Hidrogjeni H është një element kimik, një nga më të zakonshmet në Universin tonë. Masa e hidrogjenit si element në përbërjen e substancave është 75% e përmbajtjes totale të atomeve të një lloji tjetër. Përfshihet në lidhjen më të rëndësishme dhe jetike në planet - ujin. Një tipar dallues i hidrogjenit është gjithashtu se ai është elementi i parë në sistemin periodik të elementeve kimike të D. I. Mendeleev.
Zbulim dhe eksplorim
Referencat e para për hidrogjenin në shkrimet e Paracelsus datojnë në shekullin e gjashtëmbëdhjetë. Por izolimi i tij nga përzierja e gazit të ajrit dhe studimi i vetive të djegshme u bënë tashmë në shekullin e shtatëmbëdhjetë nga shkencëtari Lemery. Hidrogjeni u studiua plotësisht nga kimisti, fizikani dhe natyralisti anglez Henry Cavendish, i cili provoi eksperimentalisht se masa e hidrogjenit është më e vogla në krahasim me gazrat e tjerë. Në fazat e mëvonshme të zhvillimit të shkencës, shumë shkencëtarë punuan me të, veçanërisht Lavoisier, i cili e quajti atë "lindja e ujit".
Karakteristike sipas pozicionit në PSHE
Elementi që hapettabela periodike e D. I. Mendeleev, është hidrogjen. Vetitë fizike dhe kimike të atomit tregojnë njëfarë dualiteti, pasi hidrogjeni i caktohet njëkohësisht grupit të parë, nëngrupit kryesor, nëse ai sillet si një metal dhe heq dorë nga një elektron i vetëm në procesin e një reaksioni kimik, dhe e shtata - në rastin e mbushjes së plotë të guaskës së valencës, domethënë grimcave negative të pritjes, e cila e karakterizon atë si të ngjashme me halogjenet.
Veçoritë e strukturës elektronike të elementit
Vetitë e atomit të hidrogjenit, substancat komplekse ku bën pjesë dhe substanca më e thjeshtë H2 përcaktohen kryesisht nga konfigurimi elektronik i hidrogjenit. Grimca ka një elektron me Z=(-1), i cili rrotullohet në orbitën e saj rreth bërthamës, që përmban një proton me masë njësi dhe ngarkesë pozitive (+1). Konfigurimi i tij elektronik është shkruar si 1s1, që do të thotë prania e një grimce negative në orbitalin e parë dhe të vetëm s për hidrogjenin.
Kur një elektron shkëputet ose jepet, dhe një atom i këtij elementi ka një veti të tillë që lidhet me metalet, përftohet një kation. Në fakt, joni i hidrogjenit është një grimcë elementare pozitive. Prandaj, një hidrogjen pa elektron quhet thjesht një proton.
Vetitë fizike
Nëse përshkruajmë shkurtimisht vetitë fizike të hidrogjenit, atëherë ai është një gaz i pangjyrë, pak i tretshëm, me një masë atomike relative të barabartë me 2, 14,5 herë më të lehtë se ajri, me një temperaturëlëngëzimi prej -252.8 gradë Celsius.
Ju mund të shihni lehtësisht nga përvoja se H2 është më e lehtë. Për ta bërë këtë, mjafton të mbushni tre topa me substanca të ndryshme - hidrogjen, dioksid karboni, ajër të zakonshëm - dhe njëkohësisht t'i lëshoni nga dora. Ai i mbushur me CO2 do të arrijë në tokë më shpejt se kushdo tjetër, pas tij përzierja e ajrit të fryrë do të zbresë dhe ajo që përmban H2 do të ngrihet në tavan.
Masa dhe madhësia e vogël e grimcave të hidrogjenit justifikojnë aftësinë e tij për të depërtuar përmes substancave të ndryshme. Në shembullin e të njëjtit top, kjo është e lehtë për t'u verifikuar, brenda dy ditësh do të shfryhet vetë, pasi gazi thjesht do të kalojë përmes gomës. Gjithashtu, hidrogjeni mund të grumbullohet në strukturën e disa metaleve (palladium ose platin) dhe të avullojë prej tij kur temperatura rritet.
Vetia e tretshmërisë së ulët të hidrogjenit përdoret në praktikën laboratorike për izolimin e tij me metodën e zhvendosjes së ujit. Vetitë fizike të hidrogjenit (tabela më poshtë përmban parametrat kryesorë) përcaktojnë qëllimin e zbatimit të tij dhe metodat e prodhimit.
| Parametri i një atomi ose molekule të një substance të thjeshtë | Kuptimi |
| Masa atomike (masa molare) | 1,008 g/mol |
| Konfigurim elektronik | 1s1 |
| grilë kristal | gjashtëkëndësh |
| Përçueshmëri termike | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Densiteti në n. y. | 0, 08987 g/l |
| Pika e vlimit | -252, 76 °C |
| Vlera specifike kalorifike | 120, 9 106 J/kg |
| Pika e shkrirjes | -259, 2 °C |
| Tretshmëria në ujë | 18, 8ml/L |
Përbërja izotopike
Ashtu si shumë përfaqësues të tjerë të sistemit periodik të elementeve kimike, hidrogjeni ka disa izotope natyrore, domethënë atome me të njëjtin numër protonesh në bërthamë, por një numër të ndryshëm neutronesh - grimca me ngarkesë dhe njësi zero. masë. Shembuj të atomeve që kanë këtë veti janë oksigjeni, karboni, klori, bromi dhe të tjera, duke përfshirë ato radioaktive.
Vetitë fizike të hidrogjenit 1H, më i zakonshmi nga përfaqësuesit e këtij grupi, ndryshojnë ndjeshëm nga të njëjtat karakteristika të homologëve të tij. Në veçanti, karakteristikat e substancave në të cilat ato përfshihen ndryshojnë. Pra, ekziston ujë i zakonshëm dhe i deuteruar, që përmban në përbërjen e tij në vend të një atomi hidrogjeni me një proton të vetëm, deuterium 2H - izotopi i tij me dy grimca elementare: pozitive dhe të pakarikuar. Ky izotop është dy herë më i rëndë se hidrogjeni i zakonshëm, gjë që shpjegon ndryshimin thelbësor në vetitë e përbërjeve që ato përbëjnë. Në natyrë, deuteriumi është 3200 herë më i rrallë se hidrogjeni. Përfaqësuesi i tretë është tritiumi 3N, në bërthamë ka dy neutrone dhe një proton.
Metodat e marrjes dhe zgjedhjes
Metodat laboratorike dhe industriale për prodhimin e hidrogjenit janë shumë të ndryshme. Po, në sasi të voglagazi prodhohet kryesisht nëpërmjet reaksioneve që përfshijnë minerale, ndërsa prodhimi në shkallë të gjerë përdor sintezën organike në një masë më të madhe.
Në laborator përdoren ndërveprimet e mëposhtme kimike:
- Reagimi i metaleve alkaline dhe tokës alkaline me ujë për të formuar alkalin dhe gazin e dëshiruar.
- Elektroliza e një tretësire ujore të elektrolitit, H2↑ lirohet në anodë dhe oksigjeni lirohet në katodë.
- Zbërthimi i hidrideve të metaleve alkali me ujë, produktet janë alkali dhe, në përputhje me rrethanat, gazi H2↑.
- Reagimi i acideve të holluara me metalet për të formuar kripëra dhe H2↑.
- Veprimi i alkaleve në silikon, alumin dhe zink gjithashtu nxit çlirimin e hidrogjenit paralelisht me formimin e kripërave komplekse.
Në interesa industriale, gazi merret me metoda të tilla si:
- Zbërthimi termik i metanit në prani të një katalizatori ndaj substancave të thjeshta përbërëse (350 gradë arrin vlerën e një treguesi të tillë si temperatura) - hidrogjen H2↑ dhe karbon C.
- Kalimi i ujit të avulluar përmes koksit në 1000 gradë Celsius për të formuar dioksid karboni CO2 dhe H2↑ (metoda më e zakonshme).
- Shndërrimi i metanit të gaztë në një katalizator nikeli në temperatura që arrijnë 800 gradë.
- Hidrogjeni është një nënprodukt i elektrolizës së tretësirave ujore të klorureve të kaliumit ose natriumit.
Kimikendërveprimet: gjeneralitetet
Vetitë fizike të hidrogjenit shpjegojnë kryesisht sjelljen e tij në proceset e reagimit me një ose një përbërës tjetër. Valenca e hidrogjenit është 1, pasi ndodhet në grupin e parë në tabelën periodike, dhe shkalla e oksidimit tregon një të ndryshme. Në të gjitha komponimet, me përjashtim të hidrideve, hidrogjeni në s.o.=(1+), në molekula si ХН, ХН2, ХН3 - (1 -).
Një molekulë gazi hidrogjeni, e formuar duke krijuar një çift elektronik të përgjithësuar, përbëhet nga dy atome dhe është mjaft i qëndrueshëm energjetikisht, prandaj në kushte normale është disi inerte dhe hyn në reaksione kur ndryshojnë kushtet normale. Në varësi të shkallës së oksidimit të hidrogjenit në përbërjen e substancave të tjera, ai mund të veprojë edhe si agjent oksidues dhe si agjent reduktues.
Substancat me të cilat reagon dhe formon hidrogjen
Ndërveprimet elementare për të formuar substanca komplekse (shpesh në temperatura të larta):
- Metal alkaline dhe alkaline tokësor + hidrogjen=hidrid.
- Halogen + H2=halogjen hidrogjen.
- Squfur + hidrogjen=sulfur hidrogjeni.
- Oksigjen + H2=ujë.
- Karbon + hidrogjen=metan.
- Azot + H2=amoniak.
Ndërveprimi me substanca komplekse:
- Prodhimi i gazit sintetik nga monoksidi i karbonit dhe hidrogjeni.
- Rikuperimi i metaleve nga oksidet e tyre duke përdorur H2.
- Ngopja me hidrogjen të alifatikëve të pangopurhidrokarburet.
Lidhja hidrogjenore
Vetitë fizike të hidrogjenit janë të tilla që e lejojnë atë, duke qenë në kombinim me një element elektronegativ, të formojë një lloj lidhjeje të veçantë me të njëjtin atom nga molekula fqinje që kanë çifte elektronike të pandarë (për shembull, oksigjen, azoti dhe fluori). Shembulli më i qartë mbi të cilin është më mirë të merret në konsideratë një fenomen i tillë është uji. Mund të thuhet se është e qepur me lidhje hidrogjenore, të cilat janë më të dobëta se ato kovalente ose jonike, por për faktin se janë të shumta, ato ndikojnë ndjeshëm në vetitë e substancës. Në thelb, lidhja e hidrogjenit është një ndërveprim elektrostatik që lidh molekulat e ujit në dimere dhe polimere, duke shkaktuar pikën e tij të lartë të vlimit.
Hidrogjen në përbërjet minerale
Përbërja e të gjitha acideve inorganike përfshin një proton - një kation i një atomi si hidrogjeni. Një substancë, mbetjet acidike të së cilës kanë një gjendje oksidimi më të madhe se (-1) quhet një përbërje polibazike. Ai përmban disa atome hidrogjeni, gjë që e bën disociimin në tretësirat ujore shumëfazore. Çdo proton pasues shkëputet nga pjesa tjetër e acidit gjithnjë e më e vështirë. Nga përmbajtja sasiore e hidrogjeneve në mjedis përcaktohet aciditeti i tij.
Hidrogjeni gjithashtu përmban grupe hidroksile të bazave. Në to, hidrogjeni është i lidhur me një atom oksigjeni, si rezultat, gjendja e oksidimit të kësaj mbetje alkali është gjithmonë e barabartë me (-1). Përmbajtja e hidroksileve në mjedis përcakton bazën e tij.
Zbatim në aktivitetet njerëzore
Cilindrat me një substancë, si dhe kontejnerët me gazra të tjerë të lëngshëm, si oksigjeni, kanë një pamje specifike. Ato janë lyer me ngjyrë jeshile të errët me një germë të kuqe të ndezur "Hydrogen". Gazi pompohet në një cilindër nën një presion prej rreth 150 atmosferash. Vetitë fizike të hidrogjenit, në veçanti lehtësia e gjendjes së gaztë të grumbullimit, përdoren për ta mbushur atë në një përzierje me balona helium, balona, etj.
Hidrogjeni, vetitë fizike dhe kimike të të cilit njerëzit mësuan t'i përdorin shumë vite më parë, aktualisht përdoret në shumë industri. Pjesa më e madhe shkon për prodhimin e amoniakut. Hidrogjeni është i përfshirë gjithashtu në prodhimin e metaleve (hafnium, germanium, galium, silikon, molibden, tungsten, zirkon dhe të tjerë) nga oksidet, duke vepruar në reaksion si një agjent reduktues, acide hidrocianike dhe klorhidrike, alkool metil dhe lëng artificial. karburant. Industria ushqimore e përdor atë për të kthyer vajrat bimore në yndyrna të ngurta.
Përcaktoi vetitë kimike dhe përdorimin e hidrogjenit në procese të ndryshme të hidrogjenizimit dhe hidrogjenizimit të yndyrave, qymyrit, hidrokarbureve, vajrave dhe vajit të karburantit. Me ndihmën e tij prodhohen gurë të çmuar, llamba inkandeshente, prodhime metalike farkëtohen dhe saldohen nën ndikimin e një flake oksigjen-hidrogjen.
