Elementul hidrogen - tabelul periodic online
- Element în
Tabelul periodic - Informații despre elementele generale
- Informații generale despre grup
- Proprietăți atomice
- Modificări/proprietăți fizice
- Ionizare
- termodinamica
- Oxidare și reducere
- Comportamentul acido-bazic
- Legea acțiunii în masă
- Izotopi
- distribuție
- poveste
- link-uri
1, hidrogen (H)
Elementul hidrogen:
Formarea naturală a hidrogenului (nucleosinteza): Hidrogenul este de departe cel mai comun element din univers. Imediat după Big Bang, toată materia a constat din hidrogen (în afară de heliu), în timp ce elementele mai grele s-au format doar ca urmare a proceselor de fuziune nucleară din stele și a exploziilor lor de supernovă la sfârșitul vieții lor. În consecință, proporția de hidrogen va continua să scadă pe parcursul istoriei universului în detrimentul heliului.
Există, desigur, trei tipuri de atomi (= izotopi) de hidrogen:
Iată asta Protium (hidrogen normal sau ușor, 1 H) cel mai comun tip de atom de hidrogen.
deuteriu (numit și „hidrogen greu”, conținea 0,015% în amestecul de izotopi naturali, 2 H), pe de altă parte, la fel ca heliul-3 sau izotopii de litiu și beriliu, este mai probabil să fi apărut ca un fragment de nuclee atomice mai mari ca urmare a exploziilor de supernova. exprimă faptul că nu este utilizat pe scară largă. Este unul dintre cei patru izotopi care este stabil atât cu un număr impar de neutroni, cât și cu protoni.
În plus, 10-15% din amestecul natural de izotopi există încă în natură Tritiu (numit și „hidrogen supraîncărcat”, 3 H), care este format din neutroni liberi care lovesc atomii de azot din straturile atmosferice superioare ca urmare a radiației cosmice:
Formarea tritiului din azot și neutroni liberi:
| 14 N + 1 n → 12 C + 3 H + 4,015 MeV |
Tritiul este radioactiv și, odată cu emisia de raze beta (electroni liberi), se descompune în heliu-3 cu un timp de înjumătățire de 12,3 ani.
Apariția hidrogenului: Universul este încă 75% hidrogen. Cu toate acestea, această proporție crește încet, dar continuu, în favoarea heliului, oxigenului și neonului în special.
Hidrogenul este al nouălea element cel mai comun pe pământ. Astfel, este foarte epuizat în comparație cu apariția sa pe soare (90%) și univers. Acest lucru are legătură cu faptul că atunci când s-a format pământul, doar o mică parte din hidrogenul prezent inițial ar putea fi legat chimic de alte elemente (în special oxigen), iar marea majoritate s-a difuzat în spațiul liber ca hidrogen elementar într-un timp relativ scurt. Din același motiv, gazele nobile, care sunt inerte chimic, sunt, de asemenea, epuizate în aparițiile lor pământești, comparativ cu abundența din univers (cu excepția argonului, vezi acolo).
Cel mai important compus al hidrogenului este oxidul său, apa (H2O). Aceasta acoperă 72% din suprafața pământului. A doua apariție cea mai frecventă a hidrogenului este, fără îndoială, în compușii organici ai naturii, care constau în principal din elementele carbon, hidrogen și oxigen. În plus, metanul (ca cea mai simplă hidrocarbură, CH4) ca sursă de energie fosilă (gaz natural) este important. În timpul proceselor de descompunere, se formează și compuși de hidrogen: hidrogenul sulfurat (H2), care miroase a ouă putrede, este un gaz extrem de otrăvitor, care se produce atunci când proteinele sunt putrezite. Amoniacul caracteristic mirositor înțepător este compusul azotat al hidrogenului (NH3), care este utilizat ca agent de curățare în gospodărie ca soluție apoasă. Amoniacul se produce și atunci când rămășițele vegetale sau animale se descompun.
| Depozite importante de hidrogen | ||
Apă [1] H2O. | Probă de petrol [2] CnH2n + 2, n = 5-10 | Suprafața soarelui [3] |
Producția de hidrogen: Gazificarea cărbunelui: Hidrogenul elementar este obținut tehnic prin trecerea aburului fierbinte peste cocsul strălucitor. De aici vine Gaz de apă. Monoxidul de carbon (CO) format în principal este transformat în hidrogen cu apă suplimentară sub cataliză cu oxid de nichel (III) sau oxid de crom (III), formându-se dioxid de carbon. Spălând gazul de sinteză cu soluții de sodă sau potasiu și apoi spălându-l cu o soluție de clorură de cupru (I), CO2 și CO pot fi îndepărtate. Hidrogenul sulfurat, care se formează din sulful conținut în cărbune, este, de asemenea, separat.
C + H2O + 175,3 kJ/mol → CO + H2; Generarea apei de gaze
CO + H2O + 2,8 kJ → CO2 + H2; Reacția de deplasare a gazului de apă
C + 2 H2O + 178,1 kJ → CO2 + 2 H2; Răspuns general
Electrochimic din apă: Hidrogenul poate fi, de asemenea, obținut eficient din apă prin electroliză. Deoarece conductivitatea intrinsecă a apei pure este foarte scăzută, pentru aceasta se utilizează electroliți adecvați. Electroliza soluțiilor de hidroxid de potasiu 25% la 70 până la 90 ° C., care sunt electrolizate la o densitate de curent de 0,15 până la 0,5 A/cm2 și o tensiune de 1,9 V, s-a dovedit a fi deosebit de adecvată. Această reprezentare are o eficiență de 80%. La catod, ionii de potasiu sunt descărcați la catodul încărcat negativ și apoi formează potasiu elementar. Aceasta reacționează imediat cu apa înapoi pentru a forma hidroxid de potasiu și hidrogen, care crește și poate fi captat. La anod, ionii hidroxid sunt descărcați pentru a forma radicali hidroxil pe anodul încărcat pozitiv, care reacționează imediat în continuare pentru a forma peroxid de hidrogen. Cu toate acestea, acest lucru se descompune imediat după apă și oxigen. Oxigenul poate fi deviat și colectat ca hidrogenul.
| Electroliza apei (soluție diluată de KOH): | |
| Catod: | |
Prin conversia metalelor bazice cu acid: La scară de laborator prin reacția metalelor de bază cu acizii. De exemplu, hidrogenul poate fi obținut din zinc sau aluminiu folosind acid clorhidric în aparatul Kipp.
Reprezentare din metan (reformare cu abur): Aici metanul (sau orice alt alcan) și aburul sunt transformate la 900 ° C peste nichel ca catalizator, putând fi obținut reductiv tot hidrogenul legat. Monoxidul de carbon este produs ca produs secundar.
Din bromură de calciu și apă. În prima etapă, bromura de calciu reacționează cu apă la 750 ° C pentru a forma oxid de calciu și bromură de hidrogen gazos. Bromura de hidrogen rezultată este convertită în bromură de mercur și hidrogen elementar la 100 ° C. Bromura de mercur reacționează apoi cu oxidul de calciu în continuare pentru a forma bromură de calciu și oxid de mercur. Acest amestec formează mercur înapoi atunci când este încălzit, eliberând oxigen. În cele din urmă, mercurul și bromura de calciu au doar un efect catalitic.
4 HBr + 2 Hg -100 ° C → 2 HgBr2 + 2 H2 ↑
2 HgBr2 + 2 CaO -25 ° C → 2 HgO + 2 CaBr2
Reprezentare sub cataliză cu clorură de fier (II) și clor: În acest scop, clorura de fier (II) reacționează mai întâi cu apa, care creează oxid de fier (II, III), clorură de hidrogen și hidrogen elementar. Oxidul de fier (II, III) este apoi reacționat în continuare cu clor și acid clorhidric la clorură de fier (III), apă și oxigen. În ultima etapă, clorura de fier (III) formată este descompusă termic, prin care clorura de fier (II) este reformată, precum și clorul care este, de asemenea, relevant pentru reacție.
Prin sintetizarea și descompunerea repetată a hidrurii de sodiu: Hidrura de sodiu eliberează hidrogen în apă; se obțin doi moli de H2 pe mol de NaH. Dacă hidrogenul este apoi transformat cantitativ cu sodiu din nou, se obțin 2 moli de hidrură de sodiu pe mol de hidrogen. Cantitatea de hidrogen poate fi dublată de fiecare dată prin conversie repetată, cu soda caustică ca produs secundar.
Chimia hidrogenului: Hidrogenul apare întotdeauna în compușii săi în stările de oxidare +1 (comparativ cu mai mulți parteneri electronegativi, nemetalici) sau -1 (comparativ cu mai mulți parteneri electropozitivi, metale).
Deoarece hidrogenul are doar un singur electron în învelișul său atomic, nu poate forma ioni pozitivi, deoarece acest lucru ar însemna apariția protonilor liberi. Prin urmare, compușii cu atomi sau molecule puternic electronegative sunt întotdeauna compuși atomici puternic polari. Aceasta se referă la compușii hidrogenului cu oxigen, fluor și azot, care au dipoli puternici datorită diferenței mari de EN și formează astfel punți de hidrogen între ei. Ca rezultat, amoniacul (NH3, azotură de hidrogen), apa (H2O, oxid de hidrogen) și fluorura de hidrogen (HF) au puncte de topire și fierbere mult mai ridicate decât s-ar aștepta din masa lor moleculară.
Cu elemente mai puțin puternic electronegative (fosfor, carbon, sulf, clor, brom, iod), hidrogenul formează compuși cu temperatură scăzută de topire și fierbere în care este ușor polarizat pozitiv.
Comparativ cu elemente chiar mai puternic electropozitive, se formează hidruri construite covalent în care hidrogenul are o sarcină parțială destul de negativă. Acești compuși sunt fie volatili, fie foarte polimerici.
În comparație cu metalele alcaline și alcalino-pământoase, precum și europiul, iterbiul și nobeliul, se formează hidruri asemănătoare sării în care sunt prezenți anioni H - reali ".
Hidrurile asemănătoare aliajelor construite covalent se formează cu majoritatea celorlalte metale, în care hidrogenul are o sarcină formală negativă.
Hidrogenul nu formează compuși cu gazele nobile.
Compușii hidrogenului sunt descriși mai detaliat pe paginile elementelor respective.
Caracteristicile fizice ale hidrogenului și ale compușilor săi: Deoarece hidrogenul cu proton este cel mai simplu atom și este biatomic, acesta este cel mai ușor dintre toate elementele.
Hidrogenul (ca heliul) se comportă aproape ca un gaz ideal.
Utilizarea hidrogenului și a compușilor săi:
- Hidrogenul ca combustibil: Deoarece hidrogenul elementar arde cu oxigen pentru a forma apă, devine din ce în ce mai important ca combustibil ecologic.
- Gaz de sudură: Combinat cu oxigen, o temperatură de 3000 ° C poate fi atinsă în timpul arderii, motiv pentru care este utilizată ca gaz de sudură pentru anumite aplicații la temperaturi ridicate.
- Carbohidrați: Odată cu reducerea resurselor de gaze naturale și petrol, hidrogenarea carbohidraților devine mai importantă. Carbonul este transformat în hidrocarburi folosind temperaturi și presiuni mai ridicate și folosind catalizatori cu hidrogen.
Utilizarea unor compuși hidrogen importanți:
- apă Pe lângă importanța sa biologică fundamentală, este și cea mai importantă substanță din tehnologie și chimie. Multe reacții au loc într-un mediu apos.
- ulei mineral este în continuare cel mai important material de pornire al sintezelor organice pentru producerea a numeroase produse (vezi și carbon).
Umfla: [1] Poza proprie. Această imagine poate fi utilizată liber în condițiile licenței Creative Commons. Dacă îl utilizați, vă rugăm să puneți un link pe site-ul meu.
[2] Sursa imaginii: Wikimedia Commons. Autor: Markus Schweiss. Imaginea este lansată în condițiile licenței Creative Commons.
[3] Sursa imaginii: NASA. Imaginea ca operă a unei agenții americane este supusă domeniului public, cu excepția cazului în care se prevede altfel.