الخواص الفيزيائية والكيميائية، التحضير. هيدروجين

مجهول

1. الهيدروجين. الخصائص العامة الهيدروجين H هو العنصر الأول في الجدول الدوري، وهو العنصر الأكثر شيوعاً في الكون (92%)؛ في القشرة الأرضية تبلغ نسبة كتلة الهيدروجين 1٪ فقط. تم عزله لأول مرة في شكله النقي بواسطة ج. كافنديش في عام 1766. وفي عام 1787. أثبت أ. لافوازييه أن الهيدروجين عنصر كيميائي. تتكون ذرة الهيدروجين من نواة وإلكترون واحد. التكوين الإلكتروني - 1S1. جزيء الهيدروجين ثنائي الذرة. الرابطة تساهمية غير قطبية. نصف القطر الذري - (0.08 نانومتر)؛ إمكانية التأين (PI) - (13.6 فولت)؛ السالبية الكهربية (EO) - (2.1) ؛ حالة الأكسدة - (-1؛ +1). 2. أمثلة على المركبات التي تحتوي على هيدروجين HCL، H2O،H2S04، إلخ.

مجهول

في هذه المهمة تحتاج إلى إعطاء وصف عام لعنصر الهيدروجين.

كيفية إكمال هذه المهمة

• أكتب موقع عنصر الهيدروجين في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية؛
• وصف هذا العنصر الكيميائي؛
• اكتب المركبات التي تحتوي على الهيدروجين.

الهيدروجين هو المركب التالي

هيدروجين - هو العنصر الأول في الجدول الدوري للعناصر، ويرمز له بالرمز ح. ويوجد هذا العنصر في المجموعة الأولى من المجموعة الفرعية الرئيسية، وكذلك المجموعة السابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية في الفترة الصغيرة الأولى.

نظرًا لكتلته الذرية الصغيرة جدًا، يعتبر الهيدروجين أخف العناصر. بالإضافة إلى ذلك، كثافته منخفضة جدًا أيضًا، لذا فهو أيضًا معيار للخفة. لذلك، على سبيل المثال، تميل فقاعات الصابون المملوءة بالهيدروجين إلى الارتفاع في الهواء.

إنها المادة الأكثر شيوعًا على كوكبنا وخارجه. بعد كل شيء، يتكون كل الفضاء بين النجوم والنجوم تقريبًا من هذا المركب على وجه التحديد.

هناك عدة أنواع رئيسية من المركبات التي تحتوي على الهيدروجين

• هاليدات الهيدروجين: مثل HCl، HI، HF وغيرها. أي أن له الصيغة العامة HHal.
• مركبات الهيدروجين المتطايرة من اللافلزات: H2S، CH4.
• الهيدريدات: NaH، LiH.
• الهيدروكسيدات والأحماض: هيدروكسيد الصوديوم، حمض الهيدروكلوريك.
• هيدروكسيد الهيدروجين: H2O.
• بيروكسيد الهيدروجين: H2O.
• عديد مركبات العضوية: الهيدروكربونات والبروتينات والدهون والدهون والفيتامينات والهرمونات والزيوت الأساسية وغيرها.

هيكل و الخصائص الفيزيائيةهيدروجينالهيدروجين هو غاز ثنائي الذرة H2. ليس لها لون ولا رائحة. هذا هو أخف الغاز. وبسبب هذه الخاصية، تم استخدامه في البالونات والمناطيد والأجهزة المماثلة، ولكن الاستخدام الواسع النطاق للهيدروجين لهذه الأغراض يعوقه انفجاره عند خلطه بالهواء.

جزيئات الهيدروجين غير قطبية وصغيرة جدًا، لذلك التفاعل بينها قليل. في هذا الصدد، لديه نقاط انصهار منخفضة جدًا (-259 درجة مئوية) ونقاط غليان (-253 درجة مئوية). الهيدروجين غير قابل للذوبان عمليا في الماء.

يحتوي الهيدروجين على 3 نظائر: 1H العادي، والديوتيريوم 2H أو D، والتريتيوم المشع 3H أو T. نظائر الهيدروجين الثقيلة فريدة من نوعها من حيث أنها أثقل مرتين أو حتى ثلاث مرات من الهيدروجين العادي! هذا هو السبب في أن استبدال الهيدروجين العادي بالديوتيريوم أو التريتيوم يؤثر بشكل ملحوظ على خصائص المادة (على سبيل المثال، تختلف نقاط غليان الهيدروجين العادي H2 والديوتيريوم D2 بمقدار 3.2 درجة). تفاعل الهيدروجين مع مواد بسيطةالهيدروجين هو معدن غير معدني ذو سالبية كهربية متوسطة. ولذلك، فهو يحتوي على خصائص مؤكسدة ومختزلة.

تتجلى الخصائص المؤكسدة للهيدروجين في التفاعلات مع المعادن النموذجية - عناصر المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعات من الأول إلى الثاني من الجدول الدوري. المعادن الأكثر نشاطًا (القلوية والقلوية الأرضية) عند تسخينها بالهيدروجين تعطي الهيدريدات - مواد صلبة تشبه الملح تحتوي على أيون الهيدريد H- في الشبكة البلورية. 2Na + H2 = 2NaH ; كا + H2 = CaH2تتجلى خصائص الاختزال للهيدروجين في التفاعلات مع اللافلزات النموذجية أكثر من الهيدروجين: 1) التفاعل مع الهالوجينات H2 + F2 = 2HF

التفاعل مع نظائر الفلور - الكلور والبروم واليود - يسير بالمثل. ومع انخفاض نشاط الهالوجين، تقل شدة التفاعل. التفاعل مع الفلور يحدث بشكل انفجاري في الظروف العادية، التفاعل مع الكلور يتطلب الضوء أو التسخين، والتفاعل مع اليود يحدث فقط مع التسخين القوي وهو قابل للعكس. 2) التفاعل مع الأكسجين 2H2 + O2 = 2H2O ويستمر التفاعل مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، وأحيانًا مع حدوث انفجار. 3) التفاعل مع الكبريت H2 + S = H2S الكبريت هو مادة غير معدنية أقل نشاطًا بكثير من الأكسجين، ويتم التفاعل مع الهيدروجين بهدوء. 4) التفاعل مع النيتروجين 3H2 + N2↔ 2NH3 التفاعل قابل للعكس ويحدث إلى حد ملحوظ فقط في وجود محفز، عند تسخينه وتحت الضغط. المنتج يسمى الأمونيا. 5) التفاعل مع الكربون C + 2H2↔ CH4 يحدث التفاعل في قوس كهربائي أو عند درجات حرارة عالية جدًا. وتتشكل الهيدروكربونات الأخرى أيضًا كمنتجات ثانوية. 3. تفاعل الهيدروجين مع المواد المعقدةيظهر الهيدروجين أيضًا خصائص اختزالية في التفاعلات مع المواد المعقدة: 1) اختزال أكاسيد المعادن الموجودة في سلسلة الجهد الكهروكيميائي على يمين الألومنيوم، وكذلك الأكاسيد غير المعدنية: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; يستخدم الهيدروجين CuO + H2 Cu + H2O كعامل اختزال لاستخراج المعادن من خامات الأكسيد. تحدث التفاعلات عند تسخينها 2) الإضافة إلى المواد العضوية غير المشبعة. С2Н4 + Н2(t;p)→ С2Н6 تحدث التفاعلات في وجود محفز وتحت الضغط. لن نتطرق إلى تفاعلات الهيدروجين الأخرى في الوقت الحالي. 4. إنتاج الهيدروجينفي الصناعة، يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق معالجة المواد الخام الهيدروكربونية - الغاز الطبيعي والغاز المصاحب وفحم الكوك وما إلى ذلك. الطرق المخبريةإنتاج الهيدروجين:

1) تفاعل المعادن الموجودة في سلسلة الجهد الكهروكيميائي للمعادن الموجودة على يسار الهيدروجين مع الأحماض. Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Mg + 2HCl = MgCl2 + H22) تفاعل المعادن في سلسلة الجهد الكهروكيميائي للمعادن على يسار المغنيسيوم، مع ماء بارد. وهذا ينتج أيضًا القلويات.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 المعدن الموجود في سلسلة الجهد الكهروكيميائي للمعادن على يسار المنغنيز، قادر على إزاحة الهيدروجين من الماء في ظل ظروف معينة (المغنيسيوم - من الماء الساخن، الألومنيوم - بشرط إزالة طبقة الأكسيد من السطح).

ملغم + 2H2O ملغم(OH)2 + H2

المعدن الموجود في سلسلة الجهد الكهروكيميائي للمعادن على يسار الكوبالت، قادر على إزاحة الهيدروجين من بخار الماء. وهذا ينتج أيضًا أكسيدًا.

3Fe + 4H2O بخار Fe3O4 + 4H23) تفاعل المعادن التي تكون هيدروكسيداتها مذبذبة مع المحاليل القلوية.

المعادن التي تكون هيدروكسيداتها مذبذبة تحل محل الهيدروجين من المحاليل القلوية. أنت بحاجة إلى معرفة نوعين من هذه المعادن - الألومنيوم والزنك:

2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na + + 3H2

الزنك + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

في هذه الحالة، يتم تشكيل الأملاح المعقدة - هيدروكسيوالمينات وهيدروكسيولومينات.

تعتمد جميع الطرق المذكورة حتى الآن على نفس العملية - أكسدة المعدن بذرة الهيدروجين في حالة الأكسدة +1:

M0 + nН+ = Mn+ + n/2 H2

4) تفاعل هيدريدات الفلز النشط مع الماء :

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

تعتمد هذه العملية على تفاعل الهيدروجين في حالة الأكسدة -1 مع الهيدروجين في حالة الأكسدة +1:

5) التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للقلويات والأحماض وبعض الأملاح:

2H2O 2H2 + O2

5. مركبات الهيدروجينفي هذا الجدول الموجود على اليسار، تم تسليط الضوء على خلايا العناصر التي تشكل مركبات أيونية مع الهيدروجين - الهيدريدات - بظل خفيف. تحتوي هذه المواد على أيون الهيدريد H-. وهي مواد صلبة، عديمة اللون، تشبه الملح، وتتفاعل مع الماء لتحرر الهيدروجين.

تشكل عناصر المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعات من الرابع إلى السابع مركبات تحتوي على الهيدروجين التركيب الجزيئي. في بعض الأحيان يطلق عليها أيضًا اسم الهيدريدات، لكن هذا غير صحيح. أنها لا تحتوي على أيون هيدريد، فهي تتكون من جزيئات. وكقاعدة عامة، فإن أبسط مركبات الهيدروجين لهذه العناصر هي الغازات عديمة اللون. الاستثناءات هي الماء، وهو سائل، وفلوريد الهيدروجين، وهو غاز في درجة حرارة الغرفة ولكنه سائل في الظروف العادية.

تشير الخلايا الداكنة إلى العناصر التي تشكل مركبات مع الهيدروجين والتي تظهر خصائص حمضية.

تشير الخلايا الداكنة ذات الصليب إلى العناصر التي تشكل مركبات مع الهيدروجين والتي تظهر الخصائص الأساسية.

=================================================================================

29). الخصائص العامةخصائص عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية 7gr. الكلور. خصائص العلم. حامض الهيدروكلوريك.تشمل المجموعة الفرعية من الهالوجينات الفلور والكلور والبروم واليود والأستاتين (الأستاتين عنصر مشع، ولم تتم دراسته إلا قليلاً). هذه هي عناصر المجموعة السابعة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev. وعلى مستوى الطاقة الخارجي، تحتوي ذراتها على 7 إلكترونات ns2np5. وهذا ما يفسر القواسم المشتركة في خصائصها.

إنهم يضيفون بسهولة إلكترونًا واحدًا لكل منهم، مما يُظهر حالة أكسدة قدرها -1. تتمتع الهالوجينات بهذه الدرجة من الأكسدة في المركبات التي تحتوي على الهيدروجين والمعادن.

ومع ذلك، يمكن لذرات الهالوجين، بالإضافة إلى الفلور، أن تظهر أيضًا حالات أكسدة إيجابية: +1، +3، +5، +7. يتم شرح القيم المحتملة لحالات الأكسدة من خلال البنية الإلكترونية، والتي يمكن تمثيلها لذرات الفلور من خلال الرسم التخطيطي

نظرًا لكونه العنصر الأكثر سالبية كهربية، فإن الفلور يمكنه قبول إلكترون واحد فقط لكل مستوى فرعي 2p، ويحتوي على إلكترون واحد غير مزدوج، لذا فإن الفلور أحادي التكافؤ فقط، وتكون حالة الأكسدة دائمًا -1.

يتم التعبير عن التركيب الإلكتروني لذرة الكلور من خلال الرسم البياني: تحتوي ذرة الكلور على إلكترون واحد غير متزاوج في المستوى الفرعي 3p والحالة الطبيعية (غير المثارة) للكلور هي أحادية التكافؤ. ولكن بما أن الكلور موجود في الدورة الثالثة، فإنه يحتوي على خمسة مدارات إضافية من المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد، والتي يمكن أن تستوعب 10 إلكترونات.

لا يحتوي الفلور على مدارات حرة، مما يعني أنه أثناء التفاعلات الكيميائية لا يوجد فصل للإلكترونات المزدوجة في الذرة. لذلك، عند النظر في خصائص الهالوجينات، من الضروري دائمًا مراعاة خصائص الفلور ومركباته.

المحاليل المائية لمركبات الهيدروجين من الهالوجينات هي الأحماض: HF - هيدروفلوريك (الفلوريك)، حمض الهيدروكلوريك - هيدروكلوريك (هيدروكلوريك)، HBr - هيدروبروميك، HI - هيدرووديك.

الكلور (lat.Chlorum)، Cl، العنصر الكيميائي للمجموعة السابعة من النظام الدوري لمندليف، العدد الذري 17، الكتلة الذرية 35.453؛ ينتمي إلى عائلة الهالوجين. في الظروف العادية (0 درجة مئوية، 0.1 مليون/م2، أو 1 كجم قوة/سم2) يكون غازًا أصفر مخضرًا ذو رائحة مزعجة قوية. يتكون الكلور الطبيعي من نظيرين مستقرين: 35Cl (75.77%) و37Cl (24.23%).

الخواص الكيميائية للكلور. التكوين الإلكتروني الخارجي لذرة Cl هو 3s2Z. وفقًا لهذا، يُظهر الكلور في المركبات حالات الأكسدة -1، +1، +3، +4، +5، +6، و+7. يبلغ نصف القطر التساهمي للذرة 0.99 أنجستروم، ونصف القطر الأيوني لـ Cl- هو 1.82 أنجستروم، والألفة الإلكترونية لذرة الكلور هي 3.65 فولت، وطاقة التأين 12.97 فولت.

كيميائيًا، الكلور نشط للغاية، ويتحد بشكل مباشر مع جميع المعادن تقريبًا (مع وجود بعضها فقط في وجود الرطوبة أو عند تسخينها) ومع اللافلزات (باستثناء الكربون والنيتروجين والأكسجين والغازات الخاملة)، مكونًا الكلوريدات المقابلة، ويتفاعل مع العديد من المركبات، يحل محل الهيدروجين في الهيدروكربونات المشبعة وينضم إلى المركبات غير المشبعة. يحل الكلور محل البروم واليود من مركباتهما بالهيدروجين والمعادن؛ ومن مركبات الكلور مع هذه العناصر يحل محله الفلور. تتفاعل المعادن القلوية في وجود آثار رطوبة مع الكلور عند الاشتعال، وتتفاعل معظم المعادن مع الكلور الجاف فقط عند تسخينها، ويشتعل الفوسفور في جو من الكلور مكونًا PCl3، ومع مزيد من الكلورة - PCl5؛ الكبريت مع الكلور عند تسخينه يعطي S2Cl2 وSCl2 وSnClm أخرى. يتفاعل الزرنيخ والأنتيمون والبزموت والسترونتيوم والتيلوريوم بقوة مع الكلور. يحترق خليط من الكلور والهيدروجين بلهب عديم اللون أو أصفر-أخضر مع تكوين كلوريد الهيدروجين (هذا تفاعل متسلسل). مع الأكسجين، يشكل الكلور أكاسيد: Cl2O، ClO2، Cl2O6، Cl2O7، Cl2O8، وكذلك الهيبوكلوريت (أملاح حمض الهيبوكلوروز)، والكلوريتات، والكلورات، والبيركلورات. جميع مركبات الأكسجين من الكلور تشكل مخاليط متفجرة مع مواد تتأكسد بسهولة. يتحلل الكلور في الماء مكونًا أحماض الهيبوكلوروز والهيدروكلوريك: Cl2 + H2O = HClO + HCl. عند كلورة المحاليل المائية للقلويات في البرد تتشكل هيبوكلوريت وكلوريدات: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O، وعند تسخينها تتشكل الكلورات. كلورة هيدروكسيد الكالسيوم الجاف تنتج مادة مبيضة. عندما تتفاعل الأمونيا مع الكلور، يتكون ثلاثي كلوريد النيتروجين. عند كلورة المركبات العضوية، يحل الكلور إما محل الهيدروجين أو يجمع روابط متعددة، مكونًا مركبات عضوية مختلفة تحتوي على الكلور. يشكل الكلور مركبات بين الهالوجين مع الهالوجينات الأخرى. الفلوريدات ClF، ClF3، ClF3 شديدة التفاعل؛ على سبيل المثال، في جو ClF3، يشتعل الصوف الزجاجي تلقائيًا. مركبات الكلور المعروفة مع الأكسجين والفلور هي أوكسي فلوريد الكلور: ClO3F، ClO2F3، ClOF، ClOF3 وفوق كلورات الفلور FClO4. حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك، حمض الهيدروكلوريك، كلوريد الهيدروجين) - حمض الهيدروكلوريك، محلول كلوريد الهيدروجين في الماء؛ حمض أحادي البروتين قوي. عديم اللون (حمض الهيدروكلوريك التقني مصفر بسبب شوائب الحديد، Cl2، وما إلى ذلك)، "التدخين" في الهواء، السائل الكاوي. الحد الأقصى للتركيز عند 20 درجة مئوية هو 38% بالوزن. تسمى أملاح حمض الهيدروكلوريك بالكلوريدات.

التفاعل مع العوامل المؤكسدة القوية (برمنجنات البوتاسيوم وثاني أكسيد المنغنيز) مع إطلاق غاز الكلور:

التفاعل مع الأمونيا لتكوين دخان أبيض كثيف يتكون من بلورات صغيرة من كلوريد الأمونيوم:

التفاعل النوعي لحمض الهيدروكلوريك وأملاحه هو تفاعله مع نترات الفضة التي تشكل راسبًا مجعدًا من كلوريد الفضة غير القابل للذوبان في حامض النيتريك:

===============================================================================

• التعيين - H (الهيدروجين)؛
• الاسم اللاتيني - الهيدروجين.
• الفترة - أنا؛
• المجموعة - 1 (أ)؛
• الكتلة الذرية - 1.00794؛
• العدد الذري - 1؛
• نصف القطر الذري = 53 م؛
• نصف القطر التساهمي = 32 م؛
• توزيع الإلكترون - 1S 1؛
• درجة حرارة الانصهار = -259.14 درجة مئوية؛
• نقطة الغليان = -252.87 درجة مئوية؛
• كهرسلبية(حسب بولينج / وفقًا لألبريد وروخوف) = 2.02/-؛
• حالة الأكسدة: +1؛ 0; -1؛
• الكثافة (العدد) = 0.0000899 جم/سم3؛
• الحجم المولي = 14.1 سم3 /مول.

المركبات الثنائية للهيدروجين مع الأكسجين:

اكتشف الهيدروجين ("ولادة الماء") من قبل العالم الإنجليزي ج. كافنديش في عام 1766. إنه أبسط عنصر في الطبيعة - ذرة الهيدروجين لها نواة وإلكترون واحد، وهذا على الأرجح هو السبب في أن الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون (يمثل أكثر من نصف كتلة معظم النجوم).

فيما يتعلق بالهيدروجين يمكننا القول أن "البكرة صغيرة ولكنها باهظة الثمن". على الرغم من "بساطته"، فإن الهيدروجين يوفر الطاقة لجميع الكائنات الحية على الأرض - يحدث تفاعل نووي حراري مستمر في الشمس يتم خلاله تكوين ذرة هيليوم واحدة من أربع ذرات هيدروجين، ويصاحب هذه العملية إطلاق كمية هائلة من الطاقة (لمزيد من التفاصيل انظر أدناه). الاندماج النووي).

في القشرة الأرضية، تبلغ نسبة كتلة الهيدروجين 0.15% فقط. وفي الوقت نفسه، فإن العدد الساحق (95٪) من جميع المعروفين على الأرض المواد الكيميائيةتحتوي على ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر.

في المركبات التي تحتوي على اللافلزات (حمض الهيدروكلوريك، H 2 O، CH 4 ...)، يتخلى الهيدروجين عن إلكترونه الوحيد إلى عناصر أكثر سالبية كهربية، وتظهر حالة أكسدة +1 (في كثير من الأحيان)، وتشكل روابط تساهمية فقط (انظر. الرابطة التساهمية).

في المركبات التي تحتوي على معادن (NaH، CaH 2 ...)، على العكس من ذلك، يقبل الهيدروجين إلكترونًا آخر في مداره الوحيد، وبالتالي يحاول إكمال طبقته الإلكترونية، ويظهر حالة أكسدة تبلغ -1 (في كثير من الأحيان)، في كثير من الأحيان تشكيل اتصال أيوني (انظر الرابطة الأيونية)، لأن الفرق في السالبية الكهربية لذرة الهيدروجين وذرة المعدن يمكن أن يكون كبيرًا جدًا.

ح 2

في الحالة الغازية، يوجد الهيدروجين على شكل جزيئات ثنائية الذرة، مما يشكل رابطة تساهمية غير قطبية.

تحتوي جزيئات الهيدروجين على:

• تنقل كبير
• قوة عظيمة
• انخفاض الاستقطاب.
• حجم صغير ووزن.

خصائص غاز الهيدروجين:

• أخف غاز في الطبيعة، عديم اللون والرائحة؛
• ضعيف الذوبان في الماء والمذيبات العضوية؛
• يذوب بكميات صغيرة في المعادن السائلة والصلبة (خاصة البلاتين والبلاديوم)؛
• من الصعب تسييله (بسبب انخفاض استقطابه)؛
• لديه أعلى الموصلية الحرارية لجميع الغازات المعروفة؛
• عند تسخينه، فإنه يتفاعل مع العديد من المعادن غير المعدنية، ويظهر خصائص عامل الاختزال؛
• في درجة حرارة الغرفة يتفاعل مع الفلور (يحدث انفجار): H 2 + F 2 = 2HF؛
• يتفاعل مع المعادن لتكوين الهيدريدات، ويظهر خصائص مؤكسدة: H 2 + Ca = CaH 2 ؛

في المركبات، يظهر الهيدروجين خصائصه المختزلة بقوة أكبر بكثير من خصائصه المؤكسدة. يعتبر الهيدروجين أقوى عامل اختزال بعد الفحم والألومنيوم والكالسيوم. تُستخدم خصائص الاختزال للهيدروجين على نطاق واسع في الصناعة للحصول على المعادن واللافلزات (مواد بسيطة) من الأكاسيد والجاليدات.

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

تفاعلات الهيدروجين مع المواد البسيطة

يقبل الهيدروجين الإلكترون، ويلعب دورًا الحد من وكيل، في ردود الفعل:

• مع الأكسجين(عند إشعاله أو في وجود محفز)، بنسبة 2:1 (هيدروجين:أكسجين) يتكون غاز متفجر: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• مع رمادي(عند التسخين إلى 150 درجة مئوية - 300 درجة مئوية): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• مع الكلور(عند إشعالها أو تعريضها للأشعة فوق البنفسجية): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• مع الفلور: ح 2 0 + ف 2 = 2 ح +1 ف
• مع نتروجين(عند تسخينه في وجود محفزات أو عند ضغط مرتفع): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

يتبرع الهيدروجين بإلكترون، ويلعب دورًا عامل مؤكسد، في ردود الفعل مع قلويةو القلوية الترابيةالمعادن مع تكوين هيدريدات معدنية - مركبات أيونية تشبه الملح تحتوي على أيونات هيدريد H - وهي مواد بلورية بيضاء غير مستقرة.

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

ليس من المعتاد أن يظهر الهيدروجين حالة أكسدة تبلغ -1. عند التفاعل مع الماء، تتحلل الهيدريدات، مما يؤدي إلى تحويل الماء إلى هيدروجين. يكون تفاعل هيدريد الكالسيوم مع الماء كما يلي:

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

تفاعلات الهيدروجين مع المواد المعقدة

• في درجة حرارة عاليةيختزل الهيدروجين العديد من أكاسيد المعادن: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• يتم الحصول على كحول الميثيل من تفاعل الهيدروجين مع أول أكسيد الكربون (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• في تفاعلات الهدرجة، يتفاعل الهيدروجين مع العديد من المواد العضوية.

تمت مناقشة معادلات التفاعلات الكيميائية للهيدروجين ومركباته بمزيد من التفصيل في الصفحة " الهيدروجين ومركباته - معادلات التفاعلات الكيميائية التي تنطوي على الهيدروجين ".

تطبيقات الهيدروجين

• في الطاقة النووية، يتم استخدام نظائر الهيدروجين - الديوتيريوم والتريتيوم؛
• في الصناعة الكيميائية، يتم استخدام الهيدروجين لتخليق العديد من العناصر المواد العضويةوالأمونيا وكلوريد الهيدروجين.
• وفي صناعة الأغذية، يُستخدم الهيدروجين في إنتاج الدهون الصلبة من خلال هدرجة الزيوت النباتية؛
• ولعمل اللحام وقطع المعادن، يتم استخدام درجة حرارة احتراق الهيدروجين العالية في الأكسجين (2600 درجة مئوية)؛
• وفي إنتاج بعض المعادن، يُستخدم الهيدروجين كعامل اختزال (انظر أعلاه)؛
• وبما أن الهيدروجين غاز خفيف، فإنه يستخدم في الملاحة الجوية كمواد حشو للبالونات، المناطيدات، والمناطيد.
• يستخدم الهيدروجين كوقود مخلوط مع ثاني أكسيد الكربون.

في الآونة الأخيرة، أولى العلماء الكثير من الاهتمام للبحث عنها مصادر بديلةطاقة متجددة. ومن المجالات الواعدة هي الطاقة "الهيدروجينية"، حيث يستخدم الهيدروجين كوقود، ويكون ناتج احتراقه هو الماء العادي.

طرق إنتاج الهيدروجين

الطرق الصناعية لإنتاج الهيدروجين:

• تحويل الميثان (الاختزال التحفيزي لبخار الماء) مع بخار الماء عند درجة حرارة عالية (800 درجة مئوية) على محفز النيكل: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• تحويل أول أكسيد الكربون مع بخار الماء (t=500 درجة مئوية) على محفز Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ؛
• التحلل الحراري للميثان: CH 4 = C + 2H 2؛
• التغويز الوقود الصلب(ر = 1000 درجة مئوية): C + H 2 O = CO + H 2؛
• التحليل الكهربائي للماء (طريقة مكلفة للغاية تنتج هيدروجينًا نقيًا جدًا): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

الطرق المعملية لإنتاج الهيدروجين:

• العمل على المعادن (عادة الزنك) مع حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك المخفف: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2؛
• تفاعل بخار الماء مع برادة الحديد الساخنة: 4H2O + 3Fe = Fe3O4 + 4H2.

الهيدروجين H هو العنصر الأكثر شيوعًا في الكون (حوالي 75% من حيث الكتلة)، وعلى الأرض هو تاسع أكثر العناصر وفرة. أهم مركب هيدروجين طبيعي هو الماء.
يحتل الهيدروجين المرتبة الأولى في الجدول الدوري (Z = 1). لها أبسط بنية ذرية: نواة الذرة مكونة من بروتون واحد، محاطة بسحابة إلكترونية تتكون من إلكترون واحد.
في بعض الظروف، يظهر الهيدروجين خصائص معدنية (يمنح إلكترونًا)، بينما في حالات أخرى يظهر خصائص غير معدنية (يقبل إلكترونًا).
نظائر الهيدروجين الموجودة في الطبيعة هي: 1H - البروتيوم (تتكون النواة من بروتون واحد)، 2H - الديوتيريوم (D - تتكون النواة من بروتون واحد ونيوترون واحد)، 3H - التريتيوم (T - تتكون النواة من بروتون واحد ونيوترونين). النيوترونات).

مادة بسيطة الهيدروجين

يتكون جزيء الهيدروجين من ذرتين متصلتين برابطة تساهمية غير قطبية.
الخصائص الفيزيائية.الهيدروجين هو غاز عديم اللون والرائحة والمذاق وغير سام. جزيء الهيدروجين ليس قطبيا. ولذلك فإن قوى التفاعل بين الجزيئات في غاز الهيدروجين تكون صغيرة. ويتجلى ذلك في نقاط الغليان المنخفضة (-252.6 درجة مئوية) ونقاط الانصهار (-259.2 درجة مئوية).
الهيدروجين أخف من الهواء، D (بالهواء) = 0.069؛ قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء (يذوب حجمان من H2 في 100 مجلد من H2O). لذلك، يمكن جمع الهيدروجين، عند إنتاجه في المختبر، عن طريق إزاحة الهواء أو الماء.

إنتاج الهيدروجين

في المختبر:

1. تأثير الأحماض المخففة على المعادن:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. التفاعل بين القلوية و المعادنمع الماء:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. التحلل المائي للهيدريدات: تتحلل هيدريدات المعادن بسهولة بالماء لتكوين القلويات والهيدروجين المقابلة:
ناه + ح 2 يا → هيدروكسيد الصوديوم + ح 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. تأثير القلويات على الزنك أو الألومنيوم أو السيليكون :
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na +3H2
Zn +2KOH +2H2O → K2 +H2
سي + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. التحليل الكهربائي للماء. لزيادة التوصيل الكهربائي للمياه، يتم إضافة المنحل بالكهرباء إليه، على سبيل المثال NaOH، H 2 SO 4 أو Na 2 SO 4. يتشكل حجمان من الهيدروجين عند الكاثود، وحجم واحد من الأكسجين عند الأنود.
2ح2يا → 2ح2 +يا2

الإنتاج الصناعي للهيدروجين

1. تحويل الميثان بالبخار، Ni 800 درجة مئوية (الأرخص):
CH 4 + H2 O → CO + 3 H 2
CO + H2O → CO2 + H2

في المجموع:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. بخار الماء من خلال فحم الكوك الساخن عند 1000 درجة مئوية:
C + H2O → CO + H2
CO +H2O → CO2 + H2

ويتم امتصاص أول أكسيد الكربون (IV) الناتج عن طريق الماء، ويتم إنتاج 50% من الهيدروجين الصناعي بهذه الطريقة.

3. بتسخين الميثان إلى 350 درجة مئوية بوجود عامل محفز من الحديد أو النيكل:
CH 4 → C + 2H 2

4. التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لـ KCl أو NaCl كمنتج ثانوي:
2H2O + 2NaCl → Cl2 + H2 + 2NaOH

الخواص الكيميائية للهيدروجين

• في المركبات، يكون الهيدروجين دائمًا أحادي التكافؤ. ويتميز بحالة أكسدة +1، ولكن في هيدريدات المعادن تساوي -1.
• يتكون جزيء الهيدروجين من ذرتين. يتم تفسير ظهور الاتصال بينهما من خلال تكوين زوج معمم من الإلكترونات H:H أو H2
• وبفضل هذا التعميم للإلكترونات، يكون جزيء H 2 أكثر استقرارًا من حيث الطاقة من ذراته الفردية. لتكسير 1 مول من جزيئات الهيدروجين إلى ذرات، من الضروري استهلاك 436 كيلوجول من الطاقة: H 2 = 2H، ∆H° = 436 كيلوجول/مول
• وهذا ما يفسر النشاط المنخفض نسبيًا للهيدروجين الجزيئي في درجات الحرارة العادية.
• مع العديد من اللافلزات، يشكل الهيدروجين مركبات غازية مثل RH 4، RH 3، RH 2، RH.

1) يشكل هاليدات الهيدروجين مع الهالوجينات:
ح 2 + الكلور 2 → 2 حمض الهيدروكلوريك.
وفي الوقت نفسه، ينفجر مع الفلور، ويتفاعل مع الكلور والبروم فقط عند إضاءته أو تسخينه، ومع اليود فقط عند تسخينه.

2) مع الأكسجين:
2 ح 2 + يا 2 → 2 ح 2 يا
مع الافراج عن الحرارة. في درجات الحرارة العادية يستمر التفاعل ببطء، أما فوق 550 درجة مئوية فإنه ينفجر. يسمى خليط من حجمين من H 2 وحجم واحد من O 2 بغاز التفجير.

3) عند تسخينه، يتفاعل بقوة مع الكبريت (أكثر صعوبة مع السيلينيوم والتيلوريوم):
H 2 + S → H 2 S (كبريتيد الهيدروجين)،

4) مع النيتروجين مع تكوين الأمونيا فقط على محفز وعند درجات حرارة وضغوط مرتفعة:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) مع الكربون في درجات حرارة عالية:
2H2 + C → CH 4 (الميثان)

6) يشكل الهيدريدات مع الفلزات القلوية والقلوية الترابية (الهيدروجين عامل مؤكسد):
ح 2 + 2لي → 2ليه
في هيدريدات الفلز، يكون أيون الهيدروجين مشحونًا سالبًا (حالة الأكسدة -1)، أي هيدريد Na + H - مشابه لكلوريد Na + Cl -

مع المواد المعقدة:

7) مع أكاسيد المعادن (تستخدم لاختزال المعادن):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

8) مع أول أكسيد الكربون (II):
CO + 2H2 → CH3OH
التوليف - الغاز (خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) له أهمية عملية مهمة، لأنه اعتمادًا على درجة الحرارة والضغط والمحفز، تتشكل مركبات عضوية مختلفة، على سبيل المثال HCHO، CH 3 OH وغيرها.

9) تتفاعل الهيدروكربونات غير المشبعة مع الهيدروجين وتصبح مشبعة:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.