Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου. Ιδιότητες και χρήση του υδρογόνου

Υδρογόνο H - χημικό στοιχείο, ένα από τα πιο κοινά στο σύμπαν μας. μάζα του υδρογόνου ως στοιχείο στη σύνθεση της ύλης είναι 75% της συνολικής περιεκτικότητας των ατόμων του άλλου τύπου. Μπαίνει το πιο σημαντικό και ζωτικής σημασίας σύνδεση με τον πλανήτη - νερού. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του υδρογόνου είναι επίσης ένα γεγονός ότι είναι το πρώτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα των χημικών στοιχείων D. I. Mendeleeva.

Ανακάλυψη και έρευνα

Η πρώτη αναφορά του υδρογόνου στα γραπτά του ο Παράκελσος χρονολογούνται από τον δέκατο έκτο αιώνα. Αλλά η απομόνωση του από ένα αέριο μίγμα αέρα και εύφλεκτες ιδιότητες έρευνα έχει γίνει στα επιστήμονες του δέκατου έβδομου αιώνα Lemaire. Το υδρογόνο που μελετήθηκαν διεξοδικά Αγγλικά χημικός και φυσικός επιστήμονας Henry Cavendish, το οποίο εμπειρικά αποδειχθεί ότι η μάζα του υδρογόνου χαμηλότερη σε σύγκριση με άλλα αέρια. Σε μεταγενέστερα στάδια της ανάπτυξης της επιστήμης Πολλοί επιστήμονες έχουν εργαστεί μαζί τους, ιδίως, Lavoisier, ο οποίος αποκάλεσε «παράγεται νερό.»

Χαρακτηριστικά σχετικά με την PSKHE κατάσταση

Στοιχείο, το άνοιγμα του περιοδικού πίνακα D. I. Mendeleeva - είναι υδρογόνο. Φυσικές και χημικές ιδιότητες του ατόμου εμφανίζουν ορισμένη δυαδικότητα Επειδή το υδρογόνο ταυτόχρονα ανήκουν στην πρώτη ομάδα, την κύρια υποομάδας, αν συμπεριφέρεται ως μέταλλο και δίνει μόνο ηλεκτρόνιο στη διαδικασία της χημικής αντίδρασης και την έβδομη - στην περίπτωση εντελώς γεμάτο κέλυφος σθένους, δηλαδή η υποδοχή αρνητική σωματίδια, τα οποία χαρακτηρίζει ως παρόμοια με ένα αλογόνο.

Χαρακτηριστικά της ηλεκτρονικής δομής του στοιχείου

Οι ιδιότητες του ατόμου του υδρογόνου του συμπλόκου ουσιών στις οποίες περιλαμβάνεται, και μια απλή ουσία του _Ν2 καθορίζεται κυρίως από την ηλεκτρονική διαμόρφωση του Υδρογόνου. Το σωματίδιο έχει ένα ηλεκτρόνιο με Ζ = (-1), το οποίο περιστρέφεται στην τροχιά του γύρω από τον πυρήνα που περιέχει ένα πρωτόνιο με μονάδα μάζας και θετικό φορτίο (+1). 1s ηλεκτρονική διαμόρφωση του καταγράφονται ως ^1, το οποίο δείχνει την παρουσία ενός αρνητικού σωματιδίου από μόνο του για την πρώτη και μοναδική του υδρογόνου s-τροχιακά.

Όταν απομόνωση ή ανάκρουση ηλεκτρονίων και ένα άτομο του στοιχείου έχει την ιδιότητα ότι ενώνει με μέταλλα που λαμβάνεται κατιόν. Ουσιαστικά ιόντων υδρογόνου - είναι θετικό στοιχειώδες σωματίδιο. Ως εκ τούτου, το ηλεκτρόνιο χωρίς το υδρογόνο που ονομάζεται απλά ένα πρωτόνιο.

φυσικές ιδιότητες

Κατά την περιγραφή των φυσικών ιδιοτήτων του υδρογόνου εν συντομία, είναι ένα άχρωμο, ελάχιστα διαλυτό αέριο με σχετική ατομική μάζα των 2, 14,5 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα, τη θερμοκρασία υγροποίησης των -252,8 βαθμών Κελσίου.

Στο πείραμα, μπορείτε εύκολα να δείτε ότι H ₂ είναι το πιο εύκολο. Αρκεί να γεμίσει τις τρεις μπάλες διαφόρων ουσιών - υδρογόνο, διοξείδιο του άνθρακα, τυπικά αέρα - και ταυτόχρονα να τους απελευθερώσουν από το χέρι. Ο ταχύτερος που φτάνει στο έδαφος, η οποία είναι γεμάτη με CO ₂ μετά σταγόνες εμφυσάται μίγμα αέρα που περιέχει _Η2 και όλα άνοδο στο ανώτατο όριο.

Ένα μικρό βάρος και το μέγεθος του υδρογόνου σωματιδίων δικαιολογούν την ικανότητά του να διεισδύει μέσα από διάφορα υλικά. Στο παράδειγμα της ίδιας μπάλα σε αυτό το εύκολο να κάνει μια-δυο μέρες αφότου η ίδια ξεφουσκώνει τόσο απλά αερίου θα περάσει μέσα από το καουτσούκ. Επίσης, το υδρογόνο μπορεί να συσσωρεύεται στη δομή ορισμένων μετάλλων (παλλάδιο ή πλατίνα), και όταν η θερμοκρασία αυξάνεται για να εξατμιστεί από αυτό.

υδρογόνο περιουσία που χρησιμοποιείται με φειδώ στο εργαστήριο για τη μέθοδο απομόνωσης εκτοπίσει του νερού. Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου (πίνακας απεικονίζεται παρακάτω περιέχει τις βασικές παραμέτρους) καθορίζουν το πεδίο εφαρμογής του και τις μεθόδους παρασκευής.

Η ισοτοπική σύνθεση

Όπως πολλά άλλα μέλη του περιοδικού συστήματος των χημικών στοιχείων, το υδρογόνο έχει αρκετά φυσικά ισότοπα, δηλ άτομα με τον ίδιο αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα, αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων - σωματίδια με μάζα μηδέν και μονάδα φορτίου. Παραδείγματα ατόμων που έχουν παρόμοια ιδιότητα - οξυγόνου, άνθρακα, χλώριο, βρώμιο και τα παρόμοια, συμπεριλαμβανομένων των ραδιενεργών.

Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου ¹ Η, η πιο διαδεδομένη των εκπροσώπων αυτής της ομάδας είναι σημαντικά διαφορετικά από εκείνα των χαρακτηριστικών των υποτρόφων του. Ειδικότερα, τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των ουσιών στις οποίες ανήκουν. Έτσι, υπάρχει μια τακτική και δευτεριωμένο νερό που περιέχει στη σύνθεσή του, αντί ενός ατόμου υδρογόνου με ένα μόνο πρωτόνιο δευτέριο ² Η - ισότοπο με δύο στοιχειώδη σωματίδια: θετική και αφόρτιστων. Αυτό το ισότοπο είναι δύο φορές βαρύτερο από το συνηθισμένο του υδρογόνου, γεγονός που εξηγεί τη θεμελιώδη διαφορά στις ιδιότητες των ενώσεων που σχηματίζουν. Η φύση του δευτερίου που βρέθηκαν σε 3200 φορές πιο σπάνια από υδρογόνο. Τρίτον Αντιπροσωπευτικά - τρίτιο, ^3Η, στον πυρήνα έχει δύο πρωτόνιο και ένα νετρόνιο.

Μέθοδοι για την παρασκευή και την απομόνωση

Εργαστηριακές και βιομηχανικές μεθόδους παραγωγής υδρογόνου είναι εντελώς διαφορετικές. Ετσι, μικρές ποσότητες αερίου παράγεται κυρίως από αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ανόργανα άλατα, και μεγάλης κλίμακας παραγωγή του χρησιμοποιούν όλο οργανικής σύνθεσης.

Οι ακόλουθες χημικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο:

1. Αντιδράσεις των μετάλλων αλκαλίων και αλκαλικών γαιών με νερό προς σχηματισμό αλκαλίων και το επιθυμητό αέριο.
2. Η ηλεκτρόλυση του υδατικού διαλύματος ηλεκτρολύτη στην άνοδο απελευθερώνεται _Η2 ↑, και την κάθοδο - οξυγόνου.
3. υδρίδια Αποσύνθεση των μετάλλων αλκαλίων με νερό, αλκάλια και τα προϊόντα είναι, αντίστοιχα, το αέριο _Η2 ↑.
4. Αντίδραση αραιό οξύ με μέταλλα για να σχηματίσει άλατα και _Η2 ↑.
5. Η δράση των αλκαλίων σε πυρίτιο, αργίλιο και ο ψευδάργυρος συμβάλλει επίσης στην απελευθέρωση του υδρογόνου παράλληλα να σχηματίσουν σύμπλοκα άλατα.

Στη βιομηχανική όφελος αερίου που λαμβάνεται με τέτοιες τεχνικές όπως:

1. Θερμική αποσύνθεση του μεθάνιο παρουσία ενός καταλύτη για να συστατικές στοιχειώδη ουσιών τους (350 βαθμούς φτάσει την τιμή των εν λόγω παραμέτρου όπως της θερμοκρασίας) - υδρογόνο _Η2 και C. ↑ άνθρακα
2. Διαβίβαση των υδρατμών μέσα από το κωκ στους 1000 ° C για να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα CO ₂ και H ₂ ↑ (η πιο κοινή μέθοδος).
3. Μετατροπή αερίου μεθανίου επί του καταλύτη νικελίου σε θερμοκρασίες μέχρι 800 βαθμούς.
4. Το υδρογόνο είναι ένα υποπροϊόν κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης του υδατικά διαλύματα χλωριούχου καλίου ή νατρίου.

Χημικές αλληλεπιδράσεις: γενικές διατάξεις

Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου εξηγεί σε μεγάλο βαθμό τη συμπεριφορά του απάντηση στις διεργασίες με μια συγκεκριμένη ένωση. Σθένος του υδρογόνου είναι 1, αφού βρίσκεται στον περιοδικό πίνακα στην πρώτη ομάδα, και παρουσιάζει μία διαφορετική κατάσταση οξείδωσης. Σε όλες τις ενώσεις, εκτός από τα υδρίδια, sd υδρογόνο = (1+) σε μόρια του τύπου ΚΝΣ, CN _2, CN ₃ - (1).

Ένα μόριο αερίου υδρογόνου, που σχηματίζονται με την παροχή γενικευμένη ζεύγους ηλεκτρονίων, που αποτελείται από δύο άτομα και αρκετά σταθερό ενεργειακά, για το λόγο αυτό, υπό κανονικές συνθήκες περισσότερους αδρανείς στην αντίδραση και εισέρχεται σε κανονικές συνθήκες αλλαγή. Ανάλογα με το βαθμό οξείδωσης του υδρογόνου και άλλες ουσίες, μπορεί να χρησιμεύσει τόσο ως ένα οξειδωτικό και ένα αναγωγικό.

Ουσίες οι οποίες αντιδρούν για να σχηματίσουν υδρογόνο και

Στοιχειακή αλληλεπίδραση για να σχηματίσει ένα σύμπλοκο ουσίες (συχνά σε αυξημένες θερμοκρασίες):

1. Το μέταλλο αλκαλίων και αλκαλικών γαιών + Η = υδρίδιο.
2. Αλογόνου + _Η2 = υδραλογόνο.
3. Θείο + = υδρόθειο.
4. Οξυγόνο + _H2O = νερό.
5. Carbon + Η = μεθάνιο.
6. Άζωτο + _Η2 = αμμωνίας.

Αλληλεπίδραση με πολύπλοκες ουσίες:

1. Παρασκευή του αερίου σύνθεσης από μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο.
2. Ανάκτηση των μετάλλων από οξειδίων τους με _Η2.
3. κορεσμός Υδρογόνο ακόρεστων αλειφατικών υδρογονανθράκων.

δεσμός υδρογόνου

Φυσικές ιδιότητες των υδρογόνου είναι τέτοιες ώστε να επιτρέπουν, να βρίσκεται σε σύνδεση με έναν ηλεκτραρνητικό στοιχείο, για να σχηματίσουν ένα ειδικό είδος της σύνδεσης με το ίδιο άτομο των παρακείμενων μορίων που έχουν μη μοιραζόμενους ζεύγη ηλεκτρονίων (π.χ., οξυγόνο, άζωτο και φθόριο). Το πιο ξεκάθαρο παράδειγμα του ότι είναι μια καλύτερη ματιά σε αυτό το φαινόμενο - είναι το νερό. Μπορεί να ειπωθεί ραμμένες δεσμούς υδρογόνου είναι ασθενέστερη από ομοιοπολικούς ή ιοντικούς, αλλά λόγω του γεγονότος ότι πολλά από αυτά έχουν σημαντική επίδραση στις ιδιότητες των ουσιών. Στην πραγματικότητα, δεσμός υδρογόνου - είναι η ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση, που δεσμεύεται μόρια του νερού σε διμερή και πολυμερή, αποδεικνύοντας υψηλό σημείο βρασμού του.

Το υδρογόνο στη σύνθεση των μεταλλικών ενώσεων

Η σύνθεση των ανόργανων οξέων περιλαμβάνουν πρωτόνιο - άτομο κατιόν όπως το υδρογόνο. υπόλειμμα Ουσία οξύ το οποίο έχει ένα βαθμό οξείδωσης μεγαλύτερο από (-1) λέγεται πολυβασική ένωση. Επί του παρόντος, υπάρχουν αρκετές άτομα υδρογόνου, η οποία κάνει τις πολυβάθμιες διάστασης σε υδατικά διαλύματα. Κάθε υπόλειμμα επακόλουθη πρωτονίου οξέως χωρίζει από σκληρότερα. Για τον ποσοτικό προσδιορισμό το περιεχόμενο σε υδρογόνο στο περιβάλλον προσδιορίζεται από την οξύτητά του.

Υδρογόνο περιέχουν ομάδες υδροξυλίου και βάσεις. Συνδέονται με το άτομο υδρογόνου του οξυγόνου, με αποτέλεσμα ο βαθμός οξείδωσης των αλκαλίων υπολείμματος πάντα ίση με (-1). Όσον αφορά το περιεχόμενο των ομάδων υδροξυλίου σε ένα περιβάλλον που ορίζεται από βασικότητα του.

Η χρήση της ανθρώπινης δραστηριότητας

Κύλινδροι με μία ουσία, καθώς και τα κιβώτια με άλλα υγροποιημένα αέρια, όπως το οξυγόνο, έχουν μια συγκεκριμένη εμφάνιση. Είναι ζωγραφισμένο ένα darkish-πράσινο χρώμα με φωτεινά κόκκινα γράμματα «υδρογόνου». Το αέριο εγχέεται μέσα στο μπαλόνι σε μία πίεση περίπου 150 ατμόσφαιρες. Φυσικές ιδιότητες των υδρογόνου, ιδίως ευκολία αέριων συνολική κατάσταση και χρησιμοποιείται για την πλήρωση τους με ένα μείγμα από μπαλόνια ηλίου, ηχεί μπαλόνια, κλπ

Το υδρογόνο, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες που οι άνθρωποι έχουν μάθει να χρησιμοποιούν πριν από πολλά χρόνια, τη στιγμή που εμπλέκονται σε πολλές βιομηχανίες. κύρια μάζα του πηγαίνει στην παραγωγή αμμωνίας. Επίσης υδρογόνο εμπλέκεται στην παραγωγή μετάλλων (άφνιο, γερμάνιο, γάλλιο, πυρίτιο, μολυβδαίνιο, βολφράμιο, ζιρκόνιο, και άλλα) των οξειδίων, μιλώντας στην αντίδραση ως αναγωγικό μέσο και ένα άλας του υδροκυανικού οξέος, μεθυλική αλκοόλη, και επίσης συνθετικά υγρά καύσιμα. Η βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιεί για να μετατρέψει φυτικών ελαίων σε στερεά λίπη.

Ορίζεται χημικές ιδιότητες και η χρήση του υδρογόνου σε διάφορες διεργασίες υδρογόνωσης και η υδρογόνωση των λιπών, άνθρακα, υδρογονάνθρακες, έλαια και βαρύ μαζούτ. Με τον παράγουν πολύτιμοι λίθοι, πυρακτώσεως, περνούν σφυρηλάτηση και τη συγκόλληση των μεταλλικών προϊόντων υπό την επίδραση της φλόγας οξυγόνου-υδρογόνου.