Vodorod H kimyoviy element boʻlib, bizning koinotda eng keng tarqalgan elementlardan biridir. Moddalar tarkibidagi element sifatida vodorodning massasi boshqa turdagi atomlarning umumiy tarkibining 75% ni tashkil qiladi. U sayyoradagi eng muhim va hayotiy aloqa - suvga kiritilgan. Vodorodning o'ziga xos xususiyati shundaki, u D. I. Mendeleyev kimyoviy elementlar davriy tizimidagi birinchi elementdir.
Kashfiyot va kashfiyot
Vodorod haqidagi birinchi eslatmalar Paracelsus asarlarida XVI asrga borib taqaladi. Ammo uni havoning gaz aralashmasidan ajratib olish va yonuvchan xususiyatlarini o'rganish XVII asrda olim Lemeri tomonidan amalga oshirilgan. Vodorodni ingliz kimyogari, fizigi va tabiatshunosi Genri Kavendish chuqur o'rganib chiqdi va u vodorodning massasi boshqa gazlarga nisbatan eng kichik ekanligini eksperimental ravishda isbotladi. Ilm-fan rivojining keyingi bosqichlarida u bilan ko'plab olimlar ishladilar, xususan, uni "suv tug'diruvchi" deb atagan Lavuazye.
PSHE-dagi pozitsiyaga ko'ra xarakterli
Ochilgan elementD. I. Mendeleyevning davriy tizimi vodoroddir. Atomning fizikaviy va kimyoviy xossalari ma'lum ikkilikni ko'rsatadi, chunki vodorod bir vaqtning o'zida birinchi guruhga, asosiy kichik guruhga, agar u o'zini metall kabi tutsa va kimyoviy reaksiya jarayonida bitta elektrondan voz kechsa, ettinchisi - valentlik qobig'ini to'liq to'ldirishda, ya'ni galogenlarga o'xshashligini tavsiflovchi salbiy zarrachani qabul qilish.
Elementning elektron strukturasining xususiyatlari
Vodorod atomining xossalari, uning tarkibiga kiradigan murakkab moddalar va eng oddiy modda H2 birinchi navbatda vodorodning elektron konfiguratsiyasi bilan belgilanadi. Zarrachada Z=(-1) boʻlgan bitta elektron mavjud boʻlib, u yadro atrofida oʻz orbitasida aylanadi, unda birlik massali va musbat zaryadli (+1) bitta proton mavjud. Uning elektron konfiguratsiyasi 1s1 sifatida yozilgan, bu vodorod uchun birinchi va yagona s-orbitalda bitta manfiy zarracha mavjudligini bildiradi.
Elektron ajratilganda yoki berilganda va bu elementning atomi metallar bilan bog'liq bo'lgan shunday xususiyatga ega bo'lsa, kation olinadi. Aslida vodorod ioni musbat elementar zarrachadir. Shuning uchun elektronsiz vodorod oddiygina proton deb ataladi.
Jismoniy xususiyatlar
Agar vodorodning fizik xossalarini qisqacha ta'riflab beradigan bo'lsak, u nisbiy atom massasi 2 ga teng, havodan 14,5 marta engil, haroratga ega bo'lgan rangsiz, ozgina eriydigan gazdir.suyuqlanish -252,8 daraja Selsiy.
Tajribadan H2 eng oson ekanligini koʻrishingiz mumkin. Buning uchun uchta to'pni turli xil moddalar - vodorod, karbonat angidrid, oddiy havo bilan to'ldirish va ularni bir vaqtning o'zida qo'lingizdan ozod qilish kifoya. CO2 bilan toʻldirilgani hammadan koʻra tezroq erga yetib boradi, undan keyin shishgan havo aralashmasi tushadi va tarkibida H2 shiftga ko'tariladi.
Vodorod zarrachalarining kichik massasi va kattaligi uning turli moddalar orqali kirib borish qobiliyatini oqlaydi. Xuddi shu to'p misolida buni tekshirish oson, bir necha kundan keyin u o'zini o'zi yo'qotadi, chunki gaz shunchaki kauchukdan o'tib ketadi. Shuningdek, vodorod ba'zi metallar (palladiy yoki platina) tarkibida to'planishi va harorat ko'tarilganda undan bug'lanishi mumkin.
Vodorodning past eruvchanlik xususiyati laboratoriya amaliyotida uni suvni siljitish usuli bilan ajratib olish uchun ishlatiladi. Vodorodning fizik xossalari (quyidagi jadvalda asosiy parametrlar) uni qo'llash doirasi va ishlab chiqarish usullari aniqlanadi.
| Oddiy moddaning atom yoki molekulasi parametri | Manosi |
| Atom massasi (molyar massa) | 1,008 g/mol |
| Elektron konfiguratsiya | 1s1 |
| Kristal panjara | Olti burchakli |
| Issiqlik o'tkazuvchanligi | (300 K) 0,1815 Vt/(m K) |
| N da zichlik. y. | 0, 08987 g/l |
| Qaynoq nuqtasi | -252, 76 °C |
| Maxsus issiqlik qiymati | 120, 9 106 J/kg |
| Erish nuqtasi | -259, 2 °C |
| Suvda eruvchanligi | 18, 8ml/L |
Izotop tarkibi
Kimyoviy elementlar davriy tizimining boshqa ko'plab vakillari singari, vodorod ham bir nechta tabiiy izotoplarga ega, ya'ni yadroda protonlar soni bir xil, ammo neytronlarning soni har xil bo'lgan atomlar - zaryadi va birligi nol bo'lgan zarralar. massa. Bunday xususiyatga ega bo'lgan atomlarga kislorod, uglerod, xlor, brom va boshqalar, jumladan, radioaktivlar misol bo'la oladi.
Vodorodning fizik xossalari 1H, bu guruh vakillarining eng keng tarqalgani, hamkasblarining bir xil xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladi. Xususan, ular kiritilgan moddalarning xarakteristikalari farqlanadi. Shunday qilib, oddiy va deyterlangan suv mavjud bo'lib, uning tarkibida bitta protonli vodorod atomi o'rniga deyteriy 2H - ikkita elementar zarrachali izotopi mavjud: ijobiy va zaryadsiz. Bu izotop oddiy vodoroddan ikki baravar og'irroqdir, bu esa ular tashkil etuvchi birikmalar xossalaridagi tub farqni tushuntiradi. Tabiatda deyteriy vodoroddan 3200 marta kam uchraydi. Uchinchi vakil tritiy 3N, yadrosida ikkita neytron va bitta proton bor.
Olish va tanlash usullari
Vodorodni ishlab chiqarishning laboratoriya va sanoat usullari juda farq qiladi. Ha, oz miqdordagaz asosan minerallar ishtirokidagi reaksiyalar natijasida hosil boʻladi, yirik ishlab chiqarishda esa koʻproq organik sintez qoʻllaniladi.
Laboratoriyada quyidagi kimyoviy oʻzaro taʼsirlardan foydalaniladi:
- Ishqoriy va ishqoriy tuproq metallarining suv bilan ishqor va kerakli gazni hosil qilish reaksiyasi.
- Suvli elektrolit eritmasining elektrolizi, H2↑ anodda, kislorod esa katodda ajralib chiqadi.
- Ishqoriy metall gidridlarning suv bilan parchalanishi, mahsulotlar gidroksidi va shunga mos ravishda H gazi2↑.
- Suyultirilgan kislotalarning metallar bilan reaksiyasi tuzlar va H2↑.
- Ishqorlarning kremniy, alyuminiy va ruxga ta'siri murakkab tuzlarning hosil bo'lishi bilan parallel ravishda vodorodning ajralib chiqishiga ham yordam beradi.
Sanoat manfaatlarida gaz quyidagi usullar bilan olinadi:
- Metanning katalizator ishtirokida uning tarkibidagi oddiy moddalarga termik parchalanishi (350 daraja harorat kabi ko'rsatkich qiymatiga etadi) - vodorod H2↑ va uglerod C.
- Koksid CO2 va H2↑ hosil qilish uchun 1000 daraja Selsiyda koks orqali bug’li suv o’tkazish (eng keng tarqalgan usul)
- Gazsimon metanning nikel katalizatorida 800 darajagacha boʻlgan haroratda konversiyasi.
- Vodorod kaliy yoki natriy xloridlarning suvli eritmalari elektrolizining qoʻshimcha mahsulotidir.
Kimyoviyo'zaro ta'sirlar: umumiyliklar
Vodorodning fizik xossalari asosan u yoki bu birikma bilan reaksiya jarayonlarida uning harakatini tushuntiradi. Vodorodning valentligi 1 ga teng, chunki u davriy tizimda birinchi guruhda joylashgan va oksidlanish darajasi boshqacha. Barcha birikmalarda, gidridlardan tashqari, vodorod s.o.da=(1+), XN, XN2, XN3 – (1) -).
Umumlashtirilgan elektron juft hosil qilish natijasida hosil boʻlgan vodorod gazi molekulasi ikki atomdan iborat boʻlib, energetik jihatdan ancha barqaror, shuning uchun ham normal sharoitda u biroz inert boʻlib, normal sharoit oʻzgarganda reaksiyaga kirishadi. Vodorodning boshqa moddalar tarkibidagi oksidlanish darajasiga qarab, u ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi vosita sifatida harakat qilishi mumkin.
U bilan reaksiyaga kirishadigan va vodorod hosil qiluvchi moddalar
Murakkab moddalarni hosil qiluvchi elementlarning oʻzaro taʼsiri (koʻpincha yuqori haroratlarda):
- Ishqoriy va ishqoriy tuproq metall + vodorod=gidrid.
- Galogen + H2=vodorod galogenid.
- Oltingugurt + vodorod=vodorod sulfidi.
- Kislorod + H2=suv.
- Uglerod + vodorod=metan.
- Azot + H2=ammiak.
Murakkab moddalar bilan o'zaro ta'siri:
- Uglerod oksidi va vodoroddan sintez gazini ishlab chiqarish.
- H2 yordamida oksidlaridan metallarni olish.
- Toʻyinmagan alifatikning vodorod bilan toʻyinganligiuglevodorodlar.
Vodorod aloqasi
Vodorodning fizik xossalari shundan iboratki, ular elektron manfiy element bilan birgalikda boʻlinmagan elektron juftlariga ega boʻlgan qoʻshni molekulalardan bir xil atom bilan maxsus turdagi bogʻlanish hosil qilish imkonini beradi (masalan, kislorod, azot va ftor). Bunday hodisani ko'rib chiqish yaxshiroq bo'lgan eng aniq misol suvdir. Aytish mumkinki, u kovalent yoki ionlarga qaraganda zaifroq bo'lgan vodorod aloqalari bilan tikilgan, ammo ularning ko'pligi sababli ular moddaning xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Aslini olganda, vodorod bog'lanishi suv molekulalarini dimer va polimerlarga bog'laydigan elektrostatik o'zaro ta'sir bo'lib, uning yuqori qaynash nuqtasiga olib keladi.
Mineral birikmalardagi vodorod
Barcha noorganik kislotalarning tarkibiga proton - vodorod kabi atomning kationi kiradi. Kislota qoldig'i oksidlanish darajasi (-1) dan katta bo'lgan moddaga ko'p asosli birikma deyiladi. U bir nechta vodorod atomlarini o'z ichiga oladi, bu suvli eritmalarda ko'p bosqichli dissotsiatsiyani amalga oshiradi. Har bir keyingi proton kislotaning qolgan qismidan ajralishi tobora qiyinlashadi. Muhitdagi vodorodlarning miqdoriy tarkibiga qarab uning kislotaligi aniqlanadi.
Vodorodda asoslarning gidroksil guruhlari ham mavjud. Ularda vodorod kislorod atomiga ulanadi, natijada bu gidroksidi qoldiqning oksidlanish darajasi har doim (-1) ga teng. Muhitdagi gidroksillarning miqdori uning asosliligini belgilaydi.
Inson faoliyatida qoʻllanilishi
Moddasi boʻlgan ballonlar, shuningdek, kislorod kabi boshqa suyultirilgan gazlari boʻlgan idishlar oʻziga xos koʻrinishga ega. Ular yorqin qizil rangli "Vodorod" yozuvi bilan quyuq yashil rangga bo'yalgan. Gaz tsilindrga taxminan 150 atmosfera bosim ostida quyiladi. Vodorodning fizik xossalari, xususan, agregatning gazsimon holatining yengilligi uni geliy sharlari, sharlar va boshqalar bilan aralashmada to'ldirish uchun ishlatiladi.
Vodorod, fizik va kimyoviy xossalarini odamlar ko'p yillar oldin ishlatishni o'rgangan, hozirda ko'plab sanoat tarmoqlarida qo'llaniladi. Uning katta qismi ammiak ishlab chiqarishga ketadi. Vodorod oksidlardan metallar (gafniy, germaniy, galiy, kremniy, molibden, volfram, tsirkoniy va boshqalar) ishlab chiqarishda ham ishtirok etadi, reaksiyada qaytaruvchi, gidrosiyan va xlorid kislotalar, metil spirti va sun'iy suyuqlik sifatida ishlaydi. yoqilg'i. Oziq-ovqat sanoati undan o'simlik moylarini qattiq yog'larga aylantirish uchun foydalanadi.
Vodorodning kimyoviy xossalari va yog'lar, ko'mirlar, uglevodorodlar, moylar va mazutlarni gidrogenlash va gidrogenlashning turli jarayonlarida qo'llanilishini aniqladi. Uning yordamida qimmatbaho toshlar, cho'g'lanma lampalar ishlab chiqariladi, metall buyumlar zarb qilinadi va kislorod-vodorod alangasi ta'sirida payvandlanadi.
