Proprietățile hidrogenului și tabelul de aplicare a acestuia. Hidrogen. Proprietăți, obținere, aplicare. Referință istorică. Fiind în natură

Schema generală „HIDROGEN”

a) Poziția în RESP

• numărul de serie №1
• perioada 1
• grupa I (subgrupul principal "A")
• masa relativă Ar(H)=1
• Nume latin Hydrogenium (nașterea apei)

b) Prevalența hidrogenului în natură

c) Valenţa hidrogenului în compuşi

II. Hidrogenul este o substanță simplă (H2)

chitanta

Găsirea hidrogenului în natură.

Hidrogenul este larg distribuit 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% hidrogen în masă), în compușii care formează cărbunele, petrolul, gazele naturale, argila, precum și organismele animale și vegetale (adică în compoziția proteine, acizi nucleici, grăsimi, carbohidrați etc.). Hidrogenul este extrem de rar în stare liberă; se găsește în cantități mici în gazele vulcanice și alte gaze naturale. În atmosferă sunt prezente cantități neglijabile de hidrogen liber (0,0001% din numărul de atomi). În spațiul apropiat al Pământului, hidrogenul sub formă de flux de protoni formează centura de radiații internă ("protoni") a Pământului. Hidrogenul este cel mai abundent element din spațiu. 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 H 2 liber, metan CH 4 , amoniac NH 3 , apă H 2 O 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 în natură. Deuteriul este stabil, dar este foarte mic: 0,015% (din masa întregului hidrogen terestru).

Valența hidrogenului în compuși

În compuși, hidrogenul prezintă valență eu.

Proprietățile fizice ale hidrogenului

O substanță simplă hidrogenul (H 2) este un gaz, mai ușor decât aerul, incolor, inodor, fără gust, t kip \u003d - 253 0 C, hidrogenul este insolubil în apă, combustibil. Hidrogenul poate fi colectat prin deplasarea aerului dintr-o eprubetă sau apă. În acest caz, tubul trebuie răsturnat cu susul în jos.

Obținerea de hidrogen

În laborator, hidrogenul este produs prin reacție

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

Fierul, aluminiul și alte metale pot fi folosite în loc de zinc și alți acizi diluați pot fi folosiți în loc de acid sulfuric. Hidrogenul rezultat este colectat într-o eprubetă prin metoda deplasării apei (vezi Fig. 10.2 b) sau pur și simplu într-un balon răsturnat (Fig. 10.2 a).

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

CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 (t, Ni)

sau tratat la temperatură ridicată cu cărbune vapori de apă:

2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2. (t)

Hidrogenul pur se obține din apă prin descompunerea acesteia cu un curent electric (supus electrolizei):

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (electroliza).

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

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

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

În 1787, Lavoisier a sugerat că gazul studiat era o substanță simplăși, în consecință, se referă la numărul de elemente chimice primare. El a numit-o hidrogen (din cuvintele grecești hydor - apă + gennao - eu nasc), adică „născând apă”.

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

Proprietăți fizice

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

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

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

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

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

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

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

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

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

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

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O etc.

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

H2 + CI2 = 2HCI.

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

ZN2 + N2 = 2NH3.

Când este încălzit, hidrogenul reacţionează activ cu sulful:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfurat),

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

2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metan).

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

Н₂ + 2Li = 2LiH.

important valoare practică au interacțiuni de hidrogen și monoxid de carbon (II). În acest caz, în funcție de presiune, temperatură și catalizator, se formează diverși compuși organici: HCHO, CH₃OH etc. Hidrocarburile nesaturate se transformă în saturate în timpul reacției, de exemplu:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

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

Obținerea de hidrogen

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

CH4 + H20 = CO + ZH2.

Oxidarea incompletă a hidrocarburilor cu oxigen:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Monoxidul de carbon sintetizat (II) suferă conversie:

CO + H2O = CO2 + H2.

Hidrogenul produs din gaze naturale este cel mai ieftin.

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

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

Acest material a început să fie obținut industrial la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Apoi a fost folosit pentru umplere baloane. Pe acest moment hidrogenul este utilizat pe scară largă în industrie, în special în industria chimică, pentru producerea de amoniac.

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

Rolul biologic al hidrogenului

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

Acest material joacă un rol decisiv: în menținerea structurii spațiale a proteinelor (cuaternare), în implementarea principiului complementarității acizilor nucleici (adică în implementarea și stocarea). informația genetică), în general în „recunoaștere” la nivel molecular.

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

DEFINIȚIE

Hidrogen- primul element al Sistemului periodic de elemente chimice din D.I. Mendeleev. Simbolul este N.

Masa atomică - 1 a.m.u. Molecula de hidrogen este diatomică - H 2.

Configurația electronică a atomului de hidrogen este 1s 1. Hidrogenul aparține familiei elementelor s. În compușii săi, prezintă stări de oxidare -1, 0, +1. Hidrogenul natural este format din doi izotopi stabili - protiu 1 H (99,98%) și deuteriu 2 H (D) (0,015%) - și un izotop radioactiv de tritiu 3 H (T) (urme, timp de înjumătățire - 12,5 ani) .

Proprietățile chimice ale hidrogenului

În condiții normale, hidrogenul molecular prezintă o reactivitate relativ scăzută, care se explică prin puterea mare a legăturii din moleculă. Când este încălzit, interacționează cu aproape toate substanțele simple formate din elementele principalelor subgrupe (cu excepția gazelor nobile, B, Si, P, Al). ÎN reacții chimice poate acționa atât ca agent reducător (mai des) cât și ca agent oxidant (mai rar).

Hidrogenul se manifestă proprietățile agentului reducător(H 2 0 -2e → 2H +) în următoarele reacții:

1. Reacții de interacțiune cu substanțe simple - nemetale. Hidrogenul reacţionează cu halogeni, mai mult, reacția de interacțiune cu fluorul în condiții normale, pe întuneric, cu o explozie, cu clor - sub iluminare (sau iradiere UV) printr-un mecanism în lanț, cu brom și iod numai la încălzire; oxigen(un amestec de oxigen și hidrogen într-un raport de volum de 2:1 se numește „gaz exploziv”), gri, azotȘi carbon:

H 2 + Hal 2 \u003d 2HHal;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S \u003d H 2 S (t \u003d 150 - 300C);

3H2 + N2↔ 2NH3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H2 + C ↔ CH4 (t, p, kat).

2. Reacții de interacțiune cu substanțe complexe. Hidrogenul reacţionează cu oxizi ai metalelor slab active, și este capabil să reducă numai metalele care se află în seria de activitate din dreapta zincului:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O (t);

WO3 + 3H2 \u003d W + 3H2O (t).

Hidrogenul reacţionează cu oxizi nemetalici:

H2 + CO2 ↔ CO + H20 (t);

2H2 + CO ↔ CH3OH (t = 300C, p = 250 - 300 atm., kat = ZnO, Cr203).

Hidrogenul intră în reacții de hidrogenare cu compuși organici din clasa cicloalcanilor, alchenelor, arenelor, aldehidelor și cetonelor etc. Toate aceste reacții se desfășoară sub încălzire, sub presiune, platina sau nichelul este folosit ca catalizatori:

CH2 \u003d CH2 + H2 ↔ CH3-CH3;

C6H6 + 3H2↔ C6H12;

C3H6 + H2↔ C3H8;

CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

CH3-CO-CH3 + H2↔ CH3-CH(OH)-CH3.

Hidrogen ca agent oxidant(H 2 + 2e → 2H -) acţionează în reacţii cu metale alcaline şi alcalino-pământoase. În acest caz, se formează hidruri - compuși ionici cristalini în care hidrogenul prezintă o stare de oxidare de -1.

2Na + H2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H2 ↔ CaH2 (t, p).

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Hidrogenul este un gaz ușor incolor, inodor, cu densitate la n.o. - 0,09 g/l, de 14,5 ori mai ușor decât aerul, t balot = -252,8C, t pl = -259,2C. Hidrogenul este slab solubil în apă și solvenți organici, este foarte solubil în unele metale: nichel, paladiu, platină.

Conform cosmochimiei moderne, hidrogenul este cel mai abundent element din univers. Principala formă de existență a hidrogenului în spațiul cosmic sunt atomi individuali. Hidrogenul este al 9-lea element cel mai abundent de pe Pământ. Cantitatea principală de hidrogen de pe Pământ se află într-o stare legată - în compoziția apei, petrolului, gazelor naturale, cărbunelui etc. Sub forma unei substanțe simple, hidrogenul se găsește rar - în compoziția gazelor vulcanice.

Obținerea de hidrogen

Există metode de laborator și industriale pentru producerea hidrogenului. Metodele de laborator includ interacțiunea metalelor cu acizi (1), precum și interacțiunea aluminiului cu soluții apoase de alcali (2). Printre metodele industriale de producere a hidrogenului, electroliza joacă un rol important. solutii apoase alcalii și săruri (3) și conversia metanului (4):

Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na +3H2 (2);

2NaCI + 2H20 = H2 + CI2 + 2NaOH (3);

CH4 + H2O ↔ CO + H2 (4).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Să aruncăm o privire la ce este hidrogenul. Proprietăți chimice iar producția acestui nemetal este studiată în cursul de chimie anorganică la școală. Acesta este elementul care conduce sistemul periodic al lui Mendeleev și, prin urmare, merită o descriere detaliată.

Informații scurte despre deschiderea unui element

Înainte de a lua în considerare proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului, să aflăm cum a fost găsit acest element important.

Chimiștii care au lucrat în secolele al XVI-lea și al XVII-lea au menționat în repetate rânduri în scrierile lor gazul combustibil care se eliberează atunci când acizii sunt expuși la metale active. În a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, G. Cavendish a reușit să colecteze și să analizeze acest gaz, dându-i denumirea de „gaz combustibil”.

Proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului nu au fost studiate la acea vreme. Abia la sfârşitul secolului al XVIII-lea, A. Lavoisier a reuşit să stabilească prin analiză că acest gaz poate fi obţinut prin analiza apei. Puțin mai târziu, a început să numească noul element hidrogen, care înseamnă „a naște apă”. Hidrogenul își datorează numele modern rusesc lui M.F. Solovyov.

Fiind în natură

Proprietățile chimice ale hidrogenului pot fi analizate doar pe baza abundenței sale în natură. Acest element este prezent în hidro- și litosferă și face parte și din minerale: gaze naturale și asociate, turbă, petrol, cărbune, șisturi bituminoase. Este greu de imaginat un adult care nu ar ști că hidrogenul este o parte integrantă a apei.

În plus, acest nemetal se găsește în organismele animale sub formă de acizi nucleici, proteine, carbohidrați și grăsimi. Pe planeta noastră, acest element se găsește în formă liberă destul de rar, poate doar în gazele naturale și vulcanice.

Sub formă de plasmă, hidrogenul reprezintă aproximativ jumătate din masa stelelor și a Soarelui și face, de asemenea, parte din gazul interstelar. De exemplu, sub formă liberă, precum și sub formă de metan, amoniac, acest nemetal este prezent în comete și chiar în unele planete.

Proprietăți fizice

Înainte de a lua în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului, observăm că în condiții normale este o substanță gazoasă mai ușoară decât aerul, având mai multe forme izotopice. Este aproape insolubil în apă și are o conductivitate termică ridicată. Protium, care are un număr de masă de 1, este considerată forma sa cea mai ușoară. Tritiul, care are proprietăți radioactive, se formează în natură din azotul atmosferic atunci când neuronii îl expun la razele UV.

Caracteristicile structurii moleculei

Pentru a lua în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului, reacțiile caracteristice acestuia, să ne oprim asupra caracteristicilor structurii sale. Această moleculă diatomică are o legătură chimică covalentă nepolară. Formarea hidrogenului atomic este posibilă atunci când metalele active interacționează cu soluțiile acide. Dar în această formă, acest nemetal este capabil să existe doar pentru o perioadă de timp nesemnificativă, aproape imediat se recombină într-o formă moleculară.

Proprietăți chimice

Luați în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului. În majoritatea compușilor pe care îi formează acest element chimic, acesta prezintă o stare de oxidare de +1, ceea ce îl face similar cu metalele active (alcaline). Principalele proprietăți chimice ale hidrogenului, care îl caracterizează ca metal:

• interacțiunea cu oxigenul pentru a forma apă;
• reacție cu halogeni, însoțită de formarea de halogenuri de hidrogen;
• producerea de hidrogen sulfurat atunci când este combinată cu sulf.

Mai jos este ecuația reacției care caracterizează proprietățile chimice ale hidrogenului. Atragem atenția asupra faptului că, în calitate de nemetal (cu o stare de oxidare de -1), acționează numai în reacția cu metalele active, formând cu acestea hidrurile corespunzătoare.

Hidrogenul la temperatura obișnuită nu interacționează activ cu alte substanțe, astfel încât majoritatea reacțiilor sunt efectuate numai după preîncălzire.

Să ne oprim mai în detaliu asupra unor interacțiuni chimice ale elementului care conduce sistemul periodic de elemente chimice al lui Mendeleev.

Reacția de formare a apei este însoțită de eliberarea a 285,937 kJ de energie. La temperaturi ridicate (mai mult de 550 de grade Celsius), acest proces este însoțit de o explozie puternică.

Printre acele proprietăți chimice ale hidrogenului gazos care și-au găsit aplicații semnificative în industrie, este de interes interacțiunea acestuia cu oxizii metalici. Tocmai prin hidrogenarea catalitică în industria modernă sunt procesați oxizii metalici, de exemplu, metalul pur este izolat din sol de fier (oxid de fier mixt). Această metodă permite prelucrarea eficientă a fierului vechi.

Sinteza amoniacului, care implică interacțiunea hidrogenului cu azotul atmosferic, este, de asemenea, solicitată în industria chimică modernă. Printre condițiile pentru apariția acestei interacțiuni chimice, notăm presiunea și temperatura.

Concluzie

Hidrogenul este inactiv chimic in conditii normale. Pe măsură ce temperatura crește, activitatea sa crește semnificativ. Această substanță este solicitată în sinteza organică. De exemplu, prin hidrogenare, cetonele pot fi reduse la alcooli secundari, iar aldehidele pot fi transformate în alcooli primari. În plus, prin hidrogenare, hidrocarburile nesaturate din clasele etilenă și acetilenă pot fi transformate în compuși saturați din seria metanului. Hidrogenul este considerat pe bună dreptate o substanță simplă solicitată în producția chimică modernă.

Începând să luăm în considerare proprietățile chimice și fizice ale hidrogenului, trebuie remarcat faptul că, în starea obișnuită, acest element chimic este în formă gazoasă. Hidrogenul gazos incolor este inodor și fără gust. Pentru prima dată, acest element chimic a fost numit hidrogen după ce omul de știință A. Lavoisier a efectuat experimente cu apă, în conformitate cu rezultatele cărora, stiinta mondiala Am aflat că apa este un lichid multicomponent, care include Hidrogen. Acest eveniment a avut loc în 1787, dar cu mult înainte de această dată, hidrogenul era cunoscut oamenilor de știință sub numele de „gaz combustibil”.

Hidrogenul în natură

Potrivit oamenilor de știință, hidrogenul se găsește în scoarța terestră și în apă (aproximativ 11,2% din volumul total de apă). Acest gaz face parte din multe minerale pe care omenirea le-a extras din intestinele pământului de secole. În parte, proprietățile hidrogenului sunt caracteristice petrolului, gazelor naturale și argilei, pentru organismele animale și vegetale. Dar în forma sa pură, adică necombinat cu alte elemente chimice ale tabelului periodic, acest gaz este extrem de rar în natură. Acest gaz poate scăpa la suprafața pământului în timpul erupțiilor vulcanice. Hidrogenul liber este prezent în urme în atmosferă.

Proprietățile chimice ale hidrogenului

Deoarece proprietățile chimice ale hidrogenului nu sunt uniforme, acest element chimic aparține atât grupului I al sistemului Mendeleev, cât și grupului VII al sistemului. Fiind un reprezentant al primului grup, hidrogenul este, de fapt, un metal alcalin, care are o stare de oxidare de +1 în majoritatea compușilor în care este inclus. Aceeași valență este caracteristică sodiului și altor metale alcaline. Având în vedere aceste proprietăți chimice, hidrogenul este considerat a fi un element similar acestor metale.

Dacă vorbim despre hidruri metalice, atunci ionul de hidrogen are o valență negativă - starea sa de oxidare este -1. Na + H- este construit în același mod ca clorura Na + Cl-. Acest fapt este motivul atribuirii hidrogenului grupei VII a sistemului Mendeleev. Hidrogenul, aflându-se în stare de moleculă, cu condiția să fie într-un mediu obișnuit, este inactiv și se poate combina doar cu nemetale care sunt mai active pentru acesta. Astfel de metale includ fluorul, în prezența luminii, hidrogenul se combină cu clorul. Dacă hidrogenul este încălzit, acesta devine mai activ, reacționând cu multe elemente. sistem periodic Mendeleev.

Hidrogenul atomic prezintă mai multe proprietăți chimice active decât hidrogenul molecular. Moleculele de oxigen formează apă - H2 + 1/2O2 = H2O. Când hidrogenul interacționează cu halogenii, se formează halogenuri de hidrogen H2 + Cl2 = 2HCl, iar hidrogenul intră în această reacție în absența luminii și la temperaturi negative suficient de ridicate - până la - 252 ° C. Proprietățile chimice ale hidrogenului fac posibilă utilizarea acestuia pentru reducerea multor metale, deoarece, atunci când reacţionează, hidrogenul absoarbe oxigenul din oxizii metalici, de exemplu, CuO + H2 = Cu + H2O. Hidrogenul este implicat în formarea amoniacului, interacționând cu azotul în reacția 3H2 + N2 = 2NH3, dar cu condiția ca un catalizator să fie folosit, iar temperatura și presiunea să fie crescute.

O reacție energetică are loc atunci când hidrogenul interacționează cu sulful în reacția H2 + S = H2S, din care rezultă hidrogen sulfurat. Interacțiunea hidrogenului cu telurul și seleniul este puțin mai puțin activă. Dacă nu există catalizator, atunci acesta reacționează cu carbon pur, hidrogen numai cu condiția să se creeze temperaturi ridicate. 2H2 + C (amorf) = CH4 (metan). În procesul de activitate a hidrogenului cu unele metale alcaline și alte metale, se obțin hidruri, de exemplu, H2 + 2Li = 2LiH.

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Hidrogenul este foarte substanță chimică ușoară substanţă. Cel puțin, oamenii de știință susțin că în acest moment nu există o substanță mai ușoară decât hidrogenul. Masa sa este de 14,4 ori mai ușoară decât aerul, densitatea sa este de 0,0899 g/l la 0°C. La temperaturi de -259,1 ° C, hidrogenul este capabil să se topească - aceasta este o temperatură foarte critică, care nu este tipică pentru transformarea majorității. compuși chimici de la o stare la alta. Doar un astfel de element precum heliul depășește proprietățile fizice ale hidrogenului în acest sens. Lichefierea hidrogenului este dificilă, deoarece temperatura sa critică este (-240°C). Hidrogenul este cel mai mare transfer de căldură dintre toate, cunoscută omenirii. Toate proprietățile descrise mai sus sunt cele mai semnificative proprietăți fizice hidrogen, care sunt folosite de om în scopuri specifice. De asemenea, aceste proprietăți sunt cele mai relevante pentru știința modernă.