Cel mai comun element chimic din univers este hidrogenul. Acesta este un fel de punct de referință, deoarece în tabelul periodic numărul său atomic este egal cu unu. Omenirea speră să poată afla mai multe despre acesta ca fiind unul dintre cele mai posibile vehicule în viitor. Hidrogenul este cel mai simplu, mai ușor, cel mai comun element, este abundent peste tot - șaptezeci și cinci la sută din masa totală a materiei. Este în orice stea, în special în o mulțime de hidrogen în giganții gazosi. Rolul său în reacțiile de fuziune stelară este cheie. Fără hidrogen, nu există apă, ceea ce înseamnă că nu există viață. Toată lumea își amintește că o moleculă de apă conține un atom de oxigen și doi atomi din ea sunt hidrogen. Aceasta este formula binecunoscută H2O.

Cum îl folosim

Hidrogenul a fost descoperit în 1766 de Henry Cavendish în timp ce analiza reacția de oxidare a unui metal. După câțiva ani de observație, a realizat că în procesul de ardere a hidrogenului se formează apă. Anterior, oamenii de știință au izolat acest element, dar nu l-au considerat independent. În 1783, hidrogenului i s-a dat numele de hidrogen (tradus din grecescul „hydro” – apă, și „genă” – pentru a da naștere). Elementul care generează apa este hidrogenul. Este un gaz a cărui formulă moleculară este H 2 . Dacă temperatura este apropiată de temperatura camerei și presiunea este normală, acest element este imperceptibil. Hidrogenul nici măcar nu poate fi captat de simțurile umane - este insipid, incolor, inodor. Dar sub presiune și la o temperatură de -252,87 C (foarte rece!) Acest gaz se lichefiază. Așa se depozitează, deoarece sub formă de gaz ocupă mult mai mult spațiu. Este hidrogenul lichid care este folosit ca combustibil pentru rachete.

Hidrogenul poate deveni solid, metalic, dar pentru aceasta este nevoie de o presiune ultra-înaltă și asta fac acum cei mai importanți oameni de știință, fizicieni și chimiști. Deja acum acest element servește drept combustibil alternativ pentru transport. Aplicația sa este similară cu modul în care funcționează un motor cu ardere internă: atunci când hidrogenul este ars, o mare parte din energia sa chimică este eliberată. S-a dezvoltat practic și o metodă de creare a unei pile de combustie pe baza acesteia: atunci când este combinată cu oxigenul, are loc o reacție și prin aceasta se formează apă și electricitate. Este posibil ca transportul să „trece” în curând în loc de benzină la hidrogen - o mulțime de producători auto sunt interesați să creeze materiale combustibile alternative și există unele succese. Dar un motor pur cu hidrogen este încă în viitor, există multe dificultăți. Cu toate acestea, avantajele sunt de așa natură încât crearea unui rezervor de combustibil cu hidrogen solid este în plină desfășurare, iar oamenii de știință și inginerii nu se vor retrage.

Informatii de baza

Hidrogenul (lat.) - hidrogenul, primul număr de serie din tabelul periodic, este desemnat H. Atomul de hidrogen are o masă de 1,0079, este un gaz care în condiții normale nu are gust, miros, culoare. Chimiștii din secolul al XVI-lea au descris un anumit gaz combustibil, denotându-l în diferite moduri. Dar s-a dovedit pentru toată lumea în aceleași condiții - când acidul acționează asupra metalului. Hidrogenul, chiar și de către Cavendish însuși, timp de mulți ani a fost numit pur și simplu „aer combustibil”. Abia în 1783, Lavoisier a dovedit că apa are o compoziție complexă, prin sinteză și analiză, iar patru ani mai târziu a dat „aerului combustibil” numele modern. Rădăcina acestui cuvânt compus este utilizată pe scară largă atunci când este necesar să se numească compușii de hidrogen și orice procese la care participă. De exemplu, hidrogenare, hidrură și altele asemenea. Iar numele rusesc a fost propus în 1824 de M. Solovyov.

În natură, distribuția acestui element nu are egal. În litosfera și hidrosfera scoarței terestre, masa acesteia este de unu la sută, dar atomii de hidrogen sunt de până la șaisprezece procente. Cea mai comună apă de pe Pământ și 11,19% din greutate în ea este hidrogen. De asemenea, este prezent cu siguranță în aproape toți compușii care alcătuiesc petrolul, cărbunele, toate gazele naturale, argila. Există hidrogen în toate organismele plantelor și animalelor - în compoziția proteinelor, grăsimilor, acizilor nucleici, carbohidraților și așa mai departe. Starea liberă pentru hidrogen nu este tipică și nu apare aproape niciodată - există foarte puțin din ea în gazele naturale și vulcanice. O cantitate foarte neglijabilă de hidrogen în atmosferă - 0,0001%, din punct de vedere al numărului de atomi. Pe de altă parte, fluxuri întregi de protoni reprezintă hidrogenul din spațiul apropiat Pământului, care alcătuiește centura interioară de radiații a planetei noastre.

Spaţiu

În spațiu, niciun element nu este atât de comun ca hidrogenul. Volumul hidrogenului din compoziția elementelor Soarelui este mai mult de jumătate din masa sa. Majoritatea stelelor formează hidrogen sub formă de plasmă. Partea principală a diferitelor gaze ale nebuloaselor și a mediului interstelar constă, de asemenea, din hidrogen. Este prezent în comete, în atmosfera unui număr de planete. Desigur, nu în forma sa pură, fie ca H2 liber, fie ca metan CH4, fie ca amoniac NH3, chiar și ca apă H2O. Foarte des există radicali CH, NH, SiN, OH, PH și altele asemenea . Ca flux de protoni, hidrogenul face parte din radiația solară corpusculară și razele cosmice.

În hidrogenul obișnuit, un amestec de doi izotopi stabili este hidrogen ușor (sau protium 1 H) și hidrogen greu (sau deuteriu - 2 H sau D). Există și alți izotopi: tritiu radioactiv - 3 H sau T, în caz contrar - hidrogen supergreu. Și, de asemenea, foarte instabil 4 N. În natură, un compus de hidrogen conține izotopi în astfel de proporții: există 6800 de atomi de proțiu per atom de deuteriu. Tritiul se formează în atmosferă din azot, care este afectat de neutronii razelor cosmice, dar neglijabil. Ce înseamnă numerele de masă ale izotopilor? Numărul indică faptul că nucleul de proțiu are un singur proton, în timp ce deuteriul are nu numai un proton, ci și un neutron în nucleul unui atom. Tritiul are doi neutroni în nucleu pentru un proton. Dar 4 N conține trei neutroni pe proton. Prin urmare, proprietățile fizice și chimice ale izotopilor de hidrogen sunt foarte diferite în comparație cu izotopii tuturor celorlalte elemente - diferența de mase este prea mare.

Structură și proprietăți fizice

Din punct de vedere al structurii, atomul de hidrogen este cel mai simplu în comparație cu toate celelalte elemente: un nucleu - un electron. Potențial de ionizare - energia de legare a nucleului cu electronul - 13,595 electron volți (eV). Tocmai din cauza simplității acestei structuri atomul de hidrogen este un model convenabil în mecanica cuantică atunci când este necesar să se calculeze nivelurile de energie ale atomilor mai complecși. În molecula de H 2, există doi atomi care sunt legați printr-o legătură covalentă chimică. Energia de dezintegrare este foarte mare. Hidrogenul atomic se poate forma în reacții chimice, cum ar fi zincul și acidul clorhidric. Cu toate acestea, interacțiunea cu hidrogenul practic nu are loc - starea atomică a hidrogenului este foarte scurtă, atomii se recombină imediat în molecule de H2.

Din punct de vedere fizic, hidrogenul este mai ușor decât toate substanțele cunoscute - de peste paisprezece ori mai ușor decât aerul (amintiți-vă că zburați baloane în vacanță - au doar hidrogen în interior). Cu toate acestea, heliul poate fierbe, lichefia, topi, solidifica și doar heliul fierbe și se topește la temperaturi mai scăzute. Este greu de lichefiat, ai nevoie de o temperatură sub -240 de grade Celsius. Dar are o conductivitate termică foarte mare. Aproape că nu se dizolvă în apă, dar metalul interacționează perfect cu hidrogenul - se dizolvă în aproape toate, cel mai bine în paladiu (850 de volume sunt cheltuite pe un volum de hidrogen). Hidrogenul lichid este ușor și fluid, iar atunci când este dizolvat în metale, deseori distruge aliajele din cauza interacțiunii cu carbonul (oțel, de exemplu), are loc difuzia, decarbonizarea.

Proprietăți chimice

În compuși, în cea mai mare parte, hidrogenul prezintă o stare de oxidare (valență) de +1, ca sodiul și alte metale alcaline. El este considerat analogul lor, fiind în fruntea primului grup al sistemului Mendeleev. Dar ionul de hidrogen din hidrurile metalice este încărcat negativ, cu o stare de oxidare de -1. De asemenea, acest element este aproape de halogeni, care chiar sunt capabili să-l înlocuiască în compuși organici. Aceasta înseamnă că hidrogenul poate fi atribuit și celui de-al șaptelea grup al sistemului Mendeleev. În condiții normale, moleculele de hidrogen nu diferă ca activitate, combinându-se doar cu cele mai active nemetale: este bine cu fluor, iar dacă este ușor, cu clor. Dar atunci când este încălzit, hidrogenul devine diferit - reacționează cu multe elemente. Hidrogenul atomic, în comparație cu hidrogenul molecular, este foarte activ din punct de vedere chimic, astfel încât apa se formează în legătură cu oxigenul, iar pe parcurs se eliberează energie și căldură. La temperatura camerei, această reacție este foarte lentă, dar când este încălzită peste cinci sute cincizeci de grade, se obține o explozie.

Hidrogenul este folosit pentru a reduce metalele, deoarece ia oxigenul din oxizii lor. Cu fluor, hidrogenul formează o explozie chiar și în întuneric și la minus două sute cincizeci și două de grade Celsius. Clorul și bromul excită hidrogenul numai atunci când sunt încălzite sau iluminate, iar iodul numai când sunt încălzite. Hidrogenul și azotul formează amoniac (așa se fac majoritatea îngrășămintelor). Când este încălzit, interacționează foarte activ cu sulful și se obține hidrogen sulfurat. Cu teluriu și seleniu este dificil să provoace o reacție de hidrogen, dar cu carbonul pur reacția are loc la temperaturi foarte ridicate și se obține metan. Cu monoxidul de carbon, hidrogenul formează diverși compuși organici, presiunea, temperatura, catalizatorii influențează aici și toate acestea au o mare importanță practică. În general, rolul hidrogenului, precum și al compușilor săi, este excepțional de mare, deoarece conferă proprietăți acide acizilor protici. Legăturile de hidrogen se formează cu multe elemente, afectând proprietățile compușilor anorganici și organici.

Obținerea și utilizarea

Hidrogenul se obține la scară industrială din gaze naturale - combustibile, cuptor de cocs, gaze de rafinare a petrolului. Poate fi obținut și prin electroliză acolo unde electricitatea nu este prea scumpă. Cu toate acestea, cea mai importantă metodă de producere a hidrogenului este reacția catalitică a hidrocarburilor, în principal metan, cu vaporii de apă, atunci când se obține conversia. Metoda de oxidare a hidrocarburilor cu oxigen este, de asemenea, utilizată pe scară largă. Extragerea hidrogenului din gazul natural este cea mai ieftină cale. Celelalte două sunt utilizarea gazului cuptorului de cocs și a gazului de rafinărie - hidrogenul este eliberat atunci când celelalte componente sunt lichefiate. Sunt mai ușor de lichefiat, iar pentru hidrogen, după cum ne amintim, aveți nevoie de -252 de grade.

Peroxidul de hidrogen este foarte popular. Tratamentul cu această soluție este folosit foarte des. Formula moleculară H 2 O 2 este puțin probabil să fie numită de toate acele milioane de oameni care vor să fie blonde și să-și deschidă părul, precum și de cei care iubesc curățenia în bucătărie. Chiar și cei care tratează zgârieturile de la jocul cu un pisoi de multe ori nu își dau seama că folosesc tratament cu hidrogen. Dar toată lumea știe povestea: din 1852, hidrogenul a fost folosit de multă vreme în aeronautică. Dirijabilul inventat de Henry Giffard se baza pe hidrogen. Se numeau zeppelini. Zeppelinurile au fost forțate să iasă din cer de dezvoltarea rapidă a construcției de avioane. În 1937, a avut loc un accident major când dirijabilul Hindenburg a ars. După acest incident, zeppelinurile nu au mai fost folosite niciodată. Dar la sfârșitul secolului al XVIII-lea, distribuția baloanelor umplute cu hidrogen era omniprezentă. Pe lângă producția de amoniac, astăzi hidrogenul este necesar pentru fabricarea alcoolului metilic și a altor alcooli, benzină, păcură grea hidrogenată și combustibili solizi. Nu puteți face fără hidrogen la sudare, la tăierea metalelor - poate fi oxigen-hidrogen și atom-hidrogen. Iar tritiul și deuteriul dau viață energiei nucleare. După cum ne amintim, aceștia sunt izotopi ai hidrogenului.

Neumyvakin

Hidrogenul ca element chimic este atât de bun încât nu s-a putut abține să nu aibă propriile sale ventilatoare. Ivan Pavlovich Neumyvakin - doctor în științe medicale, profesor, laureat al Premiului de Stat și multe alte titluri și premii, printre acestea. Ca doctor în medicină tradițională, a fost numit cel mai bun vindecător popular din Rusia. El a fost cel care a dezvoltat multe metode și principii de a oferi îngrijiri medicale astronauților în zbor. El a creat un spital unic - un spital la bordul unei nave spațiale. În același timp, a fost coordonatorul de stat al direcției de medicină cosmetică. Spațiu și cosmetică. Pasiunea lui pentru hidrogen nu are ca scop să câștige bani mari, așa cum se întâmplă acum în medicina casnică, ci dimpotrivă, să învețe oamenii cum să vindece orice dintr-un remediu de un ban, fără vizite suplimentare la farmacii.

El promovează tratamentul cu un medicament care este prezent în fiecare casă. Acesta este peroxid de hidrogen. Puteți critica Neumyvakin cât de mult doriți, el va insista în continuare pe cont propriu: da, într-adevăr, literalmente totul poate fi vindecat cu peroxid de hidrogen, deoarece saturează celulele interne ale corpului cu oxigen, distruge toxinele, normalizează acidul și alcalinul echilibru, iar de aici se regenereaza tesuturile, intregul organism este intinerit.organism. Nimeni nu a văzut încă pe cineva vindecat cu peroxid de hidrogen, cu atât mai puțin examinat, dar Neumyvakin susține că, folosind acest remediu, puteți scăpa complet de bolile virale, bacteriene și fungice, puteți preveni dezvoltarea tumorilor și ateroscleroza, puteți învinge depresia, puteți întineri organismul. și să nu vă îmbolnăviți niciodată de SARS și răceli.

Panaceu

Ivan Pavlovich este sigur că, cu utilizarea corectă a acestui medicament simplu și cu toate instrucțiunile simple, puteți învinge multe boli, inclusiv pe cele foarte grave. Lista lor este uriașă: de la boala parodontală și amigdalita la infarct miocardic, accident vascular cerebral și diabet. Asemenea fleacuri precum sinuzita sau osteocondroza zboară departe de primele ședințe de tratament. Chiar și tumorile canceroase se sperie și fug de peroxid de hidrogen, deoarece sistemul imunitar este stimulat, viața organismului și apărarea acestuia sunt activate.

Chiar și copiii pot fi tratați în acest fel, cu excepția faptului că este mai bine ca femeile însărcinate să se abțină de la utilizarea peroxidului de hidrogen pentru moment. De asemenea, această metodă nu este recomandată persoanelor cu organe transplantate din cauza posibilei incompatibilități tisulare. Doza trebuie respectată cu strictețe: de la o picătură la zece, adăugând una în fiecare zi. De trei ori pe zi (treizeci de picături dintr-o soluție de trei procente de peroxid de hidrogen pe zi, wow!) cu o jumătate de oră înainte de masă. Puteți introduce soluția intravenos și sub supravegherea unui medic. Uneori, peroxidul de hidrogen este combinat pentru un efect mai eficient cu alte medicamente. În interiorul soluției se utilizează numai în formă diluată - cu apă curată.

În exterior

Compresele și clătirile erau foarte populare chiar înainte ca profesorul Neumyvakin să-și creeze metodele. Toată lumea știe că, la fel ca și compresele cu alcool, peroxidul de hidrogen nu poate fi folosit în forma sa pură, deoarece va arde țesuturile, dar verucile sau infecțiile fungice sunt lubrifiate local și cu o soluție puternică - până la cincisprezece procente.

Cu erupții cutanate, cu dureri de cap, se efectuează și proceduri în care este implicat peroxidul de hidrogen. Compresa trebuie făcută cu o cârpă de bumbac înmuiată într-o soluție de două lingurițe de peroxid de hidrogen de trei procente și cincizeci de miligrame de apă pură. Acoperiți țesătura cu folie și înfășurați cu lână sau un prosop. Durata compresei este de la un sfert de oră la o oră și jumătate dimineața și seara până la recuperare.

Opinia medicilor

Părerile sunt împărțite, nu toată lumea admiră proprietățile peroxidului de hidrogen, în plus, nu numai că nu le cred, ci râd de ele. Printre medici se numără cei care l-au susținut pe Neumyvakin și chiar au preluat dezvoltarea teoriei sale, dar sunt în minoritate. Majoritatea medicilor consideră un astfel de plan de tratament nu numai ineficient, dar adesea fatal.

Într-adevăr, nu există încă în mod oficial un singur caz dovedit când un pacient ar fi vindecat cu peroxid de hidrogen. În același timp, nu există informații despre deteriorarea sănătății în legătură cu utilizarea acestei metode. Dar se pierde timp prețios, iar o persoană care a primit una dintre bolile grave și s-a bazat complet pe panaceul lui Neumyvakin riscă să întârzie la începerea adevăratului său tratament tradițional.

În sistemul periodic, hidrogenul este situat în două grupuri de elemente care sunt absolut opuse în proprietățile lor. Această caracteristică îl face complet unic. Hidrogenul nu este doar un element sau o substanță, ci și o componentă a multor compuși complecși, un element organogen și biogen. Prin urmare, luăm în considerare proprietățile și caracteristicile sale mai detaliat.

Eliberarea de gaz combustibil în timpul interacțiunii metalelor și acizilor a fost observată încă din secolul al XVI-lea, adică în timpul formării chimiei ca știință. Celebrul om de știință englez Henry Cavendish a studiat substanța începând cu 1766 și ia dat numele de „aer combustibil”. Când a fost ars, acest gaz producea apă. Din păcate, aderarea omului de știință la teoria flogistului (ipotetică „materie hiperfină”) l-a împiedicat să ajungă la concluziile corecte.

Chimistul și naturalistul francez A. Lavoisier, împreună cu inginerul J. Meunier și cu ajutorul gazometrelor speciale, au efectuat în 1783 sinteza apei, iar apoi analiza acesteia prin descompunerea vaporilor de apă cu fier înroșit. Astfel, oamenii de știință au putut ajunge la concluziile corecte. Ei au descoperit că „aerul combustibil” nu este doar o parte din apă, ci poate fi obținut și din aceasta.

În 1787, Lavoisier a sugerat că gazul studiat este o substanță simplă și, în consecință, se numără printre elementele chimice primare. El a numit-o hidrogen (din cuvintele grecești hydor - apă + gennao - nasc), adică „născând apă”.

Denumirea rusă „hidrogen” a fost propusă în 1824 de chimistul M. Solovyov. Determinarea compoziției apei a marcat sfârșitul „teoriei flogistului”. La începutul secolelor al XVIII-lea și al XIX-lea, s-a constatat că atomul de hidrogen este foarte ușor (în comparație cu atomii altor elemente) iar masa lui a fost luată ca unitate principală de comparare a maselor atomice, obținându-se o valoare egală cu 1.

Proprietăți fizice

Hidrogenul este cea mai ușoară dintre toate substanțele cunoscute științei (este de 14,4 ori mai ușor decât aerul), densitatea sa este de 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Acest material se topește (solidifică) și, respectiv, fierbe (lichefiază), la -259,1 ° C și -252,8 ° C (doar heliul are o temperatură mai mică de fierbere și topire).

Temperatura critică a hidrogenului este extrem de scăzută (-240 °C). Din acest motiv, lichefierea sa este un proces destul de complicat și costisitor. Presiunea critică a unei substanțe este de 12,8 kgf/cm², iar densitatea critică este de 0,0312 g/cm³. Dintre toate gazele, hidrogenul are cea mai mare conductivitate termică: la 1 atm și 0 ° C, este de 0,174 W / (mxK).

Capacitatea termică specifică a unei substanțe în aceleași condiții este de 14,208 kJ/(kgxK) sau 3,394 cal/(gh°C). Acest element este ușor solubil în apă (aproximativ 0,0182 ml / g la 1 atm și 20 ° C), dar bine - în majoritatea metalelor (Ni, Pt, Pa și altele), în special în paladiu (aproximativ 850 volume per volum de Pd ) .

Această din urmă proprietate este asociată cu capacitatea sa de a difuza, în timp ce difuzia printr-un aliaj de carbon (de exemplu, oțel) poate fi însoțită de distrugerea aliajului din cauza interacțiunii hidrogenului cu carbonul (acest proces se numește decarbonizare). În stare lichidă, substanța este foarte ușoară (densitate - 0,0708 g / cm³ la t ° \u003d -253 ° C) și fluidă (vâscozitate - 13,8 centigrade în aceleași condiții).

În mulți compuși, acest element prezintă o valență +1 (stare de oxidare), similară cu sodiul și alte metale alcaline. De obicei, este considerat un analog al acestor metale. În consecință, el conduce grupul I al sistemului Mendeleev. În hidrurile metalice, ionul de hidrogen prezintă o sarcină negativă (starea de oxidare este -1), adică Na + H- are o structură similară cu clorura Na + Cl-. În conformitate cu aceasta și alte câteva fapte (apropierea proprietăților fizice ale elementului „H” și halogeni, capacitatea de a-l înlocui cu halogeni în compuși organici), hidrogenul este atribuit grupului VII al sistemului Mendeleev.

În condiții normale, hidrogenul molecular are activitate scăzută, combinându-se direct doar cu cel mai activ dintre nemetale (cu fluor și clor, cu acesta din urmă - la lumină). La rândul său, atunci când este încălzit, interacționează cu multe elemente chimice.

Hidrogenul atomic are o activitate chimică crescută (comparativ cu hidrogenul molecular). Cu oxigen, formează apă după formula:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

eliberând 285,937 kJ/mol de căldură sau 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). În condiții normale de temperatură, reacția decurge destul de lent, iar la t ° >= 550 ° С, este necontrolată. Limitele explozive ale unui amestec de hidrogen + oxigen în volum sunt 4–94% H₂, iar amestecurile de hidrogen + aer sunt 4–74% H₂ (un amestec de două volume de H₂ și un volum de O₂ se numește gaz exploziv).

Acest element este folosit pentru a reduce majoritatea metalelor, deoarece ia oxigen din oxizi:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O etc.

Cu diferiți halogeni, hidrogenul formează halogenuri de hidrogen, de exemplu:

H2 + CI2 = 2HCI.

Cu toate acestea, atunci când reacționează cu fluor, hidrogenul explodează (acest lucru se întâmplă și în întuneric, la -252 ° C), reacționează cu bromul și clorul numai atunci când este încălzit sau iluminat și cu iod - numai când este încălzit. Când interacționează cu azotul, se formează amoniac, dar numai pe un catalizator, la presiuni și temperaturi ridicate:

ZN2 + N2 = 2NH3.

Când este încălzit, hidrogenul reacţionează activ cu sulful:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfurat),

și mult mai dificil - cu telur sau seleniu. Hidrogenul reacționează cu carbonul pur fără catalizator, dar la temperaturi ridicate:

2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metan).

Această substanță reacționează direct cu unele dintre metale (alcaline, alcalino-pământoase și altele), formând hidruri, de exemplu:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

De o importanță practică nu mică sunt interacțiunile hidrogenului și monoxidului de carbon (II). În acest caz, în funcție de presiune, temperatură și catalizator, se formează diverși compuși organici: HCHO, CH₃OH etc. Hidrocarburile nesaturate se transformă în saturate în timpul reacției, de exemplu:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Hidrogenul și compușii săi joacă un rol excepțional în chimie. Determină proprietățile acide ale așa-numitelor. acizii protici tind să formeze legături de hidrogen cu diferite elemente, care au un efect semnificativ asupra proprietăților multor compuși anorganici și organici.

Obținerea de hidrogen

Principalele tipuri de materii prime pentru producerea industrială a acestui element sunt gazele de rafinărie, combustibilii naturale și gazele de cocs. De asemenea, se obține din apă prin electroliză (în locurile cu energie electrică accesibilă). Una dintre cele mai importante metode de producere a materialului din gaze naturale este interacțiunea catalitică a hidrocarburilor, în principal metanul, cu vaporii de apă (așa-numita conversie). De exemplu:

CH4 + H20 = CO + ZH2.

Oxidarea incompletă a hidrocarburilor cu oxigen:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Monoxidul de carbon sintetizat (II) suferă conversie:

CO + H2O = CO2 + H2.

Hidrogenul produs din gaze naturale este cel mai ieftin.

Pentru electroliza apei se folosește curent continuu, care este trecut printr-o soluție de NaOH sau KOH (acizii nu sunt folosiți pentru a evita coroziunea echipamentului). În condiții de laborator, materialul este obținut prin electroliza apei sau ca rezultat al reacției dintre acidul clorhidric și zinc. Cu toate acestea, mai des utilizate materiale gata făcute din fabrică în cilindri.

Din gazele de rafinărie și gazul cuptorului de cocs, acest element este izolat prin îndepărtarea tuturor celorlalte componente ale amestecului de gaze, deoarece acestea sunt mai ușor lichefiate în timpul răcirii profunde.

Acest material a început să fie obținut industrial la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Apoi a fost folosit pentru a umple baloanele. În prezent, hidrogenul este utilizat pe scară largă în industrie, în special în industria chimică, pentru producerea de amoniac.

Consumatorii în masă ai substanței sunt producătorii de alcool metilic și alți alcooli, benzină sintetică și multe alte produse. Sunt obținute prin sinteza din monoxid de carbon (II) și hidrogen. Hidrogenul este utilizat pentru hidrogenarea combustibililor lichizi grei și solizi, grăsimilor etc., pentru sinteza HCl, hidrotratarea produselor petroliere, precum și în tăierea/sudarea metalelor. Cele mai importante elemente pentru energia nucleară sunt izotopii săi - tritiu și deuteriu.

Rolul biologic al hidrogenului

Aproximativ 10% din masa organismelor vii (în medie) cade pe acest element. Face parte din apă și din cele mai importante grupe de compuși naturali, inclusiv proteine, acizi nucleici, lipide, carbohidrați. La ce serveste?

Acest material joacă un rol decisiv: în menținerea structurii spațiale a proteinelor (cuaternar), în implementarea principiului complementarității acizilor nucleici (adică în implementarea și stocarea informațiilor genetice), în general, în „recunoașterea” la nivel molecular. nivel.

Ionul de hidrogen H+ participă la reacții/procese dinamice importante din organism. Inclusiv: în oxidarea biologică, care asigură energie celulelor vii, în reacțiile de biosinteză, în fotosinteză la plante, în fotosinteza bacteriană și fixarea azotului, în menținerea echilibrului acido-bazic și homeostaziei, în procesele de transport membranar. Alături de carbon și oxigen, formează baza funcțională și structurală a fenomenelor vieții.

HIDROGEN, H (lat. hidrogen; a. hidrogen; n. Wasserstoff; f. hidrogen; și. hidrogen), este un element chimic al sistemului periodic de elemente al lui Mendeleev, care este atribuit simultan grupelor I și VII, număr atomic 1, masa atomică 1, 0079. Hidrogenul natural are izotopi stabili - protiu (1 H), deuteriu (2 H sau D) și radioactiv - tritiu (3 H sau T). Pentru compușii naturali, raportul mediu D/Н = (158±2).10 -6 Conținutul de echilibru de 3 Н pe Pământ este de ~5.10 27 atomi.

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Hidrogenul a fost descris pentru prima dată în 1766 de omul de știință englez G. Cavendish. În condiții normale, hidrogenul este un gaz incolor, inodor și fără gust. În natură, în stare liberă, este sub formă de molecule de H 2. Energia de disociere a moleculei de H 2 este de 4,776 eV; potenţialul de ionizare al atomului de hidrogen este de 13,595 eV. Hidrogenul este cea mai ușoară substanță dintre toate cunoscute, la 0°C și 0,1 MPa 0,0899 kg/m 3; punctul de fierbere - 252,6 ° C, punctul de topire - 259,1 ° C; parametri critici: t - 240 ° C, presiune 1,28 MPa, densitate 31,2 kg / m 3. Cel mai conductiv termic dintre toate gazele este 0,174 W / (m.K) la 0 ° C și 1 MPa, capacitatea termică specifică este de 14.208.10 3 J (kg.K).

Proprietățile chimice ale hidrogenului

Hidrogenul lichid este foarte ușor (densitate la -253°C 70,8 kg/m 3) și fluid (la -253°C este 13,8 cP). În majoritatea compușilor, hidrogenul prezintă o stare de oxidare de +1 (asemănătoare metalelor alcaline), mai rar -1 (asemănătoare hidrurilor metalice). În condiții normale, hidrogenul molecular este inactiv; solubilitate în apă la 20°C și 1 MPa 0,0182 ml/g; bine solubil în metale - Ni, Pt, Pd etc. Formează apă cu oxigen cu degajare de căldură de 143,3 MJ/kg (la 25 ° C și 0,1 MPa); la 550°C și peste, reacția este însoțită de o explozie. Când interacționează cu fluorul și clorul, reacțiile merg și cu o explozie. Principalii compuși cu hidrogen: H 2 O, amoniac NH 3, hidrogen sulfurat H 2 S, CH 4, hidruri de metal și halogen CaH 2, HBr, Hl, precum și compuși organici C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH etc. .

Hidrogenul în natură

Hidrogenul este un element larg răspândit în natură, conținutul său este de 1% (în masă). Principalul rezervor de hidrogen de pe Pământ este apa (11,19%, din masă). Hidrogenul este unul dintre componentele principale ale tuturor compușilor organici naturali. În stare liberă, este prezent în gazele vulcanice și alte gaze naturale, în (0,0001%, după numărul de atomi). El alcătuiește cea mai mare parte a masei Soarelui, a stelelor, a gazului interstelar, a nebuloaselor de gaz. Este prezent în atmosferele planetelor sub formă de H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, CH, NHOH etc. Face parte din radiația corpusculară a Soarelui (fluxuri de protoni) și razele cosmice (electroni). fluxuri).

Obținerea și utilizarea hidrogenului

Materiile prime pentru producerea industrială a hidrogenului sunt gazele rafinate, produsele de gazeificare etc. Principalele metode de producere a hidrogenului sunt reacția hidrocarburilor cu vaporii de apă, oxidarea incompletă a hidrocarburilor, conversia oxidului, electroliza apei. Hidrogenul este utilizat pentru producerea de amoniac, alcooli, benzină sintetică, acid clorhidric, hidrotratarea produselor petroliere, tăierea metalelor cu o flacără de hidrogen-oxigen.

Hidrogenul este un combustibil gazos promițător. Deuteriul și tritiul și-au găsit aplicații în ingineria energiei nucleare.

Hidrogenul a fost descoperit în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea de către omul de știință englez din domeniul fizicii și chimiei G. Cavendish. A reușit să izoleze o substanță în stare pură, a început să o studieze și i-a descris proprietățile.

Aceasta este istoria descoperirii hidrogenului. În timpul experimentelor, cercetătorul a stabilit că este un gaz combustibil, a cărui ardere în aer dă apă. Aceasta a condus la determinarea compoziției calitative a apei.

Ce este hidrogenul

Hidrogenul, ca substanță simplă, a fost declarat pentru prima dată de chimistul francez A. Lavoisier în 1784, deoarece a stabilit că molecula sa conține atomi de același tip.

Numele elementului chimic în latină sună ca hidrogeniu (a se citi „hidrogeniu”), care înseamnă „a naște apă”. Numele se referă la reacția de ardere care produce apă.

Caracterizarea hidrogenului

Denumirea hidrogenului N. Mendeleev a atribuit acestui element chimic primul număr de serie, plasându-l în subgrupul principal al primului grup și în prima perioadă și condiționat în subgrupul principal al celui de-al șaptelea grup.

Greutatea atomică (masa atomică) a hidrogenului este 1,00797. Greutatea moleculară a lui H2 este 2 a. e. Masa molară este numeric egală cu aceasta.

Este reprezentat de trei izotopi cu o denumire specială: cel mai comun protiu (H), deuteriu greu (D) și tritiu radioactiv (T).

Este primul element care poate fi complet separat în izotopi într-un mod simplu. Se bazează pe diferența mare de masă a izotopilor. Procesul a fost efectuat pentru prima dată în 1933. Acest lucru se explică prin faptul că abia în 1932 a fost descoperit un izotop cu o masă de 2.

Proprietăți fizice

În condiții normale, substanța simplă hidrogenul sub formă de molecule diatomice este un gaz, fără culoare, care nu are gust și miros. Puțin solubil în apă și alți solvenți.

Temperatura de cristalizare - 259,2 o C, punctul de fierbere - 252,8 o C. Diametrul moleculelor de hidrogen este atât de mic încât au capacitatea de a difuza încet printr-o serie de materiale (cauciuc, sticlă, metale). Această proprietate este utilizată atunci când este necesară purificarea hidrogenului de impuritățile gazoase. La n. y. hidrogenul are o densitate de 0,09 kg/m3.

Este posibil să se transforme hidrogenul într-un metal prin analogie cu elementele situate în primul grup? Oamenii de știință au descoperit că hidrogenul, în condițiile în care presiunea se apropie de 2 milioane de atmosfere, începe să absoarbă razele infraroșii, ceea ce indică polarizarea moleculelor substanței. Poate că la presiuni și mai mari, hidrogenul va deveni un metal.

Este interesant: se presupune că pe planetele gigantice, Jupiter și Saturn, hidrogenul este sub forma unui metal. Se presupune că hidrogenul solid metalic este prezent și în compoziția miezului pământului, din cauza presiunii ultra-înalte create de mantaua pământului.

Proprietăți chimice

Atât substanțele simple, cât și cele complexe intră în interacțiune chimică cu hidrogenul. Dar activitatea scăzută a hidrogenului trebuie crescută prin crearea unor condiții adecvate - creșterea temperaturii, utilizarea catalizatorilor etc.

Când sunt încălzite, substanțele simple precum oxigenul (O 2), clorul (Cl 2), azotul (N 2), sulful (S) reacţionează cu hidrogenul.

Dacă dai foc hidrogenului pur la capătul tubului de gaz în aer, acesta va arde uniform, dar abia se va observa. Dacă, totuși, tubul de evacuare a gazului este plasat într-o atmosferă de oxigen pur, atunci arderea va continua cu formarea de picături de apă pe pereții vasului, ca urmare a reacției:

Arderea apei este însoțită de degajarea unei cantități mari de căldură. Aceasta este o reacție compusă exotermă în care hidrogenul este oxidat de oxigen pentru a forma oxidul H 2 O. Este, de asemenea, o reacție redox în care hidrogenul este oxidat și oxigenul este redus.

În mod similar, reacția cu Cl 2 are loc cu formarea clorurii de hidrogen.

Interacțiunea azotului cu hidrogenul necesită temperatură ridicată și presiune ridicată, precum și prezența unui catalizator. Rezultatul este amoniacul.

Ca urmare a reacției cu sulful, se formează hidrogen sulfurat, a cărei recunoaștere facilitează mirosul caracteristic al ouălor putrede.

Starea de oxidare a hidrogenului în aceste reacții este +1, iar în hidrurile descrise mai jos, este 1.

La reacția cu unele metale, se formează hidruri, de exemplu, hidrură de sodiu - NaH. Unii dintre acești compuși complecși sunt folosiți ca combustibil pentru rachete, precum și în puterea de fuziune.

Hidrogenul reacționează și cu substanțele din categoria complexă. De exemplu, cu oxid de cupru (II), formula CuO. Pentru a efectua reacția, hidrogenul de cupru este trecut peste oxid de cupru (II) sub formă de pulbere încălzit. În cursul interacțiunii, reactivul își schimbă culoarea și devine roșu-maro, iar picăturile de apă se depun pe pereții reci ai eprubetei.

În timpul reacției, hidrogenul este oxidat pentru a forma apă, iar cuprul este redus de la oxid la o substanță simplă (Cu).

Domenii de utilizare

Hidrogenul este de mare importanță pentru oameni și este utilizat într-o varietate de domenii:

1. În industria chimică este vorba de materii prime, în alte industrii este de combustibil. Nu vă faceți fără hidrogen și întreprinderile de petrochimie și rafinarea petrolului.
2. În industria energiei electrice, această substanță simplă acționează ca un agent de răcire.
3. În metalurgia feroasă și neferoasă, hidrogenul joacă rolul de agent reducător.
4. Cu acest ajutor, se creează un mediu inert la ambalarea produselor.
5. Industria farmaceutică folosește hidrogenul ca reactiv în producerea peroxidului de hidrogen.
6. Sondele meteorologice sunt umplute cu acest gaz ușor.
7. Acest element este cunoscut și ca agent de reducere a combustibilului pentru motoarele de rachetă.

Oamenii de știință prevăd în unanimitate că hidrogenul va fi lider în sectorul energetic.

Primire în industrie

În industrie, hidrogenul este produs prin electroliză, care este supus clorurilor sau hidroxizilor metalelor alcaline dizolvate în apă. De asemenea, este posibil să se obțină hidrogen în acest mod direct din apă.

În acest scop, se folosește conversia cocsului sau a metanului cu abur. Descompunerea metanului la temperatură ridicată produce și hidrogen. Lichefierea gazului cuptorului de cocs prin metoda fracționată este utilizată și pentru producția industrială de hidrogen.

Obținere în laborator

În laborator, un aparat Kipp este folosit pentru a produce hidrogen.

Acidul clorhidric sau sulfuric și zincul acționează ca reactivi. Ca rezultat al reacției, se formează hidrogen.

Găsirea hidrogenului în natură

Hidrogenul este cel mai comun element din univers. Cea mai mare parte a stelelor, inclusiv Soarele, și a altor corpuri cosmice este hidrogen.

Este doar 0,15% în scoarța terestră. Este prezent în multe minerale, în toate substanțele organice, precum și în apa care acoperă 3/4 din suprafața planetei noastre.

În atmosfera superioară pot fi găsite urme de hidrogen pur. Se găsește și într-o serie de gaze naturale combustibile.

Hidrogenul gazos este cel mai subțire, iar hidrogenul lichid este cea mai densă substanță de pe planeta noastră. Cu ajutorul hidrogenului, poți schimba timbrul vocii, dacă o inspiri, și poți vorbi în timp ce expiri.

Cea mai puternică bombă cu hidrogen se bazează pe scindarea celui mai ușor atom.