الخصائص الفيزيائية للهيدروجين. خصائص واستخدام الهيدروجين

الهيدروجين H - عنصر كيميائي، واحدة من الاكثر شيوعا في عالمنا. كتلة الهيدروجين كعنصر في تكوين الأمر 75٪ من المحتوى الكلي للذرات من نوع آخر. يدخل الاتصال الأكثر أهمية وحيوية لكوكب الأرض - الماء. وهناك سمة مميزة من الهيدروجين هو أيضا حقيقة أنه هو العنصر الأول في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية D. I. Mendeleeva.

اكتشاف والبحوث

وأول ذكر للهيدروجين في كتابات تاريخ باراسيلسوس تاريخها إلى القرن السادس عشر. ولكن عزلتها عن خليط الغاز للبحوث الجوية والخصائص القابلة للاشتعال أحرز في علماء القرن السابع عشر لومير. الهيدروجين دراسة وافية الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي عالم هنري كافنديش، الذي أثبت تجريبيا أن كتلة الهيدروجين أدنى بالمقارنة مع الغازات الأخرى. في مراحل لاحقة من تطور العلم، وعملت العديد من العلماء معه، مثل لافوازييه، الذي يطلق عليه اسم "المياه التي تم إنشاؤها."

سمة من سمات الوضع في PSKHE

العنصر، فتح الجدول الدوري D. I. Mendeleeva - هو الهيدروجين. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للذرة يحمل ازدواجية معينة لأن الهيدروجين تنتمي في الوقت نفسه إلى المجموعة الأولى، المجموعة الفرعية الرئيسية، إذا كان يتصرف على المعادن ويعطي إلكترون واحد في عملية التفاعل الكيميائي والسابع - في حالة غلاف التكافؤ وليس صحيحا تماما، أي بلا رسوم جسيمات سالبة، الذي يميز أنها مماثلة لالهالوجين.

ملامح التركيب الإلكتروني للعنصر

خصائص ذرة الهيدروجين من المواد المعقدة التي يتم تضمين ذلك، ويتم تحديد مادة بسيطة من N ₂ في المقام الأول عن طريق تكوين الإلكترونية من الهيدروجين. الجسيمات لديه الإلكترون مع Z = (-1)، والتي تدور في مدارها حول النواة تحتوي على بروتون واحد مع وحدة كتلة وشحنة موجبة (+1). في 1S التكوين الإلكترونية سجلت ك ^1، مما يدل على وجود جسيمات سالبة في حد ذاته للمرة الأولى والوحيدة من الهيدروجين ليالي المدارات.

عندما العزلة أو الإلكترون الارتداد وذرة من عنصر لديها خاصية أنه يوحد مع المعادن الموجبة التي تم الحصول عليها. أساسا أيون الهيدروجين - هو جسيم أولي إيجابي. ولذلك، فإن الإلكترون خالية من الهيدروجين يسمى ببساطة بروتون.

الخصائص الفيزيائية

عندما تصف الخواص الفيزيائية لل هيدروجين لفترة وجيزة، وهو عديم اللون، قابل للذوبان الغاز لماما مع كتلة النسبية الذرية من 2، 14.5 مرة أخف وزنا من الهواء، ودرجة الحرارة تسييل -252.8 درجة مئوية.

في التجربة، يمكنك ان ترى بسهولة أن H ₂ هو أسهل. ويكفي لملء ثلاث كرات مواد مختلفة - الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، وعادة الهواء - في وقت واحد إطلاق سراحهم من يد. أسرع التي تصل إلى الأرض، وهي مليئة CO ₂ بعد قطرات في مهب خليط الهواء تضم H ₂ وجميع أدى إلى السقف.

وزن صغير وحجم الهيدروجين جزيئات يبرر قدرته على اختراق المواد المختلفة. على سبيل المثال من نفس الكرة في هذا سهلة لجعل بضعة أيام بعد أن تفرغ نفسها الغاز ببساطة سوف تمر من خلال المطاط. أيضا، يمكن أن الهيدروجين تتراكم في بنية بعض المعادن (البلاديوم أو البلاتين)، وعند رفع درجة الحرارة لتتبخر منه.

الهيدروجين الملكية تستخدم لماما في المختبر لفي تهجير طريقة عزل المياه. الخصائص الفيزيائية للهيدروجين (توضيح الجدول أدناه على المعايير الأساسية) تحدد نطاق تطبيقه وطرق التحضير.

تركيبة النظائر

مثل العديد من أعضاء آخرين في نظام الدوري للعناصر الكيميائية، الهيدروجين لديها العديد من النظائر الطبيعية، أي الذرات التي لها نفس عدد البروتونات في النواة، ولكن بعدد مختلف من النيوترونات - الجسيمات مع الكتلة الصفرية وحدة تهمة. أمثلة من ذرات وجود خاصية مماثلة - الأكسجين والكربون والكلور والبروم، وما شابه ذلك، بما في ذلك المشعة.

الخصائص الفيزيائية للهيدروجين H ^1، والأكثر انتشارا من ممثلي هذه المجموعة تختلف اختلافا كبيرا عن تلك الخصائص من زملاء لها. على وجه الخصوص، وملامح مختلفة من المواد التي ينتمون إليها. وبالتالي، هناك المياه العادية وبالديوتيريوم تحتوي في تكوينها بدلا من ذرة الهيدروجين مع واحد فقط بروتون الديوتيريوم ² H - النظائر مع اثنين من الجسيمات الأولية: الإيجابية وبدون تهمة. هذا النظير هو مرتين أثقل من المعتاد من الهيدروجين، وهو ما يفسر اختلاف جوهري في خصائص المركبات التي تشكل. طبيعة الديوتيريوم وجدت في 3200 مرات أندر من الهيدروجين. الممثل الثالث - التريتيوم، ³ H، في قلب فقد اثنين من بروتون ونيوترون واحد.

طرق لإعداد وعزل

المختبر وطرق صناعية لإنتاج الهيدروجين مختلفة تماما. وهكذا، وكميات صغيرة من الغاز وتنتج في المقام الأول من خلال ردود الفعل التي تنطوي على المعادن، والإنتاج على نطاق واسع استخدام متزايد التركيب العضوي.

تستخدم التفاعلات الكيميائية التالية في المختبر:

1. ردود الفعل من المعادن الأرضية القلوية والقلوية مع الماء لتشكيل القلوي والغاز المطلوب.
2. يتم الإفراج عن التحليل الكهربائي للمحلول مائي المنحل بالكهرباء عند المصعد H ₂ ↑، والقطب السالب - الأكسجين.
3. هدريدات التحلل من الفلزات القلوية مع الماء القلوي والمنتجات هي، على التوالي، H غاز ₂ ↑.
4. رد فعل حمض مخفف مع المعادن لتشكيل أملاح وH ₂ ↑.
5. يساهم العمل من القلويات على السيليكون والألمنيوم والزنك أيضا إلى الإفراج عن الهيدروجين بالتوازي مع تشكيل أملاح المعقدة.

في الاستفادة الغاز الصناعية التي حصلت عليها هذه التقنيات على النحو التالي:

1. التحلل الحراري لغاز الميثان في وجود عامل حفاز للمواد التي الابتدائية التأسيسية (350 درجة تصل قيمة هذه المعلمة درجة الحرارة) - الهيدروجين H ₂ و الكربون C. ↑
2. انتقال بخار الماء من خلال فحم الكوك في 1000 ° C لتشكيل ثاني أكسيد الكربون CO ₂ و H ₂ ↑ (الطريقة الأكثر شيوعا).
3. تحويل غاز الميثان على محفز النيكل في درجات حرارة تصل إلى 800 درجة.
4. الهيدروجين هو نتيجة ثانوية خلال التحليل الكهربائي للمحاليل مائية من كلوريد البوتاسيوم أو الصوديوم.

التفاعلات الكيميائية: أحكام عامة

الخصائص الفيزيائية للهيدروجين يفسر إلى حد كبير سلوكها في عمليات الاستجابة مع مركب معين. تكافؤ الهيدروجين هو 1، نظرا لأنه يقع في الجدول الدوري في المجموعة الأولى، ويسلك حالة الأكسدة المختلفة. في جميع المركبات، باستثناء هدريدات، والتنمية المستدامة الهيدروجين = (1+) في جزيئات نوع الجهاز العصبي المركزي، CN _2، CN ₃ - (1).

جزيء من غاز الهيدروجين، التي شكلتها توفير زوج الإلكترون المعمم، ويتألف من ذرتين ومستقرة إلى حد ما بقوة، لهذا السبب ظل ظروف طبيعية أكثر الخاملة في التفاعل ويدخل في تغير الظروف العادية. اعتمادا على درجة من أكسدة الهيدروجين باعتبارها مواد أخرى، يمكن أن يخدم على حد سواء باعتبارها أكسدة واختزال.

المواد التي تتفاعل لتشكل الهيدروجين و

تفاعل عنصري لتشكيل المواد المعقدة (في كثير من الأحيان في درجات حرارة مرتفعة):

1. والقلوية والقلوية الترابية المعادن + H = هيدريد.
2. الهالوجين + H ₂ = الهيدروجين هاليد.
3. الكبريت + = كبريتيد الهيدروجين.
4. أكسجين + _H2O = الماء.
5. الكربون + H = الميثان.
6. النيتروجين + H ₂ = الأمونيا.

التفاعل مع المواد المعقدة:

1. إعداد غاز التخليق من أول أكسيد الكربون والهيدروجين.
2. استخلاص المعادن من أكاسيد مع H _2.
3. التشبع الهيدروجين من الهيدروكربونات الأليفاتية غير المشبعة.

الرابطة الهيدروجينية

الخصائص الفيزيائية للهيدروجين هي تلك التي تسمح بذلك، ويجري في اتصال مع عنصر كهربية، لتشكيل نوع خاص من الاتصال مع نفس ذرة من جزيئات المجاورة لها أزواج الإلكترونات غير مشترك (على سبيل المثال، والأكسجين والنيتروجين والفلور). وأوضح مثال على ذلك هو نظرة أفضل في هذه الظاهرة - هو ماء. ويمكن القول روابط هيدروجينية مخيط هي أضعف من التساهمية أو الأيونية، ولكن يرجع ذلك إلى حقيقة أن العديد منهم أن يكون لها تأثير كبير على خصائص المواد. في الواقع، الرابطة الهيدروجينية - هو التفاعل الكهربائي، الذي يربط جزيئات الماء إلى dimers والبوليمرات، وتثبت نقطة الغليان العالية.

الهيدروجين في تكوين المركبات المعدنية

تكوين الأحماض غير العضوية وتشمل بروتون - الموجبة ذرة مثل الهيدروجين. وقال جوهر بقايا حمض التي لديها درجة من الأكسدة أكبر من (-1) مجمع متعدد القواعد. في الوقت الحاضر هناك العديد من ذرات الهيدروجين، الأمر الذي يجعل من التفكك متعدد المراحل في المحاليل المائية. كل بقايا حمض بروتون اللاحقة يفصل من أصعب. لتحديد يتم تحديد محتوى الهيدروجين في البيئة من خلال حموضته.

الهيدروجين تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل والقواعد. ويرتبط بعضها ببعض لذرة الهيدروجين من الأكسجين، مما يؤدي إلى درجة أكسدة القلوي بقايا دائما يساوي (-1). على محتوى مجموعات الهيدروكسيل في بيئة تحددها قاعدية لها.

استخدام النشاط البشري

اسطوانات مع مادة، وكذلك حاويات مع الغازات الأخرى المسال مثل الأكسجين، ولها مظهر معين. أنها رسمت لون مظلم والأخضر مع الأحمر حروف "الهيدروجين" مشرق. يتم حقن الغاز في البالون عند ضغط حوالي 150 الاجواء. الخصائص الفيزيائية للهيدروجين، في سهولة معينة من الدولة الإجمالية الغازية، ويستخدم لملء لهم مع خليط من بالونات الهيليوم، بالونات السبر، الخ

الهيدروجين، والخصائص الفيزيائية والكيميائية التي قد تعلموا الناس على استخدام منذ سنوات عديدة، في هذه اللحظة تشارك في العديد من الصناعات. كتلته الرئيسية يذهب إلى إنتاج الأمونيا. كما تشارك الهيدروجين في إنتاج المعادن (الهافنيوم، الجرمانيوم، الغاليوم، والسيليكون، والموليبدينوم، التنغستن والزركونيوم، وغيرها) من أكاسيد الذي كان يتحدث في رد فعل كعامل مختزل وملح حامض الهيدروسيانيك، ميثيل الكحول، والوقود السائل أيضا الاصطناعية. تستخدم الصناعات الغذائية لتحويل الزيوت النباتية إلى دهون صلبة.

الخصائص الكيميائية المحددة واستخدام الهيدروجين في عمليات الهدرجة المختلفة وهدرجة الدهون والفحم والنفط والغاز والزيوت وزيت الوقود الثقيل. معه إنتاج الأحجار الكريمة، وهاج، وقضاء تزوير واللحام المنتجات المعدنية تحت تأثير اللهب الأكسجين والهيدروجين.