV” sver tikai 0,07 kg. Tas ir, tā īpatnējais svars ir 70,99 g/l pie 20 K. Šķidram ūdeņradim ir nepieciešama kriogēnas uzglabāšanas tehnoloģija, piemēram, īpaši termiski izolēti konteineri, un nepieciešama īpaša apstrāde, kas raksturīga visiem kriogēnajiem materiāliem. Šajā ziņā tas ir tuvs šķidrajam skābeklim, taču tas prasa lielāku piesardzību ugunsbīstamības dēļ. Pat ar izolētiem konteineriem ir grūti to uzturēt zemā temperatūrā, kas nepieciešama, lai tas būtu šķidrs (parasti tas iztvaiko ar ātrumu 1% dienā). Rīkojoties ar to, jāievēro arī parastie drošības pasākumi, strādājot ar ūdeņradi – tas ir pietiekami auksts, lai sašķidrinātu gaisu, kas ir sprādzienbīstams.

Raķešu degviela

Šķidrais ūdeņradis ir izplatīta raķešu degvielas sastāvdaļa, ko izmanto nesējraķešu un kosmosa kuģu darbināšanai. Lielākajā daļā šķidrumu raķešu dzinējiūdeņradis, to vispirms izmanto, lai reģeneratīvi atdzesētu sprauslu un citas dzinēja daļas, pirms to sajauc ar oksidētāju un sadedzina, lai radītu vilci. Mūsdienīgie dzinēji, kuros izmanto H 2 /O 2 komponentus, patērē ar ūdeņradi pārāk bagātinātu degvielas maisījumu, kā rezultātā izplūdes gāzēs tiek izdalīts zināms daudzums nesadegta ūdeņraža. Papildus dzinēja specifiskā impulsa palielināšanai, samazinot molekulmasu, tas samazina arī sprauslas un sadegšanas kameras eroziju.

Šādi šķēršļi LH lietošanai citās jomās, piemēram, kriogēnais raksturs un zems blīvums, arī ir ierobežojošs faktors lietošanai šajā gadījumā. No 2009. gada ir tikai viena nesējraķete (nesējraķete Delta-4), kas pilnībā ir ūdeņraža raķete. Pamatā “ZhV” tiek izmantots vai nu raķešu augšējos posmos, vai blokos, kas veic ievērojamu daļu no darba, lai vakuumā palaistu lietderīgo kravu kosmosā. Kā viens no pasākumiem šāda veida degvielas blīvuma palielināšanai ir priekšlikumi izmantot dūņām līdzīgu ūdeņradi, tas ir, daļēji sasaldētu “šķidrā ūdeņraža” formu.

DEFINĪCIJA

Ūdeņradis- pirmais periodiskās tabulas elements. Apzīmējums - H no latīņu vārda "hydrogenium". Atrodas pirmajā periodā, IA grupa. Attiecas uz nemetāliem. Kodollādiņš ir 1.

Ūdeņradis ir viens no visizplatītākajiem ķīmiskajiem elementiem – tā īpatsvars ir aptuveni 1% no visu trīs zemes garozas čaulu (atmosfēras, hidrosfēras un litosfēras) masas, kas, pārrēķinot atomprocentos, iegūst skaitli 17,0.

Galvenais šī elementa daudzums ir atrodams saistošais stāvoklis. Tātad ūdens satur apmēram 11 masas. %, māls - ap 1,5% utt. Savienojumu ar oglekli veidā ūdeņradis ir daļa no naftas, degošām dabasgāzēm un visiem organismiem.

Ūdeņradis ir bezkrāsaina un bez smaržas gāze (atoma struktūras diagramma parādīta 1. att.). Tā kušanas un viršanas temperatūra ir ļoti zema (attiecīgi -259 o C un -253 o C). Temperatūrā (-240 o C) un zem spiediena ūdeņradis spēj sašķidrināties, un, strauji iztvaicējot iegūtajam šķidrumam, tas pārvēršas cietā stāvoklī (caurspīdīgi kristāli). Tas nedaudz šķīst ūdenī - 2:100 pēc tilpuma. Ūdeņradim ir raksturīga šķīdība dažos metālos, piemēram, dzelzē.

Rīsi. 1. Ūdeņraža atoma uzbūve.

Ūdeņraža atomu un molekulmasa

DEFINĪCIJA

Relatīvā atomu masa elements ir dotā elementa atoma masas attiecība pret 1/12 no oglekļa atoma masas.

Relatīvā atomu masa ir bezizmēra, un to apzīmē ar A r (indekss “r” ir sākuma burts Angļu vārds radinieks, kas nozīmē “radinieks”). Atomu ūdeņraža relatīvā atomu masa ir 1,008 amu.

Molekulu masas, kā arī atomu masas ir izteiktas atomu masas vienībās.

DEFINĪCIJA

Molekulārais svars Vielu sauc par molekulas masu, kas izteikta atomu masas vienībās. Relatīvā molekulmasa vielas sauc par dotās vielas molekulas masas attiecību pret 1/12 no oglekļa atoma masas, kura masa ir 12 amu.

Ir zināms, ka ūdeņraža molekula ir divatomiskā H 2 . Ūdeņraža molekulas relatīvā molekulmasa būs vienāda ar:

M r (H 2) = 1,008 × 2 = 2,016.

Ūdeņraža izotopi

Ūdeņradim ir trīs izotopi: protijs 1 H, deitērijs 2 H jeb D un tritijs 3 H jeb T. To masas skaitļi ir 1, 2 un 3. Protijs un deitērijs ir stabili, tritijs ir radioaktīvs (pussabrukšanas periods 12,5 gadi). Dabiskajos savienojumos deitērijs un protijs ir vidēji attiecībā 1:6800 (balstoties uz atomu skaitu). Tritijs dabā ir sastopams nelielos daudzumos.

Ūdeņraža atoma 1 H kodols satur vienu protonu. Deitērija un tritija kodoli papildus protonam ietver vienu un divus neitronus.

Ūdeņraža joni

Ūdeņraža atoms var vai nu atteikties no sava viena elektrona, veidojot pozitīvu jonu (kas ir tukšs protons), vai iegūt vienu elektronu, lai kļūtu par negatīvu jonu, kam ir hēlija elektronu konfigurācija.

Elektrona pilnīgai atdalīšanai no ūdeņraža atoma ir nepieciešama ļoti liela jonizācijas enerģija:

H + 315 kcal = H + + e.

Rezultātā, ūdeņradim mijiedarbojoties ar metaloīdiem, rodas nevis jonu, bet tikai polāras saites.

Neitrāla atoma tendenci iegūt lieko elektronu raksturo tā elektronu afinitātes vērtība. Ūdeņradi tas izpaužas diezgan vāji (tomēr tas nenozīmē, ka šāds ūdeņraža jons nevar pastāvēt):

H + e = H - + 19 kcal.

Ūdeņraža molekula un atoms

Ūdeņraža molekula sastāv no diviem atomiem - H2. Šeit ir dažas īpašības, kas raksturo ūdeņraža atomu un molekulu:

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums	Pierādiet, ka ir hidrīdi ar vispārējo formulu EN x, kas satur 12,5% ūdeņraža.
Risinājums	Aprēķināsim ūdeņraža un nezināmā elementa masas, pieņemot, ka parauga masa ir 100 g: m(H) = m (EN x) × w (H); m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 g. m(E) = m (EN x) - m(H); m(E) = 100 - 12,5 = 87,5 g. Noskaidrosim ūdeņraža vielas un nezināmā elementa daudzumu, apzīmējot tā molāro masu ar “x” (ūdeņraža molārā masa ir 1 g/mol):

Ūdeņradis (pauspapīrs no latīņu valodas: lat. Hydrogenium - hydro = “ūdens”, gen = “ģenerē”; hydrogenium – “ģenerē ūdeni”; apzīmē ar simbolu H) ir pirmais elementu periodiskās tabulas elements. Plaši izplatīts dabā. Visizplatītākā ūdeņraža izotopa 1 H katjons (un kodols) ir protons. 1H kodola īpašības ļauj plaši izmantot KMR spektroskopiju organisko vielu analīzē.

Trīs ūdeņraža izotopiem ir savi nosaukumi: 1 H - protijs (H), 2 H - deitērijs (D) un 3 H - tritijs (radioaktīvs) (T).

Vienkārša viela ūdeņradis - H 2 - ir viegla bezkrāsaina gāze. Sajaucot ar gaisu vai skābekli, tas ir uzliesmojošs un sprādzienbīstams. Nav toksisks. Šķīst etanolā un vairākos metālos: dzelzs, niķelis, pallādijs, platīns.

Stāsts

Uzliesmojošu gāzu izdalīšanās skābju un metālu mijiedarbības laikā tika novērota 16. un 17. gadsimtā ķīmijas kā zinātnes veidošanās rītausmā. Arī Mihails Vasiļjevičs Lomonosovs tieši norādīja uz tās izolāciju, taču viņš jau noteikti apzinājās, ka tas nav flogistons. Angļu fiziķis un ķīmiķis Henrijs Kavendišs 1766. gadā pārbaudīja šo gāzi un nosauca to par “degošu gaisu”. Dedzinot, “degošais gaiss” radīja ūdeni, taču Kavendiša pieturēšanās pie flogistona teorijas neļāva viņam izdarīt pareizos secinājumus. Franču ķīmiķis Antuāns Lavuazjē kopā ar inženieri J. Meunjē, izmantojot īpašus gazometrus, 1783. gadā veica ūdens sintēzi un pēc tam analīzi, sadalot ūdens tvaikus ar karstu dzelzi. Tādējādi viņš konstatēja, ka “degošs gaiss” ir daļa no ūdens un to var iegūt no tā.

vārda izcelsme

Lavuazjē ūdeņradim deva nosaukumu hidrogēns (no sengrieķu ὕδωρ — ūdens un γεννάω — es dzemdēju) — “ūdens dzemdēšana”. Krievu nosaukumu “ūdeņradis” ierosināja ķīmiķis M. F. Solovjovs 1824. gadā - pēc analoģijas ar M. V. Lomonosova “skābekli”.

Izplatība

Visumā
Ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā. Tas veido aptuveni 92% no visiem atomiem (8% ir hēlija atomi, visu pārējo elementu īpatsvars kopā ir mazāks par 0,1%). Tādējādi ūdeņradis ir galvenā zvaigžņu un starpzvaigžņu gāzes sastāvdaļa. Zvaigžņu temperatūras apstākļos (piemēram, Saules virsmas temperatūra ir ~ 6000 °C) ūdeņradis pastāv plazmas veidā, starpzvaigžņu telpā šis elements pastāv atsevišķu molekulu, atomu un jonu veidā un var veidoties molekulārie mākoņi, kas ievērojami atšķiras pēc izmēra, blīvuma un temperatūras.

Zemes garoza un dzīvie organismi
Ūdeņraža masas daļa zemes garozā ir 1% - tas ir desmitais visbiežāk sastopamais elements. Taču tās lomu dabā nosaka nevis masa, bet gan atomu skaits, kuru īpatsvars starp citiem elementiem ir 17% (otrā vieta aiz skābekļa, kura atomu īpatsvars ir ~ 52%). Tāpēc ūdeņraža nozīme ķīmiskajos procesos, kas notiek uz Zemes, ir gandrīz tikpat liela kā skābekļa nozīme. Atšķirībā no skābekļa, kas uz Zemes pastāv gan saistītā, gan brīvā stāvoklī, gandrīz viss ūdeņradis uz Zemes ir savienojumu veidā; Atmosfērā ir tikai ļoti neliels daudzums ūdeņraža vienkāršas vielas veidā (0,00005 tilpuma%).
Ūdeņradis ir daļa no gandrīz visām organiskajām vielām un atrodas visās dzīvās šūnās. Dzīvās šūnās ūdeņradis veido gandrīz 50% no atomu skaita.

Kvīts

Rūpnieciskās metodes vienkāršu vielu ražošanai ir atkarīgas no formas, kādā attiecīgais elements atrodas dabā, tas ir, kas var būt tā ražošanas izejviela. Tādējādi skābeklis, kas ir pieejams brīvā stāvoklī, tiek iegūts fiziski - atdalot no šķidrā gaisa. Gandrīz viss ūdeņradis ir savienojumu veidā, tāpēc tā iegūšanai tiek izmantotas ķīmiskas metodes. Jo īpaši var izmantot sadalīšanās reakcijas. Viens no veidiem, kā iegūt ūdeņradi, ir ūdens sadalīšanās ar elektrisko strāvu.
Galvenā rūpnieciskā metode ūdeņraža iegūšanai ir metāna, kas ir daļa no dabasgāzes, reakcija ar ūdeni. To veic augstā temperatūrā:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 –165 kJ

Viena no laboratorijas metodēm ūdeņraža iegūšanai, ko dažkārt izmanto rūpniecībā, ir ūdens sadalīšana ar elektrisko strāvu. Parasti ūdeņradi ražo laboratorijā, cinkam reaģējot ar sālsskābi.