غاز عديم اللون والرائحة وقابل للاشتعال. كثافة الهيدروجين في الظروف العادية - 0.09 كجم / م 3 ؛ كثافة الهواء - 0.07 كجم / م 3 ؛ حرارة الاحتراق - 28670 كيلو كالوري / كجم ؛ الحد الأدنى لطاقة الاشتعال هو 0.017 مللي جول. يشكل خليطًا متفجرًا مع الهواء والأكسجين. خليط مع الكلور (1: 1) ينفجر في الضوء ؛ بالفلور هيدروجينيتصل بانفجار في الظلام ؛ المخلوط مع (2: 1) - تفجير الغاز. حدود التفجير: من 4 - 75 المجلد. ٪ ، بالأكسجين 4.1 - 96 حجم. ٪.

في اليوم الذي تنفد فيه احتياطياته ، ستتوقف الحياة في الكون. الجوهر ، الذي بدونه تكون الحياة مستحيلة ، "يجلس" في قلب كوكبنا - في قلبه ومن حوله ، ومن هناك "يهاجر" إلى الخارج. هذا الغاز هو بداية كل البدايات. أسمه - " هيدروجين».
هيدروجينتقع داخل وحول النواة. بعد ذلك يأتي الوشاح الكثيف. لكن هذا الغاز يهاجر بهدوء عبر الكتلة الصخرية. عندما كانت الأرض صغيرة ، كان هناك الكثير من الهيدروجين في الأعماق ، ومن الأعماق كان يخرج في جميع أنحاء الأرض. عندما أصبحت أصغر ، استقرت العملية نسبيًا ، و هيدروجينبدأ "الخروج" في مناطق خاصة ، على طول صدوع التلال المحيطية.
بالطبع ، نشأت الحياة الحديثة على الأرض عند وجود أكسجين محتمل. ولكن لكي نكون موضوعيين ، فنحن مدينون ببداية كل البدايات على كوكبنا هيدروجين. كانت الدورة الديناميكية للهيدروجين ، عملية إمدادها من أحشاء الأرض ، وليس الكربون ، كما كان يعتقد سابقًا ، هي مصدر أصل الحياة على الأرض.

الهيدروجين والكون

عادة ، للتأكيد على أهمية هذا العنصر أو ذاك ، يقولون: إذا لم يكن موجودًا ، فسيحدث كذا وكذا. لكن ، كقاعدة عامة ، هذا ليس أكثر من أداة بلاغية. و هنا هيدروجينقد لا يصبح يومًا ما حقًا ، لأنه يحترق باستمرار في أعماق النجوم ، ويتحول إلى خامل.
الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الفضاء. يمثل حوالي نصف كتلة الشمس ومعظم النجوم الأخرى. إنه موجود في السدم الغازية ، في الغاز بين النجوم ، وهو جزء من النجوم. في أعماق النجوم ، يحدث تحول في نوى الذرات هيدروجينفي نوى ذرات الهليوم. تستمر هذه العملية بإطلاق الطاقة ؛ بالنسبة للعديد من النجوم ، بما في ذلك الشمس ، فهي بمثابة المصدر الرئيسي للطاقة.
في كل ثانية ، تشع الشمس طاقة تعادل أربعة ملايين طن من الكتلة في الفضاء الخارجي. تولد هذه الطاقة أثناء اندماج أربع نوى هيدروجينوالبروتونات في النواة. يطلق "احتراق" غرام واحد من البروتونات طاقة تزيد بمقدار عشرين مليون مرة عن طاقة احتراق جرام واحد من الفحم. لم يلاحظ أحد حتى الآن مثل هذا التفاعل على الأرض: إنه يحدث في درجة حرارة وضغط لا يوجدان إلا في أعماق النجوم ولم يتقنها الإنسان بعد.
من المستحيل تخيل قوة تعادل خسارة كتلة قدرها أربعة ملايين طن كل ثانية: حتى مع أقوى انفجار نووي حراري ، يتم تحويل كيلوغرام واحد فقط من المادة إلى طاقة. ومع ذلك ، فإن سرعة العملية ، أي عدد النوى هيدروجينيتحول إلى نوى هيليوم في متر مكعب واحد في ثانية واحدة ، وهو صغير. لذلك ، فإن كمية الطاقة المنبعثة لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم صغيرة. وهكذا ، يتبين أن القوة المحددة للشمس لا تذكر - أقل بكثير من قوة "جهاز توليد الحرارة" مثل الإنسان نفسه! وتظهر الحسابات أن الشمس ستستمر في السطوع بلا هوادة لمدة ثلاثين مليار سنة أخرى على الأقل. كفى لعصرنا.

تحمل المياه

تم اكتشاف الهيدروجينفي النصف الأول من القرن السادس عشر من قبل الطبيب الألماني وعالم الطبيعة باراسيلسوس. في أعمال الكيميائيين في القرنين السادس عشر والثامن عشر. وقد ذُكر "غاز قابل للاشتعال" أو "هواء قابل للاشتعال" ، مما أدى ، بالاقتران مع الغاز المعتاد ، إلى مخاليط متفجرة. تم الحصول عليه من خلال العمل على بعض المعادن (الحديد والزنك والقصدير) مع المحاليل المخففة من الأحماض - الكبريتيك والهيدروكلوريك.
كان العالم الإنجليزي هنري كافنديش أول عالم يصف خصائص هذا الغاز. حدد كثافته ودرس الاحتراق في الهواء ، ومع ذلك ، فإن الالتزام بنظرية الفلوجستون * منع الباحث من فهم جوهر العمليات الجارية.
في عام 1779 استقبل أنطوان لافوازييه هيدروجينأثناء تحلل الماء ، يمر بخاره عبر أنبوب حديدي ساخن. أثبت لافوازييه أيضًا أنه عندما يتفاعل "الهواء القابل للاحتراق" مع الأكسجين ، يتشكل الماء وتتفاعل الغازات بنسبة حجم 2: 1. سمح هذا للعالم بتحديد تكوين الماء - H2O. يتكون اسم العنصر - Hydrogenium - Lavoisier وزملاؤه من الكلمات اليونانية "gidor" - ماء و "gennao" - ألد. الاسم الروسي "هيدروجين"اقترحه الكيميائي M. F. Solovyov في عام 1824 - قياسا على "الأكسجين" لومونوسوف.
هيدروجينغاز عديم اللون والرائحة والطعم وقابل للذوبان في الماء قليلاً. إنه أخف 14.5 مرة من الهواء - أخف الغازات. لهذا هيدروجينتستخدم لملء المناطيد والمناطيد. عند -253 درجة مئوية ، يسيل الهيدروجين. هذا السائل عديم اللون هو الأخف وزنا مما هو معروف: 1 مل منه يزن أقل من عُشر الجرام. عند -259 درجة مئوية ، يتجمد الهيدروجين السائل ويتحول إلى بلورات عديمة اللون.
الجزيئات H2صغيرة جدًا بحيث يمكن أن تمر بسهولة ليس فقط من خلال المسام الصغيرة ، ولكن أيضًا من خلال المعادن. بعضها ، مثل النيكل ، يمكنه امتصاص كميات كبيرة من هيدروجينواحتفظ بها في شكل ذري في فراغات الشبكة البلورية. يسخن إلى 250 درجة مئوية ، يمر رقائق البلاديوم بحرية هيدروجين؛ يستخدم هذا لتنظيفه تمامًا من الغازات الأخرى.
مع الذوبان هيدروجينفي المعادن ، ترتبط قدرته على الانتشار من خلال المعادن. علاوة على ذلك ، كونه أخف الغازات ، هيدروجينلديها أعلى معدل انتشار: تنتقل جزيئاتها أسرع من جزيئات جميع الغازات الأخرى في وسط مادة أخرى وتمر عبر أنواع مختلفة من الأقسام.
هيدروجين- مادة فعالة تدخل بسهولة في التفاعلات الكيميائية. عندما تحترق ، يتم إطلاق الكثير من الحرارة ، ومنتج التفاعل الوحيد هو الماء: 2H2 + O2 = 2H2O. لا يسع المرء إلا أن يحلم بوقود صديق للبيئة!
اليوم (على الرغم من الكميات المحدودة حتى الآن) يتم إنتاج السيارات بالفعل هيدروجينالمحركات. هذا هو BMW Hydrogen 7 ، الذي يستخدم الوقود السائل كوقود. هيدروجين؛ حافلة Mercedes Citaro وسيارة ركاب Mazda RX-8 Hydrogen تعمل بالبنزين و هيدروجين. وتقوم بوينج بتطوير طائرة بدون طيار على ارتفاعات عالية ومدة طيران (High Altitude Long Endurance (HALE). هيدروجينالمحرك من صنع شركة فورد موتور. ومع ذلك ، التنمية هيدروجينقطاع الطاقة مقيد بدرجة عالية من المخاطر عند العمل بهذا الغاز ، فضلاً عن صعوبة تخزينه.

تجربة تكاد تكلف الحياة

مع الأكسجين الجوي هيدروجينيشكل خليطًا متفجرًا - غازًا متفجرًا. لذلك ، عند العمل مع هيدروجينيجب توخي الحذر بشكل خاص. ينظف هيدروجينيحترق بصمت تقريبًا ، وعند مزجه بالهواء يصدر صوت صاخب مميز. لا يشكل انفجار الغاز المتفجر في أنبوب الاختبار خطرًا على المجرب ، ومع ذلك ، عند استخدام قارورة مسطحة القاع أو الأواني الزجاجية السميكة ، يمكن أن تحدث إصابات خطيرة.
هيدروجينله طبيعة كيميائية مزدوجة ، تظهر قدرة مؤكسدة وتقليل. في معظم التفاعلات ، يعمل كعامل اختزال ، مكونًا مركبات تكون فيها حالة الأكسدة الخاصة بها هي +1. لكن في التفاعلات مع المعادن النشطة ، يعمل كعامل مؤكسد: حالة الأكسدة في المركبات التي تحتوي على معادن هي -1.
وهكذا ، من خلال التبرع بإلكترون واحد ، هيدروجينيظهر تشابهًا مع معادن المجموعة الأولى من النظام الدوري ، وبربط إلكترون مع معادن المجموعة السابعة. لهذا هيدروجينفي النظام الدوري ، يتم وضعهم عادةً إما في المجموعة الأولى وفي نفس الوقت بين قوسين في المجموعة السابعة ، أو في المجموعة السابعة وبين قوسين في المجموعة الأولى.

استخدام وإنتاج الهيدروجين

مستخدم هيدروجينفي إنتاج الميثانول ، كلوريد الهيدروجين ، من أجل هدرجة الدهون النباتية (في إنتاج السمن) ، وكذلك لاستعادة المعادن (الموليبدينوم ، التنجستن ، الإنديوم) من الأكاسيد. لهب الهيدروجين والأكسجين (3000 درجة مئوية) يلحم ويقطع المعادن والسبائك المقاومة للحرارة. سائل هيدروجينبمثابة وقود الصواريخ.
أثناء هدرجة الفحم والنفط ، كان الفقراء هيدروجينيتم تحويل أنواع الوقود منخفضة الجودة إلى أنواع عالية الجودة.
هيدروجينيستخدم لتبريد مولدات التيار الكهربائي القوية ، وتستخدم نظائره في الطاقة النووية.
في الصناعة ، يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح (على سبيل المثال ، NaCl ، Na2CO4) ، وكذلك عن طريق تحويل الوقود الصلب والغازي - الفحم والغاز الطبيعي. تستمر عمليات التحويل عند درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية في وجود المحفزات. يسمى خليط الغاز الناتج بالغاز التخليقي.

تحتوي كل مجموعة إسعافات أولية منزلية تقريبًا على قنينة تحتوي على محلول بيروكسيد بنسبة 3٪. هيدروجين H2O2. يتم استخدامه لتطهير الجروح ووقف النزيف.

اعتمادا على الغرض من التقنية هيدروجينمتوفر في شكل مضغوط وغير مضغوط من درجتين:

درجة غاز الهيدروجين "أ"- تستخدم في الصناعات الإلكترونية والصيدلانية والكيميائية وفي تعدين المساحيق: لترسيب المركبات الحرارية من أكاسيد المعادن ؛ عند تلبيد المنتجات من مواد مسحوق تحتوي على الكروم والفولاذ المقاوم للصدأ.
- تستخدم في الطاقة ، والتعدين الإلكتروني ، والكيميائي ، وغير الحديدية ، والصناعات الدوائية.

تعمل وكالات الفضاء والشركات الخاصة بالفعل على تطوير خطط لإرسال أشخاص إلى المريخ في السنوات القليلة المقبلة ، مما سيؤدي في النهاية إلى استعماره. ومع زيادة عدد الكواكب الشبيهة بالأرض المكتشفة حول النجوم القريبة ، أصبح السفر في الفضاء السحيق أكثر أهمية.

ومع ذلك ، ليس من السهل على البشر البقاء على قيد الحياة في الفضاء لفترات طويلة من الزمن. أحد التحديات الرئيسية لرحلات الفضاء الطويلة هو نقل ما يكفي من الأكسجين لرواد الفضاء للتنفس والوقود الكافي لتشغيل الإلكترونيات المعقدة. لسوء الحظ ، لا يوجد عمليًا أي أكسجين في الفضاء ، لذلك يجب تخزينه على الأرض.

لكن بحثًا جديدًا نُشر في Nature Communications يُظهر أنه من الممكن إنتاج الهيدروجين (للوقود) والأكسجين (للتنفس) من الماء باستخدام مادة شبه موصلة فقط ، وضوء الشمس (أو ضوء النجوم) ، وانعدام الوزن ، مما يجعل السفر لمسافات طويلة أكثر جدوى.

يعد استخدام مورد الشمس غير المحدود لتشغيل حياتنا اليومية أحد أكثر التحديات العالمية على الأرض. بينما نتحرك ببطء بعيدًا عن النفط نحو الطاقة المتجددة ، يهتم الباحثون بإمكانية استخدام الهيدروجين كوقود. أفضل طريقة للقيام بذلك هي فصل الماء (H2O) إلى مكوناته: الهيدروجين والأكسجين. هذا ممكن باستخدام عملية تعرف باسم التحليل الكهربائي ، والتي تتكون من تمرير التيار عبر الماء الذي يحتوي على بعض الإلكتروليت القابل للذوبان (على سبيل المثال ، الملح - تقريبا. ترجمة.). نتيجة لذلك ، يتحلل الماء إلى ذرات الأكسجين والهيدروجين ، والتي يتم إطلاق كل منها على قطبها الكهربائي.

التحليل الكهربائي للماء.

على الرغم من أن هذه الطريقة ممكنة تقنيًا ومعروفة منذ قرون ، إلا أنها لم تصبح متاحة بسهولة على الأرض حتى الآن لأننا بحاجة إلى المزيد من البنية التحتية المتعلقة بالهيدروجين ، مثل محطات تعبئة الهيدروجين.

يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين والأكسجين اللذين يتم الحصول عليهما بهذه الطريقة من الماء كوقود في المركبات الفضائية. سيكون إطلاق صاروخ بالماء أكثر أمانًا في الواقع من وجود وقود دافع وأكسجين إضافيين على متنه ، حيث يمكن أن يكون الخليط متفجرًا في حالة وقوع حادث. الآن ، في الفضاء ، ستكون التكنولوجيا الخاصة قادرة على تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين ، والتي بدورها يمكن استخدامها للحفاظ على التنفس والإلكترونيات (على سبيل المثال ، باستخدام خلايا الوقود).

هناك خياران لهذا. أحدهما هو التحليل الكهربائي ، تمامًا كما هو الحال على الأرض ، باستخدام الإلكتروليتات والألواح الشمسية لتوليد التيار. ولكن ، للأسف ، فإن التحليل الكهربائي عملية تستهلك الكثير من الطاقة ، والطاقة في الفضاء "تستحق وزنها ذهباً".

البديل هو استخدام المحفزات الضوئية ، التي تعمل عن طريق امتصاص الفوتونات في مادة شبه موصلة موضوعة في الماء. إن طاقة الفوتون "تقطع" إلكترونًا من مادة ما ، تاركة "ثقبًا" بداخلها. يمكن أن يتفاعل الإلكترون الحر مع البروتونات في الماء لتكوين ذرات الهيدروجين. وفي الوقت نفسه ، يمكن لـ "الثقب" امتصاص الإلكترونات من الماء لتكوين البروتونات وذرات الأكسجين.



عملية التحفيز الضوئي في ظل الظروف الأرضية وتحت الجاذبية الصغرى (أقل مليون مرة مما هو على الأرض). كما يتضح ، في الحالة الثانية ، يكون عدد فقاعات الغاز الناشئة أكبر.

يمكن عكس هذه العملية. يمكن إعادة تجميع (دمج) الهيدروجين والأكسجين باستخدام خلية وقود ، ونتيجة لذلك يتم استهلاك الطاقة الشمسية على "عوائد" التحفيز الضوئي وتتكون المياه. وبالتالي ، فإن هذه التكنولوجيا هي المفتاح الحقيقي للسفر في الفضاء السحيق.

تعتبر العملية باستخدام المحفزات الضوئية أفضل خيار للسفر في الفضاء لأن وزن المعدات أقل بكثير من الوزن المطلوب للتحليل الكهربائي. من الناحية النظرية ، فإن العمل معه في الفضاء أسهل أيضًا. يرجع هذا جزئيًا إلى حقيقة أن شدة ضوء الشمس خارج الغلاف الجوي للأرض أعلى بكثير ، لأنه في الأخير يتم امتصاص أو انعكاس جزء كبير من الضوء في طريقه إلى السطح.

في دراسة جديدة ، أسقط العلماء إعدادًا تجريبيًا للتحفيز الضوئي يعمل بكامل طاقته من برج ارتفاعه 120 مترًا ، مما خلق بيئة تسمى الجاذبية الصغرى. عندما تسقط الأجسام على الأرض في حالة سقوط حر ، يتناقص تأثير الجاذبية (لكنها لا تختفي في أي مكان ، وهذا هو سبب تسميتها بالجاذبية الصغرى ، وليس غياب الجاذبية - تقريبا. ترجمة.) ، نظرًا لعدم وجود قوى تعوض عن جاذبية الأرض - وبالتالي ، خلال الخريف ، يتم إنشاء الظروف في التثبيت كما هو الحال في محطة الفضاء الدولية.

الإعداد التجريبي وعملية التجربة.

تمكن الباحثون من إثبات أنه من الممكن بالفعل تقسيم المياه في ظل هذه الظروف. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه العملية تنتج الغاز ، تتشكل الفقاعات في الماء. تتمثل المهمة المهمة في التخلص من فقاعات مادة المحفز ، لأنها تتداخل مع عملية تكوين الغاز. على الأرض ، تتسبب الجاذبية في تطفو الفقاعات على السطح (الماء بالقرب من السطح أكثر كثافة من الفقاعات ، مما يسمح لها بالطفو على السطح) ، مما يؤدي إلى تحرير مساحة في المحفز لتكوين المزيد من الفقاعات.

في حالة انعدام الوزن ، هذا غير ممكن ، وتبقى فقاعات الغاز على المحفز أو بالقرب منه. ومع ذلك ، فقد قام العلماء بتعديل شكل المحفز على المقياس النانوي ، وإنشاء مناطق هرمية حيث يمكن للفقاعة أن تنفصل بسهولة عن قمة الهرم وتدخل إلى الماء دون التدخل في عملية تكوين الفقاعة الجديدة.

لكن تبقى مشكلة واحدة. في حالة عدم وجود الجاذبية ، ستبقى الفقاعات في السائل على الرغم من إجبارها على ترك المحفز. تسمح الجاذبية للغاز بالهروب بسهولة من السائل ، وهو أمر بالغ الأهمية لاستخدام الهيدروجين والأكسجين النقيين. بدون الجاذبية ، لا تطفو أي فقاعات غازية على السطح ومنفصلة عن السائل - وبدلاً من ذلك ، يتم تكوين نظير رغوي.

هذا يقلل بشكل كبير من كفاءة العملية عن طريق منع المحفزات أو الأقطاب الكهربائية. ستكون الحلول الهندسية حول هذه المشكلة أساسية للتنفيذ الناجح للتكنولوجيا في الفضاء - أحد الحلول الممكنة هو تدوير التثبيت: بهذه الطريقة ، ستخلق قوى الطرد المركزي الجاذبية الاصطناعية. لكن مع ذلك ، بفضل هذا البحث الجديد ، نقترب خطوة واحدة من رحلات الفضاء البشرية طويلة المدى.

الهيدروجين (H) عنصر كيميائي خفيف جدًا ، يحتوي على 0.9٪ من الكتلة في القشرة الأرضية و 11.19٪ في الماء.

توصيف الهيدروجين

من حيث الخفة فهو الأول بين الغازات. في الظروف العادية ، يكون عديم الطعم واللون والرائحة على الإطلاق. عندما يدخل الغلاف الحراري ، فإنه يطير في الفضاء بسبب وزنه المنخفض.

في الكون كله ، هو العنصر الكيميائي الأكثر عددًا (75٪ من الكتلة الكلية للمواد). لدرجة أن العديد من النجوم في الفضاء الخارجي تتكون بالكامل منه. على سبيل المثال ، الشمس. مكونه الرئيسي هو الهيدروجين. والحرارة والضوء هما نتيجة إطلاق الطاقة أثناء اندماج نوى المادة. توجد أيضًا في الفضاء غيوم كاملة من جزيئاتها بأحجام وكثافات ودرجات حرارة مختلفة.

الخصائص الفيزيائية

تغير درجة الحرارة والضغط المرتفعان خصائصه بشكل كبير ، لكن في ظل الظروف العادية:

لها موصلية حرارية عالية بالمقارنة مع الغازات الأخرى ،

غير سامة وسيئة الذوبان في الماء

بكثافة 0.0899 جم / لتر عند 0 درجة مئوية و 1 ضغط جوي.

يتحول إلى سائل عند -252.8 درجة مئوية

تصبح صلبة عند -259.1 درجة مئوية.

الحرارة النوعية للاحتراق هي 120.9.106 جول / كجم.

يتطلب ضغطًا مرتفعًا ودرجات حرارة منخفضة جدًا ليصبح سائلاً أو صلبًا. عندما يتم تسييله ، يكون سائلاً وخفيفًا.

الخواص الكيميائية

تحت الضغط والتبريد (-252.87 جم. C) ، يكتسب الهيدروجين حالة سائلة تكون أخف وزناً من أي نظير. في ذلك ، يأخذ مساحة أقل من الشكل الغازي.

إنه نموذجي غير معدني. في المختبرات ، يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل المعادن (مثل الزنك أو الحديد) مع الأحماض المخففة. في ظل الظروف العادية ، يكون غير نشط ولا يتفاعل إلا مع المعادن النشطة غير المعدنية. يمكن للهيدروجين أن يفصل الأكسجين عن الأكاسيد ويقلل المعادن من المركبات. إنها ومخاليطها تشكل روابط هيدروجينية مع عناصر معينة.

الغاز قابل للذوبان بدرجة عالية في الإيثانول وفي العديد من المعادن ، وخاصة البلاديوم. الفضة لا تحلها. يمكن أن يتأكسد الهيدروجين أثناء الاحتراق في الأكسجين أو الهواء ، وعند التفاعل مع الهالوجينات.

عندما يقترن بالأكسجين ، يتكون الماء. إذا كانت درجة الحرارة طبيعية ، يكون التفاعل بطيئًا ، إذا كانت درجة الحرارة أعلى من 550 درجة مئوية - مع حدوث انفجار (يتحول إلى غاز متفجر).

إيجاد الهيدروجين في الطبيعة

على الرغم من وجود الكثير من الهيدروجين على كوكبنا ، إلا أنه ليس من السهل العثور عليه في شكله النقي. يمكن العثور على القليل أثناء الانفجارات البركانية وأثناء استخراج النفط وفي مكان تحلل المواد العضوية.

يوجد أكثر من نصف الكمية الإجمالية في التركيبة مع الماء. يتم تضمينه أيضًا في بنية النفط ، والطين المختلفة ، والغازات القابلة للاحتراق ، والحيوانات والنباتات (التواجد في كل خلية حية هو 50٪ بعدد الذرات).

دورة الهيدروجين في الطبيعة

في كل عام ، تتحلل كمية ضخمة (بلايين الأطنان) من بقايا النباتات في المسطحات المائية والتربة ، ويؤدي هذا التحلل إلى تناثر كتلة ضخمة من الهيدروجين في الغلاف الجوي. يتم إطلاقه أيضًا أثناء أي تخمير تسببه البكتيريا والاحتراق ويشارك مع الأكسجين في دورة الماء.

تطبيقات الهيدروجين

يتم استخدام العنصر بنشاط من قبل البشرية في أنشطتها ، لذلك تعلمنا كيفية الحصول عليه على نطاق صناعي من أجل:

الأرصاد الجوية والإنتاج الكيميائي؛

انتاج السمن النباتي

كوقود للصواريخ (الهيدروجين السائل) ؛

صناعة الطاقة لتبريد المولدات الكهربائية.

لحام وقطع المعادن.

تُستخدم كتلة الهيدروجين في إنتاج البنزين الاصطناعي (لتحسين جودة الوقود المنخفض الجودة) والأمونيا وكلوريد الهيدروجين والكحول ومواد أخرى. تستخدم الطاقة النووية بنشاط نظائرها.

يستخدم مستحضر "بيروكسيد الهيدروجين" على نطاق واسع في علم المعادن ، وصناعة الإلكترونيات ، وإنتاج اللب والورق ، وتبييض أقمشة الكتان والقطن ، لتصنيع صبغات الشعر ومستحضرات التجميل ، والبوليمرات ، وفي الطب لعلاج الجروح.

يمكن أن تصبح الطبيعة "المتفجرة" لهذا الغاز سلاحًا فتاكًا - قنبلة هيدروجينية. يصاحب انفجاره إطلاق كمية هائلة من المواد المشعة ويضر بكل الكائنات الحية.

يهدد ملامسة الهيدروجين السائل والجلد بقضمة صقيع شديدة ومؤلمة.

على الأرض - الأكسجين ، في الفضاء - الهيدروجين

يحتوي الكون على أكبر قدر من الهيدروجين (74٪ بالكتلة). لقد تم الحفاظ عليها منذ الانفجار العظيم. تمكن جزء ضئيل فقط من الهيدروجين من التحول إلى عناصر أثقل في النجوم. على الأرض ، العنصر الأكثر شيوعًا هو الأكسجين (46-47٪). معظمها مرتبط على شكل أكاسيد ، وخاصة أكسيد السيليكون (SiO 2). نشأ الأكسجين والسيليكون الموجودان على الأرض في النجوم الضخمة التي كانت موجودة قبل ولادة الشمس. في نهاية حياتهم ، انفجرت هذه النجوم في مستعرات أعظم وألقت العناصر المتكونة فيها في الفضاء. بالطبع ، احتوت منتجات الانفجار على الكثير من الهيدروجين والهيليوم ، وكذلك الكربون. ومع ذلك ، فإن هذه العناصر ومركباتها شديدة التقلب. بالقرب من الشمس الفتية ، تبخروا وانفجروا بفعل ضغط الإشعاع على أطراف النظام الشمسي.

العناصر العشرة الأكثر شيوعًا في مجرة ​​درب التبانة *

* الكسر الكتلي لكل مليون.

المخطط العام "HYDROGEN"

أنا. الهيدروجين عنصر كيميائي

أ) المركز في RESP

• الرقم التسلسلي №1
• الفترة 1
• المجموعة الأولى (المجموعة الفرعية الرئيسية "أ")
• الكتلة النسبية Ar (H) = 1
• الاسم اللاتيني Hydrogenium (ولادة الماء)

ب) انتشار الهيدروجين في الطبيعة

الهيدروجين عنصر كيميائي.	في قشرة الأرض(الغلاف الصخري والغلاف المائي) - 1٪ بالوزن (المركز العاشر بين جميع العناصر)
	أَجواء - 0.0001٪ بعدد الذرات
	العنصر الأكثر شيوعًا في الكون – 92٪ من كل الذرات (المكون الرئيسي للنجوم والغاز بين النجوم)

الهيدروجين - مادة كيميائية عنصر	في الاتصالات	H 2 O - الماء(11٪ بالوزن)
		CH 4 - غاز الميثان(25٪ بالوزن)
		المواد العضوية(النفط والغازات الطبيعية القابلة للاحتراق وغيرها) في الكائنات الحية الحيوانية والنباتية(أي في تكوين البروتينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات وغيرها) في جسم الإنسانفي المتوسط ​​يحتوي على حوالي 7 كيلوغرامات من الهيدروجين.

ج) تكافؤ الهيدروجين في المركبات

ثانيًا. الهيدروجين مادة بسيطة (H 2)

إيصال

1- المختبر (جهاز كيب) أ) تفاعل المعادن مع الأحماض: Zn+ 2HCl \ u003d ZnCl 2 + H 2 ملح ب) تفاعل المعادن النشطة مع الماء: 2Na + 2H 2 O \ u003d 2NaOH + H 2 قاعدة

2. الصناعة · التحليل الكهربائي للماء بريد إلكتروني حاضِر 2H 2 O \ u003d 2H 2 + O 2 · من الغاز الطبيعي ر ، ني CH 4 + 2H 2 O \ u003d 4H 2 + CO 2

إيجاد الهيدروجين في الطبيعة.

يتوزع الهيدروجين على نطاق واسع في الطبيعة ، ومحتواه في القشرة الأرضية (الغلاف الصخري والغلاف المائي) هو 1٪ بالكتلة ، و 16٪ بعدد الذرات. الهيدروجين هو جزء من المادة الأكثر شيوعًا على الأرض - الماء (11.19٪ هيدروجين بالكتلة) ، في المركبات التي تتكون منها الفحم والنفط والغازات الطبيعية والطين ، وكذلك الكائنات الحية الحيوانية والنباتية (أي في تكوين البروتينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات وغيرها). الهيدروجين نادر للغاية في الحالة الحرة ؛ يوجد بكميات صغيرة في الغازات البركانية وغيرها من الغازات الطبيعية. توجد كميات ضئيلة من الهيدروجين الحر (0.0001٪ بعدد الذرات) في الغلاف الجوي. في الفضاء القريب من الأرض ، يشكل الهيدروجين على شكل تيار من البروتونات حزام الإشعاع الداخلي ("البروتون") للأرض. الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الفضاء. في شكل بلازما ، تشكل حوالي نصف كتلة الشمس ومعظم النجوم ، وهي الجزء الأكبر من غازات الوسط النجمي والسدم الغازية. يوجد الهيدروجين في الغلاف الجوي لعدد من الكواكب وفي المذنبات على شكل H 2 وميثان CH 4 والأمونيا NH 3 وماء H 2 O وجذور. في شكل تيار من البروتونات ، يعتبر الهيدروجين جزءًا من الإشعاع الجسيمي للشمس والأشعة الكونية.

هناك ثلاثة نظائر للهيدروجين:
أ) هيدروجين خفيف - بروتيوم ،
ب) الهيدروجين الثقيل - الديوتيريوم (د) ،
ج) الهيدروجين شديد الثقل - التريتيوم (T).

التريتيوم نظير غير مستقر (مشع) ، لذلك لا يوجد عمليًا في الطبيعة. الديوتيريوم مستقر ، لكنه صغير جدًا: 0.015٪ (من كتلة كل الهيدروجين الأرضي).

تكافؤ الهيدروجين في المركبات

في المركبات ، يظهر الهيدروجين التكافؤأنا.

الخصائص الفيزيائية للهيدروجين

مادة بسيطة الهيدروجين (H 2) غاز ، أخف من الهواء ، عديم اللون ، عديم الرائحة ، لا طعم له ، t kip \ u003d - 253 0 C ، الهيدروجين غير قابل للذوبان في الماء ، قابل للاحتراق. يمكن جمع الهيدروجين عن طريق إزاحة الهواء من أنبوب الاختبار أو الماء. في هذه الحالة ، يجب قلب الأنبوب رأسًا على عقب.

الحصول على الهيدروجين

في المختبر ، ينتج الهيدروجين عن طريق التفاعل

Zn + H 2 SO 4 \ u003d ZnSO 4 + H 2.

يمكن استخدام الحديد والألمنيوم وبعض المعادن الأخرى بدلاً من الزنك ، ويمكن استخدام بعض الأحماض المخففة الأخرى بدلاً من حمض الكبريتيك. يتم جمع الهيدروجين الناتج في أنبوب اختبار بطريقة إزاحة الماء (انظر الشكل 10.2 ب) أو ببساطة في دورق مقلوب (الشكل 10.2 أ).

في الصناعة ، يتم الحصول على الهيدروجين بكميات كبيرة من الغاز الطبيعي (الميثان بشكل أساسي) عن طريق التفاعل مع بخار الماء عند 800 درجة مئوية في وجود محفز نيكل:

CH 4 + 2H 2 O \ u003d 4H 2 + CO 2 (t ، Ni)

أو معالجتها عند درجة حرارة عالية بفحم بخار الماء:

2H 2 O + C \ u003d 2H 2 + CO 2. (ر)

يتم الحصول على الهيدروجين النقي من الماء عن طريق تحليله بتيار كهربائي (يخضع للتحليل الكهربائي):

2H 2 O \ u003d 2H 2 + O 2 (التحليل الكهربائي).