Hidrogen H Kainatda ən çox yayılmış elementdir (kütləvi olaraq təxminən 75%) və Yerdə ən çox yayılmış doqquzuncudur. Ən vacib təbii hidrogen birləşməsi sudur.
Hidrogen dövri cədvəldə birinci yerdədir (Z = 1). Ən sadə atom quruluşuna malikdir: atomun nüvəsi 1 protondur, 1 elektrondan ibarət elektron buludu ilə əhatə olunmuşdur.
Bəzi şərtlərdə hidrogen metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirir (bir elektron verir), digərlərində isə qeyri-metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirir (elektron qəbul edir).
Təbiətdə tapılan hidrogen izotopları bunlardır: 1H - protium (nüvə bir protondan ibarətdir), 2H - deuterium (D - nüvə bir proton və bir neytrondan ibarətdir), 3H - tritium (T - nüvə bir proton və ikidən ibarətdir. neytronlar).

Sadə maddə hidrogen

Hidrogen molekulu kovalent qeyri-qütb bağı ilə bağlanmış iki atomdan ibarətdir.
Fiziki xassələri. Hidrogen rəngsiz, qoxusuz, dadsız, zəhərli olmayan qazdır. Hidrogen molekulu qütblü deyil. Buna görə də hidrogen qazında molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələri kiçikdir. Bu, aşağı qaynama nöqtələrində (-252,6 0C) və ərimə nöqtələrində (-259,2 0C) özünü göstərir.
Hidrogen havadan yüngüldür, D (hava ilə) = 0,069; suda az həll olunur (2 həcm H2 100 həcm H2O-da həll olunur). Buna görə də, hidrogen, laboratoriyada istehsal edildikdə, hava və ya su yerdəyişmə üsulları ilə toplana bilər.

Hidrogen istehsalı

Laboratoriyada:

1. Seyreltilmiş turşuların metallara təsiri:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Qələvi və əsas metalların su ilə qarşılıqlı təsiri:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. Hidridlərin hidrolizi: metal hidridlər su ilə asanlıqla parçalanır və müvafiq qələvi və hidrogeni əmələ gətirir:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. Qələvilərin sink və ya alüminium və ya silikona təsiri:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Suyun elektrolizi. Suyun elektrik keçiriciliyini artırmaq üçün ona bir elektrolit əlavə olunur, məsələn, NaOH, H 2 SO 4 və ya Na 2 SO 4. Katodda 2 həcm hidrogen, anodda isə 1 həcm oksigen əmələ gəlir.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Hidrogenin sənaye istehsalı

1. Buxarla metanın çevrilməsi, Ni 800 °C (ən ucuz):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Toplam:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. 1000 o C-də isti koks vasitəsilə su buxarı:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Nəticədə meydana gələn dəm qazı (IV) su tərəfindən udulur və sənaye hidrogeninin 50%-i bu yolla əmələ gəlir.

3. Dəmir və ya nikel katalizatorunun iştirakı ilə metanı 350°C-ə qədər qızdırmaqla:
CH 4 → C + 2H 2

4. Əlavə məhsul kimi KCl və ya NaCl-nin sulu məhlullarının elektrolizi:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Hidrogenin kimyəvi xassələri

• Birləşmələrdə hidrogen həmişə monovalentdir. +1 oksidləşmə vəziyyəti ilə xarakterizə olunur, lakin metal hidridlərdə -1-ə bərabərdir.
• Hidrogen molekulu iki atomdan ibarətdir. Onların arasında əlaqənin yaranması H:H və ya H 2 ümumiləşdirilmiş elektron cütünün əmələ gəlməsi ilə izah olunur.
• Elektronların bu ümumiləşdirilməsi sayəsində H 2 molekulu ayrı-ayrı atomlarına nisbətən enerji baxımından daha sabitdir. 1 mol hidrogen molekulunu atomlara parçalamaq üçün 436 kJ enerji sərf etmək lazımdır: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol.
• Bu, adi temperaturda molekulyar hidrogenin nisbətən aşağı aktivliyini izah edir.
• Bir çox qeyri-metallarla hidrogen RH 4, RH 3, RH 2, RH kimi qazlı birləşmələr əmələ gətirir.

1) Halojenlərlə hidrogen halogenidləri əmələ gətirir:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Eyni zamanda flüorla partlayır, xlor və bromla yalnız işıqlandırıldıqda və ya qızdırıldıqda, yodla isə yalnız qızdırıldıqda reaksiya verir.

2) Oksigenlə:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
istilik buraxılması ilə. Normal temperaturda reaksiya yavaş gedir, 550°C-dən yuxarı olduqda partlayır. 2 həcm H 2 və 1 həcm O 2 qarışığına partlayıcı qaz deyilir.

3) Qızdırıldıqda kükürdlə güclü reaksiya verir (selen və tellurla daha çətin):
H 2 + S → H 2 S (hidrogen sulfid),

4) Yalnız katalizatorda və yüksək temperatur və təzyiqlərdə ammonyak əmələ gətirən azotla:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) Yüksək temperaturda karbonla:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Qələvi və qələvi torpaq metalları ilə hidridlər əmələ gətirir (hidrogen oksidləşdirici maddədir):
H 2 + 2Li → 2LiH
metal hidridlərdə hidrogen ionu mənfi yüklüdür (oksidləşmə vəziyyəti -1), yəni Na + H hidrid - Na + Cl xloridinə bənzər qurulmuşdur -

Kompleks maddələrlə:

7) Metal oksidləri ilə (metalları azaltmaq üçün istifadə olunur):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) dəm qazı ilə (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sintez - qaz (hidrogen və karbon monoksit qarışığı) mühüm praktik əhəmiyyətə malikdir, çünki temperaturdan, təzyiqdən və katalizatordan asılı olaraq müxtəlif üzvi birləşmələr, məsələn, HCHO, CH 3 OH və başqaları əmələ gəlir.

9) Doymamış karbohidrogenlər hidrogenlə reaksiyaya girərək doymuş olurlar:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Dərsin məqsədi. Bu dərsdə siz yer üzündə həyat üçün bəlkə də ən vacib kimyəvi elementlər - hidrogen və oksigen haqqında məlumat əldə edəcəksiniz, onların kimyəvi xassələri, eləcə də əmələ gətirdikləri sadə maddələrin fiziki xassələri haqqında məlumat əldə edəcəksiniz, oksigen və hidrogenin rolu haqqında daha çox məlumat əldə edəcəksiniz. təbiətdə və həyatda insan.

hidrogen- Kainatda ən çox yayılmış element. oksigen- Yer üzündə ən çox yayılmış element. Onlar birlikdə insan bədəninin kütləsinin yarısından çoxunu təşkil edən bir maddə olan suyu əmələ gətirirlər. Oksigen tənəffüs üçün lazım olan bir qazdır və su olmadan bir neçə gün belə yaşaya bilməzdik, buna görə də, şübhəsiz ki, oksigen və hidrogeni həyat üçün lazım olan ən vacib kimyəvi elementlər hesab edə bilərik.

Hidrogen və oksigen atomlarının quruluşu

Beləliklə, hidrogen qeyri-metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Təbiətdə hidrogen üç izotop, protium, deyterium və tritium şəklində olur.Hidrogen izotopları fiziki xassələrinə görə bir-birindən çox fərqlənir, ona görə də onlara hətta fərdi simvollar da verilir.

İzotopların nə olduğunu xatırlamırsınızsa və ya bilmirsinizsə, "İzotoplar bir kimyəvi elementin atomlarının növləri kimi" elektron tədris resursunun materialları ilə işləyin. Burada bir elementin izotoplarının bir-birindən necə fərqləndiyini, bir elementin bir neçə izotopunun olmasının nəyə səbəb olduğunu öyrənəcək, həmçinin bir neçə elementin izotopları ilə tanış olacaqsınız.

Beləliklə, oksigenin mümkün oksidləşmə dərəcələri -2 ilə +2 arasında olan dəyərlərlə məhdudlaşır. Oksigen iki elektron qəbul edərsə (anion halına gəlir) və ya daha az elektronmənfi elementləri olan iki kovalent bağ əmələ gətirirsə, -2 oksidləşmə vəziyyətinə keçir. Oksigen başqa bir oksigen atomu ilə bir əlaqə və daha az elektronmənfi elementin atomu ilə ikinci bir əlaqə yaradırsa, -1 oksidləşmə vəziyyətinə keçir. Flüorla iki kovalent əlaqə yaradaraq (elektronmənfilik dəyəri daha yüksək olan yeganə element) oksigen +2 oksidləşmə vəziyyətinə keçir. Bir oksigen atomunun digəri ilə, ikincisinin isə flüor atomu ilə əlaqə yaratmaq – +1. Nəhayət, əgər oksigen daha az elektronmənfi atomla bir əlaqə və flüorla ikinci bir əlaqə yaradırsa, o, oksidləşmə vəziyyətində 0 olacaqdır.

Hidrogen və oksigenin fiziki xassələri, oksigenin allotropiyası

hidrogen– dadı və qoxusu olmayan rəngsiz qaz. Çox yüngül (havadan 14,5 dəfə yüngül). Hidrogenin mayeləşmə temperaturu -252,8 °C - bütün qazlar arasında demək olar ki, ən aşağıdır (yalnız heliumdan sonra ikincidir). Maye və bərk hidrogen çox yüngül, rəngsiz maddələrdir.

oksigen- rəngsiz, dadsız və qoxusuz, havadan bir qədər ağır qaz. -182,9 °C temperaturda ağır mavi mayeyə çevrilir, -218 °C-də mavi kristalların əmələ gəlməsi ilə bərkiyir. Oksigen molekulları paramaqnitdir, yəni oksigeni maqnit cəlb edir. Oksigen suda zəif həll olunur.

Yalnız bir növ molekullar əmələ gətirən hidrogendən fərqli olaraq, oksigen allotropiya nümayiş etdirir və iki növ molekul əmələ gətirir, yəni oksigen elementi iki sadə maddə əmələ gətirir: oksigen və ozon.

Sadə maddələrin kimyəvi xassələri və hazırlanması

hidrogen.

Hidrogen molekulundakı bağ tək bir bağdır, lakin təbiətdəki ən güclü tək bağlardan biridir və onu qırmaq üçün çoxlu enerji sərf etmək lazımdır, bu səbəbdən hidrogen otaq temperaturunda çox qeyri-aktivdir, lakin artan temperatur (və ya katalizatorun iştirakı ilə) hidrogen bir çox sadə və mürəkkəb maddələrlə asanlıqla qarşılıqlı təsir göstərir.

Kimyəvi nöqteyi-nəzərdən hidrogen tipik qeyri-metaldır. Yəni o, aktiv metallarla qarşılıqlı təsirə girərək hidridlər əmələ gətirə bilir, burada -1 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir. Bəzi metallarla (litium, kalsium) qarşılıqlı təsir hətta otaq temperaturunda baş verir, lakin olduqca yavaş, buna görə hidridlərin sintezində istilik istifadə olunur:

,

.

Sadə maddələrin birbaşa qarşılıqlı təsiri ilə hidridlərin əmələ gəlməsi yalnız aktiv metallar üçün mümkündür. Alüminium artıq hidrogenlə birbaşa əlaqə saxlamır, onun hidridi mübadilə reaksiyaları nəticəsində əldə edilir.

Hidrogen də yalnız qızdırıldıqda qeyri-metallarla reaksiya verir. İstisna halogenlər olan xlor və bromdur, onların reaksiyası işıqla yarana bilər:

.

Flüorla reaksiya da isitmə tələb etmir, hətta güclü soyutma və mütləq qaranlıqda da partlayıcı şəkildə davam edir.

Oksigenlə reaksiya budaqlanmış zəncir mexanizmi boyunca gedir, buna görə reaksiya sürəti sürətlə artır və oksigen və hidrogen qarışığında 1: 2 nisbətində reaksiya partlayışla davam edir (belə bir qarışıq "partlayıcı qaz" adlanır). ):

.

Kükürdlə reaksiya demək olar ki, heç bir istilik əmələ gəlmədən daha sakit şəkildə gedir:

.

Azot və yod ilə reaksiyalar geri çevrilir:

,

.

Bu hal sənayedə ammonyak əldə etməyi çox çətinləşdirir: proses ammonyakın əmələ gəlməsi istiqamətində tarazlığı qarışdırmaq üçün artan təzyiqdən istifadə etməyi tələb edir. Hidrogen yodidi birbaşa sintez yolu ilə əldə edilmir, çünki onun sintezi üçün bir neçə daha əlverişli üsul var.

Hidrogen aşağı aktiv qeyri-metallarla birbaşa reaksiya vermir (), baxmayaraq ki, onlarla birləşmələri məlumdur.

Mürəkkəb maddələrlə reaksiyalarda hidrogen əksər hallarda reduksiyaedici kimi çıxış edir. Məhlullarda hidrogen aşağı aktiv metalları (gərginlik seriyasında hidrogendən sonra yerləşir) duzlarından azalda bilər:

Qızdırıldıqda hidrogen bir çox metalı oksidlərindən azalda bilər. Üstəlik, metal nə qədər aktiv olsa, onu bərpa etmək bir o qədər çətindir və bunun üçün tələb olunan temperatur bir o qədər yüksəkdir:

.

Sinkdən daha aktiv metalları hidrogenlə azaltmaq demək olar ki, mümkün deyil.

Hidrogen laboratoriyada metalları güclü turşularla reaksiyaya salmaqla əldə edilir. Ən çox istifadə edilən sink və xlor turşusudur:

Güclü elektrolitlərin iştirakı ilə suyun elektrolizi daha az istifadə olunur:

Sənayedə hidrogen natrium xlorid məhlulunun elektrolizi yolu ilə natrium hidroksid istehsal edərkən əlavə məhsul kimi əldə edilir:

Bundan əlavə, hidrogen neft emalı nəticəsində əldə edilir.

Suyun fotolizi ilə hidrogenin alınması gələcəkdə ən perspektivli üsullardan biridir, lakin hazırda bu üsulun sənayedə tətbiqi çətindir.

Elektron tədris resurslarının materialları ilə işləmək “Hidrogenin alınması və xassələri” laboratoriya işi və “Hidrogenin reduksiya xassələri” laboratoriya işi. Kipp aparatının və Kiryuşkin aparatının iş prinsipini öyrənin. Fikirləşin ki, hansı hallarda Kipp aparatından istifadə etmək daha rahatdır, hansı hallarda isə Kiryuşkin aparatından istifadə etmək daha əlverişlidir. Hidrogen reaksiyalarda hansı xassələri nümayiş etdirir?

oksigen.

Oksigen molekulundakı bağ ikiqat və çox güclüdür. Buna görə də, oksigen otaq temperaturunda olduqca qeyri-aktivdir. Qızdırıldıqda isə güclü oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirməyə başlayır.

Oksigen aktiv metallarla (qələvi, qələvi torpaq və bəzi lantanidlər) qızdırılmadan reaksiya verir:

Qızdırıldıqda oksigen əksər metallarla reaksiyaya girərək oksidlər əmələ gətirir:

,

,

.

Gümüş və daha az aktiv metallar oksigenlə oksidləşmir.

Oksigen də oksidləri əmələ gətirmək üçün əksər qeyri-metallarla reaksiya verir:

,

,

.

Azotla qarşılıqlı əlaqə yalnız çox yüksək temperaturda, təxminən 2000 °C-də baş verir.

Oksigen xlor, brom və yodla reaksiya vermir, baxmayaraq ki, onların oksidlərinin çoxunu dolayı yolla əldə etmək olar.

Oksigenin flüorla qarşılıqlı əlaqəsi qazların qarışığından elektrik boşalması keçirərək həyata keçirilə bilər:

.

Oksigen (II) ftorid qeyri-sabit birləşmədir, asanlıqla parçalanır və çox güclü oksidləşdirici maddədir.

Məhlullarda oksigen güclü, lakin yavaş olsa da, oksidləşdirici maddədir. Bir qayda olaraq, oksigen metalların daha yüksək oksidləşmə vəziyyətlərinə keçməsinə kömək edir:

Oksigenin olması çox vaxt gərginlik seriyasında hidrogenin arxasında yerləşən metalların turşularda həll olunmasına imkan verir:

Qızdırıldıqda, oksigen aşağı metal oksidlərini oksidləşdirə bilər:

.

Sənayedə oksigen kimyəvi üsullarla alınmır, havadan distillə yolu ilə alınır.

Laboratoriyada qızdırıldıqda oksigenlə zəngin birləşmələrin - nitratların, xloratların, permanqanatların parçalanma reaksiyalarından istifadə edirlər:

Siz həmçinin hidrogen peroksidin katalitik parçalanması yolu ilə oksigeni əldə edə bilərsiniz:

Bundan əlavə, yuxarıda göstərilən su elektroliz reaksiyası oksigen istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər.

Elektron tədris resursunun materialları ilə işləmək “Oksigen istehsalı və onun xassələri” laboratoriya işi.

Laboratoriya işlərində istifadə olunan oksigen toplama üsulu necə adlanır? Qazların toplanmasının başqa hansı üsulları mövcuddur və onlardan hansı oksigen toplamaq üçün uyğundur?

Tapşırıq 1. “Qızdırdıqda kalium permanganatın parçalanması” video klipinə baxın.

Suallara cavab verin:

1. 1. Bərk reaksiya məhsullarından hansı suda həll olunur?
   2. Kalium permanganat məhlulu hansı rəngdədir?
   3. Kalium manqanat məhlulu hansı rəngdədir?

Baş verən reaksiyalar üçün tənlikləri yazın. Elektron balans metodundan istifadə edərək onları balanslaşdırın.

Tapşırığı müəlliminizlə video otağında və ya otaqda müzakirə edin.

Ozon.

Ozon molekulu triatomikdir və içindəki bağlar oksigen molekulundan daha az güclüdür, bu da ozonun daha çox kimyəvi aktivliyinə səbəb olur: ozon bir çox maddələri məhlullarda və ya quru formada qızdırmadan asanlıqla oksidləşdirir:

Ozon katalizator olmadan azot (IV) oksidini azot (V) oksidinə, kükürd (IV) oksidini isə kükürd (VI) oksidinə asanlıqla oksidləşdirə bilər:

Ozon oksigen əmələ gətirmək üçün tədricən parçalanır:

Ozon istehsal etmək üçün xüsusi qurğular istifadə olunur - ozonizatorlar, içərisində bir parıltı boşalması oksigendən keçir.

Laboratoriyada az miqdarda ozon əldə etmək üçün bəzən qızdırıldıqda perokso birləşmələrinin və bəzi yüksək oksidlərin parçalanma reaksiyalarından istifadə olunur:

Elektron tədris resursunun materialları ilə işləmək “Ozon istehsalı və onun xassələrinin öyrənilməsi” laboratoriya işi.

İndiqo məhlulunun niyə rəngsizləşdiyini izah edin. Qurğuşun nitrat və natrium sulfid məhlulları qarışdırıldıqda və yaranan asqıdan ozonlanmış hava keçdikdə baş verən reaksiyaların tənliklərini yazın. İon mübadiləsi reaksiyası üçün ion tənliklərini yazın. Redoks reaksiyası üçün elektron tarazlığı yaradın.

Tapşırığı müəlliminizlə video otağında və ya otaqda müzakirə edin.

Suyun kimyəvi xassələri

Suyun fiziki xassələri və əhəmiyyəti ilə daha yaxşı tanış olmaq üçün “Suyun anomal xassələri” və “Su Yerdəki ən vacib mayedir” elektron tədris resurslarının materialları ilə işləyin.

Su bütün canlı orqanizmlər üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir - əslində bir çox canlı orqanizmlər suyun yarısından çoxunu təşkil edir. Su ən universal həlledicilərdən biridir (yüksək temperatur və təzyiqlərdə onun həlledici kimi imkanları əhəmiyyətli dərəcədə artır). Kimyəvi nöqteyi-nəzərdən su hidrogen oksiddir və sulu məhlulda (çox az da olsa) hidrogen kationlarına və hidroksid anionlarına ayrılır:

.

Su bir çox metallarla reaksiya verir. Su qızdırmadan aktiv (qələvi, qələvi torpaq və bəzi lantanidlər) ilə reaksiya verir:

Daha az aktiv olanlarla qarşılıqlı əlaqə qızdırıldığında baş verir.

Dövri cədvəldə hidrogen xüsusiyyətlərinə görə tamamilə əks olan iki qrup elementdə yerləşir. Bu xüsusiyyət onu tamamilə unikal edir. Hidrogen təkcə element və ya maddə deyil, həm də bir çox mürəkkəb birləşmələrin tərkib hissəsi, orqanogen və biogen elementdir. Buna görə də, onun xüsusiyyətlərini və xüsusiyyətlərini daha ətraflı nəzərdən keçirək.

Metalların və turşuların qarşılıqlı təsiri zamanı yanan qazın ayrılması hələ 16-cı əsrdə, yəni kimyanın bir elm kimi formalaşması zamanı müşahidə edilmişdir. Məşhur ingilis alimi Henri Kavendiş 1766-cı ildən başlayaraq maddəni tədqiq etmiş və ona “yanan hava” adını vermişdir. Bu qaz yandıqda su əmələ gətirirdi. Təəssüf ki, alimin floqiston nəzəriyyəsinə (hipotetik “ultrafik maddə”) sadiqliyi düzgün nəticələrə gəlməyə mane oldu.

Fransız kimyaçısı və təbiətşünası A.Lavuazye mühəndis J.Mönye ilə birlikdə və xüsusi qazometrlərin köməyi ilə 1783-cü ildə suyu sintez etmiş, sonra isə isti dəmirlə su buxarının parçalanması yolu ilə analiz etmişdir. Beləliklə, alimlər düzgün nəticələrə gələ biliblər. Onlar tapdılar ki, “yanan hava” təkcə suyun bir hissəsi deyil, həm də ondan əldə edilə bilər.

1787-ci ildə Lavoisier tədqiq olunan qazın sadə bir maddə olduğunu və buna uyğun olaraq ilkin kimyəvi elementlərin sayına aid olduğunu irəli sürdü. O, bunu hidrogen adlandırdı (yunanca hydor - su + gennao - mən doğuram), yəni "su doğuran".

Rus dilində “hidrogen” adı 1824-cü ildə kimyaçı M. Solovyev tərəfindən təklif edilmişdir. Suyun tərkibinin müəyyən edilməsi “flogiston nəzəriyyəsi”nin sonunu qoydu. 18-19-cu əsrlərin əvvəllərində müəyyən edilmişdir ki, hidrogen atomu çox yüngüldür (digər elementlərin atomları ilə müqayisədə) və onun kütləsi 1-ə bərabər qiymət alaraq atom kütlələrinin müqayisəsi üçün əsas vahid kimi qəbul edilmişdir.

Fiziki xassələri

Hidrogen elmə məlum olan ən yüngül maddədir (havadan 14,4 dəfə yüngüldür), sıxlığı 0,0899 q/l (1 atm, 0 °C) təşkil edir. Bu material müvafiq olaraq -259,1 ° C və -252,8 ° C-də əriyir (bərkləşir) və qaynayır (mayelənir) (yalnız helium daha aşağı qaynama və ərimə temperaturlarına malikdir).

Hidrogenin kritik temperaturu olduqca aşağıdır (-240 °C). Bu səbəbdən onun mayeləşdirilməsi kifayət qədər mürəkkəb və bahalı prosesdir. Maddənin kritik təzyiqi 12,8 kqf/sm², kritik sıxlığı isə 0,0312 q/sm³ təşkil edir. Bütün qazlar arasında hidrogen ən yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir: 1 atm və 0 °C-də 0,174 W/(mxK) bərabərdir.

Eyni şəraitdə maddənin xüsusi istilik tutumu 14,208 kJ/(kgxK) və ya 3,394 kal/(rx°C) təşkil edir. Bu element suda azca həll olunur (1 atm və 20 °C-də təxminən 0,0182 ml/q), lakin əksər metallarda (Ni, Pt, Pa və başqaları), xüsusən palladiumda yaxşı həll olunur (Pd həcminə təxminən 850 həcm). .

Sonuncu xüsusiyyət onun yayılma qabiliyyəti ilə bağlıdır və karbon ərintisi (məsələn, polad) vasitəsilə diffuziya hidrogenin karbonla qarşılıqlı təsiri nəticəsində ərintinin məhv edilməsi ilə müşayiət oluna bilər (bu proses dekarbonizasiya adlanır). Maye vəziyyətdə maddə çox yüngül (sıxlıq - 0,0708 q/sm³ t° = -253 °C-də) və mayedir (eyni şəraitdə özlülük - 13,8 spoise).

Bir çox birləşmələrdə bu element natrium və digər qələvi metallar kimi +1 valentlik (oksidləşmə vəziyyəti) nümayiş etdirir. Adətən bu metalların analoqu hesab olunur. Müvafiq olaraq, dövri sistemin I qrupuna rəhbərlik edir. Metal hidridlərdə hidrogen ionu mənfi yük nümayiş etdirir (oksidləşmə vəziyyəti -1-dir), yəni Na+H- Na+Cl-xloridinə bənzər bir quruluşa malikdir. Buna və bəzi digər faktlara uyğun olaraq (“H” elementinin və halogenlərin fiziki xassələrinin oxşarlığı, onu üzvi birləşmələrdə halogenlərlə əvəz etmək qabiliyyəti) Hidrogen dövri sistemin VII qrupunda təsnif edilir.

Normal şəraitdə molekulyar hidrogen yalnız ən aktiv qeyri-metallarla (flüor və xlorla, ikincisi işıqda) birləşərək aşağı aktivliyə malikdir. Öz növbəsində, qızdırıldıqda, bir çox kimyəvi elementlə qarşılıqlı təsir göstərir.

Atom hidrogen kimyəvi aktivliyi artırdı (molekulyar hidrogenlə müqayisədə). Oksigenlə düsturla su əmələ gətirir:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

285,937 kJ/mol istilik və ya 68,3174 kkal/mol (25 °C, 1 atm) buraxır. Normal temperatur şəraitində reaksiya kifayət qədər yavaş gedir və t° >= 550 °C-də bu, idarəolunmazdır. Hidrogen + oksigen qarışığının partlayıcı həddi həcmcə 4-94% H₂, hidrogen + hava qarışığı isə 4-74% H₂-dir (iki həcm H₂ və bir həcm O₂ qarışığı partlayıcı qaz adlanır).

Bu element əksər metalları azaltmaq üçün istifadə olunur, çünki oksidlərdən oksigeni çıxarır:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O və s.

Hidrogen müxtəlif halogenlərlə hidrogen halidləri əmələ gətirir, məsələn:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Bununla belə, flüorla reaksiya verərkən hidrogen partlayır (bu, qaranlıqda, -252 ° C-də də olur), brom və xlor ilə yalnız qızdırılanda və ya işıqlandırıldıqda, yod ilə isə yalnız qızdırıldıqda reaksiya verir. Azotla qarşılıqlı əlaqədə olduqda ammiak əmələ gəlir, lakin yalnız katalizatorda, yüksək təzyiq və temperaturda:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Qızdırıldıqda hidrogen kükürdlə aktiv şəkildə reaksiya verir:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfid),

tellur və ya selenium ilə daha çətindir. Hidrogen katalizatorsuz, lakin yüksək temperaturda təmiz karbonla reaksiya verir:

2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metan).

Bu maddə bəzi metallarla (qələvi, qələvi torpaq və s.) birbaşa reaksiyaya girərək hidridlər əmələ gətirir, məsələn:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Hidrogen və karbon monoksit (II) arasındakı qarşılıqlı təsirlər olduqca praktik əhəmiyyətə malikdir. Bu zaman təzyiqdən, temperaturdan və katalizatordan asılı olaraq müxtəlif üzvi birləşmələr əmələ gəlir: HCHO, CH₃OH və s. Reaksiya zamanı doymamış karbohidrogenlər doymuş olur, məsələn:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Hidrogen və onun birləşmələri kimyada müstəsna rol oynayır. Bu sözdə turşu xüsusiyyətlərini təyin edir. protik turşular, bir çox qeyri-üzvi və üzvi birləşmələrin xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli təsir göstərən müxtəlif elementlərlə hidrogen bağları yaratmağa meyllidir.

Hidrogen istehsalı

Bu elementin sənaye istehsalı üçün əsas xammal növləri neft emalı qazları, təbii yanan və koks qazlarıdır. O, həmçinin sudan elektroliz yolu ilə (elektrik enerjisi olan yerlərdə) əldə edilir. Təbii qazdan material əldə etməyin ən vacib üsullarından biri karbohidrogenlərin, əsasən metanın su buxarı ilə katalitik qarşılıqlı təsiridir (konversiya adlanır). Misal üçün:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Karbohidrogenlərin oksigenlə natamam oksidləşməsi:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Sintez edilmiş dəm qazı (II) çevrilməyə məruz qalır:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Təbii qazdan əldə edilən hidrogen ən ucuzdur.

Suyun elektrolizi üçün NaOH və ya KOH məhlulundan keçən birbaşa cərəyan istifadə olunur (avadanlığın korroziyasının qarşısını almaq üçün turşular istifadə edilmir). Laboratoriya şəraitində material suyun elektrolizi və ya xlorid turşusu ilə sink arasındakı reaksiya nəticəsində əldə edilir. Bununla belə, silindrlərdə hazır zavod materialı daha çox istifadə olunur.

Bu element neft emalı qazlarından və koks qazından qaz qarışığının bütün digər komponentlərini çıxararaq təcrid olunur, çünki dərin soyutma zamanı daha asan mayeləşirlər.

Bu material 18-ci əsrin sonlarında sənaye üsulu ilə istehsal olunmağa başladı. O vaxtlar balonları doldurmaq üçün istifadə olunurdu. Hazırda hidrogen sənayedə, əsasən kimya sənayesində ammonyak istehsalı üçün geniş istifadə olunur.

Maddənin kütləvi istehlakçıları metil və digər spirtlərin, sintetik benzinin və bir çox başqa məhsulların istehsalçılarıdır. Onlar karbon monoksit (II) və hidrogendən sintez yolu ilə əldə edilir. Hidrogen ağır və bərk maye yanacaqların, yağların və s.-nin hidrogenləşdirilməsində, HCl-nin sintezində, neft məhsullarının hidrotəmizlənməsində, həmçinin metal kəsmə/qaynaqda istifadə olunur. Nüvə enerjisi üçün ən vacib elementlər onun izotopları - tritium və deuteriumdur.

Hidrogenin bioloji rolu

Canlı orqanizmlərin kütləsinin təxminən 10%-i (orta hesabla) bu elementdən gəlir. Suyun və zülallar, nuklein turşuları, lipidlər və karbohidratlar da daxil olmaqla təbii birləşmələrin ən mühüm qruplarının bir hissəsidir. Nə üçün istifadə olunur?

Bu material həlledici rol oynayır: zülalların məkan strukturunun saxlanmasında (dördüncül), nuklein turşularının tamamlayıcılığı prinsipinin həyata keçirilməsində (yəni genetik məlumatın həyata keçirilməsində və saxlanmasında) və ümumiyyətlə molekulyar "tanınmada" səviyyə.

Hidrogen ionu H+ bədəndəki mühüm dinamik reaksiyalarda/proseslərdə iştirak edir. O cümlədən: canlı hüceyrələri enerji ilə təmin edən bioloji oksidləşmədə, biosintez reaksiyalarında, bitkilərdə fotosintezdə, bakterial fotosintezdə və azotun fiksasiyasında, turşu-qələvi balansının və homeostazın saxlanmasında, membran nəqli proseslərində. Karbon və oksigenlə yanaşı, həyat hadisələrinin funksional və struktur əsasını təşkil edir.

Gündəlik həyatımızda elə şeylər var ki, onlar haqqında demək olar ki, hər kəs bilir. Məsələn, hamı bilir ki, su mayedir, asanlıqla əldə edilir və yanmaz, buna görə də yanğını söndürə bilir. Ancaq bunun niyə belə olduğunu heç düşünmüsünüzmü?

Şəkil mənbəyi: pixabay.com

Su hidrogen və oksigen atomlarından ibarətdir. Bu elementlərin hər ikisi yanmağı dəstəkləyir. Deməli, ümumi məntiqə əsaslanaraq (elmi deyil) belə çıxır ki, su da yanmalıdır, hə? Lakin bu baş vermir.

Yanma nə vaxt baş verir?

Yanma, molekulların və atomların istilik və işıq şəklində enerji buraxmaq üçün birləşdiyi kimyəvi bir prosesdir. Bir şeyi yandırmaq üçün iki şey lazımdır - yanma mənbəyi kimi yanacaq (məsələn, bir vərəq, bir taxta parçası və s.) və oksidləşdirici (yer atmosferində olan oksigen əsas oksidləşdiricidir). Yanma prosesinin başlaması üçün maddənin alovlanma temperaturuna çatmaq üçün lazım olan istiliyə də ehtiyacımız var.

Şəkil mənbəyi auclip.ru

Məsələn, kibritdən istifadə edərək kağızın yandırılması prosesini nəzərdən keçirək. Bu vəziyyətdə kağız yanacaq olacaq, havada olan qazlı oksigen oksidləşdirici bir maddə kimi çıxış edəcək və alovlanma temperaturu yanan matç sayəsində əldə ediləcəkdir.

Suyun kimyəvi tərkibinin quruluşu

Şəkil mənbəyi: water-service.com.ua

Su iki hidrogen atomundan və bir oksigen atomundan ibarətdir. Onun kimyəvi formulu H2O-dur. İndi suyun iki tərkib hissəsinin həqiqətən yanan maddələr olduğunu qeyd etmək maraqlıdır.

Niyə hidrogen yanan maddədir?

Hidrogen atomları yalnız bir elektrona malikdir və buna görə də digər elementlərlə asanlıqla birləşirlər. Bir qayda olaraq, hidrogen təbiətdə molekulları iki atomdan ibarət olan qaz şəklində olur. Bu qaz yüksək reaktivdir və oksidləşdirici maddənin iştirakı ilə tez oksidləşir və onu alışqan edir.

Şəkil mənbəyi: myshared.ru

Hidrogen yandırıldıqda böyük miqdarda enerji ayrılır, buna görə də kosmosa kosmosa göndərmək üçün tez-tez mayeləşdirilmiş formada istifadə olunur.

Oksigen yanmağı dəstəkləyir

Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, hər hansı bir yanma oksidləşdirici tələb edir. Bir çox kimyəvi oksidləşdirici maddələr var, o cümlədən oksigen, ozon, hidrogen peroksid, flüor və s. Oksigen Yer atmosferində bol olan əsas oksidləşdirici maddədir. O, adətən əksər yanğınlarda əsas oksidləşdirici maddədir. Buna görə yanğını qorumaq üçün daimi oksigen təchizatı lazımdır.

Su yanğını söndürür

Su bir sıra səbəblərə görə yanğını söndürə bilər, bunlardan biri ayrı-ayrılıqda odlu cəhənnəm yarada bilən iki elementdən ibarət olmasına baxmayaraq, onun yanar olmayan maye olmasıdır.

Su yanğınları söndürmək üçün ən çox yayılmış vasitədir. Şəkil mənbəyi: pixabay.com

Daha əvvəl dediyimiz kimi, hidrogen çox alovlanır, ona lazım olan tək şey reaksiyaya başlamaq üçün oksidləşdirici maddə və alovlanma temperaturudur. Oksigen yer üzündə ən çox yayılmış oksidləşdirici maddə olduğundan hidrogen atomları ilə tez birləşərək çoxlu miqdarda işıq və istilik buraxır və su molekulları əmələ gəlir. Bunun necə baş verdiyi budur:

Nəzərə alın ki, hidrogenin az miqdarda oksigen və ya hava ilə qarışığı partlayıcıdır və partlayıcı qaz adlanır, partlayış kimi qəbul edilən yüksək səslə çox tez yanır. 1937-ci ildə Nyu-Cersidə Hindenburq dirijablının fəlakəti dirijablın qabığını dolduran hidrogenin alışması nəticəsində onlarla insanın həyatına son qoydu. Hidrogenin asan alovlanması və oksigenlə birlikdə partlayıcı olması bizim laboratoriyalarda suyu kimyəvi yolla əldə etməməyimizin əsas səbəbidir.

• Təyinat - H (Hidrogen);
• Latın adı - Hydrogenium;
• Dövr - I;
• Qrup - 1 (Ia);
• Atom kütləsi - 1,00794;
• Atom nömrəsi - 1;
• Atom radiusu = 53 pm;
• Kovalent radius = 32 pm;
• Elektron paylanması - 1s 1;
• ərimə temperaturu = -259,14 ° C;
• qaynama nöqtəsi = -252,87 ° C;
• Elektroneqativlik (Paulinqə görə/Alpred və Roçova görə) = 2,02/-;
• Oksidləşmə vəziyyəti: +1; 0; -1;
• Sıxlıq (no.) = 0,0000899 q/sm 3;
• Molar həcmi = 14,1 sm 3 /mol.

Hidrogenin oksigenlə ikili birləşmələri:

Hidrogen (“su doğuran”) 1766-cı ildə ingilis alimi Q.Kavendiş tərəfindən kəşf edilmişdir. Bu, təbiətdəki ən sadə elementdir - hidrogen atomunun nüvəsi və bir elektronu var, yəqin ki, hidrogen Kainatda ən çox yayılmış elementdir (əksər ulduzların kütləsinin yarısından çoxunu təşkil edir).

Hidrogen haqqında "makara kiçik, lakin bahalı" deyə bilərik. "Sadəliyinə" baxmayaraq, hidrogen Yerdəki bütün canlıları enerji ilə təmin edir - Günəşdə davamlı termonüvə reaksiyası baş verir, bu zaman dörd hidrogen atomundan bir helium atomu əmələ gəlir, bu proses çox böyük miqdarda enerjinin ayrılması ilə müşayiət olunur. (ətraflı məlumat üçün Nüvə birləşməsinə baxın).

Yer qabığında hidrogenin kütlə payı cəmi 0,15% təşkil edir. Bu arada, Yer üzündə məlum olan bütün kimyəvi maddələrin böyük əksəriyyətində (95%) bir və ya daha çox hidrogen atomu var.

Qeyri-metallarla birləşmələrdə (HCl, H 2 O, CH 4 ...) hidrogen yeganə elektronunu daha çox elektronmənfi elementlərə verir, +1 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir (daha tez-tez), yalnız kovalent bağlar yaradır (bax: Kovalent bağ).

Metallarla birləşmələrdə (NaH, CaH 2 ...) hidrogen, əksinə, başqa bir elektronu yeganə s-orbitalına qəbul edir, beləliklə elektron təbəqəsini tamamlamağa çalışır, oksidləşmə vəziyyətini -1 (daha az) nümayiş etdirir. tez-tez ion bağı əmələ gətirir (bax İon rabitəsi), çünki hidrogen atomunun və metal atomunun elektronmənfiliyindəki fərq kifayət qədər böyük ola bilər.

H 2

Qaz halında hidrogen qeyri-polar kovalent bağ əmələ gətirən iki atomlu molekullar şəklində mövcuddur.

Hidrogen molekulları var:

• böyük hərəkətlilik;
• böyük güc;
• aşağı polarizasiya;
• kiçik ölçü və çəki.

Hidrogen qazının xüsusiyyətləri:

• təbiətdəki ən yüngül qaz, rəngsiz və qoxusuz;
• suda və üzvi həlledicilərdə zəif həll olunur;
• maye və bərk metallarda (xüsusilə platin və palladiumda) az miqdarda həll olunur;
• mayeləşdirilməsi çətin (aşağı qütbləşmə qabiliyyətinə görə);
• bütün məlum qazların ən yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir;
• qızdırıldıqda, bir azaldıcı agentin xüsusiyyətlərini nümayiş etdirən bir çox qeyri-metal ilə reaksiya verir;
• otaq temperaturunda flüorla reaksiya verir (partlayış baş verir): H 2 + F 2 = 2HF;
• metallarla reaksiyaya girərək hidridlər əmələ gətirir, oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir: H 2 + Ca = CaH 2 ;

Birləşmələrdə hidrogen oksidləşdirici xassələrindən daha güclü reduksiya xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir. Hidrogen kömür, alüminium və kalsiumdan sonra ən güclü reduksiyaedicidir. Hidrogenin azaldıcı xassələri sənayedə oksidlərdən və qallidlərdən metallar və qeyri-metallar (sadə maddələr) almaq üçün geniş istifadə olunur.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Hidrogenin sadə maddələrlə reaksiyaları

Hidrogen bir rol oynayaraq bir elektron qəbul edir azaldıcı agent, reaksiyalarda:

• ilə oksigen(alovlananda və ya katalizatorun iştirakı ilə) 2:1 nisbətində (hidrogen:oksigen) partlayıcı partlayıcı qaz əmələ gəlir: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• ilə Boz(150°C-300°C-ə qədər qızdırıldıqda): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• ilə xlor(UV şüaları ilə alışdıqda və ya şüalandıqda): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• ilə flüor: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• ilə azot(katalizatorların iştirakı ilə və ya yüksək təzyiqdə qızdırıldıqda): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Hidrogen bir rol oynayaraq bir elektron verir oksidləşdirici maddə, ilə reaksiyalarda qələvi Və qələvi torpaq metal hidridlərin əmələ gəlməsi ilə metallar - hidrid ionları H olan duz kimi ion birləşmələri - bunlar qeyri-sabit ağ kristal maddələrdir.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Hidrogenin -1 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirməsi tipik deyil. Su ilə reaksiya verərkən hidridlər parçalanır və suyu hidrogenə qədər azaldır. Kalsium hidridin su ilə reaksiyası aşağıdakı kimidir:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Hidrogenin mürəkkəb maddələrlə reaksiyaları

• yüksək temperaturda hidrogen bir çox metal oksidini azaldır: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• metil spirti hidrogenin karbon monoksit (II) ilə reaksiyası nəticəsində əldə edilir: 2H 2 +CO → CH 3 OH
• Hidrogenləşmə reaksiyalarında hidrogen bir çox üzvi maddələrlə reaksiya verir.

Hidrogen və onun birləşmələrinin kimyəvi reaksiyalarının tənlikləri "Hidrogen və onun birləşmələri - hidrogenin iştirak etdiyi kimyəvi reaksiyaların tənlikləri" səhifəsində daha ətraflı müzakirə olunur.

Hidrogenin tətbiqi

• nüvə enerjisində hidrogen izotopları istifadə olunur - deuterium və tritium;
• kimya sənayesində hidrogen bir çox üzvi maddələrin, ammonyakın, hidrogen xloridinin sintezi üçün istifadə olunur;
• qida sənayesində hidrogen bitki yağlarının hidrogenləşdirilməsi yolu ilə bərk piylərin istehsalında istifadə olunur;
• metalların qaynaqlanması və kəsilməsi üçün oksigendə hidrogenin yüksək yanma temperaturu (2600°C) istifadə olunur;
• bəzi metalların istehsalında hidrogen azaldıcı vasitə kimi istifadə olunur (yuxarıya bax);
• hidrogen yüngül qaz olduğundan aeronavtikada hava şarları, aerostatlar və dirijabllar üçün doldurucu kimi istifadə olunur;
• Hidrogen CO ilə qarışdırılmış yanacaq kimi istifadə olunur.

Son zamanlar elm adamları bərpa olunan enerjinin alternativ mənbələrinin axtarışına böyük diqqət yetirirlər. Perspektivli sahələrdən biri hidrogenin yanacaq kimi istifadə edildiyi, yanma məhsulu adi su olan “hidrogen” enerjisidir.

Hidrogenin alınması üsulları

Hidrogen istehsalının sənaye üsulları:

• nikel katalizatorunda yüksək temperaturda (800°C) su buxarı ilə metanın çevrilməsi (su buxarının katalitik reduksiyası): CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• dəm qazının su buxarı ilə (t=500°C) Fe 2 O 3 katalizatorunda çevrilməsi: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• metanın termal parçalanması: CH 4 = C + 2H 2;
• bərk yanacaqların qazlaşdırılması (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• suyun elektrolizi (çox təmiz hidrogen istehsal edən çox bahalı üsul): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Hidrogenin alınması üçün laboratoriya üsulları:

• xlorid və ya seyreltilmiş sulfat turşusu ilə metallara (adətən sink) təsir: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• su buxarının isti dəmir qırıntıları ilə qarşılıqlı təsiri: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.