Ջրածինը գազ է, հենց նա է Պարբերական համակարգում առաջին տեղում։ Բնության մեջ տարածված այս տարրի անվանումը լատիներենից թարգմանաբար նշանակում է «ջուր ծնել»։ Այսպիսով, ջրածնի ի՞նչ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ գիտենք:

Ջրածին: Ընդհանուր տեղեկություններ

ժամը նորմալ պայմաններՋրածինը չունի համ, հոտ, գույն։

Բրինձ. 1. Ջրածնի բանաձեւը.

Քանի որ ատոմն ունի մեկ էներգետիկ էլեկտրոնային մակարդակ, որը կարող է պարունակել առավելագույնը երկու էլեկտրոն, ապա կայուն վիճակի համար ատոմը կարող է կամ ընդունել մեկ էլեկտրոն (օքսիդացման վիճակ -1) կամ նվիրաբերել մեկ էլեկտրոն (օքսիդացման վիճակ +1), ցույց տալով. հաստատուն վալենտություն I Ահա թե ինչու ջրածին տարրի խորհրդանիշը տեղադրվում է ոչ միայն IA խմբում (I խմբի հիմնական ենթախումբ) ալկալիական մետաղների հետ միասին, այլև VIIA խմբում (VII խմբի հիմնական ենթախումբ) հալոգենների հետ միասին։ Հալոգենի ատոմներին բացակայում է նաև մեկ էլեկտրոն՝ արտաքին մակարդակը լրացնելու համար, և նրանք, ինչպես ջրածինը, ոչ մետաղներ են։ Ջրածինը դրական օքսիդացման վիճակ է ցուցաբերում միացություններում, որտեղ այն կապված է ավելի էլեկտրաբացասական ոչ մետաղական տարրերի հետ, և բացասական աստիճանօքսիդացում - մետաղների հետ միացություններում:

Բրինձ. 2. Ջրածնի գտնվելու վայրը պարբերական համակարգում.

Ջրածինը ունի երեք իզոտոպ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր անունը՝ պրոտիում, դեյտերիում, տրիտում։ Վերջիններիս քանակը Երկրի վրա չնչին է։

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Պարզ նյութ H 2-ում ատոմների միջև կապն ամուր է (կապման էներգիան 436 կՋ/մոլ է), ուստի մոլեկուլային ջրածնի ակտիվությունը ցածր է։ Նորմալ պայմաններում այն ​​փոխազդում է միայն շատ ակտիվ մետաղների հետ, և միակ ոչ մետաղը, որի հետ ջրածինը փոխազդում է, ֆտորն է.

F 2 + H 2 \u003d 2HF (ջրածնի ֆտորիդ)

Ջրածինը փոխազդում է այլ պարզ (մետաղներ և ոչ մետաղներ) և բարդ (օքսիդներ, անորոշ օրգանական միացություններ) նյութերի հետ կամ ճառագայթման և ջերմաստիճանի բարձրացման կամ կատալիզատորի առկայության դեպքում։

Ջրածինը այրվում է թթվածնում զգալի քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Ջրածնի և թթվածնի խառնուրդը (2 ծավալ ջրածին և 1 ծավալ թթվածին) բռնկվելիս ուժգին պայթում է և այդ պատճառով կոչվում է պայթեցնող գազ։ Ջրածնի հետ աշխատելիս պետք է պահպանվեն անվտանգության կանոնները:

Բրինձ. 3. Պայթուցիկ գազ.

Կատալիզատորների առկայության դեպքում գազը կարող է արձագանքել ազոտի հետ.

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

- այս ռեակցիայի միջոցով բարձր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում ամոնիակ է ստացվում արդյունաբերության մեջ:

Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջրածինը կարողանում է արձագանքել ծծմբի, սելենիի և թելուրի հետ։ եւ երբ փոխազդում են ալկալային եւ հողալկալային մետաղներառաջանում են հիդրիդներ՝ 4.3. Ստացված ընդհանուր գնահատականները՝ 186։

Պարբերական համակարգում ջրածինը գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք բացարձակապես հակադիր են իրենց հատկություններով։ Այս հատկությունը դարձնում է այն ամբողջովին եզակի: Ջրածինը ոչ միայն տարր է կամ նյութ, այլ նաև շատ բարդ միացությունների բաղադրիչ, օրգանածին և կենսագեն տարր: Հետևաբար, մենք ավելի մանրամասն ենք համարում դրա հատկությունները և բնութագրերը:

Մետաղների և թթուների փոխազդեցության ժամանակ այրվող գազի արտազատումը նկատվել է դեռևս 16-րդ դարում, այսինքն՝ քիմիայի՝ որպես գիտության ձևավորման ժամանակ։ Հայտնի անգլիացի գիտնական Հենրի Քավենդիշը 1766 թվականից սկսած ուսումնասիրել է նյութը և տվել այն «այրվող օդ» անվանումը։ Այրվելիս այս գազը ջուր էր արտադրում: Ցավոք, գիտնականի հավատարմությունը ֆլոգիստոնի (հիպոթետիկ «հիպերնուրբ նյութ») տեսությանը խանգարեց նրան ճիշտ եզրակացությունների հանգել։

Ֆրանսիացի քիմիկոս և բնագետ Ա.Լավուազեն ինժեներ Ժ.Մյունյեի հետ և հատուկ գազաչափերի օգնությամբ 1783 թվականին իրականացրել է ջրի սինթեզը, այնուհետև վերլուծությունը՝ շիկացած երկաթով ջրային գոլորշի քայքայելով։ Այսպիսով, գիտնականները կարողացել են ճիշտ եզրակացությունների գալ։ Նրանք պարզել են, որ «այրվող օդը» ոչ միայն ջրի մի մասն է, այլեւ կարելի է դրանից ստանալ։

1787 թվականին Լավուազյեն առաջարկեց, որ ուսումնասիրվող գազը պարզ նյութ է և, համապատասխանաբար, առաջնայիններից մեկն է. քիմիական տարրեր. Նա այն անվանել է ջրածին (հունարեն hydor - ջուր + gennao - ծնում եմ) բառերից, այսինքն՝ «ջուր ծնել»։

Ռուսերեն «ջրածին» անվանումն առաջարկվել է 1824 թվականին քիմիկոս Մ.Սոլովյովի կողմից։ Ջրի բաղադրության որոշումը նշանավորեց «ֆլոգիստոնի տեսության» ավարտը։ 18-19-րդ դարերի սկզբին պարզվեց, որ ջրածնի ատոմը շատ թեթև է (համեմատած այլ տարրերի ատոմների հետ) և նրա զանգվածը վերցվել է որպես ատոմային զանգվածների համեմատման հիմնական միավոր՝ ստանալով 1-ի արժեք։

Ֆիզիկական հատկություններ

Ջրածինը գիտությանը հայտնի բոլոր նյութերից ամենաթեթևն է (այն 14,4 անգամ ավելի թեթև է օդից), նրա խտությունը 0,0899 գ/լ է (1 ատմ, 0 °C)։ Այս նյութը հալվում է (պնդանում) և եռում (հեղուկանում) համապատասխանաբար -259,1 ° C և -252,8 ° C (միայն հելիումն ունի ավելի ցածր եռման և հալման t °):

Ջրածնի կրիտիկական ջերմաստիճանը չափազանց ցածր է (-240 °C): Այդ իսկ պատճառով դրա հեղուկացումը բավականին բարդ և ծախսատար գործընթաց է։ Նյութի կրիտիկական ճնշումը 12,8 կգ/սմ² է, իսկ կրիտիկական խտությունը՝ 0,0312 գ/սմ³։ Բոլոր գազերի մեջ ջրածինը ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը. 1 ատմ և 0 ° C ջերմաստիճանում այն ​​կազմում է 0,174 Վտ / (mxK):

Նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը նույն պայմաններում կազմում է 14,208 կՋ / (kgxK) կամ 3,394 կկալ / (gh ° C): Այս տարրը փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ (մոտ 0,0182 մլ/գ 1 ատմ և 20 ° C ջերմաստիճանում), բայց լավ է մետաղների մեծ մասում (Ni, Pt, Pa և այլն), հատկապես պալադիումում (մոտ 850 ծավալ Pd-ի մեկ ծավալի համար): .

Վերջին հատկությունը կապված է նրա ցրվելու ունակության հետ, մինչդեռ ածխածնի համաձուլվածքի միջոցով (օրինակ՝ պողպատ) դիֆուզիան կարող է ուղեկցվել համաձուլվածքի ոչնչացմամբ՝ ջրածնի և ածխածնի փոխազդեցության պատճառով (այս գործընթացը կոչվում է ածխաթթվացում)։ Հեղուկ վիճակում նյութը շատ թեթև է (խտությունը՝ 0,0708 գ/սմ³ t ° \u003d -253 ° C-ում) և հեղուկ (մածուցիկությունը՝ 13,8 աստիճան նույն պայմաններում):

Շատ միացություններում այս տարրը ցուցադրում է +1 վալենտություն (օքսիդացման վիճակ), որը նման է նատրիումին և այլ ալկալային մետաղներին: Այն սովորաբար համարվում է այս մետաղների անալոգը: Ըստ այդմ, նա գլխավորում է Մենդելեևի համակարգի I խումբը։ Մետաղների հիդրիդներում ջրածնի իոնը բացասական լիցք է ցուցադրում (օքսիդացման վիճակը -1 է), այսինքն՝ Na + H--ն ունի Na + Cl- քլորիդին նման կառուցվածք։ Համաձայն այս և որոշ այլ փաստերի («H» տարրի ֆիզիկական հատկությունների և հալոգենների մերձեցումը, օրգանական միացություններում այն ​​հալոգեններով փոխարինելու ունակությունը) ջրածինը վերագրվում է Մենդելեևի համակարգի VII խմբին։

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինն ունի ցածր ակտիվություն՝ ուղղակիորեն զուգակցվելով միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի և քլորի հետ, վերջինիս հետ՝ լույսի ներքո)։ Իր հերթին, երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ քիմիական տարրերի հետ։

Ատոմային ջրածինը ունի բարձր քիմիական ակտիվություն (մոլեկուլային ջրածնի համեմատ): Թթվածնով այն ձևավորում է ջուր ըստ բանաձևի.

Н2 + ½О2 = Н2О,

արձակելով 285,937 կՋ/մոլ ջերմություն կամ 68,3174 կկալ/մոլ (25°C, 1 ատմ): Սովորականի մեջ ջերմաստիճանի պայմաններըռեակցիան ընթանում է բավականին դանդաղ, իսկ t ° >= 550 ° C-ում` անվերահսկելի: Ջրածին + թթվածին խառնուրդի ծավալային պայթուցիկ սահմանները կազմում են 4–94% H2, իսկ ջրածին + օդի խառնուրդները՝ 4–74% H2 (երկու ծավալ H2 և մեկ ծավալ O2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ)։

Այս տարրը օգտագործվում է մետաղների մեծ մասը նվազեցնելու համար, քանի որ այն թթվածին է վերցնում օքսիդներից.

Fe₃O4 + 4H2 = 3Fe + 4Н2О,

CuO + H2 = Cu + H2O և այլն:

Տարբեր հալոգեններով ջրածինը ձևավորում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H2 + Cl2 = 2HCl:

Այնուամենայնիվ, ֆտորի հետ արձագանքելիս ջրածինը պայթում է (դա տեղի է ունենում նաև մթության մեջ, -252 ° C-ում), արձագանքում է բրոմի և քլորի հետ միայն տաքացնելիս կամ լուսավորվելիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացնելիս: Ազոտի հետ փոխազդեցության ժամանակ ամոնիակ է ձևավորվում, բայց միայն կատալիզատորի վրա, բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում.

ZN2 + N2 = 2NH3:

Երբ ջեռուցվում է, ջրածինը ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ.

H2 + S = H2S (ջրածնի սուլֆիդ),

և շատ ավելի դժվար՝ թելուրիումի կամ սելենի հետ: Ջրածինը փոխազդում է մաքուր ածխածնի հետ առանց կատալիզատորի, բայց բարձր ջերմաստիճաններում.

2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան):

Այս նյութը ուղղակիորեն փոխազդում է որոշ մետաղների հետ (ալկալիներ, ալկալային հող և այլն)՝ առաջացնելով հիդրիդներ, օրինակ.

Н2 + 2Li = 2LiH:

Ոչ փոքր գործնական նշանակություն ունեն ջրածնի և ածխածնի օքսիդի (II) փոխազդեցությունները։ Այս դեպքում, կախված ճնշումից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորից, տարբեր օրգանական միացություններ HCHO, CH3OH և այլն: Ռեակցիայի ընթացքում չհագեցած ածխաջրածինները հագեցվում են, օրինակ.

С n Н2 n + Н2 = С n Н2 n ₊2.

Ջրածինը և նրա միացությունները բացառիկ դեր են խաղում քիմիայի մեջ։ Այն որոշում է այսպես կոչված թթվային հատկությունները. պրոտիկ թթուները հակված են ջրածնային կապեր ձևավորել տարբեր տարրերի հետ, որոնք էական ազդեցություն ունեն բազմաթիվ անօրգանական և օրգանական միացությունների հատկությունների վրա։

Ջրածնի ստացում

Այս տարրի արդյունաբերական արտադրության համար հումքի հիմնական տեսակներն են՝ վերամշակման գազերը, բնական այրվող և կոքսային վառարանի գազերը։ Ջրից ստացվում է նաև էլեկտրոլիզի միջոցով (մատչելի էլեկտրաէներգիա ունեցող վայրերում)։ Բնական գազից նյութ ստանալու կարևորագույն մեթոդներից է ածխաջրածինների, հիմնականում մեթանի կատալիտիկ փոխազդեցությունը ջրային գոլորշու հետ (այսպես կոչված՝ փոխակերպում)։ Օրինակ:

CH4 + H2O = CO + ZH2:

Ածխաջրածինների թերի օքսիդացում թթվածնով.

CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2:

Սինթեզված ածխածնի երկօքսիդը (II) ենթարկվում է փոխակերպման.

CO + H2O = CO2 + H2:

Բնական գազից ստացված ջրածինը ամենաէժանն է։

Ջրի էլեկտրոլիզի համար օգտագործվում է ուղղակի հոսանք, որն անցնում է NaOH կամ KOH լուծույթով (սարքավորումների կոռոզիայից խուսափելու համար թթուներ չեն օգտագործվում): Լաբորատոր պայմաններում նյութը ստացվում է ջրի էլեկտրոլիզով կամ աղաթթվի և ցինկի ռեակցիայի արդյունքում։ Այնուամենայնիվ, ավելի հաճախ օգտագործվում է պատրաստի գործարանային նյութը բալոններում:

Զտարանի գազերից և կոքս վառարանի գազից այս տարրը մեկուսացված է գազային խառնուրդի բոլոր մյուս բաղադրիչները հեռացնելով, քանի որ դրանք ավելի հեշտությամբ հեղուկացվում են խորը սառեցման ժամանակ:

Այս նյութը սկսել է ձեռք բերել արդյունաբերական ճանապարհով 18-րդ դարի վերջին։ Հետո այն օգտագործվել է փուչիկներ լցնելու համար։ Ներկա պահին ջրածինը լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, հիմնականում քիմիական արդյունաբերության մեջ, ամոնիակի արտադրության համար։

Նյութի զանգվածային սպառողները մեթիլ և այլ սպիրտներ, սինթետիկ բենզին և շատ այլ ապրանքներ արտադրողներն են։ Ստացվում են ածխածնի մոնօքսիդից (II) և ջրածնից սինթեզով։ Ջրածինը օգտագործվում է ծանր և պինդ հեղուկ վառելիքների, ճարպերի և այլնի հիդրոգենացման, HCl-ի սինթեզի, նավթամթերքների հիդրոմշակման, ինչպես նաև մետաղների կտրման/եռակցման համար։ Միջուկային էներգիայի համար ամենակարեւոր տարրերն են նրա իզոտոպները՝ տրիտումը և դեյտերիումը։

Ջրածնի կենսաբանական դերը

Այս տարրի վրա է ընկնում կենդանի օրգանիզմների զանգվածի մոտ 10%-ը (միջինում)։ Այն ջրի մի մասն է և բնական միացությունների ամենակարևոր խմբերը, ներառյալ սպիտակուցները, նուկլեինաթթուները, լիպիդները, ածխաջրերը: Ինչի՞ն է դա ծառայում:

Այս նյութը որոշիչ դեր է խաղում տարածական կառուցվածքըսպիտակուցներ (չորրորդական), կոմպլեմենտարության սկզբունքի իրականացման մեջ նուկլեինաթթուներ(այսինքն՝ իրականացման և պահպանման մեջ գենետիկ տեղեկատվություն), ընդհանրապես մոլեկուլային մակարդակում «ճանաչման» մեջ։

Ջրածնի H+ իոնը մասնակցում է օրգանիզմում տեղի ունեցող կարևոր դինամիկ ռեակցիաներին/գործընթացներին։ Ներառյալ՝ կենսաբանական օքսիդացման մեջ, որն ապահովում է կենդանի բջիջներին էներգիա, կենսասինթեզի ռեակցիաների, բույսերի ֆոտոսինթեզի, բակտերիաների ֆոտոսինթեզի և ազոտի ֆիքսման, թթու-բազային հավասարակշռության և հոմեոստազի պահպանման, թաղանթային փոխադրման գործընթացներում։ Ածխածնի և թթվածնի հետ միասին կազմում է կյանքի երևույթների գործառական և կառուցվածքային հիմքը։

s-տարրերի բնութագրում

S-տարրերի բլոկը ներառում է 13 տարր, որոնց ընդհանուր է արտաքին էներգիայի մակարդակի s-մակարդակի կուտակումն իրենց ատոմներում:

Թեև ջրածինը և հելիումը դասակարգվում են որպես s-տարրեր՝ պայմանավորված իրենց հատկությունների հատուկ բնույթով, դրանք պետք է դիտարկվեն առանձին: Ջրածինը, նատրիումը, կալիումը, մագնեզիումը, կալցիումը կենսական տարրեր են։

S-տարրերի միացություններն ունեն հատկությունների ընդհանուր օրինաչափություններ, ինչը բացատրվում է նրանց ատոմների էլեկտրոնային կառուցվածքի նմանությամբ։ Բոլոր արտաքին էլեկտրոնները վալենտ են և մասնակցում են ձևավորմանը քիմիական կապեր. Հետևաբար, միացություններում այս տարրերի առավելագույն օքսիդացման աստիճանն է թիվէլեկտրոններ արտաքին շերտում և, համապատասխանաբար, հավասար է այն խմբի թվին, որում գտնվում է այս տարրը: S-տարրերի մետաղների օքսիդացման վիճակը միշտ դրական է: Մյուս առանձնահատկությունն այն է, որ արտաքին շերտի էլեկտրոնների առանձնացումից հետո մնում է ազնիվ գազի թաղանթով իոն։ Տարրի սերիական համարի՝ ատոմային շառավիղով, իոնացման էներգիան նվազում է (5,39 eV y Li-ից մինչև 3,83 eV y Fr), և մեծանում է տարրերի նվազող ակտիվությունը։

S-տարրերի միացությունների ճնշող մեծամասնությունը անգույն է (ի տարբերություն d-էլեմենտների միացությունների), քանի որ բացառված է d-էլեկտրոնների անցումը ցածր էներգիայի մակարդակից դեպի ավելի բարձր էներգիա, որը առաջացնում է գույն:

IA - IIA խմբերի տարրերի միացությունները բնորոշ աղեր են, ջրային լուծույթում դրանք գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում են իոնների և ենթակա չեն կատիոնների հիդրոլիզի (բացառությամբ Be 2+ և Mg 2+ աղերի):

ջրածնի հիդրիդ իոնային կովալենտ

S-տարրերի իոնների համար բարդ առաջացումը բնորոշ չէ։ s - տարրերի բյուրեղային կոմպլեքսները H 2 O-բյուրեղային հիդրատներով լիգանդներով հայտնի են հնագույն ժամանակներից, օրինակ՝ Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-borax, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-շիբ։ Ջրի մոլեկուլները բյուրեղային հիդրատներում խմբավորված են կատիոնի շուրջը, բայց երբեմն ամբողջովին շրջապատում են անիոնը։ Իոնի փոքր լիցքի և իոնի մեծ շառավիղի պատճառով ալկալիական մետաղներն ամենաքիչն են հակված բարդույթների, այդ թվում՝ ջրային կոմպլեքսների առաջացմանը։ որպես բարդացնող նյութեր բարդ միացություններԼիթիումի, բերիլիումի, մագնեզիումի իոնները գործում են որպես ցածր կայունություն:

Ջրածին. Քիմիական հատկություններջրածինը

Ջրածինը ամենաթեթև s-տարրն է: Դրա էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան հիմնական վիճակում 1S 1 է: Ջրածնի ատոմը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և մեկ էլեկտրոնից։ Ջրածնի առանձնահատկությունն այն է, որ նրա վալենտային էլեկտրոնն անմիջապես գործողության ոլորտում է ատոմային միջուկ. Ջրածինը չունի միջանկյալ էլեկտրոնային շերտ, ուստի ջրածինը չի կարող համարվել էլեկտրոնային անալոգ ալկալիական մետաղներ.

Ինչպես ալկալիական մետաղները, այնպես էլ ջրածինը վերականգնող նյութ է և ցուցադրում է +1 օքսիդացման աստիճան: Ջրածնի սպեկտրները նման են ալկալային մետաղների սպեկտրներին: Ջրածինը նման է ալկալային մետաղներին՝ լուծույթներում հիդրատացված դրական լիցքավորված իոն H+ տալու ունակությամբ:

Ինչպես հալոգենը, այնպես էլ ջրածնի ատոմին պակասում է մեկ էլեկտրոն։ Դրանով է պայմանավորված H- հիդրիդ իոնի առկայությունը։

Բացի այդ, ինչպես հալոգենի ատոմները, ջրածնի ատոմները նույնպես բնութագրվում են իոնացման բարձր էներգիայով (1312 կՋ/մոլ): Այսպիսով, ջրածինը հատուկ դիրք է զբաղեցնում տարրերի պարբերական համակարգում։

Ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ տարրն է, որը կազմում է Արեգակի զանգվածի կեսը և աստղերի մեծ մասը:

Արեգակի և այլ մոլորակների վրա ջրածինը գտնվում է ատոմային վիճակում, միջաստղային միջավայրում՝ մասնակի իոնացված երկատոմային մոլեկուլների տեսքով։

Ջրածինը ունի երեք իզոտոպ. պրոտիում 1 H, դեյտերիում 2 D և տրիտում 3 T, ընդ որում տրիտումը ռադիոակտիվ իզոտոպ է:

Ջրածնի մոլեկուլներն առանձնանում են բարձր ուժով և ցածր բևեռացմամբ, փոքր չափերով և փոքր զանգվածով, ունեն բարձր շարժունակություն։ Հետևաբար, ջրածինը ունի շատ ցածր հալման կետ (-259,2 o C) և եռման (-252,8 o C): Պատճառով բարձր էներգիատարանջատում (436 կՋ/մոլ) մոլեկուլների տարրալուծումը ատոմների տեղի է ունենում 2000 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Ջրածինը անգույն գազ է, անհոտ և անհամ: Ունի ցածր խտություն՝ 8,99·10 -5 գ/սմ Շատ բարձր ճնշումների դեպքում ջրածինը անցնում է մետաղական վիճակի։ Ենթադրվում է, որ հեռավոր մոլորակների վրա Արեգակնային համակարգ- Յուպիտերը և Սատուրնը, ջրածինը մետաղական վիճակում է: Ենթադրություն կա, որ երկրի միջուկի կազմը ներառում է նաև մետաղական ջրածին, որտեղ այն գտնվում է երկրագնդի թիկնոցի կողմից ստեղծված գերբարձր ճնշման տակ։

Քիմիական հատկություններ. Սենյակային ջերմաստիճանում մոլեկուլային ջրածինը փոխազդում է միայն ֆտորի հետ, լույսով ճառագայթվելիս՝ քլորի և բրոմի հետ, երբ տաքացվում է O 2, S, Se, N 2, C, I 2:

Ջրածնի ռեակցիաները թթվածնի և հալոգենների հետ ընթանում են ըստ ռադիկալ մեխանիզմի։

Քլորի հետ փոխազդեցությունը չճյուղավորված ռեակցիայի օրինակ է, երբ ճառագայթվում է լույսով (լուսաքիմիական ակտիվացում), երբ տաքացվում է (ջերմային ակտիվացում):

Cl + H 2 \u003d HCl + H (շղթայի զարգացում)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

Պայթուցիկ գազի պայթյունը՝ ջրածին-թթվածին խառնուրդ, ճյուղավորված շղթայի գործընթացի օրինակ է, երբ սկսված շղթան ներառում է ոչ թե մեկ, այլ մի քանի փուլ.

H 2 + O 2 \u003d 2OH

H + O 2 \u003d OH + O

O + H 2 \u003d OH + H

OH + H 2 \u003d H 2 O + H

Պայթուցիկ գործընթացից կարելի է խուսափել՝ աշխատելով մաքուր ջրածնի հետ։

Քանի որ ջրածինը բնութագրվում է դրական (+1) և բացասական (-1) օքսիդացման վիճակներով, ջրածինը կարող է դրսևորել ինչպես վերականգնող, այնպես էլ օքսիդացնող հատկություններ:

Ջրածնի նվազեցնող հատկությունները դրսևորվում են ոչ մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ.

H 2 (գ) + Cl 2 (գ) \u003d 2HCl (գ),

2H 2 (գ) + O 2 (գ) \u003d 2H 2 O (գ),

Այս ռեակցիաներն ընթանում են մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ, ինչը վկայում է H-Cl, H-O կապերի բարձր էներգիայի (ուժի) մասին։ Հետեւաբար, ջրածինը ցույց է տալիս վերականգնող հատկություններբազմաթիվ օքսիդների, հալոգենիդների նկատմամբ, օրինակ.

Սա հիմք է հանդիսանում ջրածնի կիրառման համար՝ որպես վերականգնող նյութ հալոգենիդային օքսիդներից պարզ նյութեր ստանալու համար։

Նույնիսկ ավելի ուժեղ վերականգնող նյութը ատոմային ջրածինն է: Այն ձևավորվում է մոլեկուլային էլեկտրոնի արտանետման մեջ ցածր ճնշման պայմաններում:

Ջրածինը բարձր վերականգնող ակտիվություն ունի արձակման պահին մետաղի թթվի հետ փոխազդեցության ժամանակ։ Նման ջրածինը նվազեցնում է CrCl 3-ը CrCl 2-ի.

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

Ջրածնի փոխազդեցությունը ազոտի օքսիդի (II) հետ կարևոր է.

2NO + 2H 2 = N 2 + H 2 O

Օգտագործվում է մաքրման համակարգերում՝ ազոտական ​​թթվի արտադրության մեջ:

Որպես օքսիդացնող նյութ, ջրածինը փոխազդում է ակտիվ մետաղների հետ.

Այս դեպքում ջրածինը իրեն պահում է հալոգենի նման՝ առաջացնելով նմանատիպ հալոգենիդներ հիդրիդներ.

I խմբի s տարրերի հիդրիդներն ունեն NaCl տիպի իոնային կառուցվածք։ Քիմիապես իոնային հիդրիդներն իրենց պահում են հիմնական միացությունների նման։

Կովալենտները ներառում են ոչ մետաղական տարրերի հիդրիդներ, որոնք ավելի քիչ էլեկտրաբացասական են, քան ինքնին ջրածինը, օրինակ՝ SiH 4, BH 3, CH 4 բաղադրության հիդրիդները։ Ըստ քիմիական բնույթՈչ մետաղական հիդրիդները թթվային միացություններ են։

Հիդրիդների հիդրոլիզի բնորոշ հատկանիշը ջրածնի արտազատումն է, ռեակցիան ընթանում է ռեդոքս մեխանիզմի համաձայն։

Հիմնական հիդրիդ

թթվային հիդրիդ

Ջրածնի արտազատման շնորհիվ հիդրոլիզն ընթանում է ամբողջությամբ և անդառնալիորեն (?Н<0, ?S>0): Այս դեպքում հիմնային հիդրիդները առաջացնում են ալկալի, իսկ թթվային թթուներ։

Համակարգի ստանդարտ ներուժը B է: Հետևաբար, H իոնը ուժեղ վերականգնող նյութ է:

Լաբորատորիայում ջրածինը ստացվում է Kipp ապարատում ցինկի 20% ծծմբաթթվի հետ փոխազդելու միջոցով։

Տեխնիկական ցինկը հաճախ պարունակում է մկնդեղի և անտիմոնի փոքր կեղտեր, որոնք ջրածնով վերածվում են թունավոր գազերի՝ արսին SbH 3 և stabyne SbH Նման ջրածինը կարող է թունավոր լինել: Քիմիապես մաքուր ցինկի դեպքում ռեակցիան դանդաղ է ընթանում գերլարման պատճառով, և ջրածնի լավ հոսանքը հնարավոր չէ ստանալ: Այս ռեակցիայի արագությունը մեծանում է պղնձի սուլֆատի բյուրեղների ավելացմամբ, ռեակցիան արագանում է գալվանական Cu-Zn զույգի ձևավորմամբ։

Ավելի մաքուր ջրածին ձևավորվում է սիլիցիումի կամ ալյումինի վրա ալկալիի ազդեցությամբ, երբ տաքացվում է.

Արդյունաբերության մեջ մաքուր ջրածին ստացվում է էլեկտրոլիտներ պարունակող ջրի էլեկտրոլիզով (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2):

Էլեկտրոլիզի ժամանակ մեծ քանակությամբ ջրածին է առաջանում որպես կողմնակի արտադրանք ջրային լուծույթնատրիումի քլորիդ՝ կաթոդի և անոդի տարածությունը բաժանող դիֆրագմով,

Ջրածնի ամենամեծ քանակությունը ստացվում է գերտաքացվող գոլորշով պինդ վառելիքի (անտրացիտի) գազաֆիկացման արդյունքում.

Կամ բնական գազի (մեթանի) փոխակերպումը գերտաքացած գոլորշու միջոցով.

Ստացված խառնուրդը (սինթեզի գազ) օգտագործվում է բազմաթիվ օրգանական միացությունների արտադրության մեջ։ Ջրածնի ելքը կարող է մեծանալ՝ սինթեզի գազը կատալիզատորի վրայով անցկացնելով, մինչդեռ CO-ն վերածվում է CO 2-ի:

Դիմում.Ամոնիակի սինթեզում մեծ քանակությամբ ջրածին է սպառվում։ քլորաջրածնի արտադրության համար և աղաթթվի, բուսական ճարպերի հիդրոգենացման, օքսիդներից մետաղների (Mo, W, Fe) վերականգնման համար։ Ջրածին-թթվածնային բոցերը օգտագործվում են մետաղների եռակցման, կտրման և հալման համար:

Հեղուկ ջրածինը օգտագործվում է որպես հրթիռային վառելիք։ Ջրածնային վառելիքն է էկոլոգիապես բարեկամականև ավելի էներգատար, քան բենզինը, ուստի այն ապագայում կարող է փոխարինել նավթամթերքներին: Արդեն մի քանի հարյուր մեքենաներ աշխարհում աշխատում են ջրածնով։ Ջրածնի էներգիայի խնդիրները կապված են ջրածնի պահպանման և փոխադրման հետ։ Ջրածինը պահվում է ստորգետնյա տանկերներում հեղուկ վիճակում՝ 100 ատմ ճնշման տակ։ առաքում մեծ քանակությամբհեղուկ ջրածինը լուրջ վտանգ է ներկայացնում.

Սկսելով դիտարկել ջրածնի քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները, պետք է նշել, որ սովորական վիճակում այս քիմիական տարրը գտնվում է գազային վիճակում։ Անգույն ջրածին գազն անհամ է և անհամ: Առաջին անգամ այս քիմիական տարրը ջրածին է կոչվել այն բանից հետո, երբ գիտնական Ա.Լավուազյեն փորձեր է անցկացրել ջրի հետ, որոնց արդյունքներով համաշխարհային գիտությունը պարզել է, որ ջուրը բազմաբաղադրիչ հեղուկ է, որը ներառում է Ջրածինը։ Այս իրադարձությունը տեղի է ունեցել 1787 թվականին, սակայն այդ ամսաթվից շատ առաջ ջրածինը հայտնի էր գիտնականներին «այրվող գազ» անվան տակ։

Ջրածինը բնության մեջ

Ըստ գիտնականների՝ ջրածինը հայտնաբերված է երկրի ընդերքըև ջրի մեջ (ընդհանուր ջրի մոտ 11,2%-ը): Այս գազը շատ օգտակար հանածոների մի մասն է, որոնք մարդկությունը դարեր շարունակ արդյունահանել է երկրի աղիքներից: Մասամբ ջրածնի հատկությունները բնորոշ են նավթին, բնական գազերին և կավին, կենդանիների և բույսերի օրգանիզմների համար։ Բայց իր մաքուր տեսքով, այսինքն՝ չզուգակցված պարբերական աղյուսակի այլ քիմիական տարրերի հետ, այս գազը չափազանց հազվադեպ է բնության մեջ: Այս գազը կարող է դուրս գալ երկրի մակերես հրաբխային ժայթքման ժամանակ: Ազատ ջրածինը առկա է մթնոլորտում հետագծային քանակությամբ:

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Քանի որ ջրածնի քիմիական հատկությունները միատեսակ չեն, այս քիմիական տարրը պատկանում է ինչպես Մենդելեևի համակարգի I խմբին, այնպես էլ համակարգի VII խմբին: Լինելով առաջին խմբի ներկայացուցիչ՝ ջրածինը, ըստ էության, ալկալիական մետաղ է, որն ունի +1 օքսիդացման աստիճան այն միացությունների մեծ մասում, որոնց մեջ այն ներառված է։ Նույն վալենտությունը բնորոշ է նատրիումին և այլ ալկալիական մետաղներին։ Հաշվի առնելով այս քիմիական հատկությունները, ջրածինը համարվում է այս մետաղներին նման տարր:

Եթե ​​խոսքը մետաղների հիդրիդների մասին է, ապա ջրածնի իոնն ունի բացասական վալենտություն՝ նրա օքսիդացման աստիճանը -1 է։ Na + H--ը կառուցված է այնպես, ինչպես Na + Cl- քլորիդը: Այս փաստն է Մենդելեևի համակարգի VII խմբին ջրածինը վերագրելու պատճառը։ Ջրածինը, լինելով մոլեկուլի վիճակում, պայմանով, որ այն սովորական միջավայրում է, անգործուն է և կարող է միավորվել միայն իր համար ավելի ակտիվ ոչ մետաղների հետ։ Այդպիսի մետաղների թվում է ֆտորը, լույսի առկայության դեպքում ջրածինը միանում է քլորին։ Եթե ​​ջրածինը տաքացվում է, այն դառնում է ավելի ակտիվ՝ արձագանքելով բազմաթիվ տարրերի հետ։ պարբերական համակարգՄենդելեևը.

Ատոմային ջրածինը ավելի ակտիվ քիմիական հատկություններ է ցուցաբերում, քան մոլեկուլային ջրածինը։ Թթվածնի մոլեկուլները առաջացնում են ջուր - H2 + 1/2O2 = H2O: Երբ ջրածինը փոխազդում է հալոգենների հետ, ձևավորվում են ջրածնի հալոգենիդներ H2 + Cl2 = 2HCl, և ջրածինը մտնում է այս ռեակցիայի մեջ լույսի բացակայության դեպքում և բավականին բարձր բացասական ջերմաստիճաններում՝ մինչև -252 ° C: Ջրածնի քիմիական հատկությունները հնարավորություն են տալիս այն օգտագործել բազմաթիվ մետաղների վերացման համար, քանի որ արձագանքելիս ջրածինը թթվածին է կլանում մետաղական օքսիդներից, օրինակ՝ CuO + H2 = Cu + H2O: Ջրածինը մասնակցում է ամոնիակի առաջացմանը՝ փոխազդելով ազոտի հետ 3H2 + N2 = 2NH3 ռեակցիայի մեջ, բայց պայմանով, որ օգտագործվում է կատալիզատոր, և ջերմաստիճանն ու ճնշումը մեծանում են։

Էներգետիկ ռեակցիա է տեղի ունենում, երբ ջրածինը փոխազդում է ծծմբի հետ H2 + S = H2S ռեակցիայում, որի արդյունքում առաջանում է ջրածնի սուլֆիդ: Ջրածնի փոխազդեցությունը տելուրի և սելենի հետ մի փոքր ավելի քիչ ակտիվ է: Եթե ​​չկա կատալիզատոր, ապա այն փոխազդում է մաքուր ածխածնի, ջրածնի հետ միայն բարձր ջերմաստիճանի ստեղծման պայմանով։ 2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան): Որոշ ալկալիների և այլ մետաղների հետ ջրածնի ակտիվության գործընթացում ստացվում են հիդրիդներ, օրինակ՝ H2 + 2Li = 2LiH։

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածինը շատ թեթև է քիմիական. Առնվազն գիտնականները պնդում են, որ այս պահին չկա ավելի թեթեւ նյութ, քան ջրածինը։ Նրա զանգվածը 14,4 անգամ թեթեւ է օդից, խտությունը՝ 0,0899 գ/լ 0°C։ -259,1 ° C ջերմաստիճանի դեպքում ջրածինը կարող է հալվել. սա շատ կրիտիկական ջերմաստիճան է, որը բնորոշ չէ մեծ մասի վերափոխման համար: քիմիական միացություններմի պետությունից մյուսը. Միայն այնպիսի տարր, ինչպիսին հելիումն է, այս առումով գերազանցում է ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները: Ջրածնի հեղուկացումը դժվար է, քանի որ նրա կրիտիկական ջերմաստիճանը (-240°C է): Ջրածինը մարդկությանը հայտնի բոլոր գազերից ամենաջերմարտադրող գազն է: Վերը նկարագրված բոլոր հատկությունները ջրածնի ամենակարևոր ֆիզիկական հատկություններն են, որոնք օգտագործվում են մարդու կողմից հատուկ նպատակներով: Բացի այդ, այս հատկությունները ամենաարդիականն են ժամանակակից գիտության համար:

ՄԻՆՍԿԻ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱՅԻ ԵՎ ԹԵԹԵՅՍ ԱՐԴՅՈՒՆԱԲԵՐՈՒԹՅԱՆ ԴԻԶԱՅՆԻ ՔՈԼԵՋ

Շարադրություն

մասնագիտություն՝ քիմիա

Թեմա՝ «Ջրածինը և նրա միացությունները»

Պատրաստված է * կողմից: 1-ին կուրսի ուսանող343 խումբ

Viskup Ելենա

Ստուգվում:Ալյաբիևա Ն.Վ.

Մինսկ 2009թ

Ջրածնի ատոմի կառուցվածքը պարբերական համակարգում

Օքսիդացման վիճակներ

Բնության մեջ տարածվածություն

Ջրածինը որպես պարզ նյութ

Ջրածնի միացություններ

Մատենագիտություն

Ջրածնի ատոմի կառուցվածքը պարբերական համակարգում

Պարբերական համակարգի առաջին տարրը (1-ին շրջան, սերիական համար 1): Այն չունի ամբողջական անալոգիա այլ քիմիական տարրերի հետ և չի պատկանում որևէ խմբի, հետևաբար, աղյուսակներում այն ​​պայմանականորեն տեղադրվում է IA խմբում և (կամ) VIIA խմբում:

Ջրածնի ատոմը բոլոր տարրերի ատոմներից ամենափոքրն ու թեթևն է։ Էլեկտրոնային բանաձևատոմ 1s 1. Ազատ վիճակում տարրի գոյության սովորական ձևը երկատոմային մոլեկուլն է։

Օքսիդացման վիճակներ

Ավելի շատ էլեկտրաբացասական տարրեր ունեցող միացություններում ջրածնի ատոմը դրսևորում է +1 օքսիդացման աստիճան, օրինակ՝ HF, H 2 O և այլն։ Իսկ մետաղների հիդրիդներով միացություններում ջրածնի ատոմի օքսիդացման աստիճանը -1 է, օրինակ՝ NaH։ , CaH 2 և այլն: Այն ունի էլեկտրաբացասական արժեքի միջին արժեք բնորոշ մետաղների և ոչ մետաղների միջև: Օրգանական լուծիչներում, ինչպիսիք են քացախաթթուն կամ ալկոհոլը, կարող են կատալիտիկորեն վերածել շատ օրգանական միացություններ՝ չհագեցած միացություններ՝ հագեցած, նատրիումի որոշ միացություններ՝ ամոնիակ կամ ամիններ:

Բնության մեջ տարածվածություն

Բնական ջրածինը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ պրոտիում 1 H, դեյտերիում 2 H և տրիտում 3 H: Մեկ այլ ձևով դեյտերիումը նշվում է որպես D, իսկ տրիտիումը որպես T: Հնարավոր են տարբեր համակցություններ, օրինակ՝ HT, HD, TD, H: 2, D 2, T2. Ջրածինը բնության մեջ ավելի տարածված է ծծմբի (H 2 S), թթվածնի (ջրի տեսքով), ածխածնի, ազոտի և քլորի հետ տարբեր միացությունների տեսքով։ Ավելի քիչ հաճախ ֆոսֆորի, յոդի, բրոմի և այլ տարրերով միացությունների տեսքով: Այն բոլոր բուսական և կենդանական օրգանիզմների, նավթի, հանածո ածուխների, բնական գազի, մի շարք օգտակար հանածոների և ապարների մի մասն է։ Ազատ վիճակում այն ​​շատ հազվադեպ է հանդիպում փոքր քանակությամբ՝ հրաբխային գազերում և օրգանական մնացորդների քայքայման արգասիքներում։ Ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ տարրն է (մոտ 75%)։ Այն գտնվում է Արեգակի և աստղերի մեծ մասում, ինչպես նաև Յուպիտեր և Սատուրն մոլորակներում, որոնք հիմնականում ջրածին են: Որոշ մոլորակների վրա ջրածինը կարող է գոյություն ունենալ պինդ տեսքով:

Ջրածինը որպես պարզ նյութ

Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք միմյանց հետ կապված են կովալենտով ոչ բևեռային կապ. Ֆիզիկական հատկություններ - անգույն և առանց հոտի գազ. Այն տարածվում է ավելի արագ, քան մյուս գազերը տիեզերքում, անցնում է փոքր ծակոտիներով, իսկ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում համեմատաբար հեշտությամբ թափանցում է պողպատ և այլ նյութեր։ Ունի բարձր ջերմահաղորդականություն։

Քիմիական հատկություններ. Իր բնականոն վիճակում ցածր ջերմաստիճաններում այն ​​ոչ ակտիվ է, առանց տաքացման փոխազդում է ֆտորի և քլորի հետ (լույսի առկայության դեպքում)։

H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HCl

Այն ավելի ակտիվ է փոխազդում ոչ մետաղների, քան մետաղների հետ։

Տարբեր նյութերի հետ փոխազդեցության ժամանակ այն կարող է դրսևորել ինչպես օքսիդացնող, այնպես էլ նվազեցնող հատկություններ:

Ջրածնի միացություններ

Ջրածնի միացություններից են հալոգենները։ Դրանք առաջանում են, երբ ջրածինը միավորվում է VIIA խմբի տարրերի հետ։ HF, HCl, HBr և HI անգույն գազեր են, որոնք շատ լուծելի են ջրում:

Cl 2 + H 2 OHClO + HCl; HClO-քլոր ջուր

Քանի որ HBr-ը և HI-ն տիպիկ վերականգնող նյութեր են, դրանք չեն կարող ստացվել փոխանակման ռեակցիայի միջոցով, ինչպես HCl-ը:

CaF 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 + 2HF

Ջուրը բնության մեջ ամենատարածված ջրածնային միացությունն է:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Այն չունի գույն, համ, հոտ: Շատ թույլ էլեկտրոլիտ է, բայց ակտիվորեն փոխազդում է բազմաթիվ մետաղների և ոչ մետաղների, հիմնային և թթվային օքսիդների հետ։

2H 2 O + 2Na \u003d 2NaOH + H 2

H 2 O + BaO \u003d Ba (OH) 2

3H 2 O + P 2 O 5 \u003d 2H 3 PO 4

Ծանր ջուրը (D 2 O) ջրի իզոտոպային բազմազանություն է: Ծանր ջրում նյութերի լուծելիությունը շատ ավելի քիչ է, քան սովորական ջրում։ Ծանր ջուրը թունավոր է, քանի որ այն դանդաղեցնում է կենդանի օրգանիզմների կենսաբանական գործընթացները։ Կուտակվում է էլեկտրոլիզի մնացորդում ջրի կրկնակի էլեկտրոլիզի ժամանակ: Օգտագործվում է որպես հովացուցիչ նյութ և նեյտրոնային մոդերատոր միջուկային ռեակտորներ.

Հիդրիդներ - ջրածնի փոխազդեցությունը մետաղների հետ (բարձր ջերմաստիճանում) կամ ոչ մետաղների հետ ավելի քիչ էլեկտրաբացասական, քան ջրածինը:

Si + 2H 2 \u003d SiH 4

Ինքը՝ ջրածինը, հայտնաբերվել է 16-րդ դարի առաջին կեսին։ Պարացելսուս. 1776 թվականին Գ. Քավենդիշը առաջին անգամ ուսումնասիրեց նրա հատկությունները, 1783-1787 թվականներին Ա.Լավուազեն ցույց տվեց, որ ջրածինը ջրի մաս է, ներառեց այն քիմիական տարրերի ցանկում և առաջարկեց «ջրածին» անվանումը։

Մատենագիտություն

1. Մ.Բ. Վոլովիչ, Օ.Ֆ. Կաբարդին, Ռ.Ա. Լիդին, Լ.Յու. Ալիկբերովա, Վ.Ս. Ռոխլովը, Վ.Բ. Պյատոնին, Յու.Ա. Simagin, S.V. Simonovich / Դպրոցականների ձեռնարկ / Մոսկվա «AST-PRESS BOOK» 2003 թ.

2. Ի.Լ. Կնունյաց / Քիմիական հանրագիտարան / Մոսկվա «Սովետական ​​հանրագիտարան» 1988 թ.

3. Ի.Է. Շիմանովիչ / Քիմիա 11 / Մինսկ «Ժողովրդական Ասվետա» 2008 թ.

4. F. Cotton, J. Wilkinson/Modern անօրգանական քիմիա/ Մոսկվա «Միր» 1969 թ