Sifat kimia hidrogen adalah pengoksidaan dan pengurangan. Sifat kimia hidrogen
Hidrogen- unsur kimia pertama Jadual Berkala unsur kimia D.I. Mendeleev. Unsur kimia hidrogen terletak dalam kumpulan pertama, subkumpulan utama, tempoh pertama Sistem Berkala.
Jisim atom relatif hidrogen = 1.
Hidrogen mempunyai struktur atom yang paling mudah, ia terdiri daripada satu elektron, yang terletak di dalam ruang nuklear. Nukleus atom hidrogen terdiri daripada satu proton.
Atom hidrogen, dalam tindak balas kimia, boleh menderma dan menambah elektron, membentuk dua jenis ion:
H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.
Hidrogen adalah unsur yang paling banyak terdapat di alam semesta. Ia menyumbang kira-kira 88.6% daripada semua atom (kira-kira 11.3% adalah atom helium, bahagian semua unsur lain yang digabungkan adalah kira-kira 0.1%). Oleh itu, hidrogen adalah komponen utama bintang dan gas antara bintang. Dalam ruang antara bintang, unsur ini wujud dalam bentuk molekul individu, atom, dan ion dan boleh membentuk awan molekul yang berbeza dengan ketara dalam saiz, ketumpatan, dan suhu.
Pecahan jisim hidrogen dalam kerak bumi ialah 1%. Ia adalah unsur kesembilan yang paling biasa. Kepentingan hidrogen dalam proses kimia yang berlaku di Bumi hampir sama hebatnya dengan oksigen. Tidak seperti oksigen, yang wujud di Bumi dalam kedua-dua keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi adalah dalam bentuk sebatian; hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk bahan ringkas yang terdapat di atmosfera (0.00005% mengikut isipadu untuk udara kering).
Hidrogen adalah konstituen hampir semua bahan organik dan terdapat dalam semua sel hidup.
Sifat fizikal hidrogen
Bahan ringkas yang dibentuk oleh unsur kimia hidrogen mempunyai struktur molekul. Komposisinya sepadan dengan formula H2. Seperti unsur kimia, bahan ringkas juga dipanggil hidrogen.
Hidrogen Ia adalah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, boleh dikatakan tidak larut dalam air. Pada suhu bilik dan tekanan atmosfera normal, keterlarutan ialah 18.8 ml gas setiap 1 liter air.
Hidrogen- gas paling ringan, ketumpatannya ialah 0.08987 g / l. Sebagai perbandingan: ketumpatan udara ialah 1.3 g/l.
Hidrogen boleh larut dalam logam contohnya, sehingga 850 isipadu hidrogen boleh larut dalam satu isipadu paladium. Oleh kerana saiz molekulnya yang sangat kecil, hidrogen mampu meresap melalui banyak bahan.
Seperti gas lain, hidrogen terpeluwap pada suhu rendah menjadi cecair lutsinar tidak berwarna, ini berlaku pada suhu - 252.8°C. Apabila suhu mencapai -259.2°C, hidrogen menghablur dalam bentuk hablur putih, serupa dengan salji.
Tidak seperti oksigen, hidrogen tidak mempamerkan alotropi.
Penggunaan hidrogen
Hidrogen digunakan dalam pelbagai industri. Banyak hidrogen masuk ke dalam pengeluaran ammonia (NH3). Daripada ammonia, baja nitrogen, gentian sintetik dan plastik, dan ubat-ubatan diperolehi.
Dalam industri makanan, hidrogen digunakan dalam pengeluaran marjerin, yang mengandungi lemak keras. Untuk mendapatkannya daripada lemak cair, hidrogen disalurkan melaluinya.
Apabila hidrogen terbakar dalam oksigen, suhu nyalaan adalah kira-kira 2500°C. Pada suhu ini, logam refraktori boleh dicairkan dan dikimpal. Oleh itu, hidrogen digunakan dalam kimpalan.
Campuran cecair hidrogen dan oksigen digunakan sebagai bahan api roket.
Pada masa ini, beberapa negara telah memulakan penyelidikan untuk menggantikan sumber tenaga tidak boleh diperbaharui (minyak, gas, arang batu) dengan hidrogen. Apabila hidrogen dibakar dalam oksigen, produk mesra alam terbentuk - air, dan bukan karbon dioksida, yang menyebabkan kesan rumah hijau.
Para saintis mencadangkan bahawa pada pertengahan abad ke-21, pengeluaran besar-besaran kereta berkuasa hidrogen harus dimulakan. Sel bahan api isi rumah, yang kerjanya juga berdasarkan pengoksidaan hidrogen dengan oksigen, akan mendapat aplikasi yang luas.
Pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, pada awal era aeronautik, belon, kapal udara dan belon dipenuhi dengan hidrogen, kerana ia jauh lebih ringan daripada udara. Namun, era kapal udara mula cepat pudar ke masa lalu selepas bencana yang menimpa kapal udara itu Hindenburg. 6 Mei 1937 kapal udara, dipenuhi dengan hidrogen, terbakar, mengakibatkan kematian berpuluh-puluh penumpangnya.
Hidrogen sangat meletup dalam perkadaran tertentu dengan oksigen. Kegagalan untuk mematuhi peraturan keselamatan menyebabkan penyalaan dan letupan kapal udara.
- Hidrogen- unsur kimia pertama Jadual Berkala unsur kimia D.I. Mendeleev
- Hidrogen terletak dalam kumpulan I, subkumpulan utama, tempoh 1 Sistem Berkala
- Valensi hidrogen dalam sebatian - I
- Hidrogen Gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, boleh dikatakan tidak larut dalam air
- Hidrogen- gas paling ringan
- Hidrogen cecair dan pepejal dihasilkan pada suhu rendah
- Hidrogen boleh larut dalam logam
- Aplikasi hidrogen adalah pelbagai
Hidrogen
HIDROGEN-a; m. Unsur kimia (H), gas ringan, tidak berwarna dan tidak berbau yang bergabung dengan oksigen untuk membentuk air.
◁ Hidrogen, ke, ke. sambungan V. bakteria V. Bom ke-V(sebuah bom dengan kuasa pemusnah yang sangat besar, kesan letupannya adalah berdasarkan tindak balas termonuklear). Hidrogen, ke, ke.
hidrogen(lat. Hydrogenium), unsur kimia kumpulan VII sistem berkala. Secara semula jadi, terdapat dua isotop stabil (protium dan deuterium) dan satu isotop radioaktif (tritium). Molekulnya adalah diatomik (H 2). Gas tidak berwarna dan tidak berbau; ketumpatan 0.0899 g/l, t kip - 252.76°C. Ia bergabung dengan banyak unsur untuk membentuk air dengan oksigen. Unsur yang paling biasa dalam ruang; membentuk (dalam bentuk plasma) lebih daripada 70% daripada jisim Matahari dan bintang, bahagian utama gas medium antara bintang dan nebula. Atom hidrogen adalah sebahagian daripada banyak asid dan bes, kebanyakan sebatian organik. Ia digunakan dalam pengeluaran ammonia, asid hidroklorik, untuk penghidrogenan lemak, dsb., dalam mengimpal dan memotong logam. Berjanji sebagai bahan api (lihat. Tenaga hidrogen).
HIDROGENHIDROGEN (lat. Hydrogenium), H, unsur kimia dengan nombor atom 1, jisim atom 1.00794. Simbol kimia untuk hidrogen, H, dibaca di negara kita sebagai "abu", kerana huruf ini disebut dalam bahasa Perancis.
Hidrogen semulajadi terdiri daripada campuran dua nuklida yang stabil (cm. NUKLID) dengan nombor jisim 1.007825 (99.985% dalam campuran) dan 2.0140 (0.015%). Di samping itu, jumlah surih nuklida radioaktif, tritium, sentiasa terdapat dalam hidrogen semula jadi. (cm. TRITIUM) 3 H (separuh hayat T 1/2 12.43 tahun). Oleh kerana nukleus atom hidrogen mengandungi hanya 1 proton (tidak boleh kurang proton dalam nukleus atom), kadangkala dikatakan bahawa hidrogen membentuk sempadan bawah semula jadi bagi sistem berkala unsur D. I. Mendeleev (walaupun unsur hidrogen itu sendiri terletak di bahagian paling atas jadual). Unsur hidrogen terletak dalam tempoh pertama jadual berkala. Ia juga tergolong dalam kumpulan pertama (kumpulan IA logam alkali (cm. LOGAM ALKALI)), dan kepada kumpulan ke-7 (kumpulan VIIA halogen (cm. HALOGEN)).
Jisim atom dalam isotop hidrogen sangat berbeza (dengan beberapa kali). Ini membawa kepada perbezaan ketara dalam tingkah laku mereka dalam proses fizikal (penyulingan, elektrolisis, dll.) dan kepada perbezaan kimia tertentu (perbezaan dalam kelakuan isotop satu unsur dipanggil kesan isotop; untuk hidrogen, kesan isotop adalah paling ketara). Oleh itu, tidak seperti isotop semua unsur lain, isotop hidrogen mempunyai simbol dan nama khas. Hidrogen dengan nombor jisim 1 dipanggil hidrogen ringan, atau protium (lat. Protium, dari protos Yunani - yang pertama), dilambangkan dengan simbol H, dan nukleusnya dipanggil proton. (cm. PROTON (zarah asas)), simbol r. Hidrogen dengan nombor jisim 2 dipanggil hidrogen berat, deuterium (cm. DEUTERIUM)(Latin Deuterium, dari bahasa Yunani deuteros - yang kedua), simbol 2 H, atau D (baca "de") digunakan untuk menamakannya, nukleus d ialah deuteron. Isotop radioaktif dengan nombor jisim 3 dipanggil hidrogen superheavy, atau tritium (lat. Tritum, daripada tritos Yunani - yang ketiga), simbol 2 H atau T (baca "mereka"), nukleus t ialah triton.
Konfigurasi satu lapisan elektron bagi atom hidrogen tidak teruja neutral 1 s 1
. Dalam sebatian, ia menunjukkan keadaan pengoksidaan +1 dan, kurang kerap, -1 (valensi I). Jejari atom hidrogen neutral ialah 0.024 nm. Tenaga pengionan atom ialah 13.595 eV, pertalian elektron ialah 0.75 eV. Pada skala Pauling, keelektronegatifan hidrogen ialah 2.20. Hidrogen adalah salah satu daripada bukan logam.
Dalam bentuk bebasnya, ia adalah gas ringan dan mudah terbakar tanpa warna, bau atau rasa.
Sejarah penemuan
Pembebasan gas mudah terbakar semasa interaksi asid dan logam diperhatikan pada abad ke-16 dan ke-17 pada awal pembentukan kimia sebagai sains. Ahli fizik dan kimia Inggeris terkenal G. Cavendish (cm. Cavendish Henry) pada tahun 1766 dia menyiasat gas ini dan memanggilnya "udara mudah terbakar". Apabila dibakar, "udara mudah terbakar" memberikan air, tetapi pematuhan Cavendish kepada teori phlogiston (cm. PHLOGISTON) menghalangnya daripada membuat kesimpulan yang betul. Ahli kimia Perancis A. Lavoisier (cm. Lavoisier Antoine Laurent) bersama jurutera J. Meunier (cm. MEUNIER Jean-Baptiste Marie Charles), menggunakan gasometer khas, pada tahun 1783 menjalankan sintesis air, dan kemudian analisisnya, mengurai wap air dengan besi panas-merah. Oleh itu, beliau menetapkan bahawa "udara mudah terbakar" adalah sebahagian daripada air dan boleh diperoleh daripadanya. Pada tahun 1787, Lavoisier membuat kesimpulan bahawa "udara mudah terbakar" adalah bahan mudah, dan oleh itu tergolong dalam bilangan unsur kimia. Dia memberikan nama hidrogen (dari bahasa Yunani hydor - air dan gennao - melahirkan) - "melahirkan air." Penubuhan komposisi air menamatkan "teori phlogiston". Nama Rusia "hidrogen" dicadangkan oleh ahli kimia M.F. Solovyov (cm. SOLOVIEV Mikhail Fedorovich) pada tahun 1824. Pada permulaan abad ke-18 dan ke-19, didapati bahawa atom hidrogen adalah sangat ringan (berbanding dengan atom unsur lain), dan berat (jisim) atom hidrogen telah diambil sebagai unit untuk membandingkan jisim atom unsur. Jisim atom hidrogen telah diberikan nilai yang sama dengan 1.
Berada di alam semula jadi
Hidrogen menyumbang kira-kira 1% daripada jisim kerak bumi (tempat ke-10 di antara semua unsur). Hidrogen secara praktikal tidak pernah ditemui dalam bentuk bebasnya di planet kita (jejaknya ditemui di atmosfera atas), tetapi ia diedarkan hampir di mana-mana di Bumi dalam komposisi air. Unsur hidrogen adalah sebahagian daripada sebatian organik dan bukan organik organisma hidup, gas asli, minyak, arang batu. Ia terkandung, tentu saja, dalam komposisi air (kira-kira 11% berat), dalam pelbagai hidrat dan mineral kristal semulajadi, yang mengandungi satu atau lebih hidroksokumpulan OH.
Hidrogen sebagai unsur menguasai alam semesta. Ia menyumbang kira-kira separuh daripada jisim Matahari dan bintang lain, ia terdapat di atmosfera beberapa planet.
resit
Hidrogen boleh diperolehi dalam pelbagai cara. Dalam industri, gas asli digunakan untuk ini, serta gas yang diperoleh daripada penapisan minyak, coking dan pengegasan arang batu dan bahan api lain. Dalam pengeluaran hidrogen daripada gas asli (komponen utama ialah metana), interaksi pemangkinnya dengan wap air dan pengoksidaan tidak lengkap dengan oksigen dijalankan:
CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2 dan CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO 2 + 2H 2
Pengasingan hidrogen daripada gas ketuhar kok dan gas penapisan adalah berdasarkan pencairannya semasa penyejukan dalam dan penyingkiran daripada campuran gas yang lebih mudah dicairkan daripada hidrogen. Dengan adanya elektrik yang murah, hidrogen diperoleh melalui elektrolisis air, mengalirkan arus melalui larutan alkali. Di bawah keadaan makmal, hidrogen mudah diperoleh melalui interaksi logam dengan asid, contohnya, zink dengan asid hidroklorik.
Sifat fizikal dan kimia
Dalam keadaan biasa, hidrogen ialah gas ringan (ketumpatan dalam keadaan normal 0.0899 kg / m 3) tidak berwarna. Takat lebur -259.15 °C, takat didih -252.7 °C. Hidrogen cecair (pada takat didih) mempunyai ketumpatan 70.8 kg/m 3 dan merupakan cecair paling ringan. Potensi elektrod standard H 2 / H - dalam larutan akueus diambil sama dengan 0. Hidrogen tidak larut dalam air: pada 0 ° C, keterlarutan kurang daripada 0.02 cm 3 / ml, tetapi ia sangat larut dalam beberapa logam (besi span dan lain-lain), terutamanya yang baik - dalam paladium logam (kira-kira 850 jilid hidrogen dalam 1 isipadu logam). Haba pembakaran hidrogen ialah 143.06 MJ/kg.
Wujud dalam bentuk molekul H 2 diatomik. Pemalar pemisahan H 2 kepada atom pada 300 K ialah 2.56 10 -34. Tenaga penceraian molekul H 2 kepada atom ialah 436 kJ/mol. Jarak antara nuklear dalam molekul H 2 ialah 0.07414 nm.
Oleh kerana nukleus setiap atom H, yang merupakan sebahagian daripada molekul, mempunyai putaran sendiri (cm. SPIN), maka hidrogen molekul boleh dalam dua bentuk: dalam bentuk ortohidrogen (o-H 2) (kedua-dua putaran mempunyai orientasi yang sama) dan dalam bentuk parahidrogen (p-H 2) (putaran mempunyai orientasi yang berbeza). Dalam keadaan biasa, hidrogen biasa ialah campuran 75% o-H 2 dan 25% p-H 2 . Sifat fizikal p- dan o-H 2 berbeza sedikit antara satu sama lain. Jadi, jika takat didih o-H 2 tulen ialah 20.45 K, maka p-H 2 tulen ialah 20.26 K. Perubahan o-H 2 kepada p-H 2 disertai dengan pembebasan 1418 J / mol haba.
Pertimbangan telah berulang kali dinyatakan dalam kesusasteraan saintifik bahawa pada tekanan tinggi (melebihi 10 GPa) dan pada suhu rendah (kira-kira 10 K dan ke bawah), hidrogen pepejal, yang biasanya menghablur dalam kekisi jenis molekul heksagon, boleh berubah menjadi bahan dengan sifat logam, mungkin juga superkonduktor. Walau bagaimanapun, masih tiada data yang jelas tentang kemungkinan peralihan tersebut.
Kekuatan tinggi ikatan kimia antara atom dalam molekul H 2 (yang, sebagai contoh, menggunakan kaedah orbital molekul, boleh dijelaskan oleh fakta bahawa dalam molekul ini pasangan elektron berada dalam orbital ikatan, dan orbital yang melonggarkan adalah tidak diisi dengan elektron) membawa kepada fakta bahawa pada suhu bilik hidrogen gas tidak aktif secara kimia. Jadi, tanpa pemanasan, dengan pencampuran mudah, hidrogen bertindak balas (dengan letupan) hanya dengan fluorin gas:
H 2 + F 2 \u003d 2HF + Q.
Jika campuran hidrogen dan klorin pada suhu bilik disinari dengan cahaya ultraungu, maka pembentukan segera hidrogen klorida HCl diperhatikan. Tindak balas hidrogen dengan oksigen berlaku dengan letupan jika pemangkin, paladium logam (atau platinum), dimasukkan ke dalam campuran gas-gas ini. Apabila dinyalakan, campuran hidrogen dan oksigen (yang dipanggil gas letupan (cm. GAS LETUPAN)) meletup, dan letupan boleh berlaku dalam campuran di mana kandungan hidrogen adalah dari 5 hingga 95 peratus isipadu. Hidrogen tulen dalam udara atau dalam oksigen tulen terbakar secara senyap dengan pembebasan sejumlah besar haba:
H 2 + 1 / 2O 2 \u003d H 2 O + 285.75 kJ / mol
Jika hidrogen berinteraksi dengan bukan logam dan logam lain, maka hanya dalam keadaan tertentu (pemanasan, tekanan tinggi, kehadiran pemangkin). Jadi, hidrogen bertindak balas secara terbalik dengan nitrogen pada tekanan tinggi (20-30 MPa dan lebih) dan pada suhu 300-400 ° C dengan kehadiran pemangkin - besi:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 + Q.
Juga, hanya apabila dipanaskan, hidrogen bertindak balas dengan sulfur untuk membentuk hidrogen sulfida H 2 S, dengan bromin - untuk membentuk hidrogen bromida HBr, dengan iodin - untuk membentuk hidrogen iodida HI. Hidrogen bertindak balas dengan arang batu (grafit) untuk membentuk campuran hidrokarbon pelbagai komposisi. Hidrogen tidak berinteraksi secara langsung dengan boron, silikon, dan fosforus; sebatian unsur ini dengan hidrogen diperoleh secara tidak langsung.
Apabila dipanaskan, hidrogen dapat bertindak balas dengan alkali, logam alkali tanah dan magnesium untuk membentuk sebatian dengan watak ikatan ionik, yang mengandungi hidrogen dalam keadaan pengoksidaan -1. Jadi, apabila kalsium dipanaskan dalam suasana hidrogen, hidrida seperti garam komposisi CaH 2 terbentuk. Polimer aluminium hidrida (AlH 3) x - salah satu agen penurunan terkuat - diperoleh secara tidak langsung (contohnya, menggunakan sebatian organoaluminum). Dengan banyak logam peralihan (contohnya, zirkonium, hafnium, dll.), hidrogen membentuk sebatian komposisi berubah (larutan pepejal).
Hidrogen mampu bertindak balas bukan sahaja dengan banyak bahan mudah, tetapi juga dengan bahan kompleks. Pertama sekali, perlu diperhatikan keupayaan hidrogen untuk mengurangkan banyak logam daripada oksidanya (seperti besi, nikel, plumbum, tungsten, tembaga, dll.). Jadi, apabila dipanaskan pada suhu 400-450 ° C dan ke atas, besi dikurangkan oleh hidrogen daripada mana-mana oksidanya, sebagai contoh:
Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O.
Perlu diingatkan bahawa hanya logam yang terletak dalam siri potensi piawai di luar mangan boleh dikurangkan daripada oksida oleh hidrogen. Logam yang lebih aktif (termasuk mangan) tidak dikurangkan kepada logam daripada oksida.
Hidrogen mampu menambah ikatan dua atau tiga kali ganda kepada banyak sebatian organik (ini adalah apa yang dipanggil tindak balas penghidrogenan). Sebagai contoh, dengan kehadiran pemangkin nikel, penghidrogenan etilena C 2 H 4 boleh dilakukan, dan etana C 2 H 6 terbentuk:
C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6.
Interaksi karbon monoksida (II) dan hidrogen dalam industri menghasilkan metanol:
2H 2 + CO \u003d CH 3 OH.
Dalam sebatian di mana atom hidrogen disambungkan kepada atom unsur yang lebih elektronegatif E (E \u003d F, Cl, O, N), ikatan hidrogen terbentuk antara molekul (cm. BON HIDROGEN)(dua atom E daripada unsur yang sama atau dua unsur berbeza saling bersambung melalui atom H: E "... N ... E"", dan ketiga-tiga atom terletak pada garis lurus yang sama). Ikatan sedemikian wujud antara molekul air, ammonia, metanol, dsb. dan membawa kepada peningkatan ketara dalam takat didih bahan ini, peningkatan haba penyejatan, dsb.
Permohonan
Hidrogen digunakan dalam sintesis ammonia NH 3 , hidrogen klorida HCl, metanol CH 3 OH, dalam perengkahan hidro (meretak dalam suasana hidrogen) hidrokarbon semula jadi, sebagai agen pengurangan dalam penghasilan logam tertentu. penghidrogenan (cm. HIDROGENASI) minyak sayuran semulajadi mendapat lemak pepejal - marjerin. Hidrogen cecair didapati digunakan sebagai bahan api roket dan juga sebagai penyejuk. Campuran oksigen dan hidrogen digunakan dalam kimpalan.
Pada satu masa, dicadangkan bahawa dalam masa terdekat, tindak balas pembakaran hidrogen akan menjadi sumber utama pengeluaran tenaga, dan tenaga hidrogen akan menggantikan sumber pengeluaran tenaga tradisional (arang batu, minyak, dll.). Pada masa yang sama, diandaikan bahawa untuk pengeluaran hidrogen secara besar-besaran adalah mungkin untuk menggunakan elektrolisis air. Elektrolisis air adalah proses yang agak intensif tenaga, dan pada masa ini tidak menguntungkan untuk mendapatkan hidrogen melalui elektrolisis pada skala industri. Tetapi dijangka bahawa elektrolisis akan berdasarkan penggunaan haba suhu sederhana (500-600 ° C), yang berlaku dalam kuantiti yang banyak semasa operasi loji kuasa nuklear. Haba ini adalah penggunaan terhad, dan kemungkinan mendapatkan hidrogen dengan bantuannya akan menyelesaikan kedua-dua masalah ekologi (apabila hidrogen dibakar di udara, jumlah bahan berbahaya alam sekitar yang terbentuk adalah minimum) dan masalah penggunaan suhu sederhana haba. Walau bagaimanapun, selepas bencana Chernobyl, pembangunan tenaga nuklear disekat di mana-mana, supaya sumber tenaga yang ditunjukkan tidak dapat diakses. Oleh itu, prospek penggunaan meluas hidrogen sebagai sumber tenaga masih beralih sekurang-kurangnya sehingga pertengahan abad ke-21.
Ciri-ciri peredaran
Hidrogen tidak beracun, tetapi apabila mengendalikannya, seseorang mesti sentiasa mengambil kira bahaya kebakaran dan letupan yang tinggi, dan bahaya letupan hidrogen meningkat disebabkan oleh keupayaan tinggi gas untuk meresap walaupun melalui beberapa bahan pepejal. Sebelum memulakan sebarang operasi pemanasan dalam suasana hidrogen, anda harus memastikan bahawa ia adalah bersih (apabila menyalakan hidrogen dalam tabung uji terbalik, bunyi harus kusam, bukan menyalak).
Peranan biologi
Kepentingan biologi hidrogen ditentukan oleh fakta bahawa ia adalah sebahagian daripada molekul air dan semua kumpulan sebatian semula jadi yang paling penting, termasuk protein, asid nukleik, lipid, dan karbohidrat. Kira-kira 10% daripada jisim organisma hidup adalah hidrogen. Keupayaan hidrogen untuk membentuk ikatan hidrogen memainkan peranan penting dalam mengekalkan struktur kuaterner ruang protein, serta dalam melaksanakan prinsip saling melengkapi. (cm. PELENGKAP) dalam pembinaan dan fungsi asid nukleik (iaitu, dalam penyimpanan dan pelaksanaan maklumat genetik), secara umum, dalam pelaksanaan "pengiktirafan" di peringkat molekul. Hidrogen (ion H +) mengambil bahagian dalam proses dan tindak balas dinamik yang paling penting dalam badan - dalam pengoksidaan biologi, yang menyediakan sel hidup dengan tenaga, dalam fotosintesis tumbuhan, dalam tindak balas biosintesis, dalam penetapan nitrogen dan fotosintesis bakteria, dalam mengekalkan asid- keseimbangan asas dan homeostasis (cm. homeostasis), dalam proses pengangkutan membran. Oleh itu, bersama-sama dengan oksigen dan karbon, hidrogen membentuk asas struktur dan fungsian bagi fenomena kehidupan.
Kamus ensiklopedia. 2009 .
sinonim:Lihat apa "hidrogen" dalam kamus lain:
Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 4, 4H Neutron 3 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 4.027810 (110) ... Wikipedia
Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 5, 5H Neutron 4 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 5.035310 (110) ... Wikipedia
Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 6, 6H Neutron 5 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 6.044940 (280) ... Wikipedia
Jadual nuklida Maklumat am Nama, simbol Hidrogen 7, 7H Neutron 6 Proton 1 Sifat nuklida Jisim atom 7.052750 (1080) ... Wikipedia
Rujukan sejarah
Hidrogen ialah unsur pertama PSCE D.I. Mendeleev.
Nama Rusia untuk hidrogen menunjukkan bahawa ia "melahirkan air"; Latin " hidrogenium" maksudnya sama.
Buat pertama kalinya, pelepasan gas mudah terbakar semasa interaksi logam tertentu dengan asid diperhatikan oleh Robert Boyle dan rakan seangkatannya pada separuh pertama abad ke-16.
Tetapi hidrogen ditemui hanya pada tahun 1766 oleh ahli kimia Inggeris Henry Cavendish, yang mendapati bahawa apabila logam berinteraksi dengan asid cair, "udara mudah terbakar" tertentu dibebaskan. Memerhatikan pembakaran hidrogen dalam udara, Cavendish mendapati bahawa hasilnya adalah air. Ini adalah pada tahun 1782.
Pada tahun 1783, ahli kimia Perancis Antoine-Laurent Lavoisier mengasingkan hidrogen dengan mengurai air dengan besi panas. Pada tahun 1789, hidrogen telah diasingkan daripada penguraian air di bawah tindakan arus elektrik.
Kelaziman dalam alam semula jadi
Hidrogen adalah unsur utama ruang. Sebagai contoh, Matahari terdiri daripada 70% daripada jisim hidrogennya. Terdapat beberapa puluh ribu kali lebih banyak atom hidrogen di Alam Semesta daripada semua atom semua logam yang digabungkan.Di atmosfera bumi juga, terdapat beberapa hidrogen dalam bentuk bahan ringkas - gas komposisi H 2. Hidrogen jauh lebih ringan daripada udara dan oleh itu terdapat di atmosfera atas.
Tetapi terdapat lebih banyak hidrogen terikat di Bumi: lagipun, ia adalah sebahagian daripada air, bahan kompleks yang paling biasa di planet kita. Hidrogen yang terikat ke dalam molekul mengandungi kedua-dua minyak dan gas asli, banyak mineral dan batu. Hidrogen adalah konstituen semua bahan organik.
Ciri-ciri unsur hidrogen.
Hidrogen mempunyai sifat dwi, atas sebab ini, dalam beberapa kes, hidrogen diletakkan dalam subkumpulan logam alkali, dan dalam yang lain, dalam subkumpulan halogen.
Konfigurasi elektronik 1s 1 . Atom hidrogen terdiri daripada satu proton dan satu elektron.
Atom hidrogen mampu kehilangan elektron dan bertukar menjadi kation H +, dan dalam hal ini ia serupa dengan logam alkali.
Atom hidrogen juga boleh melekatkan elektron, dengan itu membentuk anion H - , dalam hal ini, hidrogen adalah serupa dengan halogen.
Sentiasa monovalen dalam sebatian
CO: +1 dan -1.
Sifat fizikal hidrogen
Hidrogen ialah gas, tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. 14.5 kali lebih ringan daripada udara. Sedikit larut dalam air. Ia mempunyai kekonduksian haba yang tinggi. Pada t= -253 °C ia mencair, pada t= -259 °C ia menjadi pejal. Molekul hidrogen sangat kecil sehingga perlahan-lahan boleh meresap melalui banyak bahan - getah, kaca, logam, yang digunakan dalam penulenan hidrogen daripada gas lain.Tiga isotop hidrogen diketahui: - protium, - deuterium, - tritium. Bahagian utama hidrogen semula jadi ialah protium. Deuterium adalah sebahagian daripada air berat yang memperkayakan air permukaan lautan. Tritium ialah isotop radioaktif.
Sifat kimia hidrogen
Hidrogen ialah bukan logam dan mempunyai struktur molekul. Molekul hidrogen terdiri daripada dua atom yang dihubungkan oleh ikatan kovalen bukan kutub. Tenaga pengikat dalam molekul hidrogen ialah 436 kJ/mol, yang menerangkan aktiviti kimia rendah hidrogen molekul.
Interaksi dengan halogen. Pada suhu biasa, hidrogen bertindak balas hanya dengan fluorin:
Dengan klorin - hanya dalam cahaya, membentuk hidrogen klorida, dengan bromin tindak balas berjalan kurang kuat, dengan iodin ia tidak pergi ke penghujung walaupun pada suhu tinggi.
Interaksi dengan oksigen apabila dipanaskan, apabila dinyalakan, tindak balas diteruskan dengan letupan: 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O.
Campuran 1 bahagian oksigen dan 2 bahagian hidrogen ialah "campuran bahan letupan", yang paling mudah meletup.
Interaksi dengan sulfur - apabila dipanaskan H 2 + S = H 2 S.
interaksi dengan nitrogen. Apabila dipanaskan, pada tekanan tinggi dan dengan kehadiran mangkin:
Interaksi dengan nitrik oksida (II). Digunakan dalam sistem penulenan dalam penghasilan asid nitrik: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.
Interaksi dengan oksida logam. Hidrogen ialah agen penurunan yang baik, ia memulihkan banyak logam daripada oksidanya: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Hidrogen atom ialah agen penurunan yang kuat. Ia terbentuk daripada molekul dalam nyahcas elektrik di bawah keadaan tekanan rendah. Ia mempunyai aktiviti pemulihan yang tinggi hidrogen pada masa pelepasan terbentuk apabila logam direduksi dengan asid.
Interaksi dengan logam aktif . Pada suhu tinggi, ia bergabung dengan logam alkali dan alkali tanah dan membentuk bahan kristal putih - hidrida logam, menunjukkan sifat agen pengoksida: 2Na + H 2 = 2NaH;
Mendapat hidrogen
Di makmal:
Interaksi logam dengan larutan cair asid sulfurik dan hidroklorik,
Interaksi aluminium atau silikon dengan larutan akueus alkali:
Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2.
Dalam industri:
Elektrolisis larutan akueus natrium dan kalium klorida atau elektrolisis air dengan kehadiran hidroksida:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2.
kaedah penukaran. Pertama, gas air diperoleh dengan menghantar wap air melalui kok panas pada 1000 ° C:
Kemudian karbon monoksida (II) dioksidakan kepada karbon monoksida (IV) dengan menghantar campuran gas air dengan wap air berlebihan ke atas mangkin Fe 2 O 3 yang dipanaskan hingga 400–450 ° C:
CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2.
Karbon monoksida (IV) yang terhasil diserap oleh air, dengan cara ini 50% hidrogen industri diperolehi.
Penukaran metana: CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2.
Penguraian terma metana pada 1200 °C: CH 4 = C + 2H 2 .
Penyejukan dalam (sehingga -196 °C) gas ketuhar kok. Pada suhu ini, semua bahan gas, kecuali hidrogen, terpeluwap.
Penggunaan hidrogen adalah berdasarkan sifat fizikal dan kimianya:
sebagai gas ringan, ia digunakan untuk mengisi belon (bercampur dengan helium);
nyalaan oksigen-hidrogen digunakan untuk mendapatkan suhu tinggi apabila mengimpal logam;
sebagai agen pengurangan digunakan untuk mendapatkan logam (molibdenum, tungsten, dll.) daripada oksidanya;
untuk penghasilan ammonia dan bahan api cecair tiruan, untuk penghidrogenan lemak.
Kereta bebas ekzos. Ini adalah Mirai buatan Toyota. Kereta itu menggunakan bahan api hidrogen.
Hanya udara panas dan wap air yang keluar dari paip ekzos. Kereta masa depan sudah berada di jalan raya, walaupun ia mempunyai masalah dengan mengisi minyak.
Walaupun, memandangkan kelaziman hidrogen di alam semesta, tidak sepatutnya ada halangan sedemikian.
Dunia terdiri daripada 1 bahan sebanyak tiga perempat. Jadi, nombor siri anda unsur hidrogen mewajarkan. Hari ini, semua perhatian kepada dia.
Sifat hidrogen
Menjadi elemen pertama hidrogen menghasilkan bahan pertama. Ini air. Formulanya dikenali sebagai H 2 O.
Nama Yunani untuk hidrogen ialah hidrogenium, di mana hidro ialah air dan genium adalah untuk menjana.
Walau bagaimanapun, nama unsur itu bukan diberikan oleh orang Yunani, tetapi oleh naturalis Perancis Laurent Lavoisier. Sebelumnya, hidrogen telah diterokai oleh Henry Quevendish, Nicola Lemery dan Theophrastus Paracelsus.
Yang terakhir, sebenarnya, meninggalkan sebutan pertama bahan pertama kepada sains. Entri itu bertarikh abad ke-16. Apakah kesimpulan yang telah dicapai oleh saintis hidrogen?
Ciri unsur- dualitas. Atom hidrogen hanya mempunyai 1 elektron. Dalam beberapa tindak balas, bahan memberikannya.
Ini adalah tingkah laku logam biasa dari kumpulan pertama. Walau bagaimanapun, hidrogen juga mampu melengkapkan cangkangnya, tidak menyerah, tetapi menerima 1 elektron.
Dalam kes ini, elemen 1 berkelakuan seperti halogen. Mereka terletak dalam kumpulan ke-17 sistem berkala dan terdedah kepada pembentukan.
Antaranya yang manakah mengandungi hidrogen? Sebagai contoh, dalam hidrosulfida. Formulanya: - NaHS.
Sebatian unsur hidrogen ini berasaskan. Seperti yang dapat dilihat, atom hidrogen disesarkan daripadanya oleh natrium hanya sebahagiannya.
Kehadiran hanya satu elektron dan keupayaan untuk mendermakannya mengubah atom hidrogen menjadi proton. Nukleus juga mempunyai hanya satu zarah dengan cas positif.
Jisim relatif proton dengan elektron ialah 2-um. Penunjuk adalah 14 kali kurang daripada udara. Tanpa elektron, jirim lebih ringan.
Kesimpulan bahawa hidrogen adalah gas mencadangkan dirinya sendiri. Tetapi, unsur itu juga mempunyai bentuk cecair. Pencairan berlaku pada suhu -252.8 darjah Celsius.
Oleh kerana saiznya yang kecil unsur kimia hidrogen mempunyai keupayaan untuk meresap melalui bahan lain.
Jadi, jika anda mengembang udara bukan dengan helium, atau dengan udara biasa, tetapi dengan unsur tulen No. 1, ia akan diterbangkan dalam beberapa hari.
Zarah gas akan mudah masuk ke dalam liang. Hidrogen juga meresap ke dalam beberapa logam, contohnya, dan.
Terkumpul dalam strukturnya, bahan itu menguap dengan peningkatan suhu.
Padahal hidrogen masuk dalam komposisi air, ia larut dengan buruk. Bukan tanpa alasan bahawa di dalam makmal unsur itu diasingkan dengan menyesarkan kelembapan. Dan bagaimanakah ahli industri mengekstrak bahan pertama? Kami akan menumpukan bab seterusnya untuk ini.
Pengeluaran hidrogen
Formula hidrogen membolehkan anda melombongnya sekurang-kurangnya 6 cara. Yang pertama ialah pembentukan semula wap metana dan gas asli.
Pecahan legroin diambil. Hidrogen tulen diekstrak daripadanya secara pemangkin. Ini memerlukan kehadiran wap air.
Cara kedua untuk mengekstrak bahan pertama ialah pengegasan. bahan api dipanaskan hingga 1500 darjah, bertukar menjadi gas mudah terbakar.
Ini memerlukan agen pengoksidaan. Oksigen atmosfera biasa adalah mencukupi.
Cara ketiga untuk menghasilkan hidrogen ialah elektrolisis air. Arus dilalui melaluinya. Ia membantu untuk menyerlahkan elemen yang dikehendaki pada elektrod.
Anda juga boleh menggunakan pirolisis. Ini adalah penguraian terma sebatian. Kedua-dua bahan organik dan bukan organik, sebagai contoh, air yang sama, terpaksa hancur. Proses ini berlaku pada suhu tinggi.
Cara kelima untuk menghasilkan hidrogen ialah pengoksidaan separa, dan yang keenam ialah bioteknologi.
Yang terakhir merujuk kepada pengekstrakan gas daripada air melalui pemisahan biokimianya. Bantuan alga khas.
Fotobioreaktor tertutup diperlukan, oleh itu, kaedah ke-6 jarang digunakan. Malah, hanya kaedah reformasi wap yang popular.
Ia adalah yang paling murah dan paling mudah. Walau bagaimanapun, kehadiran jisim alternatif menjadikan hidrogen sebagai bahan mentah yang diingini untuk industri, kerana tidak ada pergantungan pada sumber unsur tertentu.
Penggunaan hidrogen
Hidrogen digunakan untuk sintesis. Kompaun ini adalah penyejuk dalam teknologi pembekuan, yang dikenali sebagai komponen ammonia, digunakan sebagai peneutral asid.
Hidrogen juga digunakan untuk sintesis asid hidroklorik. Ini adalah tajuk kedua.
Ia diperlukan, sebagai contoh, untuk membersihkan permukaan logam, menggilapnya. Dalam industri makanan, asid hidroklorik adalah pengawal selia keasidan E507.
Hidrogen itu sendiri juga didaftarkan sebagai bahan tambahan makanan. Namanya pada pembungkusan produk ialah E949.
Ia digunakan, khususnya, dalam pengeluaran marjerin. Sistem penghidrogenan sebenarnya membuat marjerin.
Dalam minyak sayuran berlemak, sebahagian daripada ikatan dipecahkan. Atom hidrogen berdiri pada titik putus. Inilah yang mengubah bahan bendalir menjadi relatif.
Pelakon sel bahan api hidrogen ia digunakan, setakat ini, tidak begitu banyak dalam, tetapi dalam peluru berpandu.
Bahan pertama terbakar dalam oksigen, yang memberikan tenaga untuk pergerakan kapal angkasa.
Oleh itu, salah satu roket Rusia yang paling berkuasa, Energia, menggunakan bahan api hidrogen. Unsur pertama di dalamnya adalah cair.
Tindak balas pembakaran hidrogen dalam oksigen juga berguna dalam kimpalan. Anda boleh mengikat bahan yang paling tahan api.
Suhu tindak balas dalam bentuk tulennya ialah 3000 darjah Celsius. Dengan penggunaan khas adalah mungkin untuk mencapai 4000 darjah.
"Menyerah" mana-mana, mana-mana logam. Dengan cara ini, logam juga diperoleh dengan bantuan unsur pertama. Tindak balas adalah berdasarkan pembebasan bahan berharga daripada oksidanya.
Industri nuklear mengeluh isotop hidrogen. Terdapat hanya 3 daripadanya.Salah satu daripadanya ialah tritium. Dia radioaktif.
Terdapat juga protium dan deuterium bukan radioaktif. Walaupun tritium memancarkan bahaya, ia ditemui dalam persekitaran semula jadi.
Isotop terbentuk di lapisan atas atmosfera, yang dipengaruhi oleh sinar kosmik. Ini membawa kepada tindak balas nuklear.
Dalam reaktor di permukaan bumi, tritium adalah hasil penyinaran neutron.
Harga hidrogen
Selalunya, perindustrian menawarkan hidrogen gas, secara semula jadi, dalam keadaan termampat dan dalam bekas khas yang tidak akan membenarkan atom kecil bahan masuk.
Elemen pertama dibahagikan kepada teknikal dan halus, iaitu gred tertinggi. Malah ada jenama hidrogen, sebagai contoh, "A".
GOST 3022-80 terpakai padanya. Ini gas teknikal. Untuk 40 liter padu, pengeluar meminta kurang daripada 1000. Untuk 50 liter mereka memberi 1300.
GOST untuk hidrogen tulen - R 51673-2000. Ketulenan gas ialah 9.9999%. Elemen teknikal, bagaimanapun, adalah sedikit lebih rendah.
Ketulenannya ialah 9.99%. Walau bagaimanapun, untuk 40 liter padu bahan tulen mereka memberikan lebih daripada 13,000 rubel.
Tanda harga menunjukkan betapa sukarnya peringkat akhir penulenan gas diberikan kepada industrialis. Untuk silinder 50 liter, anda perlu membayar 15,000-16,000 rubel.
hidrogen cecair hampir tidak pernah digunakan. Terlalu mahal, kerugiannya besar. Oleh itu, tiada tawaran untuk menjual atau membeli.
Hidrogen cecair bukan sahaja sukar diperoleh, tetapi juga sukar untuk disimpan. Suhu tolak 252 darjah bukan jenaka.
Oleh itu, tiada siapa yang akan bergurau, menggunakan gas yang berkesan dan mudah digunakan.
Hidrogen(lat. Hydrogenium), H, unsur kimia, yang pertama dengan nombor siri dalam sistem berkala Mendeleev; jisim atom 1.0079. Di bawah keadaan biasa Hidrogen ialah gas; tidak mempunyai warna, bau dan rasa.
Pengagihan Hidrogen dalam alam semula jadi. Hidrogen diedarkan secara meluas di alam, kandungannya dalam kerak bumi (litosfera dan hidrosfera) adalah 1% mengikut jisim dan 16% mengikut bilangan atom. Hidrogen adalah sebahagian daripada bahan yang paling biasa di Bumi - air (11.19% Hidrogen mengikut jisim), dalam sebatian yang membentuk arang batu, minyak, gas asli, tanah liat, serta organisma haiwan dan tumbuhan (iaitu, dalam komposisi protein, asid nukleik, lemak, karbohidrat, dll.). Hidrogen sangat jarang berlaku dalam keadaan bebas; ia ditemui dalam jumlah kecil dalam gunung berapi dan gas asli yang lain. Jumlah Hidrogen bebas yang boleh diabaikan (0.0001% mengikut bilangan atom) terdapat di atmosfera. Dalam ruang berhampiran Bumi, Hidrogen dalam bentuk aliran proton membentuk tali pinggang sinaran dalaman ("proton") Bumi. Hidrogen adalah unsur yang paling banyak di angkasa. Dalam bentuk plasma, ia membentuk kira-kira separuh jisim Matahari dan kebanyakan bintang, sebahagian besar daripada gas medium antara bintang dan nebula gas. Hidrogen terdapat dalam atmosfera beberapa planet dan dalam komet dalam bentuk bebas H 2 , metana CH 4 , ammonia NH 3 , air H 2 O, radikal seperti CH, NH, OH, SiH, PH, dll. Hidrogen masuk dalam bentuk fluks proton dalam sinaran korpuskular Matahari dan sinaran kosmik.
Isotop, atom dan molekul Hidrogen. Hidrogen Biasa terdiri daripada campuran 2 isotop stabil: Hidrogen ringan, atau protium (1 H), dan Hidrogen berat, atau deuterium (2 H, atau D). Dalam sebatian hidrogen semula jadi, terdapat secara purata 6800 atom 1 H setiap 1 atom 2 H. Isotop radioaktif dengan nombor jisim 3 dipanggil Hidrogen superberat, atau tritium (3 H, atau T), dengan sinaran β lembut dan separuh hayat T ½ = 12.262 tahun . Secara semula jadi, tritium terbentuk, sebagai contoh, daripada nitrogen atmosfera di bawah tindakan neutron sinar kosmik; ia boleh diabaikan di atmosfera (4·10 -15% daripada jumlah bilangan atom hidrogen). Isotop yang sangat tidak stabil 4 H diperoleh. Nombor jisim isotop 1 H, 2 H, 3 H dan 4 H, masing-masing 1, 2, 3 dan 4, menunjukkan bahawa nukleus atom protium mengandungi hanya satu proton, deuterium. - satu proton dan satu neutron, tritium - satu proton dan 2 neutron, 4 H - satu proton dan 3 neutron. Perbezaan besar dalam jisim isotop Hidrogen menyebabkan perbezaan yang lebih ketara dalam sifat fizikal dan kimianya daripada dalam kes isotop unsur lain.
Atom Hidrogen mempunyai struktur paling mudah di antara atom semua unsur lain: ia terdiri daripada nukleus dan satu elektron. Tenaga pengikatan elektron dengan nukleus (potensi pengionan) ialah 13.595 eV. Atom neutral Hidrogen juga boleh melekatkan elektron kedua, membentuk ion negatif H - dalam kes ini, tenaga pengikat elektron kedua dengan atom neutral (afiniti elektron) ialah 0.78 eV. Mekanik kuantum membolehkan untuk mengira semua tahap tenaga yang mungkin bagi atom Hidrogen dan, akibatnya, untuk memberikan tafsiran lengkap spektrum atomnya. Atom Hidrogen digunakan sebagai model dalam pengiraan mekanikal kuantum tahap tenaga atom lain yang lebih kompleks.
Molekul Hidrogen H 2 terdiri daripada dua atom yang disambungkan oleh ikatan kimia kovalen. Tenaga penceraian (iaitu, pereputan menjadi atom) ialah 4.776 eV. Jarak interatomik pada kedudukan keseimbangan nukleus ialah 0.7414Å. Pada suhu tinggi, molekul Hidrogen berpecah kepada atom (darjah penceraian pada 2000°C ialah 0.0013; pada 5000°C ialah 0.95). Hidrogen Atom juga terbentuk dalam pelbagai tindak balas kimia (contohnya, dengan tindakan Zn pada asid hidroklorik). Walau bagaimanapun, kewujudan Hidrogen dalam keadaan atom hanya bertahan dalam masa yang singkat, atom bergabung semula menjadi molekul H 2.
Sifat fizikal Hidrogen. Hidrogen adalah yang paling ringan daripada semua bahan yang diketahui (14.4 kali lebih ringan daripada udara), ketumpatan 0.0899 g/l pada 0°C dan 1 atm. Mendidih hidrogen (mencairkan) dan melebur (menyukar) pada -252.8°C dan -259.1°C, masing-masing (hanya helium mempunyai takat lebur dan didih yang lebih rendah). Suhu kritikal Hidrogen adalah sangat rendah (-240°C), jadi pencairannya dikaitkan dengan kesukaran yang besar; tekanan kritikal 12.8 kgf / cm 2 (12.8 atm), ketumpatan kritikal 0.0312 g / cm 3. Hidrogen mempunyai kekonduksian terma tertinggi bagi semua gas, bersamaan dengan 0.174 W/(m·K) pada 0°C dan 1 atm, iaitu 4.16·10 -4 cal/(s·cm·°C). Muatan haba tentu Hidrogen pada 0°C dan 1 atm C ialah 14.208 kJ/(kg K), iaitu 3.394 kal/(g°C). Hidrogen sedikit larut dalam air (0.0182 ml / g pada 20 ° C dan 1 atm), tetapi baik - dalam banyak logam (Ni, Pt, Pa dan lain-lain), terutamanya dalam paladium (850 jilid setiap 1 isipadu Pd). Keterlarutan Hidrogen dalam logam adalah berkaitan dengan keupayaannya untuk meresap melaluinya; resapan melalui aloi karbon (contohnya, keluli) kadangkala disertai dengan pemusnahan aloi akibat interaksi Hidrogen dengan karbon (yang dipanggil penyahkarbonan). Cecair Hidrogen adalah sangat ringan (ketumpatan pada -253°C 0.0708 g/cm3) dan bendalir (kelikatan pada -253°C 13.8 centipoise).
Sifat kimia Hidrogen. Dalam kebanyakan sebatian, Hidrogen mempamerkan valensi (lebih tepat, keadaan pengoksidaan) +1, seperti natrium dan logam alkali lain; biasanya ia dianggap sebagai analog logam ini, mengepalai kumpulan I sistem Mendeleev. Walau bagaimanapun, dalam hidrida logam, ion Hidrogen bercas negatif (keadaan pengoksidaan -1), iaitu, Na + H - hidrida dibina seperti Na + Cl - klorida. Ini dan beberapa fakta lain (keakraban sifat fizikal Hidrogen dan halogen, keupayaan halogen untuk menggantikan Hidrogen dalam sebatian organik) memberikan alasan untuk memasukkan Hidrogen juga dalam kumpulan VII sistem berkala. Di bawah keadaan biasa, molekul Hidrogen agak tidak aktif, bergabung secara langsung hanya dengan bukan logam yang paling aktif (dengan fluorin, dan dalam cahaya juga dengan klorin). Walau bagaimanapun, apabila dipanaskan, ia bertindak balas dengan banyak unsur. Hidrogen Atom mempunyai aktiviti kimia yang meningkat berbanding hidrogen molekul. Hidrogen bergabung dengan oksigen untuk membentuk air:
H 2 + 1/2 O 2 \u003d H 2 O
dengan pembebasan 285.937 kJ / mol, iaitu 68.3174 kcal / mol haba (pada 25 ° C dan 1 atm). Pada suhu biasa, tindak balas berjalan dengan sangat perlahan, melebihi 550 ° C - dengan letupan. Had letupan campuran hidrogen-oksigen adalah (mengikut isipadu) dari 4 hingga 94% H 2, dan campuran hidrogen-udara - dari 4 hingga 74% H 2 (campuran 2 isipadu H 2 dan 1 isipadu O 2 dipanggil gas letupan). Hidrogen digunakan untuk mengurangkan banyak logam, kerana ia menghilangkan oksigen daripada oksidanya:
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O,
Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O, dsb.
Dengan halogen Hidrogen membentuk hidrogen halida, contohnya:
H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl.
Hidrogen meletup dengan fluorin (walaupun dalam gelap dan pada -252°C), bertindak balas dengan klorin dan bromin hanya apabila diterangi atau dipanaskan, dan dengan iodin hanya apabila dipanaskan. Hidrogen bertindak balas dengan nitrogen untuk membentuk ammonia:
ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3
hanya pada pemangkin dan pada suhu dan tekanan tinggi. Apabila dipanaskan, Hidrogen bertindak balas dengan kuat dengan sulfur:
H 2 + S \u003d H 2 S (hidrogen sulfida),
lebih sukar dengan selenium dan telurium. Hidrogen boleh bertindak balas dengan karbon tulen tanpa mangkin hanya pada suhu tinggi:
2H 2 + C (amorfus) = CH 4 (metana).
Hidrogen bertindak balas secara langsung dengan beberapa logam (alkali, alkali tanah dan lain-lain), membentuk hidrida:
H 2 + 2Li = 2LiH.
Kepentingan praktikal yang besar ialah tindak balas Hidrogen dengan karbon monoksida (II), di mana, bergantung pada suhu, tekanan, dan pemangkin, pelbagai sebatian organik terbentuk, contohnya, HCHO, CH 3 OH, dan lain-lain. Hidrokarbon tak tepu bertindak balas dengan Hidrogen menjadi tepu, contohnya:
C n H 2n + H 2 \u003d C n H 2n + 2.
Peranan hidrogen dan sebatiannya dalam kimia sangat hebat. Hidrogen menentukan sifat berasid yang dipanggil asid protik. Hidrogen cenderung membentuk ikatan hidrogen yang dipanggil dengan unsur-unsur tertentu, yang mempunyai pengaruh yang menentukan pada sifat-sifat banyak sebatian organik dan bukan organik.
Mendapatkan Hidrogen. Jenis utama bahan mentah untuk pengeluaran industri Hidrogen ialah gas mudah terbakar asli, gas ketuhar kok dan gas penapisan minyak. Hidrogen juga diperoleh daripada air secara elektrolisis (di tempat yang mempunyai elektrik yang murah). Kaedah yang paling penting untuk penghasilan Hidrogen daripada gas asli ialah interaksi pemangkin hidrokarbon, terutamanya metana, dengan wap air (penukaran):
CH 4 + H 2 O \u003d CO + ZH 2,
dan pengoksidaan tidak lengkap hidrokarbon oleh oksigen:
CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO + 2H 2
Karbon monoksida (II) yang terhasil juga tertakluk kepada penukaran:
CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2.
Hidrogen yang dihasilkan daripada gas asli adalah yang paling murah.
Hidrogen diasingkan daripada gas ketuhar kok dan gas penapisan dengan mengeluarkan baki komponen campuran gas, yang lebih mudah dicairkan daripada hidrogen, apabila penyejukan dalam. Elektrolisis air dijalankan dengan arus terus, melewatinya melalui larutan KOH atau NaOH (asid tidak digunakan untuk mengelakkan kakisan peralatan keluli). Hidrogen dihasilkan di makmal melalui elektrolisis air, serta oleh tindak balas antara zink dan asid hidroklorik. Walau bagaimanapun, lebih kerap mereka menggunakan hidrogen siap pakai dalam silinder.
Penggunaan Hidrogen. Hidrogen mula dihasilkan pada skala industri pada akhir abad ke-18 untuk mengisi belon. Pada masa ini, hidrogen digunakan secara meluas dalam industri kimia, terutamanya untuk pengeluaran ammonia. Pengguna hidrogen yang besar juga merupakan pengeluaran metil dan alkohol lain, petrol sintetik dan produk lain yang diperoleh melalui sintesis daripada hidrogen dan karbon monoksida (II). Hidrogen digunakan untuk penghidrogenan bahan api cecair pepejal dan berat, lemak dan lain-lain, untuk sintesis HCl, untuk rawatan hidro produk petroleum, dalam mengimpal dan memotong logam dengan nyalaan oksigen-hidrogen (suhu sehingga 2800 ° C) dan dalam kimpalan hidrogen atom (sehingga 4000 ° C) . Isotop hidrogen, deuterium dan tritium, telah menemui aplikasi yang sangat penting dalam kejuruteraan tenaga nuklear.
Fenol
Struktur
Kumpulan hidroksil dalam molekul sebatian organik boleh disambungkan terus ke nukleus aromatik, atau ia boleh dipisahkan daripadanya oleh satu atau lebih atom karbon. Ia boleh dijangka bahawa, bergantung pada ini, sifat bahan akan berbeza dengan ketara antara satu sama lain disebabkan oleh pengaruh bersama kumpulan atom (ingat salah satu peruntukan teori Butlerov). Sesungguhnya, sebatian organik yang mengandungi fenil C 6 H 5 aromatik - radikal yang terikat secara langsung kepada kumpulan hidroksil mempamerkan sifat istimewa yang berbeza daripada alkohol. Sebatian sedemikian dipanggil fenol.
Fenol - bahan organik yang molekulnya mengandungi radikal fenil yang dikaitkan dengan satu atau lebih kumpulan hidroksil.
Seperti alkohol, fenol dikelaskan mengikut keatoman, iaitu, mengikut bilangan kumpulan hidroksil. Fenol monoatomik mengandungi satu kumpulan hidroksil dalam molekul:
Terdapat poliatomik lain fenol mengandungi tiga atau lebih kumpulan hidroksil dalam gelang benzena.
Mari kita berkenalan dengan lebih terperinci dengan struktur dan sifat wakil paling mudah kelas ini - fenol C6H50H. Nama bahan ini membentuk asas untuk nama keseluruhan kelas - fenol.
Ciri-ciri fizikal
Bahan hablur tidak berwarna pepejal, tºpl = 43 °C, tº bp = °C, dengan ciri bau yang tajam. beracun. Fenol sedikit larut dalam air pada suhu bilik. Larutan berair fenol dipanggil asid karbolik. Ia menyebabkan melecur apabila terkena kulit, jadi fenol mesti dikendalikan dengan berhati-hati.
Struktur molekul fenol
Dalam molekul fenol, hidroksil terikat secara langsung kepada atom karbon nukleus aromatik benzena.
Mari kita ingat semula struktur kumpulan atom yang membentuk molekul fenol.
Cincin aromatik terdiri daripada enam atom karbon membentuk heksagon sekata kerana penghibridan sp 2 orbital elektron enam atom karbon. Atom-atom ini dihubungkan oleh ikatan-z. Elektron-p setiap atom karbon yang tidak mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan-st, bertindih pada sisi bertentangan satah ikatan z, membentuk dua bahagian daripada enam elektron tunggal P-awan yang menutupi keseluruhan gelang benzena (nukleus aromatik). Dalam molekul benzena C6H6, nukleus aromatik adalah simetri mutlak, satu elektronik P-awan sama rata meliputi gelang atom karbon di bawah dan di atas satah molekul (Rajah 24). Ikatan kovalen antara atom oksigen dan hidrogen radikal hidroksil adalah sangat kutub, awan elektron umum ikatan O-H dialihkan ke arah atom oksigen, di mana cas negatif separa timbul, dan pada atom hidrogen, cas positif separa. . Di samping itu, atom oksigen dalam kumpulan hidroksil mempunyai dua pasangan elektron yang tidak dikongsi hanya miliknya.
Dalam molekul fenol, radikal hidroksil berinteraksi dengan nukleus aromatik, manakala pasangan elektron tunggal atom oksigen berinteraksi dengan awan TC tunggal cincin benzena, membentuk satu sistem elektronik. Interaksi pasangan elektron tunggal dan awan ikatan-r sedemikian dipanggil konjugasi. Hasil daripada konjugasi pasangan elektron tunggal atom oksigen kumpulan hidroksi dengan sistem elektron cincin benzena, ketumpatan elektron pada atom oksigen berkurangan. Penurunan ini diimbangi oleh polarisasi yang lebih besar bagi ikatan О–Н, yang seterusnya, membawa kepada peningkatan dalam cas positif pada atom hidrogen. Oleh itu, hidrogen kumpulan hidroksil dalam molekul fenol mempunyai watak "berasid".
Adalah logik untuk mengandaikan bahawa konjugasi elektron cincin benzena dan kumpulan hidroksil mempengaruhi bukan sahaja sifatnya, tetapi juga kereaktifan cincin benzena.
Sebenarnya, seperti yang anda ingat, konjugasi pasangan tunggal atom oksigen dengan awan-n cincin benzena membawa kepada pengagihan semula ketumpatan elektron di dalamnya. Ia berkurangan pada atom karbon yang dikaitkan dengan kumpulan OH (pengaruh pasangan elektron atom oksigen mempengaruhi) dan meningkat pada atom karbon yang bersebelahan dengannya (iaitu, kedudukan 2 dan 6, atau kedudukan orto). Jelas sekali, peningkatan dalam ketumpatan elektron pada atom karbon cincin benzena ini membawa kepada penyetempatan (kepekatan) cas negatif pada mereka. Di bawah pengaruh cas ini, terdapat pengagihan semula ketumpatan elektron dalam nukleus aromatik - anjakannya daripada atom ke-3 dan ke-5 (.meta-kedudukan) kepada ke-4 (kedudukan orto). Proses ini boleh dinyatakan oleh skema:
Oleh itu, kehadiran radikal hidroksil dalam molekul fenol membawa kepada perubahan dalam awan-n cincin benzena, peningkatan ketumpatan elektron pada 2, 4 dan 6 atom karbon (kedudukan orto, dara) dan penurunan ketumpatan elektron pada atom karbon ke-3 dan ke-5 (kedudukan meta).
Penyetempatan ketumpatan elektron dalam kedudukan orto dan para menjadikan mereka kemungkinan besar diserang oleh zarah elektrofilik apabila berinteraksi dengan bahan lain.
Akibatnya, pengaruh radikal yang membentuk molekul fenol adalah bersama, dan ia menentukan sifat cirinya.
Sifat kimia fenol
Sifat asid
Seperti yang telah disebutkan, atom hidrogen kumpulan hidroksil fenol mempunyai sifat berasid. Sifat berasid fenol lebih ketara berbanding air dan alkohol. Tidak seperti alkohol dan air, fenol bertindak balas bukan sahaja dengan logam alkali, tetapi juga dengan alkali untuk membentuk fenolat.
Walau bagaimanapun, sifat berasid fenol adalah kurang ketara berbanding asid tak organik dan karboksilik. Jadi, sebagai contoh, sifat berasid fenol adalah lebih kurang 3000 kali lebih rendah daripada asid karbonik. Oleh itu, dengan menghantar karbon dioksida melalui larutan akueus natrium fenolat, fenol bebas boleh diasingkan:
Penambahan asid hidroklorik atau sulfurik kepada larutan akueus natrium fenolat juga membawa kepada pembentukan fenol.
Tindak balas kualitatif terhadap fenol
Fenol bertindak balas dengan besi(III) klorida untuk membentuk sebatian kompleks berwarna ungu terang.
Tindak balas ini memungkinkan untuk mengesannya walaupun dalam kuantiti yang sangat kecil. Fenol lain yang mengandungi satu atau lebih kumpulan hidroksil dalam gelang benzena juga memberikan warna biru-ungu terang apabila bertindak balas dengan besi(III) klorida.
Tindak balas cincin Benzene
Kehadiran substituen hidroksil sangat memudahkan perjalanan tindak balas penggantian elektrofilik dalam gelang benzena.
1. Pembrominasian fenol. Tidak seperti benzena, pembrominasian fenol tidak memerlukan penambahan mangkin (besi(III) bromida).
Selain itu, interaksi dengan fenol berjalan secara selektif (selektif): atom bromin diarahkan ke kedudukan orto dan para, menggantikan atom hidrogen yang terletak di sana. Selektiviti penggantian dijelaskan oleh ciri-ciri struktur elektronik molekul fenol yang dibincangkan di atas. Jadi, apabila fenol bertindak balas dengan air bromin, mendakan putih 2,4,6-tribromofenol terbentuk.
Tindak balas ini, serta tindak balas dengan besi(III) klorida, berfungsi untuk pengesanan kualitatif fenol.
2. Nitrasi fenol juga lebih mudah daripada nitrasi benzena. Tindak balas dengan asid nitrik cair berlaku pada suhu bilik. Akibatnya, campuran orto- dan para-isomer nitrofenol terbentuk: 
3. Penghidrogenan cincin aromatik fenol dengan kehadiran mangkin adalah mudah.
4. Polikondensasi fenol dengan aldehid, khususnya, dengan formaldehid, berlaku dengan pembentukan produk tindak balas - resin fenol-formaldehid dan polimer pepejal.
Interaksi fenol dengan formaldehid boleh diterangkan oleh skema: 
Anda mungkin perasan bahawa atom hidrogen "mudah alih" dipelihara dalam molekul dimer, yang bermaksud bahawa tindak balas boleh diteruskan dengan jumlah reagen yang mencukupi.
Tindak balas polikondensasi, iaitu, tindak balas mendapatkan polimer, meneruskan dengan pembebasan hasil sampingan berat molekul rendah (air), boleh diteruskan lagi (sehingga salah satu reagen dimakan sepenuhnya) dengan pembentukan makromolekul yang besar. Proses ini boleh diterangkan dengan persamaan keseluruhan: 
Pembentukan molekul linear berlaku pada suhu biasa. Menjalankan tindak balas ini apabila dipanaskan membawa kepada fakta bahawa produk yang dihasilkan mempunyai struktur bercabang, ia adalah pepejal dan tidak larut dalam air. Hasil daripada pemanasan resin fenol-formaldehid linear dengan lebihan aldehid, jisim plastik pepejal dengan sifat unik diperolehi. Polimer berdasarkan resin fenol-formaldehid digunakan untuk pembuatan varnis dan cat, produk plastik yang tahan terhadap pemanasan, penyejukan, air, alkali dan asid, mereka mempunyai sifat dielektrik yang tinggi. Polimer berasaskan resin fenol-formaldehid digunakan untuk membuat bahagian paling kritikal dan penting bagi peralatan elektrik, bekas unit kuasa dan bahagian mesin, asas polimer papan litar bercetak untuk peranti radio.
Pelekat berasaskan resin fenol-formaldehid mampu menyambungkan bahagian-bahagian pelbagai alam dengan pasti, mengekalkan kekuatan ikatan tertinggi dalam julat suhu yang sangat luas. Gam sedemikian digunakan untuk mengikat tapak logam lampu lampu pada mentol kaca. Kini telah menjadi jelas kepada anda mengapa fenol dan produk berasaskannya digunakan secara meluas (Skim 8).