Istoria descoperirii hidrogenului

Dacă este cel mai comun element chimic de pe Pământ, atunci hidrogenul este cel mai comun element din întregul Univers. Al nostru (și alte stele) este format din aproximativ jumătate de hidrogen, iar în ceea ce privește gazul interstelar, este format din 90% atomi de hidrogen. Acest element chimic ocupă, de asemenea, un loc semnificativ pe Pământ, deoarece împreună cu oxigenul face parte din apă, iar numele său „hidrogen” provine din două cuvinte grecești antice: „apă” și „născând”. Pe lângă apă, hidrogenul este prezent în majoritatea materie organicăși celulele, fără el, ca și fără oxigen, Viața însăși ar fi de neconceput.

Istoria descoperirii hidrogenului

Primul dintre oamenii de știință care a observat hidrogenul a fost marele alchimist și medic al Evului Mediu, Theophrastus Paracelsus. În experimentele sale alchimice, în speranța de a găsi „piatra filosofală”, prin amestecarea cu acizi, Paracelsus a obținut un gaz inflamabil necunoscut anterior. Adevărat, nu a fost niciodată posibil să se separe acest gaz de aer.

La doar un secol și jumătate după Paracelsus, chimistul francez Lemery a reușit să separe hidrogenul de aer și să-i demonstreze inflamabilitatea. Adevărat, Lemery nu și-a dat seama niciodată că gazul pe care l-a obținut este hidrogen pur. În paralel, omul de știință rus Lomonosov a fost, de asemenea, implicat în experimente chimice similare, dar adevărata descoperire în studiul hidrogenului a fost făcută de chimistul englez Henry Cavendish, care este considerat pe bună dreptate descoperitorul hidrogenului.

În 1766, Cavendish a reușit să obțină hidrogen pur, pe care l-a numit „aer combustibil”. Alți 20 de ani mai târziu, talentatul chimist francez Antoine Lavoisier a reușit să sintetizeze apă și să izoleze din ea acest „aer inflamabil” - hidrogen. Și apropo, Lavoisier a fost cel care i-a sugerat numele hidrogenului - „Hydrogenium”, cunoscut și sub numele de „hidrogen”.

Antoine Lavoisier cu soția sa, care l-a ajutat să efectueze experimente chimice, inclusiv sinteza hidrogenului.

În centrul aranjamentului elemente chimice V tabelul periodic Greutatea atomică a lui Mendeleev este calculată în raport cu greutatea atomică a hidrogenului. Adică, cu alte cuvinte, hidrogenul și greutatea sa atomică este piatra de temelie a tabelului periodic, punctul de sprijin pe baza căruia marele chimist și-a creat sistemul. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că hidrogenul ocupă un loc onorabil în tabelul periodic.

În plus, hidrogenul are următoarele caracteristici:

• Masa atomică a hidrogenului este de 1,00795.
• Hidrogenul are trei izotopi, fiecare având proprietăți individuale.
• Hidrogenul este un element ușor cu densitate scăzută.
• Hidrogenul are proprietăți reducătoare și oxidante.
• Când vine în contact cu metalele, hidrogenul acceptă electronii acestora și devine un agent oxidant. Astfel de compuși se numesc hidrați.

Hidrogenul este un gaz; molecula sa este formată din doi atomi.

Așa arată schematic o moleculă de hidrogen.

Hidrogenul molecular, format din astfel de molecule diatomice, explodează atunci când este adus la un chibrit arzând. În timpul unei explozii, o moleculă de hidrogen se descompune în atomi, care se transformă în nuclee de heliu. Este exact ceea ce se întâmplă cu Soarele și alte stele - din cauza dezintegrării constante a moleculelor de hidrogen, steaua noastră arde și ne încălzește cu căldura sa.

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Hidrogenul are următoarele proprietăți fizice:

• Punctul de fierbere al hidrogenului este de 252,76 °C;
• Și la o temperatură de 259,14 °C începe deja să se topească.
• Hidrogenul este ușor solubil în apă.
• Hidrogenul pur este o substanță explozivă și inflamabilă foarte periculoasă.
• Hidrogenul este de 14,5 ori mai ușor decât aerul.

Proprietățile chimice ale hidrogenului

Deoarece hidrogenul poate fi în situatii diferite Atât un agent oxidant, cât și un agent reducător, este folosit pentru a efectua reacții și sinteze.

Proprietățile oxidante ale hidrogenului interacționează cu metalele active (de obicei alcaline și alcalino-pământoase), rezultatul acestor interacțiuni este formarea de hidruri - compuși asemănătoare sărurilor. Cu toate acestea, hidrurile se formează și în timpul reacțiilor hidrogenului cu metalele slab active.

Proprietățile reducătoare ale hidrogenului au capacitatea de a reduce metalele la substanțe simple din oxizii lor, în industrie aceasta se numește hidrogenotermie.

Cum să obțineți hidrogen?

Printre mijloacele industriale de producere a hidrogenului se numără:

• gazificarea carbunelui,
• reformarea cu abur a metanului,
• electroliză.

În laborator, hidrogenul poate fi obținut:

• în timpul hidrolizei hidrururilor metalice,
• când metalele alcaline și alcalino-pământoase reacţionează cu apa,
• când acizii diluați interacționează cu metalele active.

Aplicații ale hidrogenului

Deoarece hidrogenul este de 14 ori mai ușor decât aerul, acesta vremurile de demult erau umplute cu baloaneși dirijabile. Dar, după o serie de dezastre care au avut loc cu dirijabilele, proiectanții au fost nevoiți să caute un înlocuitor pentru hidrogen (nu uitați, hidrogenul pur este o substanță explozivă, iar cea mai mică scânteie a fost suficientă pentru a provoca o explozie).

Explozia dirijabilului Hindenburg din 1937, cauza exploziei a fost tocmai aprinderea hidrogenului (din cauza unui scurtcircuit) pe care zbura această navă imensă.

Prin urmare, pentru similare aeronaveîn loc de hidrogen, au început să folosească heliu, care este, de asemenea, mai ușor decât aerul; obținerea heliului necesită mai multă muncă, dar nu este la fel de explozivă ca hidrogenul.

Hidrogenul este folosit și pentru curățare tipuri variate combustibili, în special cei pe bază de petrol și produse petroliere.

Hidrogen, video

Și în sfârșit, un videoclip educațional pe tema articolului nostru.

Caracteristicile elementelor s

Blocul de elemente s include 13 elemente, comune cărora este construirea unui nivel de energie extern în atomii lor de subnivelul s.

Deși hidrogenul și heliul sunt clasificate ca elemente s, datorită naturii specifice a proprietăților lor, acestea ar trebui luate în considerare separat. Hidrogenul, sodiul, potasiul, magneziul, calciul sunt elemente vitale.

Compușii elementelor s prezintă tipare generaleîn proprietăți, ceea ce se explică prin asemănarea structura electronica atomii lor. Toți electronii exteriori sunt electroni de valență și iau parte la formare legături chimice. De aceea gradul maxim oxidarea acestor elemente în compuşi este egală cu număr electroni în stratul exterior și este în consecință egal cu numărul grupului în care se află elementul. Starea de oxidare a metalelor cu elemente s este întotdeauna pozitivă. O altă caracteristică este că, după ce electronii stratului exterior sunt separați, rămâne un ion cu o înveliș de gaz nobil. Pe măsură ce numărul atomic al unui element sau al razei atomice crește, energia de ionizare scade (de la 5,39 eV y Li la 3,83 eV y Fr), iar activitatea de reducere a elementelor crește.

Marea majoritate a compușilor elementelor s sunt incolore (spre deosebire de compușii elementelor d), deoarece tranziția electronilor d de la niveluri scăzute de energie la niveluri mai mari de energie, ceea ce provoacă culoarea, este exclusă.

Compușii elementelor grupelor IA - IIA sunt săruri tipice; într-o soluție apoasă se disociază aproape complet în ioni și nu sunt supuși hidrolizei cationice (cu excepția sărurilor Be 2+ și Mg 2+).

hidrură de hidrogen covalent ionic

Complexarea nu este tipică pentru ionii elementului s. Complexele cristaline de s - elemente cu liganzi H 2 O-hidrati cristalini sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri, de exemplu: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-borax, KAl (SO 4) 2 12H 2 O-alum. Moleculele de apă din hidrații cristalini sunt grupate în jurul cationului, dar uneori înconjoară complet anionul. Datorită încărcăturii ionice mici și razei ionilor mari, metalele alcaline sunt cel mai puțin predispuse la formarea de complexe, inclusiv complexe acvatice. Ca agenți de complexare în compuși complecși Ionii de litiu, beriliu și magneziu au stabilitate scăzută.

Hidrogen. Proprietățile chimice ale hidrogenului

Hidrogenul este cel mai ușor element S. A lui configuratie electronicaîn starea fundamentală 1S 1. Un atom de hidrogen este format dintr-un proton și un electron. Particularitatea hidrogenului este că electronul său de valență este situat direct în sfera de acțiune nucleul atomic. Hidrogenul nu are un strat de electroni intermediar, astfel încât hidrogenul nu poate fi considerat un analog electronic al metalelor alcaline.

Ca și metalele alcaline, hidrogenul este un agent reducător și prezintă o stare de oxidare de + 1. Spectrele hidrogenului sunt similare cu spectrele metalelor alcaline. Ceea ce face ca hidrogenul să fie similar cu metalele alcaline este capacitatea sa de a produce un ion H + hidratat, încărcat pozitiv, în soluții.

Asemenea unui halogen, atomului de hidrogen îi lipsește un electron. Aceasta determină existența ionului H - hidrură.

În plus, ca și atomii de halogen, atomii de hidrogen sunt caracterizați printr-o energie de ionizare ridicată (1312 kJ/mol). Astfel, hidrogenul ocupă o poziție specială în Tabelul Periodic al Elementelor.

Hidrogenul este cel mai abundent element din univers, reprezentând până la jumătate din masa soarelui și a majorității stelelor.

Pe Soare și pe alte planete, hidrogenul se află în stare atomică, în mediul interstelar sub formă de molecule diatomice parțial ionizate.

Hidrogenul are trei izotopi; protiu 1 H, deuteriu 2 D și tritiu 3 T, iar tritiul este un izotop radioactiv.

Moleculele de hidrogen se disting prin rezistență ridicată și polarizabilitate scăzută, dimensiuni mici și masă redusă și au mobilitate ridicată. Prin urmare, hidrogenul are puncte de topire foarte scăzute (-259,2 o C) și puncte de fierbere (-252,8 o C). Datorită energiei mari de disociere (436 kJ/mol), dezintegrarea moleculelor în atomi are loc la temperaturi peste 2000 o C. Hidrogenul este un gaz incolor, inodor și insipid. Are o densitate scăzută - 8,99·10 -5 g/cm La presiuni foarte mari, hidrogenul se transformă în stare metalică. Se crede că pe planete îndepărtate sistem solar- Pe Jupiter si Saturn, hidrogenul este in stare metalica. Există o presupunere că compoziția miezului pământului include și hidrogenul metalic, unde se găsește la presiune ultra-înaltă creată de mantaua pământului.

Proprietăți chimice. La temperatura camerei, hidrogenul molecular reacționează numai cu fluor, când este iradiat cu lumină - cu clor și brom și când este încălzit cu O 2, S, Se, N 2, C, I 2.

Reacțiile hidrogenului cu oxigenul și halogenii au loc printr-un mecanism radical.

Interacțiunea cu clorul este un exemplu de reacție neramificată atunci când este iradiată cu lumină (activare fotochimică) sau când este încălzită (activare termică).

Сl+ H2 = HCl + H (dezvoltare în lanț)

H+ CI2 = HCI + CI

Explozia unui gaz detonant - un amestec hidrogen-oxigen - este un exemplu de proces cu lanț ramificat, când inițierea lanțului include nu una, ci mai multe etape:

H2 + O2 = 2OH

H+ O2 = OH+O

O+ H2 = OH+ H

OH + H2 = H2O + H

Un proces de explozie poate fi evitat dacă lucrați cu hidrogen pur.

Deoarece hidrogenul este caracterizat printr-o stare de oxidare pozitivă (+1) și negativă (-1), hidrogenul poate prezenta atât proprietăți reducătoare, cât și oxidante.

Proprietățile reducătoare ale hidrogenului se manifestă atunci când interacționează cu nemetale:

H2 (g) + CI2 (g) = 2HCI (g),

2H2 (g) + O2 (g) = 2H20 (g),

Aceste reacții continuă cu eliberarea cantitate mare căldură, care indică energia (rezistența) mare a legăturilor H-Cl, H-O. Prin urmare, hidrogenul prezintă proprietăți reducătoare față de mulți oxizi și halogenuri, de exemplu:

Aceasta este baza pentru utilizarea hidrogenului ca agent reducător pentru producerea de substanțe simple din oxizi de halogenură.

Un agent reducător și mai puternic este hidrogenul atomic. Se formează dintr-o descărcare de electroni moleculari în condiții de joasă presiune.

Hidrogenul are o activitate reducătoare mare în momentul eliberării în timpul interacțiunii unui metal cu un acid. Acest hidrogen reduce CrCl3 la CrCl2:

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^

Interacțiunea hidrogenului cu oxidul de azot (II) este importantă:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Folosit în sistemele de purificare pentru producerea acidului azotic.

Ca agent oxidant, hidrogenul interacționează cu metalele active:

În acest caz, hidrogenul se comportă ca un halogen, formându-se similar cu halogenurile hidruri.

Hidrururile elementelor s din grupa I au o structură ionică de tip NaCl. Din punct de vedere chimic, hidrurile ionice se comportă ca niște compuși bazici.

Hidrururile covalente includ hidruri de elemente nemetalice care sunt mai puțin electronegative decât hidrogenul însuși, de exemplu, hidruri cu compoziția SiH4, BH3, CH4. Prin natura chimică, hidrurile nemetalice sunt compuși acizi.

O trăsătură caracteristică a hidrolizei hidrurilor este eliberarea de hidrogen; reacția are loc printr-un mecanism redox.

Hidrură de bază

Hidrură acidă

Datorită eliberării hidrogenului, hidroliza are loc complet și ireversibil (?H<0, ?S>0). În acest caz, hidrurile bazice formează alcalii, iar hidrurile acide formează acid.

Potențialul standard al sistemului este B. Prin urmare, ionul H este un agent reducător puternic.

În laborator, hidrogenul este produs prin reacția zincului cu acid sulfuric 20% într-un aparat Kipp.

Zincul tehnic conține adesea impurități mici de arsen și antimoniu, care sunt reduse de hidrogen în momentul eliberării în gaze otrăvitoare: arsină SbH 3 și stabină SbH Acest hidrogen te poate otrăvi. Cu zincul chimic pur, reacția decurge lent din cauza supratensiunii și nu se poate obține un curent bun de hidrogen. Viteza acestei reacții este crescută prin adăugarea de cristale de sulfat de cupru; reacția este accelerată prin formarea unui cuplu galvanic Cu-Zn.

Hidrogenul mai pur se formează prin acțiunea alcalinei asupra siliciului sau aluminiului atunci când este încălzit:

În industrie, hidrogenul pur este produs prin electroliza apei care conțin electroliți (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2).

O cantitate mare de hidrogen este produsă ca produs secundar în timpul electrolizei unei soluții apoase de clorură de sodiu cu o diafragmă care separă spațiile catodice și anodice,

Cea mai mare cantitate de hidrogen se obține prin gazeificarea combustibilului solid (antracit) cu abur de apă supraîncălzită:

Sau prin conversia gazului natural (metan) cu abur supraîncălzit:

Amestecul rezultat (gaz de sinteză) este utilizat la producerea multor compuși organici. Randamentul de hidrogen poate fi crescut prin trecerea gazului de sinteză peste catalizator, care transformă CO în CO2.

Aplicație. O cantitate mare de hidrogen este consumată în sinteza amoniacului. Pentru a obține acid clorhidric și de acid clorhidric, pentru hidrogenarea grăsimilor vegetale, pentru recuperarea metalelor (Mo, W, Fe) din oxizi. Flacăra hidrogen-oxigen este utilizată pentru sudarea, tăierea și topirea metalelor.

Hidrogenul lichid este folosit ca combustibil pentru rachete. Combustibilul cu hidrogen este prietenos cu mediulși consumă mai multă energie decât benzina, așa că în viitor poate înlocui produsele petroliere. Deja, câteva sute de mașini din lume sunt alimentate cu hidrogen. Problemele energiei hidrogenului sunt legate de stocarea și transportul hidrogenului. Hidrogenul stocat în cisterne subterane în stare lichida sub o presiune de 100 atm. Transportul unor cantități mari de hidrogen lichid prezintă riscuri grave.

COLEGIUL DE TEHNOLOGIE ȘI PROIECTAREA INDUSTRIEI UȘOARE MINSK

Eseu

disciplina: Chimie

Subiect: „Hidrogen și compușii săi”

Pregătite de: Student anul I 343 grupe

Viskup Elena

Verificat: Alyabyeva N.V.

Minsk 2009

Structura atomului de hidrogen din tabelul periodic

Stări de oxidare

Prevalența în natură

Hidrogenul ca substanță simplă

Compuși cu hidrogen

Bibliografie

Structura atomului de hidrogen din tabelul periodic

Primul element al tabelului periodic (prima perioadă, numărul de serie 1). Nu are analogie completă cu alte elemente chimice și nu aparține niciunei grupe, prin urmare în tabele este plasat condiționat în grupa IA și/sau grupa VIIA.

Atomul de hidrogen este cel mai mic și mai ușor dintre atomii tuturor elementelor. Formula electronică a atomului este 1s 1. Forma obișnuită de existență a unui element în stare liberă este o moleculă diatomică.

Stări de oxidare

Atomul de hidrogen din compușii cu mai multe elemente electronegative prezintă o stare de oxidare de +1, de exemplu HF, H 2 O etc. Și în compușii cu hidruri metalice, starea de oxidare a atomului de hidrogen este -1, de exemplu NaH, CaH 2 etc. Are o valoare de electronegativitate intermediară între metalele tipice și nemetale. Capabil să reducă catalitic în solvenți organici, cum ar fi acidul acetic sau alcoolul, mulți compusi organici: compuși nesaturați la cei saturați, unii compuși de sodiu la amoniac sau amine.

Prevalența în natură

Hidrogenul natural este format din doi izotopi stabili - protiu 1 H, deuteriu 2 H și tritiu 3 H. Deuteriul este altfel desemnat ca D, iar tritiul ca T. Sunt posibile diferite combinații, de exemplu NT, HD, TD, H 2, D 2 , T2. Hidrogenul este mai frecvent în natură sub formă de diverși compuși cu sulf (H 2 S), oxigen (sub formă de apă), carbon, azot și clor. Mai rar sub formă de compuși cu fosfor, iod, brom și alte elemente. Face parte din toate organismele vegetale și animale, petrol, cărbuni fosili, gaze naturale, o serie de minerale și roci. În stare liberă, se găsește foarte rar în cantități mici - în gazele vulcanice și în produșii de descompunere ai reziduurilor organice. Hidrogenul este cel mai abundent element din Univers (aproximativ 75%). Este o componentă a Soarelui și a majorității stelelor, precum și a planetelor Jupiter și Saturn, care sunt compuse în principal din hidrogen. Pe unele planete, hidrogenul poate exista sub formă solidă.

Hidrogenul ca substanță simplă

O moleculă de hidrogen este formată din doi atomi legați printr-o legătură covalentă nepolară. Proprietăți fizice- gaz fara culoare si miros. Se răspândește mai repede decât alte gaze în spațiu, trece prin pori mici și, la temperaturi ridicate, pătrunde relativ ușor în oțel și alte materiale. Are conductivitate termică ridicată.

Proprietăți chimice. În stare normală la temperaturi scăzute, este inactiv; reacţionează cu fluorul şi clorul fără încălzire (în prezenţa luminii).

H2 + F22HF H2 +CI2hv 2HCI

Interacționează mai activ cu nemetale decât cu metalele.

Atunci când interacționează cu diferite substanțe, poate prezenta atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare.

Compuși cu hidrogen

Unul dintre compușii cu hidrogen este halogenii. Ele se formează atunci când hidrogenul se combină cu elemente din grupa VIIA. HF, HCl, HBr și HI sunt gaze incolore, foarte solubile în apă.

CI2 + H2OHCIO + HCI; HClO-apa clorata

Deoarece HBr și HI sunt agenți reducători tipici, ei nu pot fi obținuți printr-o reacție de schimb precum HCl.

CaF2 + H2S04 = CaS04 + 2HF

Apa este cel mai comun compus de hidrogen din natură.

2H2 + O2 = 2H2O

Nu are nici culoare, nici gust, nici miros. Un electrolit foarte slab, dar reacționează activ cu multe metale și nemetale, oxizi bazici și acizi.

2H2O + 2Na = 2NaOH + H2

H2O + BaO = Ba(OH)2

3H2O + P2O5 = 2H3PO4

Apa grea (D 2 O) este o varietate izotopică de apă. Solubilitatea substanțelor în apă grea este mult mai mică decât în ​​apa obișnuită. Apa grea este otrăvitoare deoarece încetinește procesele biologice în organismele vii. Se acumulează în reziduurile de electroliză în timpul electrolizei repetate a apei. Folosit ca lichid de răcire și moderator de neutroni în reactoare nucleare.

Hidrurile sunt interacțiunea hidrogenului cu metale (la temperaturi ridicate) sau nemetale mai puțin electronegative decât hidrogenul.

Si + 2H2 = SiH4

Hidrogenul însuși a fost descoperit în prima jumătate a secolului al XVI-lea. Paracelsus. În 1776, G. Cavendish a investigat pentru prima dată proprietățile sale, în 1783-1787, A. Lavoisier a arătat că hidrogenul face parte din apă, l-a inclus în lista elementelor chimice și a propus denumirea de „hidrogen”.

Bibliografie

1. M.B. Volovich, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L.Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S.V. Simonovich/Manualul școlarului/Moscova „AST-PRESS BOOK” 2003.

2. I.L. Knunyats / Enciclopedia chimică / „Enciclopedia sovietică” din Moscova 1988

3. I.E. Shimanovich / Chimie 11 / Minsk „Asveta Poporului” 2008

4. F. Cotton, J. Wilkinson/Modern Chimie anorganică/ Moscova „Pace” 1969

Schema de generalizare "HIDROGEN"

eu. Hidrogenul este un element chimic

a) Poziția în PSHE

• numărul de serie nr. 1
• perioada 1
• grupa I (subgrupa principală „A”)
• masa relativă Ar(H)=1
• Nume latin Hydrogenium (nașterea apei)

b) Prevalența hidrogenului în natură

Hidrogenul este un element chimic.	ÎN Scoarta terestra (litosferă și hidrosferă) – 1% din greutate (locul 10 la toate elementele)
	ATMOSFERA - 0,0001% din numărul de atomi
	Cel mai comun element din univers – 92% din toți atomii (principal componentă stele și gazul interstelar)

Hidrogenul este o substanță chimică element	În conexiuni	H2O - apă(11% din greutate)
		CH 4 – gaz metan(25% din greutate)
		Materie organică(ulei, gaze naturale inflamabile și altele) În organismele animale și vegetale(adică în compozitia proteinelor, acizi nucleici, grăsimi, carbohidrați și altele) În corpul umanîn medie conține aproximativ 7 kilograme de hidrogen.

c) Valenţa hidrogenului în compuşi

II. Hidrogenul este o substanță simplă (H2)

Chitanță

1. Laborator (aparatul Kipp) A) Interacțiunea metalelor cu acizii: Zn+ 2HCI = ZnCI2 + H2 sare B) Interacțiune metale active cu apă: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 baza

2. Industria · Electroliza apei e-mail actual 2H20 = 2H2 + O2 · Din gaze naturale t,Ni CH4 + 2H20=4H2 +CO2

Găsirea hidrogenului în natură.

Hidrogenul este larg răspândit în natură; conținutul său în scoarța terestră (litosferă și hidrosferă) este de 1% din masă și 16% din numărul de atomi. Hidrogenul face parte din cea mai comună substanță de pe Pământ - apa (11,19% din hidrogen în masă), în compoziția compușilor care formează cărbunele, petrolul, gazele naturale, argilele, precum și organismele animale și vegetale (adică în compoziția proteinelor, acizilor nucleici, grăsimilor, carbohidraților și altele). Hidrogenul este extrem de rar în stare liberă; se găsește în cantități mici în gazele vulcanice și alte gaze naturale. Cantități minore de hidrogen liber (0,0001% din numărul de atomi) sunt prezente în atmosferă. În spațiul apropiat al Pământului, hidrogenul sub forma unui flux de protoni formează centura de radiație internă („protoni”) a Pământului. În spațiu, hidrogenul este cel mai abundent element. Sub formă de plasmă, reprezintă aproximativ jumătate din masa Soarelui și a majorității stelelor, cea mai mare parte a gazelor din mediul interstelar și a nebuloaselor gazoase. Hidrogenul este prezent în atmosfera unui număr de planete și în comete sub formă de H2 liber, metan CH4, amoniac NH3, apă H2O și radicali. Sub forma unui flux de protoni, hidrogenul face parte din radiația corpusculară a Soarelui și razele cosmice.

Există trei izotopi ai hidrogenului:
a) hidrogen ușor - protiu,
b) hidrogen greu – deuteriu (D),
c) hidrogen supergreu – tritiu (T).

Tritiul este un izotop instabil (radioactiv), deci practic nu se găsește niciodată în natură. Deuteriul este stabil, dar este foarte mic: 0,015% (din masa întregului hidrogen terestru).

Valenta hidrogenului in compusi

În compuși, hidrogenul prezintă valență eu.

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Substanța simplă hidrogen (H 2) este un gaz, mai ușor decât aerul, incolor, inodor, insipid, punct de fierbere = – 253 0 C, hidrogenul este insolubil în apă, inflamabil. Hidrogenul poate fi colectat prin deplasarea aerului dintr-o eprubetă sau apă. În acest caz, eprubeta trebuie întoarsă cu susul în jos.

Producția de hidrogen

În laborator, hidrogenul este produs ca rezultat al reacției

Zn + H2S04 = ZnS04 + H2.

În loc de zinc, puteți folosi fier, aluminiu și alte metale, iar în loc de acid sulfuric, puteți folosi alți acizi diluați. Hidrogenul rezultat este colectat într-o eprubetă prin deplasarea apei (vezi Fig. 10.2 b) sau pur și simplu într-un balon răsturnat (Fig. 10.2 a).

În industrie, hidrogenul este produs în cantități mari din gazul natural (în principal metan) prin reacția acestuia cu vaporii de apă la 800 °C în prezența unui catalizator de nichel:

CH4 + 2H2O = 4H2 +CO2 (t, Ni)

sau tratați cărbunele la temperatură ridicată cu vapori de apă:

2H2O + C = 2H2 + CO2. (t)

Hidrogenul pur se obține din apă prin descompunerea acesteia soc electric(supus electrolizei):

2H2O = 2H2 + O2 (electroliza).

Hidrogenul H este cel mai comun element din Univers (aproximativ 75% din masă), iar pe Pământ este al nouălea cel mai abundent. Cel mai important compus natural de hidrogen este apa.
Hidrogenul ocupă primul loc în tabelul periodic (Z = 1). Are cea mai simplă structură atomică: nucleul atomului este 1 proton, înconjurat de nor de electroni format din 1 electron.
În unele condiții, hidrogenul prezintă proprietăți metalice (donează un electron), în timp ce în altele prezintă proprietăți nemetalice (acceptă un electron).
Izotopii de hidrogen găsiți în natură sunt: ​​1H - proțiu (nucleul este format dintr-un proton), 2H - deuteriu (D - nucleul este format dintr-un proton și un neutron), 3H - tritiu (T - nucleul este format dintr-un proton și doi neutroni).

Substanță simplă hidrogen

O moleculă de hidrogen este formată din doi atomi legați printr-o legătură covalentă nepolară.
Proprietăți fizice. Hidrogenul este un gaz incolor, inodor, fără gust, netoxic. Molecula de hidrogen nu este polară. Prin urmare, forțele interacțiunii intermoleculare în hidrogenul gazos sunt mici. Aceasta se manifestă în puncte de fierbere scăzute (-252,6 0C) și puncte de topire (-259,2 0C).
Hidrogenul este mai ușor decât aerul, D (pe aer) = 0,069; ușor solubil în apă (2 volume de H2 se dizolvă în 100 de volume de H2O). Prin urmare, hidrogenul, atunci când este produs în laborator, poate fi colectat prin metode de deplasare a aerului sau a apei.

Producția de hidrogen

In laborator:

1. Efectul acizilor diluați asupra metalelor:
Zn +2HCI → ZnCI2 +H2

2. Interacțiunea dintre alcaline și metale cu apă:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2

3. Hidroliza hidrurilor: hidrurile metalice sunt ușor descompuse de apă pentru a forma alcalii și hidrogenul corespunzător:
NaH +H2O → NaOH +H2
CaH2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2

4. Efectul alcaliilor asupra zincului, aluminiului sau siliciului:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na +3H2
Zn +2KOH +2H2O → K2 +H2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Electroliza apei. Pentru a crește conductivitatea electrică a apei, i se adaugă un electrolit, de exemplu NaOH, H2SO4 sau Na2SO4. La catod se formează 2 volume de hidrogen și 1 volum de oxigen la anod.
2H2O → 2H2 +O2

Producția industrială de hidrogen

1. Conversia metanului cu abur, Ni 800 °C (cel mai ieftin):
CH4 + H2O → CO + 3H2
CO + H2O → CO2 + H2

In total:
CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2

2. Vapori de apă prin cocs fierbinte la 1000 o C:
C + H2O → CO + H2
CO +H2O → CO2 + H2

Monoxidul de carbon (IV) rezultat este absorbit de apă și 50% din hidrogenul industrial este produs în acest fel.

3. Prin încălzirea metanului la 350°C în prezența unui catalizator de fier sau nichel:
CH4 → C + 2H2

4. Electroliza solutii apoase KCl sau NaCl ca produs secundar:
2H2O + 2NaCI → CI2 + H2 + 2NaOH

Proprietățile chimice ale hidrogenului

• În compuși, hidrogenul este întotdeauna monovalent. Se caracterizează printr-o stare de oxidare de +1, dar în hidrurile metalice este egală cu -1.
• Molecula de hidrogen este formată din doi atomi. Apariția unei conexiuni între ele se explică prin formarea unei perechi generalizate de electroni H:H sau H 2
• Datorită acestei generalizări a electronilor, molecula de H 2 este mai stabilă energetic decât atomii săi individuali. Pentru a rupe 1 mol de molecule de hidrogen în atomi, este necesar să consumați 436 kJ de energie: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
• Aceasta explică activitatea relativ scăzută a hidrogenului molecular la temperaturi obișnuite.
• Cu multe nemetale, hidrogenul formează compuși gazoși precum RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Formează halogenuri de hidrogen cu halogeni:
H2 + CI2 → 2HCI.
În același timp, explodează cu fluor, reacționează cu clorul și bromul doar când este iluminat sau încălzit și cu iod doar când este încălzit.

2) Cu oxigen:
2H2 + O2 → 2H2O
cu degajare de căldură. La temperaturi normale reacția decurge lent, peste 550°C explodează. Un amestec de 2 volume de H 2 și 1 volum de O 2 se numește gaz detonant.

3) Când este încălzit, reacționează energic cu sulful (mult mai dificil cu seleniul și telurul):
H2 + S → H2S (hidrogen sulfurat),

4) Cu azot cu formare de amoniac numai pe catalizator și la temperaturi și presiuni ridicate:
ZN2 + N2 → 2NH3

5) Cu carbon la temperaturi ridicate:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Formează hidruri cu metale alcaline și alcalino-pământoase (hidrogenul este un agent oxidant):
H2 + 2Li → 2LiH
în hidrurile metalice, ionul de hidrogen este încărcat negativ (starea de oxidare -1), adică hidrură de Na + H - construită similar cu clorura de Na + Cl -

Cu substanțe complexe:

7) Cu oxizi metalici (utilizați pentru reducerea metalelor):
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

8) cu monoxid de carbon (II):
CO + 2H2 → CH3OH
Sinteza - gazul (un amestec de hidrogen și monoxid de carbon) are o importanță practică importantă, deoarece în funcție de temperatură, presiune și catalizator, se formează diverși compuși organici, de exemplu HCHO, CH 3 OH și alții.

9) Hidrocarburile nesaturate reacţionează cu hidrogenul, devenind saturate:
CnH2n + H2 → CnH2n+2.