อะตอมไฮโดรเจนมีสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอิเล็กตรอนชั้นนอก (และเท่านั้น) ระดับ 1 ส 1. ในแง่หนึ่งในแง่ของการมีอยู่ของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก อะตอมไฮโดรเจนจะคล้ายกับอะตอมของโลหะอัลคาไล อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับฮาโลเจน จะต้องมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อเติมระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก เนื่องจากระดับอิเล็กทรอนิกส์แรกสามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 2 ตัว ปรากฎว่าสามารถวางไฮโดรเจนพร้อมกันได้ทั้งในกลุ่มแรกและกลุ่มสุดท้าย (กลุ่มที่เจ็ด) ของตารางธาตุ ซึ่งบางครั้งทำในระบบธาตุเวอร์ชันต่างๆ:
จากมุมมองของคุณสมบัติของไฮโดรเจนในฐานะสารธรรมดา แต่ก็ยังมีความเหมือนกันกับฮาโลเจนมากกว่า ไฮโดรเจนก็เหมือนกับฮาโลเจน ที่เป็นอโลหะและก่อตัวเป็นโมเลกุลไดอะตอมมิก (H 2) เหมือนกับพวกมัน
ภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรเจนเป็นสารที่เป็นก๊าซและมีฤทธิ์ต่ำ กิจกรรมที่ต่ำของไฮโดรเจนอธิบายได้จากความแข็งแรงสูงของพันธะระหว่างอะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุล การแตกหักต้องใช้ความร้อนสูงหรือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือทั้งสองอย่าง
ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับสารเชิงเดี่ยว
ด้วยโลหะ
ในบรรดาโลหะ ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธเท่านั้น! โลหะอัลคาไลรวมถึงโลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธรวมถึงโลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม II ยกเว้นเบริลเลียมและแมกนีเซียม (Ca, Sr, Ba, รา)
เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะแอคทีฟ ไฮโดรเจนจะแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ เช่น ลดสถานะออกซิเดชันลง ในกรณีนี้จะเกิดไฮไดรด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทซึ่งมีโครงสร้างไอออนิก ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน:
ควรสังเกตว่าการทำปฏิกิริยากับโลหะแอคทีฟเป็นเพียงกรณีเดียวที่โมเลกุลไฮโดรเจน H2 เป็นตัวออกซิไดซ์
กับอโลหะ
ในบรรดาอโลหะ ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และฮาโลเจนเท่านั้น!
คาร์บอนควรเข้าใจว่าเป็นกราไฟท์หรือคาร์บอนอสัณฐาน เนื่องจากเพชรเป็นการดัดแปลงคาร์บอนแบบเฉื่อยอย่างยิ่ง
เมื่อทำปฏิกิริยากับอโลหะ ไฮโดรเจนสามารถทำหน้าที่ของตัวรีดิวซ์เท่านั้น กล่าวคือ เพิ่มสถานะออกซิเดชันเท่านั้น:
ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับสารเชิงซ้อน
ด้วยออกไซด์ของโลหะ
ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะที่อยู่ในชุดกิจกรรมของโลหะจนถึงอะลูมิเนียม (รวมไปถึงอะลูมิเนียมด้วย) อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนสามารถรีดิวซ์ออกไซด์ของโลหะจำนวนมากทางด้านขวาของอะลูมิเนียมเมื่อถูกความร้อน:
ด้วยออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ
ในบรรดาออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยาเมื่อถูกความร้อนด้วยออกไซด์ของไนโตรเจน ฮาโลเจน และคาร์บอน จากปฏิกิริยาทั้งหมดของไฮโดรเจนกับอโลหะออกไซด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่น่าสังเกตคือปฏิกิริยาของมันกับคาร์บอนมอนอกไซด์ CO
ส่วนผสมของ CO และ H2 มีชื่อเป็นของตัวเอง - "ก๊าซสังเคราะห์" เนื่องจากขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมยอดนิยมเช่นเมทานอลฟอร์มาลดีไฮด์และแม้แต่ไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์สามารถรับได้:
ด้วยกรด
ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอนินทรีย์!
สำหรับกรดอินทรีย์ ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับกรดไม่อิ่มตัวเท่านั้น เช่นเดียวกับกรดที่มีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจน โดยเฉพาะหมู่อัลดีไฮด์ คีโต หรือไนโตร
ด้วยเกลือ
ในกรณีของสารละลายเกลือในน้ำจะไม่เกิดปฏิกิริยากับไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม เมื่อไฮโดรเจนถูกส่งผ่านเกลือแข็งของโลหะบางชนิดที่มีฤทธิ์ปานกลางและต่ำ การรีดักชันของพวกมันบางส่วนหรือทั้งหมดก็เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น:
คุณสมบัติทางเคมีของฮาโลเจน
ฮาโลเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม VIIA (F, Cl, Br, I, At) รวมถึงสารธรรมดาที่เกิดขึ้น ในที่นี้และเพิ่มเติมในข้อความ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ฮาโลเจนจะเข้าใจว่าเป็นสารอย่างง่าย
ฮาโลเจนทั้งหมดมีโครงสร้างโมเลกุลซึ่งกำหนดจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำของสารเหล่านี้ โมเลกุลของฮาโลเจนเป็นแบบไดอะตอมมิกเช่น สูตรสามารถเขียนได้ในรูปแบบทั่วไปเป็น Hal 2
ควรสังเกตคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะของไอโอดีนตามความสามารถ การระเหิดหรืออีกนัยหนึ่ง การระเหิด. การระเหิดเป็นปรากฏการณ์ที่สารในสถานะของแข็งไม่ละลายเมื่อถูกความร้อน แต่เมื่อผ่านสถานะของเหลวจะผ่านเข้าสู่สถานะก๊าซทันที
โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมของฮาโลเจนใด ๆ มีรูปแบบ ns 2 np 5 โดยที่ n คือจำนวนคาบของตารางธาตุซึ่งมีฮาโลเจนอยู่ อย่างที่คุณเห็น อะตอมของฮาโลเจนต้องการอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อไปยังเปลือกนอกที่มีอิเล็กตรอนแปดอิเล็กตรอน จากนี้ มีเหตุผลที่จะถือว่าคุณสมบัติออกซิไดซ์ส่วนใหญ่ของฮาโลเจนอิสระ ซึ่งได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติ ดังที่ทราบกันดีว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอโลหะจะลดลงเมื่อเคลื่อนลงกลุ่มย่อยดังนั้นกิจกรรมของฮาโลเจนจึงลดลงในซีรีย์:
F 2 > Cl 2 > Br 2 > ฉัน 2
ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับสารอย่างง่าย
ฮาโลเจนทั้งหมดเป็นสารที่มีปฏิกิริยาสูงและทำปฏิกิริยากับสารที่ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเนื่องจากมีปฏิกิริยาที่สูงมาก ฟลูออรีนจึงสามารถทำปฏิกิริยาได้แม้กระทั่งกับสารธรรมดาๆ ที่ฮาโลเจนอื่นๆ ไม่สามารถทำปฏิกิริยาได้ สารง่ายๆ เช่น ออกซิเจน คาร์บอน (เพชร) ไนโตรเจน แพลทินัม ทอง และก๊าซมีตระกูลบางชนิด (ซีนอนและคริปทอน) เหล่านั้น. จริงๆ แล้ว, ฟลูออรีนไม่ทำปฏิกิริยากับก๊าซมีตระกูลบางชนิดเท่านั้น
ฮาโลเจนที่เหลือคือ คลอรีน โบรมีน และไอโอดีนก็เป็นสารออกฤทธิ์เช่นกัน แต่มีฤทธิ์น้อยกว่าฟลูออรีน พวกมันทำปฏิกิริยากับสารธรรมดาเกือบทั้งหมด ยกเว้นออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอนในรูปของเพชร แพลทินัม ทองคำ และก๊าซมีตระกูล
ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับอโลหะ
ไฮโดรเจน
เมื่อฮาโลเจนทั้งหมดมีปฏิกิริยากับไฮโดรเจนก็จะก่อตัวขึ้น ไฮโดรเจนเฮไลด์ด้วยสูตรทั่วไป HHal ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาของฟลูออรีนกับไฮโดรเจนเริ่มต้นขึ้นเองแม้ในความมืดและดำเนินต่อไปด้วยการระเบิดตามสมการ:
ปฏิกิริยาของคลอรีนกับไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้โดยการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตหรือความร้อนที่รุนแรง ดำเนินการด้วยการระเบิด:
โบรมีนและไอโอดีนทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเฉพาะเมื่อถูกความร้อน และในเวลาเดียวกัน ปฏิกิริยากับไอโอดีนสามารถย้อนกลับได้:
ฟอสฟอรัส
ปฏิกิริยาระหว่างฟลูออรีนกับฟอสฟอรัสทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของฟอสฟอรัสจนถึงสถานะออกซิเดชันสูงสุด (+5) ในกรณีนี้จะเกิดฟอสฟอรัสเพนทาฟลูออไรด์:
เมื่อคลอรีนและโบรมีนทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัส เป็นไปได้ที่จะได้รับฟอสฟอรัสเฮไลด์ทั้งในสถานะออกซิเดชัน + 3 และในสถานะออกซิเดชัน +5 ซึ่งขึ้นอยู่กับสัดส่วนของสารที่ทำปฏิกิริยา:
นอกจากนี้ ในกรณีของฟอสฟอรัสขาวในบรรยากาศที่มีฟลูออรีน คลอรีน หรือโบรมีนเหลว ปฏิกิริยาจะเริ่มขึ้นเอง
ปฏิกิริยาระหว่างฟอสฟอรัสกับไอโอดีนสามารถนำไปสู่การก่อตัวของฟอสฟอรัสไตรโอไดด์เท่านั้น เนื่องจากความสามารถในการออกซิไดซ์ต่ำกว่าฮาโลเจนอื่น ๆ อย่างมีนัยสำคัญ:
สีเทา
ฟลูออรีนออกซิไดซ์ซัลเฟอร์จนมีสถานะออกซิเดชันสูงสุด +6 กลายเป็นซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์:
คลอรีนและโบรมีนทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ ทำให้เกิดสารประกอบที่มีซัลเฟอร์ในสถานะออกซิเดชัน +1 และ +2 ซึ่งถือว่าผิดปกติอย่างมาก การโต้ตอบเหล่านี้มีความเฉพาะเจาะจงมาก และเพื่อให้ผ่านการสอบ Unified State ในวิชาเคมี ไม่จำเป็นต้องเขียนสมการสำหรับการโต้ตอบเหล่านี้ ดังนั้นสมการทั้งสามต่อไปนี้จึงมีไว้เพื่อใช้อ้างอิงแทน:
ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับโลหะ
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ฟลูออรีนสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะทุกชนิด แม้แต่โลหะที่ไม่ใช้งาน เช่น แพลตตินัมและทองคำ:
ฮาโลเจนที่เหลือจะทำปฏิกิริยากับโลหะทั้งหมด ยกเว้นแพลตตินัมและทองคำ:
ปฏิกิริยาของฮาโลเจนกับสารเชิงซ้อน
ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยฮาโลเจน
ฮาโลเจนที่แอคทีฟมากขึ้นเช่น องค์ประกอบทางเคมีซึ่งอยู่สูงกว่าในตารางธาตุสามารถแทนที่ฮาโลเจนที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากกรดไฮโดรฮาลิกและโลหะเฮไลด์ที่พวกมันก่อตัว:
ในทำนองเดียวกัน โบรมีนและไอโอดีนจะแทนที่ซัลเฟอร์จากสารละลายของซัลไฟด์และหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์:
คลอรีนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงกว่าและออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์ในสารละลายที่เป็นน้ำไม่ให้เป็นกำมะถัน แต่เป็นกรดซัลฟิวริก:
ปฏิกิริยาของฮาโลเจนกับน้ำ
น้ำเผาไหม้ในฟลูออรีนด้วยเปลวไฟสีน้ำเงินตามสมการปฏิกิริยา:
โบรมีนและคลอรีนทำปฏิกิริยากับน้ำแตกต่างจากฟลูออรีน หากฟลูออรีนทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ คลอรีนและโบรมีนจะไม่สมส่วนในน้ำจนกลายเป็นส่วนผสมของกรด ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้:
ปฏิกิริยาของไอโอดีนกับน้ำเกิดขึ้นในระดับที่ไม่มีนัยสำคัญจนสามารถละเลยได้และสามารถสันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยานี้จะไม่เกิดขึ้นเลย
ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับสารละลายอัลคาไล
ฟลูออรีนเมื่อทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลที่เป็นน้ำจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์อีกครั้ง:
ไม่จำเป็นต้องเขียนสมการนี้จึงจะผ่านการสอบ Unified State ก็เพียงพอที่จะทราบข้อเท็จจริงเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาดังกล่าวและบทบาทออกซิเดชันของฟลูออรีนในปฏิกิริยานี้
ต่างจากฟลูออรีนตรงที่ฮาโลเจนอื่น ๆ ในสารละลายอัลคาไลนั้นไม่ได้สัดส่วนนั่นคือพวกมันจะเพิ่มและลดสถานะออกซิเดชันไปพร้อม ๆ กัน นอกจากนี้ ในกรณีของคลอรีนและโบรมีน การไหลในสองทิศทางที่แตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเย็นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นดังนี้:
และเมื่อถูกความร้อน:
ไอโอดีนทำปฏิกิริยากับอัลคาไลโดยเฉพาะตามตัวเลือกที่สองคือ ด้วยการก่อตัวของไอโอเดตเพราะว่า ไฮโปไอโอไดต์ไม่เสถียรไม่เพียงแต่เมื่อถูกความร้อนเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่อุณหภูมิปกติและแม้แต่ในที่เย็นด้วย
ไฮโดรเจนเป็นสารธรรมดา H2 (ไดไฮโดรเจน, ไดโพรเทียม, ไฮโดรเจนเบา)
รวบรัด ลักษณะไฮโดรเจน:
- ไม่ใช่โลหะ
- ก๊าซไม่มีสี กลายเป็นของเหลวได้ยาก
- ละลายได้ไม่ดีในน้ำ
- มันละลายได้ดีกว่าในตัวทำละลายอินทรีย์
- การดูดซับทางเคมีด้วยโลหะ: เหล็ก, นิกเกิล, แพลทินัม, แพลเลเดียม
- สารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง
- ทำปฏิกิริยา (ที่อุณหภูมิสูง) กับอโลหะ โลหะ และออกไซด์ของโลหะ
- อะตอมไฮโดรเจน H0 ที่ได้จากการสลายตัวด้วยความร้อนของ H2 มีความสามารถในการรีดิวซ์ได้มากที่สุด
- ไอโซโทปไฮโดรเจน:
- 1 H - โปรเทียม
- 2 H - ดิวทีเรียม (D)
- 3 H - ไอโซโทป (T)
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ = 2.016
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของไฮโดรเจนที่เป็นของแข็ง (t=-260°C) = 0.08667
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของไฮโดรเจนเหลว (t=-253°C) = 0.07108
- แรงดันเกิน (หมายเลข) = 0.08988 กรัม/ลิตร
- อุณหภูมิหลอมละลาย = -259.19°C
- จุดเดือด = -252.87°C
- ค่าสัมประสิทธิ์การละลายไฮโดรเจนตามปริมาตร:
- (t=0°ซ) = 2.15;
- (t=20°ซ) = 1.82;
- (t=60°ซ) = 1.60;
1. การสลายตัวด้วยความร้อนของไฮโดรเจน(t=2000-3500°ซ):
เอช 2 ↔ 2H 0
2. ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับ อโลหะ:
- H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
- H 2 +Cl 2 = 2HCl (เมื่อถูกเผาหรือโดนแสงที่อุณหภูมิห้อง):
- Cl 2 = 2Cl 0
- Cl 0 +H 2 = HCl+H 0
- H 0 +Cl 2 = HCl+Cl 0
- H 2 +Br 2 = 2HBr (t=350-500°C, ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัม)
- H 2 +I 2 = 2HI (t=350-500°C, ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัม)
- ชม 2 +O 2 = 2H 2 O:
- เอช 2 + โอ 2 = 2OH 0
- โอ้ 0 +H 2 = H 2 O+H 0
- H 0 +O 2 = โอ้ 0 +O 0
- O 0 +H 2 = โอ้ 0 +H 0
- H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
- 3H 2 +N 2 = 2NH 3 (t=500°C, ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก)
- 2H 2 +C(โค้ก) = CH 4 (t=600°C, ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัม)
- H 2 +2C(โค้ก) = C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
- H 2 +2C(โค้ก)+N 2 = 2HCN (ไม่เกิน 1800°C)
3.ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับ สารที่ซับซ้อน:
- 4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (ไม่เกิน 570°C)
- H 2 +Ag 2 SO 4 = 2Ag+H 2 SO 4 (ไม่เกิน 200°C)
- 4H 2 +2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600°C, ตัวเร่งปฏิกิริยา Fe 2 O 3)
- 3H 2 +2BCl 3 = 2B+6HCl (t = 800-1200°C)
- เอช 2 +2EuCl 3 = 2EuCl 2 +2HCl (t = 270°C)
- 4H 2 +CO 2 = CH 4 +2H 2 O (t = 200°C, ตัวเร่งปฏิกิริยา CuO 2)
- H 2 +CaC 2 = Ca+C 2 H 2 (ไม่เกิน 2200°C)
- H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t ถึง 0°C, สารละลาย)
4.การมีส่วนร่วมของไฮโดรเจนใน ปฏิกิริยารีดอกซ์:
- 2H 0 (สังกะสี, ดิล. HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
- 8H 0 (อัล ความเข้มข้น KOH)+KNO 3 = NH 3 +KOH+2H 2 O
- 2H 0 (สังกะสี, ดิล. HCl) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
- 2H 0 (อัล)+NaOH(เข้มข้น)+Ag 2 S = 2Ag↓+H 2 O+NaHS
- 2H 0 (Zn, ดิล H 2 SO 4) + C 2 N 2 = 2HCN
สารประกอบไฮโดรเจน
D 2 - ดิดิวทีเรียม:
- ไฮโดรเจนหนัก
- ก๊าซไม่มีสี กลายเป็นของเหลวได้ยาก
- Dideutherium มีอยู่ในไฮโดรเจนธรรมชาติที่ 0.012-0.016% (โดยน้ำหนัก)
- ในส่วนผสมก๊าซของไดดิวเทอเรียมและโปรเทียม การแลกเปลี่ยนไอโซโทปเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง
- ละลายได้เล็กน้อยในน้ำธรรมดาและน้ำหนัก
- เมื่อใช้น้ำธรรมดา การแลกเปลี่ยนไอโซโทปจึงน้อยมาก
- คุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับไฮโดรเจนเบา แต่ไดดิวทีเรียมมีปฏิกิริยาน้อยกว่า
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ = 4.028
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของไดดิเทอเรียมเหลว (t=-253°C) = 0.17
- อุณหภูมิหลอมละลาย = -254.5°C
- จุดเดือด = -249.49°C
T 2 - ไดทริเทียม:
- ไฮโดรเจนยิ่งยวด
- ก๊าซกัมมันตรังสีไม่มีสี
- ครึ่งชีวิต 12.34 ปี
- ในธรรมชาติ ไดทริเทียมเกิดขึ้นจากการระดมยิงนิวเคลียส 14 นิวตันโดยนิวตรอนจากรังสีคอสมิก พบร่องรอยของไดทริเทียมในน้ำธรรมชาติ
- ไดทริเทียมผลิตขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดยการระดมยิงลิเธียมด้วยนิวตรอนช้า
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ = 6.032
- อุณหภูมิหลอมละลาย = -252.52°C
- จุดเดือด = -248.12°C
HD - ไฮโดรเจนดิวทีเรียม:
- ก๊าซไม่มีสี
- ไม่ละลายในน้ำ
- คุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับ H2
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ = 3.022
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของไฮโดรเจนดิวทีเรียมที่เป็นของแข็ง (t=-257°C) = 0.146
- แรงดันเกิน (หมายเลข) = 0.135 กรัม/ลิตร
- อุณหภูมิหลอมละลาย = -256.5°C
- จุดเดือด = -251.02°C
ไฮโดรเจนออกไซด์
H 2 O - น้ำ:
- ของเหลวไม่มีสี
- ตามองค์ประกอบไอโซโทปของออกซิเจนน้ำประกอบด้วย H 2 16 O โดยมีสิ่งเจือปน H 2 18 O และ H 2 17 O
- ตามองค์ประกอบไอโซโทปของไฮโดรเจน น้ำประกอบด้วย 1 H 2 O พร้อมส่วนผสมของ HDO
- น้ำของเหลวผ่านการโปรโตไลซิส (H 3 O + และ OH -):
- H3O+ (ออกโซเนียมไอออนบวก) เป็นกรดที่แรงที่สุดในสารละลายที่เป็นน้ำ
- OH - (ไฮดรอกไซด์ไอออน) เป็นฐานที่แข็งแกร่งที่สุดในสารละลายที่เป็นน้ำ
- น้ำเป็นโปรโตไลต์คอนจูเกตที่อ่อนแอที่สุด
- ด้วยสารหลายชนิด น้ำจึงเกิดเป็นผลึกไฮเดรต
- น้ำเป็นสารออกฤทธิ์ทางเคมี
- น้ำเป็นตัวทำละลายของเหลวสากลสำหรับสารประกอบอนินทรีย์
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของน้ำ = 18.02
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของน้ำแข็ง (น้ำแข็ง) (t=0°C) = 0.917
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของน้ำของเหลว:
- (t=0°ซ) = 0.999841
- (t=20°ซ) = 0.998203
- (t=25°ซ) = 0.997044
- (t=50°ซ) = 0.97180
- (t=100°ซ) = 0.95835
- ความหนาแน่น (n.s.) = 0.8652 กรัม/ลิตร
- จุดหลอมเหลว = 0°C
- จุดเดือด = 100°C
- ผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำ (25°C) = 1.008·10 -14
1. การสลายตัวด้วยความร้อนของน้ำ:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (สูงกว่า 1,000°C)
D 2 O - ดิวทีเรียมออกไซด์:
- หนักน้ำ.
- ของเหลวดูดความชื้นไม่มีสี
- ความหนืดจะสูงกว่าน้ำ
- ผสมกับน้ำธรรมดาได้ไม่จำกัดปริมาณ
- การแลกเปลี่ยนไอโซโทปทำให้เกิด HDO ของน้ำกึ่งหนัก
- พลังตัวทำละลายต่ำกว่าน้ำธรรมดา
- คุณสมบัติทางเคมีของดิวเทอเรียมออกไซด์นั้นคล้ายคลึงกับคุณสมบัติทางเคมีของน้ำ แต่ปฏิกิริยาทั้งหมดจะเกิดขึ้นช้ากว่า
- ปริมาณน้ำหนักที่มีอยู่ในน้ำธรรมชาติ (อัตราส่วนมวลต่อน้ำธรรมดา 1:5500)
- ดิวทีเรียมออกไซด์ได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสซ้ำของน้ำธรรมชาติ ซึ่งน้ำหนักจะสะสมอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ที่ตกค้าง
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของน้ำหนัก = 20.03
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของน้ำหนักของเหลว (t=11.6°C) = 1.1071
- ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของน้ำหนักของเหลว (t=25°C) = 1.1042
- อุณหภูมิหลอมละลาย = 3.813°C
- จุดเดือด = 101.43°C
T 2 O - ไอโซโทปออกไซด์:
- น้ำหนักมาก
- ของเหลวไม่มีสี
- ความหนืดจะสูงกว่าและกำลังการละลายต่ำกว่าน้ำธรรมดาและน้ำหนัก
- ผสมกับน้ำธรรมดาและน้ำหนักได้ไม่จำกัดปริมาณ
- การแลกเปลี่ยนไอโซโทปกับน้ำธรรมดาและน้ำหนักทำให้เกิดการก่อตัวของ HTO, DTO
- คุณสมบัติทางเคมีของน้ำที่มีน้ำหนักยิ่งยวดนั้นคล้ายคลึงกับคุณสมบัติทางเคมีของน้ำ แต่ปฏิกิริยาทั้งหมดจะเกิดขึ้นช้ากว่าในน้ำที่มีน้ำหนักมาก
- ร่องรอยของไอโซโทปออกไซด์พบได้ในน้ำธรรมชาติและบรรยากาศ
- น้ำที่มีน้ำหนักยวดยิ่งได้มาจากการส่งไอโซโทปไปเหนือคอปเปอร์ออกไซด์ CuO ที่ร้อน
- น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของน้ำที่มีน้ำหนักยิ่งยวด = 22.03
- จุดหลอมเหลว = 4.5°C
มีตำแหน่งเฉพาะของตัวเองในตารางธาตุ ซึ่งสะท้อนถึงคุณสมบัติที่แสดงและพูดถึงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตามในบรรดาทั้งหมดนี้มีอะตอมพิเศษหนึ่งอะตอมที่ครอบครองสองเซลล์ในคราวเดียว ตั้งอยู่ในองค์ประกอบสองกลุ่มที่มีคุณสมบัติตรงข้ามกันโดยสิ้นเชิง นี่คือไฮโดรเจน คุณสมบัติดังกล่าวทำให้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว
ไฮโดรเจนไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบ แต่ยังเป็นสารอย่างง่าย เช่นเดียวกับเป็นส่วนสำคัญของสารประกอบเชิงซ้อนหลายชนิด ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพและออร์แกนิก ดังนั้นให้เราพิจารณาลักษณะและคุณสมบัติของมันโดยละเอียดยิ่งขึ้น
ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมี
ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มแรกของกลุ่มย่อยหลัก เช่นเดียวกับกลุ่มที่เจ็ดของกลุ่มย่อยหลักในช่วงรองแรก ช่วงนี้ประกอบด้วยอะตอมเพียงสองอะตอมเท่านั้น: ฮีเลียมและองค์ประกอบที่เรากำลังพิจารณา ให้เราอธิบายคุณสมบัติหลักของตำแหน่งของไฮโดรเจนในตารางธาตุ
- เลขอะตอมของไฮโดรเจนคือ 1 จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน ดังนั้นจำนวนโปรตอนจึงเท่ากัน มวลอะตอม - 1.00795 องค์ประกอบนี้มีไอโซโทปสามไอโซโทปที่มีมวล 1, 2, 3 อย่างไรก็ตามคุณสมบัติของแต่ละไอโซโทปนั้นแตกต่างกันมากเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของมวลแม้ทีละหนึ่งสำหรับไฮโดรเจนจะเพิ่มเป็นสองเท่าในทันที
- ความจริงที่ว่ามันมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวบนพื้นผิวด้านนอกทำให้สามารถแสดงคุณสมบัติทั้งออกซิไดซ์และรีดิวซ์ได้สำเร็จ นอกจากนี้หลังจากการบริจาคอิเล็กตรอนแล้วจะยังคงมีวงโคจรอิสระซึ่งมีส่วนในการก่อตัวของพันธะเคมีตามกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ
- ไฮโดรเจนเป็นตัวรีดิวซ์ที่รุนแรง ดังนั้นสถานที่หลักจึงถือเป็นกลุ่มแรกของกลุ่มย่อยหลักซึ่งเป็นโลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด - อัลคาไล
- อย่างไรก็ตาม เมื่อทำปฏิกิริยากับสารรีดิวซ์ที่แรง เช่น โลหะ ก็อาจเป็นตัวออกซิไดซ์ที่รับอิเล็กตรอนได้เช่นกัน สารประกอบเหล่านี้เรียกว่าไฮไดรด์ ตามคุณลักษณะนี้ จะเป็นหัวหน้ากลุ่มย่อยของฮาโลเจนที่มีความคล้ายคลึงกัน
- เนื่องจากมีมวลอะตอมที่เล็กมาก ไฮโดรเจนจึงถือเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุด นอกจากนี้ความหนาแน่นยังต่ำมาก ดังนั้นจึงเป็นเกณฑ์มาตรฐานด้านความสว่างด้วย
ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าอะตอมไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวโดยสิ้นเชิง ไม่เหมือนกับองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมด ด้วยเหตุนี้จึงมีคุณสมบัติพิเศษเช่นกัน และสารที่เกิดขึ้นง่ายและซับซ้อนก็มีความสำคัญมาก ลองพิจารณาเพิ่มเติม
สารง่ายๆ
ถ้าเราพูดถึงองค์ประกอบนี้ว่าเป็นโมเลกุล เราต้องบอกว่ามันเป็นไดอะตอมมิก นั่นคือไฮโดรเจน (สารเชิงเดี่ยว) ก็คือก๊าซ สูตรเชิงประจักษ์ของมันจะเขียนเป็น H2 และสูตรกราฟิกของมันจะเขียนผ่านความสัมพันธ์ซิกมา H-H เดียว กลไกการเกิดพันธะระหว่างอะตอมเป็นแบบโควาเลนต์ไม่มีขั้ว
- การปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ
- การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน - กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนถ่านหินถึง 1,000 0 C ส่งผลให้เกิดไฮโดรเจนและถ่านหินคาร์บอนสูง
- กระแสไฟฟ้า วิธีนี้สามารถใช้ได้กับสารละลายน้ำที่มีเกลือต่างๆ เท่านั้น เนื่องจากการละลายจะไม่ทำให้น้ำไหลออกที่แคโทด
วิธีการผลิตไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ:
- การไฮโดรไลซิสของโลหะไฮไดรด์
- ผลของกรดเจือจางต่อโลหะออกฤทธิ์และกิจกรรมปานกลาง
- ปฏิกิริยาระหว่างโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทกับน้ำ
ในการรวบรวมไฮโดรเจนที่ผลิตได้ คุณต้องคว่ำหลอดทดลองลง ท้ายที่สุดแล้ว ก๊าซนี้ไม่สามารถรวบรวมได้ในลักษณะเดียวกับ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ นี่คือไฮโดรเจน เบากว่าอากาศมาก มันระเหยอย่างรวดเร็วและระเบิดในปริมาณมากเมื่อผสมกับอากาศ ดังนั้นควรกลับด้านหลอดทดลอง หลังจากเติมแล้วจะต้องปิดด้วยจุกยาง
หากต้องการตรวจสอบความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนที่รวบรวมมา คุณควรนำไม้ขีดไฟติดไว้ที่คอ หากการตบมือทื่อและเงียบ แสดงว่าก๊าซสะอาดและมีสิ่งสกปรกในอากาศน้อยที่สุด หากเสียงดังและผิวปากก็สกปรกโดยมีส่วนประกอบแปลกปลอมเป็นสัดส่วนมาก
พื้นที่ใช้งาน
เมื่อไฮโดรเจนถูกเผาไหม้ พลังงาน (ความร้อน) จำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาจนก๊าซนี้ถือเป็นเชื้อเพลิงที่ทำกำไรได้มากที่สุด นอกจากนี้ยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบันการใช้งานในพื้นที่นี้มีจำกัด นี่เป็นเพราะปัญหาของการสังเคราะห์ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ที่คิดไม่ถึงและยังไม่ได้รับการแก้ไข ซึ่งจะเหมาะสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องยนต์ และอุปกรณ์พกพา เช่นเดียวกับหม้อต้มน้ำร้อนที่อยู่อาศัย
ท้ายที่สุดแล้ววิธีการผลิตก๊าซนี้มีราคาค่อนข้างแพง ดังนั้นก่อนอื่นจึงจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการสังเคราะห์แบบพิเศษก่อน สิ่งหนึ่งที่จะช่วยให้คุณได้รับผลิตภัณฑ์ในปริมาณมากและมีต้นทุนน้อยที่สุด
มีหลายประเด็นหลักที่ใช้ก๊าซที่เรากำลังพิจารณาอยู่
- การสังเคราะห์ทางเคมี การเติมไฮโดรเจนใช้ในการผลิตสบู่ มาการีน และพลาสติก ด้วยการสังเคราะห์ไฮโดรเจนเมทานอลและแอมโมเนียรวมถึงสารประกอบอื่น ๆ
- ในอุตสาหกรรมอาหาร - เป็นสารเติมแต่ง E949
- อุตสาหกรรมการบิน (วิทยาศาสตร์จรวด การผลิตเครื่องบิน)
- อุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า.
- อุตุนิยมวิทยา.
- เชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
แน่นอนว่าไฮโดรเจนมีความสำคัญพอๆ กับที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ สารประกอบต่างๆ ที่ก่อตัวขึ้นมีบทบาทมากยิ่งขึ้น
สารประกอบไฮโดรเจน
เหล่านี้เป็นสารเชิงซ้อนที่มีอะตอมไฮโดรเจน สารดังกล่าวมีหลายประเภทหลัก
- ไฮโดรเจนเฮไลด์ สูตรทั่วไปคือ HHal สิ่งที่สำคัญที่สุดในหมู่พวกเขาคือไฮโดรเจนคลอไรด์ เป็นก๊าซที่ละลายในน้ำจนเกิดเป็นสารละลายกรดไฮโดรคลอริก กรดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์ทางเคมีเกือบทั้งหมด นอกจากนี้ทั้งอินทรีย์และอนินทรีย์ ไฮโดรเจนคลอไรด์เป็นสารประกอบที่มีสูตรเชิงประจักษ์ HCL และเป็นหนึ่งในสารประกอบที่ผลิตที่ใหญ่ที่สุดในประเทศของเราทุกปี ไฮโดรเจนเฮไลด์ยังรวมถึงไฮโดรเจนไอโอไดด์ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ และไฮโดรเจนโบรไมด์ พวกมันทั้งหมดก่อตัวเป็นกรดที่สอดคล้องกัน
- ระเหยง่าย เกือบทั้งหมดเป็นก๊าซพิษค่อนข้างมาก ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ มีเทน ไซเลน ฟอสฟีน และอื่นๆ ขณะเดียวกันก็มีสารไวไฟมาก
- ไฮไดรด์เป็นสารประกอบกับโลหะ พวกมันอยู่ในกลุ่มเกลือ
- ไฮดรอกไซด์: เบส กรด และสารประกอบแอมโฟเทอริก พวกมันจำเป็นต้องมีอะตอมของไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งอะตอม ตัวอย่าง: NaOH, K 2, H 2 SO 4 และอื่นๆ
- ไฮโดรเจน ไฮดรอกไซด์. สารประกอบนี้เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อน้ำ อีกชื่อหนึ่งคือไฮโดรเจนออกไซด์ สูตรเชิงประจักษ์มีลักษณะดังนี้ - H 2 O
- ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์. นี่คือสารออกซิไดซ์ที่แรงซึ่งมีสูตรคือ H 2 O 2
- สารประกอบอินทรีย์มากมาย: ไฮโดรคาร์บอน โปรตีน ไขมัน ไขมัน วิตามิน ฮอร์โมน น้ำมันหอมระเหย และอื่นๆ
เห็นได้ชัดว่าสารประกอบต่างๆ ของธาตุที่เรากำลังพิจารณานั้นมีความหลากหลายมาก นี่เป็นการยืนยันความสำคัญอย่างสูงอีกครั้งต่อธรรมชาติและมนุษย์ตลอดจนต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
- นี่คือตัวทำละลายที่ดีที่สุด
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ชื่อสามัญของสารนี้คือน้ำ ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ โมเลกุลของน้ำเป็นแบบไดโพล ซึ่งอธิบายคุณสมบัติหลายประการที่น้ำแสดงออกมา โดยเฉพาะมันเป็นตัวทำละลายสากล
อยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำที่กระบวนการทางเคมีเกือบทั้งหมดเกิดขึ้น ปฏิกิริยาภายในของการเผาผลาญพลาสติกและพลังงานในสิ่งมีชีวิตยังดำเนินการโดยใช้ไฮโดรเจนออกไซด์
น้ำถือเป็นสารที่สำคัญที่สุดในโลกอย่างถูกต้อง เป็นที่รู้กันว่าไม่มีสิ่งมีชีวิตใดสามารถอยู่ได้โดยปราศจากมัน บนโลกสามารถดำรงอยู่ได้ในสามสถานะการรวมตัว:
- ของเหลว;
- แก๊ส (ไอน้ำ);
- ของแข็ง (น้ำแข็ง)
น้ำสามประเภทมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับไอโซโทปของไฮโดรเจนที่รวมอยู่ในโมเลกุล
- แสงหรือโปรเทียม ไอโซโทปที่มีมวลเลข 1 สูตร - H 2 O นี่เป็นรูปแบบปกติที่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดใช้
- ดิวเทอเรียมหรือหนัก มีสูตรคือ D 2 O มีไอโซโทป 2 H
- หนักมากหรือไอโซโทป สูตรดูเหมือน T 3 O, ไอโซโทป - 3 H
ปริมาณน้ำโปรเทียมสดบนโลกมีความสำคัญมาก มีปัญหาการขาดแคลนอยู่แล้วในหลายประเทศ ได้มีการพัฒนาวิธีการบำบัดน้ำเค็มเพื่อผลิตน้ำดื่ม
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นวิธีการรักษาแบบสากล
สารประกอบนี้ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นเป็นสารออกซิไดซ์ที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ด้วยตัวแทนที่เข้มแข็ง เขาก็สามารถทำหน้าที่เป็นผู้ซ่อมแซมได้เช่นกัน นอกจากนี้ยังมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่เด่นชัด
ชื่ออื่นของสารประกอบนี้คือเปอร์ออกไซด์ ในรูปแบบนี้ใช้ในการแพทย์ สารละลายผลึกไฮเดรต 3% ของสารประกอบที่เป็นปัญหาคือยาทางการแพทย์ที่ใช้รักษาบาดแผลเล็กๆ เพื่อฆ่าเชื้อ อย่างไรก็ตาม ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าวิธีนี้จะทำให้แผลหายเร็วขึ้น
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังใช้ในเชื้อเพลิงจรวด ในอุตสาหกรรมสำหรับการฆ่าเชื้อและการฟอกขาว และเป็นสารทำให้เกิดฟองสำหรับการผลิตวัสดุที่เหมาะสม (เช่น โฟม) นอกจากนี้เปอร์ออกไซด์ยังช่วยทำความสะอาดตู้ปลา ฟอกสีผม และทำให้ฟันขาวขึ้น อย่างไรก็ตาม มันทำให้เกิดอันตรายต่อเนื้อเยื่อ ดังนั้นจึงไม่แนะนำโดยผู้เชี่ยวชาญสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้
ในตารางธาตุ ไฮโดรเจนอยู่ในองค์ประกอบสองกลุ่มซึ่งมีสมบัติตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง คุณลักษณะนี้ทำให้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวอย่างสมบูรณ์ ไฮโดรเจนไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบหรือสารเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนสำคัญของสารประกอบเชิงซ้อนหลายชนิด ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ทำให้เกิดออร์แกนิกและทางชีวภาพ ดังนั้นเรามาดูรายละเอียดคุณสมบัติและลักษณะเฉพาะของมันกันดีกว่า
การปล่อยก๊าซไวไฟระหว่างปฏิกิริยาของโลหะและกรดถูกสังเกตย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 16 นั่นคือระหว่างการก่อตัวของเคมีในฐานะวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้มีชื่อเสียง เฮนรี คาเวนดิช ศึกษาสารนี้ตั้งแต่ปี 1766 และตั้งชื่อให้มันว่า "อากาศที่ติดไฟได้" เมื่อถูกเผา ก๊าซนี้จะผลิตน้ำ น่าเสียดายที่การที่นักวิทยาศาสตร์ยึดมั่นในทฤษฎีโฟลจิสตัน (สมมุติฐานว่า "สสารอัลตราไฟน์") ทำให้เขาไม่สามารถสรุปได้ถูกต้อง
นักเคมีและนักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส A. Lavoisier พร้อมด้วยวิศวกร J. Meunier และด้วยความช่วยเหลือของเครื่องวัดก๊าซแบบพิเศษ ได้สังเคราะห์น้ำในปี พ.ศ. 2326 จากนั้นวิเคราะห์ผ่านการสลายตัวของไอน้ำด้วยเหล็กร้อน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสรุปได้ถูกต้อง พวกเขาพบว่า “อากาศที่ติดไฟได้” ไม่เพียงแต่เป็นส่วนหนึ่งของน้ำเท่านั้น แต่ยังได้รับจากน้ำอีกด้วย
ในปี พ.ศ. 2330 ลาวัวซิเยร์เสนอว่าก๊าซที่อยู่ระหว่างการศึกษานั้นเป็นสสารธรรมดา และด้วยเหตุนี้ จึงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางเคมีปฐมภูมิ เขาเรียกมันว่าไฮโดรเจน (จากคำภาษากรีก hydor - น้ำ + gennao - ฉันให้กำเนิด) เช่น "ให้กำเนิดน้ำ"
ชื่อรัสเซีย "ไฮโดรเจน" ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2367 โดยนักเคมี M. Soloviev การกำหนดองค์ประกอบของน้ำเป็นจุดสิ้นสุดของ "ทฤษฎีโฟลจิสตัน" ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 18 และ 19 เป็นที่ยอมรับว่าอะตอมไฮโดรเจนมีน้ำหนักเบามาก (เมื่อเทียบกับอะตอมของธาตุอื่น ๆ ) และมวลของมันถูกใช้เป็นหน่วยพื้นฐานในการเปรียบเทียบมวลอะตอมโดยได้รับค่าเท่ากับ 1
คุณสมบัติทางกายภาพ
ไฮโดรเจนเป็นสารที่เบาที่สุดที่วิทยาศาสตร์รู้จัก (เบากว่าอากาศ 14.4 เท่า) ความหนาแน่น 0.0899 กรัม/ลิตร (1 atm, 0 °C) วัสดุนี้ละลาย (แข็งตัว) และเดือด (เหลว) ตามลำดับที่ -259.1 ° C และ -252.8 ° C (เฉพาะฮีเลียมเท่านั้นที่มีอุณหภูมิจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำกว่า)
อุณหภูมิวิกฤตของไฮโดรเจนต่ำมาก (-240 °C) ด้วยเหตุนี้การทำให้เป็นของเหลวจึงเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง ความดันวิกฤตของสารคือ 12.8 กก./ซม.² และความหนาแน่นวิกฤตคือ 0.0312 ก./ซม.² ในบรรดาก๊าซทั้งหมด ไฮโดรเจนมีค่าการนำความร้อนสูงสุด: ที่ 1 atm และ 0 °C จะเท่ากับ 0.174 W/(mxK)
ความจุความร้อนจำเพาะของสารภายใต้สภาวะเดียวกันคือ 14.208 kJ/(kgxK) หรือ 3.394 cal/(rx°C) ธาตุนี้สามารถละลายได้ในน้ำเล็กน้อย (ประมาณ 0.0182 มล./กรัม ที่ 1 atm และ 20 °C) แต่ละลายได้ดีในโลหะส่วนใหญ่ (Ni, Pt, Pa และอื่นๆ) โดยเฉพาะในแพลเลเดียม (ประมาณ 850 ปริมาตรต่อปริมาตรของ Pd ) .
คุณสมบัติหลังเกี่ยวข้องกับความสามารถในการแพร่กระจายและการแพร่กระจายผ่านโลหะผสมคาร์บอน (เช่นเหล็ก) อาจมาพร้อมกับการทำลายของโลหะผสมเนื่องจากปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับคาร์บอน (กระบวนการนี้เรียกว่าการลดคาร์บอน) ในสถานะของเหลว สารจะเบามาก (ความหนาแน่น - 0.0708 ก./ซม. ที่ t° = -253 °C) และของเหลว (ความหนืด - 13.8 สปอยซ์ภายใต้สภาวะเดียวกัน)
ในสารประกอบหลายชนิด ธาตุนี้มีวาเลนซี +1 (สถานะออกซิเดชัน) เช่น โซเดียมและโลหะอัลคาไลอื่นๆ โดยปกติจะถือเป็นอะนาล็อกของโลหะเหล่านี้ ดังนั้นเขาจึงเป็นหัวหน้ากลุ่มที่ 1 ของระบบธาตุ ในโลหะไฮไดรด์ ไฮโดรเจนไอออนมีประจุลบ (สถานะออกซิเดชันคือ -1) กล่าวคือ Na+H- มีโครงสร้างคล้ายกับ Na+Cl- คลอไรด์ ตามข้อเท็จจริงนี้และข้อเท็จจริงอื่น ๆ (ความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติทางกายภาพขององค์ประกอบ "H" และฮาโลเจนความสามารถในการแทนที่ด้วยฮาโลเจนในสารประกอบอินทรีย์) ไฮโดรเจนถูกจัดอยู่ในกลุ่มที่ 7 ของระบบธาตุ
ภายใต้สภาวะปกติ โมเลกุลไฮโดรเจนมีฤทธิ์ต่ำ โดยจะรวมกันโดยตรงเฉพาะกับสารที่ไม่ใช่โลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุดเท่านั้น (มีฟลูออรีนและคลอรีน โดยส่วนหลังอยู่ในแสง) ในทางกลับกันเมื่อถูกความร้อนจะมีปฏิกิริยากับองค์ประกอบทางเคมีหลายชนิด
อะตอมไฮโดรเจนมีกิจกรรมทางเคมีเพิ่มขึ้น (เทียบกับโมเลกุลไฮโดรเจน) เมื่อออกซิเจนจะเกิดเป็นน้ำตามสูตร:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
ปล่อยความร้อน 285.937 kJ/mol หรือ 68.3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm) ภายใต้สภาวะอุณหภูมิปกติ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นค่อนข้างช้า และที่อุณหภูมิ t° >= 550 °C จะไม่สามารถควบคุมได้ ขีดจำกัดการระเบิดของส่วนผสมไฮโดรเจน + ออกซิเจนโดยปริมาตรคือ 4–94% H₂ และส่วนผสมของไฮโดรเจน + อากาศคือ 4–74% H₂ (ส่วนผสมของH₂สองปริมาตรและO₂หนึ่งปริมาตรเรียกว่าก๊าซระเบิด)
องค์ประกอบนี้ใช้เพื่อลดปริมาณโลหะส่วนใหญ่ เนื่องจากจะขจัดออกซิเจนออกจากออกไซด์:
เฟ₃O₄ + 4H₂ = 3เฟ + 4H₂O,
CuO + H₂ = Cu + H₂O เป็นต้น
ไฮโดรเจนก่อให้เกิดไฮโดรเจนเฮไลด์โดยมีฮาโลเจนต่างกัน ตัวอย่างเช่น
H₂ + Cl₂ = 2HCl
อย่างไรก็ตาม เมื่อทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน ไฮโดรเจนจะระเบิด (สิ่งนี้เกิดขึ้นในความมืดที่อุณหภูมิ -252 ° C) กับโบรมีนและคลอรีนจะทำปฏิกิริยาเฉพาะเมื่อถูกความร้อนหรือแสงสว่าง และกับไอโอดีน - เมื่อถูกความร้อนเท่านั้น เมื่อทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน จะเกิดแอมโมเนียขึ้นเฉพาะบนตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้นที่ความดันและอุณหภูมิสูง:
ЗН₂ + N₂ = 2NN₃
เมื่อถูกความร้อน ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์อย่างแข็งขัน:
H₂ + S = H₂S (ไฮโดรเจนซัลไฟด์)
และยากกว่ามากกับเทลลูเรียมหรือซีลีเนียม ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับคาร์บอนบริสุทธิ์โดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ที่อุณหภูมิสูง:
2H₂ + C (อสัณฐาน) = CH₄ (มีเทน)
สารนี้ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโลหะบางชนิด (อัลคาไล อัลคาไลน์เอิร์ธ และอื่นๆ) ทำให้เกิดไฮไดรด์ ตัวอย่างเช่น:
H₂ + 2Li = 2LiH
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมาก ในกรณีนี้สารประกอบอินทรีย์ต่าง ๆ จะเกิดขึ้นขึ้นอยู่กับความดันอุณหภูมิและตัวเร่งปฏิกิริยา: HCHO, CH₃OH ฯลฯ ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวในระหว่างปฏิกิริยาจะอิ่มตัวตัวอย่างเช่น:
С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂
ไฮโดรเจนและสารประกอบมีบทบาทพิเศษในด้านเคมี จะกำหนดคุณสมบัติที่เป็นกรดของสิ่งที่เรียกว่า กรดโปรติกมีแนวโน้มที่จะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับองค์ประกอบต่าง ๆ ซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของสารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์หลายชนิด
การผลิตไฮโดรเจน
วัตถุดิบหลักประเภทสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมขององค์ประกอบนี้คือก๊าซกลั่นน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติที่ติดไฟได้ และก๊าซเตาอบโค้ก นอกจากนี้ยังได้มาจากน้ำผ่านอิเล็กโทรลิซิส (ในสถานที่ที่มีไฟฟ้าใช้) หนึ่งในวิธีที่สำคัญที่สุดในการผลิตวัสดุจากก๊าซธรรมชาติคือปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน กับไอน้ำ (ที่เรียกว่าการแปลง) ตัวอย่างเช่น:
CH₄ + H₂O = CO + ZN₂
ออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์ของไฮโดรคาร์บอนกับออกซิเจน:
CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂
คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ที่สังเคราะห์ขึ้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลง:
CO + H₂O = CO₂ + H₂
ไฮโดรเจนที่ผลิตจากก๊าซธรรมชาติมีราคาถูกที่สุด
สำหรับอิเล็กโทรไลซิสของน้ำจะใช้กระแสตรงซึ่งถูกส่งผ่านสารละลาย NaOH หรือ KOH (ไม่ได้ใช้กรดเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนของอุปกรณ์) ในสภาพห้องปฏิบัติการ วัสดุจะได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของน้ำหรือเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างกรดไฮโดรคลอริกกับสังกะสี อย่างไรก็ตามมักใช้วัสดุโรงงานสำเร็จรูปในกระบอกสูบมากกว่า
องค์ประกอบนี้แยกได้จากก๊าซกลั่นน้ำมันและก๊าซเตาอบโค้กโดยการเอาส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดของส่วนผสมก๊าซออก เนื่องจากจะทำให้กลายเป็นของเหลวได้ง่ายขึ้นในระหว่างการทำความเย็นแบบลึก
วัสดุนี้เริ่มมีการผลิตเชิงอุตสาหกรรมเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 สมัยนั้นใช้เติมลูกโป่ง ในปัจจุบัน ไฮโดรเจนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเคมี เพื่อการผลิตแอมโมเนีย
ผู้ใช้สารชนิดนี้จำนวนมาก ได้แก่ ผู้ผลิตเมทิลและแอลกอฮอล์อื่นๆ น้ำมันเบนซินสังเคราะห์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย ได้จากการสังเคราะห์จากคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) และไฮโดรเจน ไฮโดรเจนใช้สำหรับการไฮโดรจิเนชันของเชื้อเพลิงเหลวหนักและแข็ง ไขมัน ฯลฯ สำหรับการสังเคราะห์ HCl การทำไฮโดรทรีตของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม รวมถึงในการตัด/เชื่อมโลหะ องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสำหรับพลังงานนิวเคลียร์คือไอโซโทป - ไอโซโทปและดิวเทอเรียม
บทบาททางชีวภาพของไฮโดรเจน
ประมาณ 10% ของมวลสิ่งมีชีวิต (โดยเฉลี่ย) มาจากองค์ประกอบนี้ เป็นส่วนหนึ่งของน้ำและกลุ่มสารประกอบธรรมชาติที่สำคัญที่สุด ได้แก่ โปรตีน กรดนิวคลีอิก ลิพิด และคาร์โบไฮเดรต มันใช้ทำอะไร?
วัสดุนี้มีบทบาทชี้ขาด: ในการรักษาโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน (ควอเทอร์นารี) ในการนำหลักการของการเสริมกรดนิวคลีอิกไปใช้ (เช่นในการนำไปใช้และการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม) และโดยทั่วไปใน "การรับรู้" ที่โมเลกุล ระดับ.
ไฮโดรเจนไอออน H+ มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา/กระบวนการไดนามิกที่สำคัญในร่างกาย ซึ่งรวมถึง: ในการเกิดออกซิเดชันทางชีวภาพ ซึ่งให้พลังงานแก่เซลล์ที่มีชีวิต ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพ ในการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืช ในการสังเคราะห์ด้วยแสงของแบคทีเรียและการตรึงไนโตรเจน ในการรักษาสมดุลของกรด-เบสและสภาวะสมดุล ในกระบวนการขนส่งเมมเบรน นอกเหนือจากคาร์บอนและออกซิเจนแล้ว ยังก่อให้เกิดพื้นฐานเชิงหน้าที่และโครงสร้างของปรากฏการณ์สิ่งมีชีวิตอีกด้วย
ไฮโดรเจนเป็นก๊าซ อยู่ในอันดับที่ 1 ในตารางธาตุ ชื่อขององค์ประกอบนี้ซึ่งแพร่หลายในธรรมชาติแปลจากภาษาละตินว่า "กำเนิดน้ำ" แล้วเรารู้คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของไฮโดรเจนอย่างไรบ้าง?
ไฮโดรเจน: ข้อมูลทั่วไป
ภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรเจนไม่มีรส ไม่มีกลิ่น ไม่มีสี
ข้าว. 1. สูตรไฮโดรเจน
เนื่องจากอะตอมมีระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งระดับ ซึ่งสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุดสองตัว ดังนั้น สำหรับสถานะที่เสถียร อะตอมสามารถรับอิเล็กตรอนได้หนึ่งตัว (สถานะออกซิเดชัน -1) หรือยอมให้อิเล็กตรอนหนึ่งตัว (สถานะออกซิเดชัน +1) โดยจะแสดง a ความจุคงที่ I ด้วยเหตุนี้สัญลักษณ์ของธาตุไฮโดรเจนจึงไม่เพียงแต่อยู่ในกลุ่ม IA (กลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I) ร่วมกับโลหะอัลคาไลเท่านั้น แต่ยังอยู่ในกลุ่ม VIIA (กลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VII) ร่วมกับฮาโลเจนด้วย . อะตอมของฮาโลเจนยังขาดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวมาเติมเต็มระดับภายนอก และพวกมันก็เป็นอโลหะเช่นเดียวกับไฮโดรเจน ไฮโดรเจนแสดงสถานะออกซิเดชันเชิงบวกในสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับธาตุอโลหะที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า และสถานะออกซิเดชันเชิงลบในสารประกอบกับโลหะ
ข้าว. 2. ตำแหน่งของไฮโดรเจนในตารางธาตุ
ไฮโดรเจนมีไอโซโทปอยู่ 3 ไอโซโทป ซึ่งแต่ละไอโซโทปมีชื่อเป็นของตัวเอง ได้แก่ โปรเทียม ดิวทีเรียม และทริเทียม ปริมาณของสิ่งหลังบนโลกนั้นมีน้อยมาก
คุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจน
ในสารเชิงเดี่ยว H2 พันธะระหว่างอะตอมมีความแข็งแรง (พลังงานพันธะ 436 kJ/mol) ดังนั้นกิจกรรมของโมเลกุลไฮโดรเจนจึงต่ำ ภายใต้สภาวะปกติ มันจะทำปฏิกิริยากับโลหะที่มีปฏิกิริยาสูงเท่านั้น และอโลหะเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนได้คือฟลูออรีน:
F 2 +H 2 =2HF (ไฮโดรเจนฟลูออไรด์)
ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับสารธรรมดาอื่นๆ (โลหะและอโลหะ) และสารเชิงซ้อน (ออกไซด์ สารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ระบุรายละเอียด) ทั้งจากการฉายรังสีและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น หรือเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา
ไฮโดรเจนเผาไหม้ในออกซิเจน และปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก:
2H 2 +O 2 =2H 2 O
ส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจน (ไฮโดรเจน 2 ปริมาตรและออกซิเจน 1 ปริมาตร) จะระเบิดอย่างรุนแรงเมื่อจุดติดไฟ จึงเรียกว่าก๊าซระเบิด เมื่อทำงานกับไฮโดรเจนต้องปฏิบัติตามกฎความปลอดภัย
ข้าว. 3. ก๊าซระเบิด
เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา ก๊าซสามารถทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนได้:
3H 2 +N 2 =2NH 3
– ปฏิกิริยานี้ที่อุณหภูมิและความดันสูงขึ้นทำให้เกิดแอมโมเนียในอุตสาหกรรม
ที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนสามารถทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และเทลลูเรียมได้ และเมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทจะเกิดไฮไดรด์: 4.3 คะแนนรวมที่ได้รับ: 152
