व्याख्यान २९

हाइड्रोजन। पानी

व्याख्यान योजना:

पानी। रासायनिक और भौतिक गुण

प्रकृति में हाइड्रोजन और पानी की भूमिका

हाइड्रोजन के रूप में रासायनिक तत्व

हाइड्रोजन एकमात्र तत्व है आवधिक प्रणालीडीआई मेंडेलीव, जिसका स्थान अस्पष्ट है। इसका रासायनिक प्रतीक आवर्त सारणी में दो बार दर्ज किया गया है: IA और VIIA दोनों समूहों में। यह इस तथ्य के कारण है कि हाइड्रोजन में कई गुण हैं जो इसे क्षार धातुओं और हैलोजन (तालिका 14) दोनों के साथ जोड़ते हैं।

तालिका 14

क्षार धातुओं और हैलोजन के गुणों के साथ हाइड्रोजन के गुणों की तुलना

क्षार धातुओं की समानता	हलोजन की समानता
बाहरी ऊर्जा स्तर पर, हाइड्रोजन परमाणुओं में एक इलेक्ट्रॉन होता है। हाइड्रोजन एस-तत्वों से संबंधित है	बाहरी और एकमात्र स्तर के पूरा होने तक, हाइड्रोजन परमाणुओं, जैसे हैलोजन परमाणुओं में, एक इलेक्ट्रॉन की कमी होती है
हाइड्रोजन गुणों को कम करने का प्रदर्शन करता है। ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन ऑक्सीकरण अवस्था +1 प्राप्त करता है, जो अक्सर इसके यौगिकों में पाया जाता है।	हाइड्रोजन, हैलोजन की तरह, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के यौगिकों में -1 की ऑक्सीकरण अवस्था होती है, जो इसके ऑक्सीकरण गुणों की पुष्टि करती है।
एक धातु क्रिस्टल जाली के साथ ठोस हाइड्रोजन के स्थान में उपस्थिति मान ली जाती है।	फ्लोरीन और क्लोरीन की तरह, हाइड्रोजन सामान्य परिस्थितियों में एक गैस है। इसके अणु, हलोजन अणुओं की तरह, द्विपरमाणुक होते हैं और एक सहसंयोजक गैर-ध्रुवीय बंधन के कारण बनते हैं

प्रकृति में, हाइड्रोजन तीन समस्थानिकों के रूप में द्रव्यमान संख्या 1, 2 और 3 के रूप में मौजूद है: प्रोटियम 1 1 एच, ड्यूटेरियम 2 1 डी और ट्रिटियम 3 1 टी। पहले दो स्थिर समस्थानिक हैं, और तीसरा रेडियोधर्मी है। समस्थानिकों के प्राकृतिक मिश्रण में प्रोटियम का प्रभुत्व होता है। आइसोटोप एच: डी: टी के बीच मात्रात्मक अनुपात 1: 1.46 10 -5: 4.00 10 -15 हैं।

हाइड्रोजन समस्थानिकों के यौगिक एक दूसरे से गुणों में भिन्न होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, हल्के प्रोटियम पानी (H 2 O) का क्वथनांक और हिमांक क्रमशः - 100 о और 0 о , और ड्यूटेरियम (D 2 O) - 101.4 о और 3.8 о के बराबर होता है। हल्का पानी शामिल करना भारी पानी की तुलना में अधिक है।

ब्रह्मांड में, हाइड्रोजन सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है - यह ब्रह्मांड के द्रव्यमान का लगभग 75% या इसके सभी परमाणुओं का 90% से अधिक है। हाइड्रोजन पृथ्वी के अपने सबसे महत्वपूर्ण भूवैज्ञानिक खोल - जलमंडल में पानी का एक हिस्सा है।

कार्बन, सभी कार्बनिक पदार्थों के साथ हाइड्रोजन बनता है, यानी यह पृथ्वी के जीवित खोल का हिस्सा है - जीवमंडल। वी पृथ्वी की ऊपरी तह- स्थलमंडल - हाइड्रोजन की द्रव्यमान सामग्री केवल 0.88% है, अर्थात यह सभी तत्वों में 9वें स्थान पर है। पृथ्वी का वायु कवच - वायुमंडल में आणविक हाइड्रोजन के कारण कुल आयतन का दस लाखवें भाग से भी कम भाग होता है। यह केवल ऊपरी वायुमंडल में पाया जाता है।

हाइड्रोजन का उत्पादन और उपयोग

पहली बार हाइड्रोजन 16वीं शताब्दी में मध्ययुगीन चिकित्सक और कीमियागर Paracelsus द्वारा प्राप्त किया गया था, जब एक लोहे की प्लेट को पानी में डुबोया गया था। सल्फ्यूरिक एसिड, और १७६६ में अंग्रेजी रसायनज्ञ हेनरी कैवेंडिश ने साबित किया कि हाइड्रोजन न केवल सल्फ्यूरिक एसिड के साथ लोहे की बातचीत से प्राप्त होता है, बल्कि अन्य धातुओं के साथ अन्य एसिड भी प्राप्त होता है। कैवेंडिश ने भी पहली बार हाइड्रोजन के गुणों का वर्णन किया।

वी प्रयोगशाला हाइड्रोजन की स्थिति प्राप्त होती है:

1. अम्ल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. पानी के साथ क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं की बातचीत

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

सीए + 2 एच 2 ओ → सीए (ओएच) 2 + एच 2

वी उद्योग हाइड्रोजन मिलता है निम्नलिखित तरीकों से:

1. इलेक्ट्रोलिसिस जलीय समाधानलवण, अम्ल और क्षार।सबसे अधिक बार, सोडियम क्लोराइड के घोल का उपयोग किया जाता है:

2NaCl + 2H 2 O → एल। वर्तमान एच 2 + सीएल 2 + NaOH

2. गर्म कोक के साथ जल वाष्प की वसूली:

+ Н 2 О → टी + Н 2

परिणामी मिश्रण कार्बन मोनोआक्साइडऔर हाइड्रोजन कहा जाता है जल गैस (संश्लेषण गैस),और व्यापक रूप से विभिन्न रासायनिक उत्पादों (अमोनिया, मेथनॉल, आदि) के संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है। जल गैस से हाइड्रोजन निकालने के लिए, कार्बन मोनोऑक्साइड को जल वाष्प के साथ गर्म करने पर कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है:

सीओ + एच 2 → टी सीओ 2 + एच 2

3. ताप मीथेनजल वाष्प और ऑक्सीजन की उपस्थिति में। यह विधि वर्तमान में मुख्य है:

2СН 4 + О 2 + 2Н 2 О → टी 2СО 2 + 6Н 2

हाइड्रोजन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:

1. अमोनिया और हाइड्रोजन क्लोराइड का औद्योगिक संश्लेषण;

2. संश्लेषण गैस की संरचना में मेथनॉल और सिंथेटिक तरल ईंधन का उत्पादन (हाइड्रोजन की 2 मात्रा और सीओ की 1 मात्रा);

3. पेट्रोलियम अंशों का हाइड्रोट्रीटिंग और हाइड्रोकार्बन;

4. तरल वसा का हाइड्रोजनीकरण;

5. धातुओं की कटाई और वेल्डिंग;

6. टंगस्टन, मोलिब्डेनम और रेनियम को उनके ऑक्साइड से प्राप्त करना;

7. अंतरिक्ष इंजन ईंधन के रूप में।

8. थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों में, हाइड्रोजन के समस्थानिकों का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है।

शारीरिक और रासायनिक गुणहाइड्रोजन

हाइड्रोजन एक रंगहीन, स्वादहीन और गंधहीन गैस है। n.u पर घनत्व 0.09 g / l (हवा से 14 गुना हल्का)। हाइड्रोजन पानी में खराब घुलनशील है (पानी की प्रति 100 मात्रा में केवल 2 मात्रा में गैस), लेकिन यह डी-धातुओं - निकल, प्लैटिनम, पैलेडियम (पैलेडियम की एक मात्रा में 900 मात्रा तक हाइड्रोजन घुल जाता है) द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होता है।

वी रसायनिक प्रतिक्रियाहाइड्रोजन अपचायक और ऑक्सीकरण दोनों गुणों को प्रदर्शित करता है। अक्सर, हाइड्रोजन एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है।

1. अधातुओं के साथ अन्योन्यक्रिया... हाइड्रोजन अधातुओं के साथ वाष्पशील हाइड्रोजन यौगिक बनाता है (व्याख्यान 25 देखें)।

हलोजन के साथप्रतिक्रिया दर और पाठ्यक्रम की शर्तें फ्लोरीन से आयोडीन में बदल जाती हैं: हाइड्रोजन फ्लोरीन के साथ अंधेरे में भी एक विस्फोट के साथ प्रतिक्रिया करता है, क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया काफी शांति से प्रकाश के साथ मामूली विकिरण के साथ आगे बढ़ती है, ब्रोमीन और आयोडीन के साथ प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती होती हैं और गर्म होने पर ही आगे बढ़ें:

एच 2 + एफ 2 → 2एचएफ

एच 2 + सीएल 2 → एचν 2एचसीएल

एच 2 + आई 2 → टी 2HI

ऑक्सीजन के साथऔर सल्फर के साथ, हाइड्रोजन हल्के से गर्म करने के साथ प्रतिक्रिया करता है। ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का 1:2 के अनुपात में मिश्रण कहलाता है ऑक्सीहाइड्रोजन गैस:

२ + २ → टी Н २

एच 2 + एस → टी एच 2 एस

नाइट्रोजन, फास्फोरस और कार्बन के साथप्रतिक्रिया हीटिंग, ऊंचे दबाव और उत्प्रेरक की उपस्थिति में होती है। प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हैं:

3H 2 + N 2 → बिल्ली।, P, t2NH 3

2H 2 + 3P → बिल्ली।, P, t3PH 3

एच 2 + सी → बिल्ली।, पी, टी सीएच 4

2. के साथ बातचीत जटिल पदार्थ. पर उच्च तापमानहाइड्रोजन धातुओं को उनके ऑक्साइड से अपचयित करता है:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. पर क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ बातचीतहाइड्रोजन ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करता है:

2Na + H 2 → 2NaH

सीए + एच 2 → सीएएच 2

4. के साथ बातचीत कार्बनिक पदार्थ. हाइड्रोजन कई कार्बनिक पदार्थों के साथ सक्रिय रूप से संपर्क करता है, ऐसी प्रतिक्रियाओं को हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया कहा जाता है। इस तरह की प्रतिक्रियाओं पर संग्रह "ऑर्गेनिक केमिस्ट्री" के तीसरे भाग में अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।

परिभाषा

हाइड्रोजन- रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी का पहला तत्व डी.आई. मेंडेलीव। प्रतीक - एन.

परमाणु द्रव्यमान - 1 अमु हाइड्रोजन अणु द्विपरमाणुक है - 2।

हाइड्रोजन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s1 है। हाइड्रोजन एस-तत्व परिवार से संबंधित है। अपने यौगिकों में, यह ऑक्सीकरण अवस्था -1, 0, +1 प्रदर्शित करता है। प्राकृतिक हाइड्रोजन में दो स्थिर समस्थानिक होते हैं - प्रोटियम 1 एच (99.98%) और ड्यूटेरियम 2 एच (डी) (0.015%) - और रेडियोधर्मी आइसोटोप ट्रिटियम 3 एच (टी) (ट्रेस मात्रा, आधा जीवन - 12.5 वर्ष) .. .

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

सामान्य परिस्थितियों में, आणविक हाइड्रोजन अपेक्षाकृत कम प्रदर्शित करता है जेट, जिसे अणु में बंधों की उच्च शक्ति द्वारा समझाया गया है। गर्म होने पर, यह मुख्य उपसमूहों (महान गैसों, बी, सी, पी, अल को छोड़कर) के तत्वों द्वारा गठित लगभग सभी सरल पदार्थों के साथ बातचीत करता है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, यह एक कम करने वाले एजेंट (अधिक बार) और ऑक्सीकरण एजेंट (कम अक्सर) दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

हाइड्रोजन प्रदर्शन एजेंट गुणों को कम करना(Н 2 0 -2е → 2Н +) निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं में:

1. सरल पदार्थों के साथ बातचीत की प्रतिक्रियाएं - अधातु। हाइड्रोजन प्रतिक्रिया हलोजन के साथ, इसके अलावा, सामान्य परिस्थितियों में, अंधेरे में, एक विस्फोट के साथ, क्लोरीन के साथ फ्लोरीन के साथ बातचीत की प्रतिक्रिया - एक श्रृंखला तंत्र द्वारा रोशनी (या यूवी विकिरण) के तहत, ब्रोमीन और आयोडीन के साथ केवल गर्म होने पर; ऑक्सीजन(2:1 के आयतन अनुपात में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के मिश्रण को "ऑक्सीहाइड्रोजन गैस" कहा जाता है), धूसर, नाइट्रोजनतथा कार्बन:

एच २ + हाल २ = २एचएचएल;

2एच 2 + ओ 2 = 2एच 2 ओ + क्यू (टी);

एच 2 + एस = एच 2 एस (टी = 150 - 300 सी);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2एच 2 + सी ↔ सीएच 4 (टी, पी, कैट)।

2. जटिल पदार्थों के साथ बातचीत की प्रतिक्रियाएं। हाइड्रोजन प्रतिक्रिया कम गतिविधि वाली धातुओं के ऑक्साइड के साथ, और यह केवल उन धातुओं को कम करने में सक्षम है जो जस्ता के दाईं ओर गतिविधि की पंक्ति में हैं:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);

फे 2 ओ 3 + 3 एच 2 = 2 एफई + 3 एच 2 ओ (टी);

डब्ल्यूओ 3 + 3 एच 2 = डब्ल्यू + 3 एच 2 ओ (टी)।

हाइड्रोजन प्रतिक्रिया अधातुओं के ऑक्साइड के साथ:

एच 2 + सीओ 2 सीओ + एच 2 ओ (टी);

2एच 2 + सीओ ↔ सीएच 3 ओएच (टी = 300 सी, पी = 250 - 300 एटीएम।, कैट = जेडएनओ, सीआर 2 ओ 3)।

हाइड्रोजन साइक्लोअल्केन्स, एल्केन्स, एरेन्स, एल्डिहाइड और कीटोन्स आदि के कार्बनिक यौगिकों के साथ हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है। इन सभी प्रतिक्रियाओं को हीटिंग के तहत किया जाता है, दबाव में, प्लैटिनम या निकल उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है:

सीएच 2 = सीएच 2 + एच 2 ↔ सीएच 3 -सीएच 3;

सी ६ एच ६ + ३एच २ सी ६ एच १२;

सी ३ एच ६ + एच २ सी ३ एच ८;

सीएच 3 सीएचओ + एच 2 ↔ सीएच 3 —सीएच 2 —ओएच;

सीएच 3 -सीओ-सीएच 3 + एच 2 ↔ सीएच 3 -सीएच (ओएच) -सीएच 3।

हाइड्रोजन ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में(Н 2 + 2е → 2Н -) क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ बातचीत की प्रतिक्रियाओं में कार्य करता है। इस मामले में, हाइड्राइड बनते हैं - क्रिस्टलीय आयनिक यौगिक जिसमें हाइड्रोजन -1 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है।

2ना + एच 2 ↔ 2NaH (टी, पी)।

सीए + एच 2 सीएएच 2 (टी, पी)।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

हाइड्रोजन एक हल्की, रंगहीन गैस, गंधहीन, सामान्य परिस्थितियों में घनत्व है। - 0.09 g / l, हवा से 14.5 गुना हल्का, गठरी t = -252.8С, t pl = - 259.2С। हाइड्रोजन पानी और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में खराब घुलनशील है, कुछ धातुओं में अच्छी तरह से घुलनशील: निकल, पैलेडियम, प्लैटिनम।

आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान के अनुसार, ब्रह्मांड में हाइड्रोजन सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है। बाह्य अंतरिक्ष में हाइड्रोजन के अस्तित्व का मुख्य रूप व्यक्तिगत परमाणु हैं। पृथ्वी पर प्रचुरता की दृष्टि से हाइड्रोजन का सभी तत्वों में नौवां स्थान है। पृथ्वी पर अधिकांश हाइड्रोजन में है बाध्य अवस्था- पानी, तेल, प्राकृतिक गैस, कोयला आदि के हिस्से के रूप में। एक साधारण पदार्थ के रूप में, हाइड्रोजन दुर्लभ है - ज्वालामुखी गैसों की संरचना में।

हाइड्रोजन उत्पादन

हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए प्रयोगशाला और औद्योगिक तरीके हैं। प्रति प्रयोगशाला के तरीकेएसिड (1) के साथ धातुओं की बातचीत, साथ ही क्षार (2) के जलीय घोल के साथ एल्यूमीनियम की बातचीत शामिल है। हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए औद्योगिक तरीकों में, क्षार और लवण के जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है (3) और मीथेन का रूपांतरण (4):

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);

सीएच 4 + एच 2 ओ ↔ सीओ + एच 2 (4)।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	जब 23.8 ग्राम धात्विक टिन एक आधिक्य के साथ अभिक्रिया करता है हाइड्रोक्लोरिक एसिड केहाइड्रोजन 12.8 ग्राम धात्विक तांबा प्राप्त करने के लिए पर्याप्त मात्रा में विकसित हुआ। परिणामी यौगिक में टिन की ऑक्सीकरण अवस्था निर्धारित करें।
समाधान	आधारित इलेक्ट्रॉनिक संरचनाटिन का परमाणु (... 5s 2 5p 2), यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि टिन दो ऑक्सीकरण अवस्थाओं - +2, +4 की विशेषता है। इसके आधार पर, हम संभावित प्रतिक्रियाओं के समीकरणों की रचना करेंगे: एसएन + 2एचसीएल = एच 2 + एसएनसीएल 2 (1); एसएन + 4 एचसीएल = 2 एच 2 + एसएनसीएल 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3)। आइए जानें तांबे के पदार्थ की मात्रा: v (Cu) = m (Cu) / M (Cu) = 12.8 / 64 = 0.2 mol। समीकरण 3 के अनुसार हाइड्रोजन की मात्रा है: वी (एच 2) = वी (सीयू) = 0.2 मोल। टिन के द्रव्यमान को जानने के बाद, हम इसके पदार्थ की मात्रा पाते हैं: वी (एसएन) = एम (एसएन) / एम (एसएन) = २३.८ / ११९ = ०.२ मोल। आइए हम समीकरण 1 और 2 के अनुसार और समस्या की स्थिति के अनुसार टिन और हाइड्रोजन के पदार्थ की मात्रा की तुलना करें: वी १ (एसएन): वी १ (एच २) = १: १ (समीकरण १); वी २ (एसएन): वी २ (एच २) = १: २ (समीकरण २); वी (एसएन): वी (एच 2) = ०.२: ०.२ = १: १ (समस्या की स्थिति)। इसलिए, टिन समीकरण 1 के अनुसार हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है और टिन की ऑक्सीकरण अवस्था +2 है।
उत्तर	टिन की ऑक्सीकरण अवस्था +2 है।

उदाहरण 2

व्यायाम	१४.६% हाइड्रोक्लोरिक एसिड (समाधान घनत्व १.०७ ग्राम / एमएल) के २.० ग्राम जिंक प्रति १८.७ मिलीलीटर की क्रिया द्वारा जारी गैस को कॉपर (II) ऑक्साइड के ४.० ग्राम से अधिक गर्म करते समय पारित किया गया था। परिणामी ठोस मिश्रण का द्रव्यमान क्या है?
समाधान	जब जिंक हाइड्रोक्लोरिक एसिड पर क्रिया करता है, तो हाइड्रोजन निकलता है: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1), जो गर्म होने पर कॉपर (II) ऑक्साइड को कॉपर (2) में बदल देता है: CuO + H 2 = Cu + H 2 O। आइए पहली प्रतिक्रिया में पदार्थों की मात्रा ज्ञात करें: एम (समाधान एचसीएल) = 18.7। 1.07 = 20.0 ग्राम; एम (एचसीएल) = 20.0। 0.146 = 2.92 ग्राम; वी (एचसीएल) = २.९२ / ३६.५ = ०.०८ मोल; वी (जेडएन) = 2.0 / 65 = 0.031 मोल। जिंक की आपूर्ति कम है, इसलिए जारी हाइड्रोजन की मात्रा बराबर है: वी (एच 2) = वी (जेडएन) = 0.031 मोल। दूसरी प्रतिक्रिया में, हाइड्रोजन कम आपूर्ति में है, क्योंकि: v (CuO) = ४.० / ८० = ०.०५ mol. प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, CuO का 0.031 mol Cu के 0.031 mol में बदल जाएगा, और वजन कम होगा: मी (CuO) - m (Cu) = ०.०३१ × ८० - ०.०३१ × ६४ = ०.५० ग्राम। हाइड्रोजन पास करने के बाद Cu के साथ CuO के ठोस मिश्रण का द्रव्यमान होगा: 4.0-0.5 = 3.5 ग्राम।
उत्तर	CuO और Cu के ठोस मिश्रण का द्रव्यमान 3.5 g है।

आवर्त सारणी में, हाइड्रोजन तत्वों के दो समूहों में स्थित है जो उनके गुणों में बिल्कुल विपरीत हैं। यह सुविधाइसे पूरी तरह से अद्वितीय बनाएं। हाइड्रोजन सिर्फ एक तत्व या पदार्थ नहीं है, बल्कि यह भी है का हिस्साकई जटिल यौगिक, ऑर्गेनोजेनिक और बायोजेनिक तत्व। इसलिए, हम इसके गुणों और विशेषताओं पर अधिक विस्तार से विचार करेंगे।

धातुओं और अम्लों की परस्पर क्रिया के दौरान दहनशील गैस की रिहाई 16 वीं शताब्दी की शुरुआत में देखी गई थी, अर्थात विज्ञान के रूप में रसायन विज्ञान के निर्माण के दौरान। प्रसिद्ध अंग्रेजी वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश ने 1766 से पदार्थ का अध्ययन किया और इसे "दहनशील हवा" नाम दिया। जलने पर इस गैस से पानी बनता है। दुर्भाग्य से, वैज्ञानिक के फ्लॉजिस्टन (काल्पनिक "सुपरफाइन मैटर") के सिद्धांत के पालन ने उन्हें सही निष्कर्ष पर आने से रोक दिया।

फ्रांसीसी रसायनज्ञ और प्रकृतिवादी ए। लैवोसियर ने इंजीनियर जे। मेयुनियर के साथ और 1783 में विशेष गैस मीटर की मदद से पानी का संश्लेषण किया, और फिर लाल-गर्म लोहे के साथ जल वाष्प के अपघटन के माध्यम से इसका विश्लेषण किया। इस प्रकार, वैज्ञानिक सही निष्कर्ष पर पहुंचने में सक्षम थे। उन्होंने पाया कि "दहनशील हवा" न केवल पानी का एक हिस्सा है, बल्कि इससे प्राप्त भी किया जा सकता है।

1787 में, लवॉज़ियर ने सुझाव दिया कि अध्ययन के तहत गैस है सरल पदार्थऔर, तदनुसार, प्राथमिक रासायनिक तत्वों की संख्या के अंतर्गत आता है। उन्होंने इसका नाम हाइड्रोजन (ग्रीक शब्द हाइडर - पानी + गेनाओ - मैं जन्म देता हूं) से रखा है, यानी "पानी को जन्म देना।"

रूसी नाम "हाइड्रोजन" 1824 में रसायनज्ञ एम। सोलोविएव द्वारा प्रस्तावित किया गया था। पानी की संरचना के निर्धारण ने "फ्लॉजिस्टन सिद्धांत" के अंत को चिह्नित किया। १८वीं और १९वीं शताब्दी के मोड़ पर, यह पाया गया कि हाइड्रोजन परमाणु बहुत हल्का है (अन्य तत्वों के परमाणुओं की तुलना में) और इसके द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान की तुलना करने के लिए मुख्य इकाई के रूप में लिया गया था, जिसके बराबर मूल्य प्राप्त हुआ था 1.

भौतिक गुण

विज्ञान को ज्ञात सभी पदार्थों में हाइड्रोजन सबसे हल्का है (यह हवा से 14.4 गुना हल्का है), इसका घनत्व 0.0899 g / l (1 atm, 0 ° C) है। पदार्थ-259.1 डिग्री सेल्सियस और -252.8 डिग्री सेल्सियस (केवल हीलियम में कम क्वथनांक और गलनांक) पर पिघलता है (जमता है) और फोड़ा (द्रवीकरण), क्रमशः।

हाइड्रोजन का क्रांतिक तापमान अत्यंत कम (-240 डिग्री सेल्सियस) होता है। इस कारण से, इसका द्रवीकरण एक जटिल और महंगी प्रक्रिया है। पदार्थ का क्रांतिक दबाव 12.8 किग्रा/सेमी² है, और क्रांतिक घनत्व 0.0312 ग्राम/सेमी³ है। सभी गैसों में, हाइड्रोजन में सबसे अधिक तापीय चालकता होती है: 1 एटीएम और 0 डिग्री सेल्सियस पर, यह 0.174 डब्ल्यू / (एमएक्सके) के बराबर होता है।

समान परिस्थितियों में किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 14.208 kJ / (kgxK) या 3.394 cal / (gx ° C) होती है। यह तत्व पानी में थोड़ा घुलनशील है (लगभग 0.0182 मिली / ग्राम 1 एटीएम और 20 डिग्री सेल्सियस पर), लेकिन अच्छी तरह से - अधिकांश धातुओं (नी, पीटी, पा और अन्य) में, विशेष रूप से पैलेडियम में (पीडी की मात्रा के बारे में 850 मात्रा) ) .

बाद की संपत्ति इसके फैलने की क्षमता से जुड़ी है, जबकि कार्बन मिश्र धातु (उदाहरण के लिए, स्टील) के माध्यम से प्रसार कार्बन के साथ हाइड्रोजन की बातचीत के कारण मिश्र धातु के विनाश के साथ हो सकता है (इस प्रक्रिया को डीकार्बोनाइजेशन कहा जाता है)। तरल अवस्था में, पदार्थ बहुत हल्का होता है (घनत्व - 0.0708 g / cm³ t ° = -253 ° C पर) और द्रव (चिपचिपापन - 13.8 cpoise समान परिस्थितियों में)।

कई यौगिकों में, यह तत्व सोडियम और अन्य क्षार धातुओं की तरह +1 (ऑक्सीकरण अवस्था) की संयोजकता प्रदर्शित करता है। इसे आमतौर पर इन धातुओं के अनुरूप माना जाता है। तदनुसार, वह मेंडेलीव प्रणाली के पहले समूह का प्रमुख है। धातु हाइड्राइड में, हाइड्रोजन आयन एक ऋणात्मक आवेश प्रदर्शित करता है (ऑक्सीकरण अवस्था -1 है), अर्थात Na + H- की संरचना Na + Cl- क्लोराइड के समान है। इसके अनुसार और कुछ अन्य तथ्यों (तत्व "एच" और हैलोजन के भौतिक गुणों की निकटता, इसे कार्बनिक यौगिकों में हलोजन के साथ बदलने की क्षमता), हाइड्रोजन मेंडेलीव प्रणाली के VII समूह से संबंधित है।

सामान्य परिस्थितियों में, आणविक हाइड्रोजन में कम गतिविधि होती है, जो सीधे सबसे सक्रिय गैर-धातुओं (फ्लोरीन और क्लोरीन के साथ, बाद में प्रकाश में) के साथ संयोजन करती है। बदले में, गर्म होने पर, यह कई रासायनिक तत्वों के साथ संपर्क करता है।

परमाणु हाइड्रोजन में एक बढ़ी हुई रासायनिक गतिविधि होती है (जब आणविक हाइड्रोजन के साथ तुलना की जाती है)। ऑक्सीजन के साथ, यह सूत्र के अनुसार पानी बनाता है:

+ ½О₂ = ,

285.937 kJ / mol गर्मी या 68.3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm) जारी करना। सामान्य तापमान की स्थिति में, प्रतिक्रिया धीरे-धीरे आगे बढ़ती है, और t °> = 550 ° C पर - अनियंत्रित रूप से। हाइड्रोजन + ऑक्सीजन मिश्रण की विस्फोटक सीमा 4–94% H₂ है, और हाइड्रोजन + वायु मिश्रण 4–74% H₂ है (H₂ के दो संस्करणों और O₂ के एक आयतन के मिश्रण को डिटोनिंग गैस कहा जाता है)।

अधिकांश धातुओं को कम करने के लिए इस तत्व का उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह ऑक्साइड से ऑक्सीजन लेता है:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O आदि।

विभिन्न हैलोजन के साथ, हाइड्रोजन हाइड्रोजन हैलाइड बनाता है, उदाहरण के लिए:

H₂ + Cl₂ = 2HCl।

हालांकि, फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करते समय, हाइड्रोजन फट जाता है (यह अंधेरे में भी होता है, -252 डिग्री सेल्सियस पर), ब्रोमीन और क्लोरीन के साथ केवल गर्म या रोशन होने पर और आयोडीन के साथ गर्म होने पर ही प्रतिक्रिया करता है। नाइट्रोजन के साथ बातचीत करते समय, अमोनिया बनता है, लेकिन केवल उत्प्रेरक पर, के साथ उच्च दबावऔर तापमान:

+ N₂ = 2NН₃।

गर्म होने पर, हाइड्रोजन सल्फर के साथ सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करता है:

Н₂ + S = H₂S (हाइड्रोजन सल्फाइड),

और बहुत अधिक कठिन - टेल्यूरियम या सेलेनियम के साथ। हाइड्रोजन शुद्ध कार्बन के साथ उत्प्रेरक के बिना प्रतिक्रिया करता है, लेकिन उच्च तापमान पर:

2H₂ + C (अनाकार) = CH₄ (मीथेन)।

यह पदार्थ कुछ धातुओं (क्षार, क्षारीय पृथ्वी और अन्य) के साथ सीधे प्रतिक्रिया करता है, उदाहरण के लिए हाइड्राइड बनाता है:

+ 2Li = 2LiH।

जरूरी व्यवहारिक महत्वहाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड (II) की परस्पर क्रिया है। इस मामले में, दबाव, तापमान और उत्प्रेरक के आधार पर, विभिन्न कार्बनिक यौगिक बनते हैं: , , आदि। असंतृप्त हाइड्रोकार्बन प्रतिक्रिया के दौरान संतृप्त में गुजरते हैं, उदाहरण के लिए:

एन Н₂ एन + Н₂ = एन Н₂ एन ।

हाइड्रोजन और उसके यौगिक रसायन विज्ञान में एक असाधारण भूमिका निभाते हैं। वह शर्तें अम्लीय गुणटी. एन. प्रोटिक एसिड, विभिन्न तत्वों के साथ एक हाइड्रोजन बंधन बनाता है, जिसका कई अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

हाइड्रोजन उत्पादन

इस तत्व के औद्योगिक उत्पादन के लिए मुख्य प्रकार के कच्चे माल रिफाइनरी गैसें, प्राकृतिक दहनशील और कोक ओवन गैसें हैं। यह इलेक्ट्रोलिसिस (जहां बिजली उपलब्ध है) के माध्यम से पानी से भी प्राप्त किया जाता है। में से एक आवश्यक तरीकेप्राकृतिक गैस से सामग्री के उत्पादन को हाइड्रोकार्बन, मुख्य रूप से मीथेन, जल वाष्प (तथाकथित रूपांतरण) के साथ उत्प्रेरक संपर्क माना जाता है। उदाहरण के लिए:

+ एच₂О = + ।

ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोकार्बन का अधूरा ऑक्सीकरण:

सीएच₄ + ½O₂ = सीओ + 2H₂।

संश्लेषित कार्बन मोनोऑक्साइड (II) रूपांतरण से गुजरता है:

सीओ + एच₂ओ = सीओ₂ + एच₂।

प्राकृतिक गैस से बनने वाला हाइड्रोजन सबसे सस्ता है।

पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए प्रयुक्त डी.सी., जिसे NaOH या KOH के घोल से गुजारा जाता है (एसिड का उपयोग तंत्र के क्षरण से बचने के लिए नहीं किया जाता है)। प्रयोगशाला स्थितियों में, सामग्री पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा या हाइड्रोक्लोरिक एसिड और जस्ता के बीच प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त की जाती है। हालांकि, अधिक बार वे सिलेंडर में तैयार कारखाने की सामग्री का उपयोग करते हैं।

रिफाइनरी गैसों और कोक ओवन गैस से, इस तत्व को गैस मिश्रण के अन्य सभी घटकों को हटाकर अलग किया जाता है, क्योंकि वे गहरी शीतलन के दौरान अधिक आसानी से द्रवित हो जाते हैं।

यह सामग्री 18 वीं शताब्दी के अंत में औद्योगिक रूप से प्राप्त की जाने लगी। फिर इसे भरने के लिए इस्तेमाल किया गया था गुब्बारे... फिलहाल, हाइड्रोजन का व्यापक रूप से उद्योग में, मुख्य रूप से रासायनिक उद्योग में, अमोनिया के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।

पदार्थ के बड़े पैमाने पर उपभोक्ता मिथाइल और अन्य अल्कोहल, सिंथेटिक गैसोलीन और कई अन्य उत्पादों के उत्पादक हैं। वे कार्बन मोनोऑक्साइड (II) और हाइड्रोजन से संश्लेषण द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। हाइड्रोजन का उपयोग भारी और ठोस तरल ईंधन, वसा आदि के हाइड्रोजनीकरण के लिए, एचसीएल के संश्लेषण के लिए, पेट्रोलियम उत्पादों के हाइड्रोट्रीटिंग के साथ-साथ धातुओं को काटने/वेल्ड करने के लिए किया जाता है। आवश्यक तत्वपरमाणु ऊर्जा के लिए इसके समस्थानिक हैं - ट्रिटियम और ड्यूटेरियम।

हाइड्रोजन की जैविक भूमिका

जीवों के द्रव्यमान का लगभग 10% (औसतन) इसी तत्व पर पड़ता है। यह पानी का एक हिस्सा है और प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, लिपिड, कार्बोहाइड्रेट सहित प्राकृतिक यौगिकों का सबसे महत्वपूर्ण समूह है। ये किसके लिये है?

यह सामान खेलता है महत्वपूर्ण भूमिका: आणविक स्तर पर "मान्यता" में सामान्य रूप से न्यूक्लिक एसिड (यानी, आनुवंशिक जानकारी के कार्यान्वयन और भंडारण में) की पूरकता के सिद्धांत के कार्यान्वयन में प्रोटीन (चतुर्भुज) की स्थानिक संरचना को बनाए रखते हुए।

हाइड्रोजन आयन H+ शरीर में महत्वपूर्ण गतिशील प्रतिक्रियाओं/प्रक्रियाओं में भाग लेता है। शामिल हैं: जैविक ऑक्सीकरण में, जो ऊर्जा के साथ जीवित कोशिकाओं को प्रदान करता है, जैवसंश्लेषण प्रतिक्रियाओं में, पौधों में प्रकाश संश्लेषण में, जीवाणु प्रकाश संश्लेषण और नाइट्रोजन निर्धारण में, एसिड-बेस बैलेंस और होमोस्टैसिस को बनाए रखने में, झिल्ली परिवहन प्रक्रियाओं में। कार्बन और ऑक्सीजन के साथ, यह जीवन की घटनाओं का कार्यात्मक और संरचनात्मक आधार बनाता है।

हाइड्रोजन एच ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है (द्रव्यमान द्वारा लगभग 75%), पृथ्वी पर - नौवां सबसे प्रचुर मात्रा में। हाइड्रोजन का सबसे महत्वपूर्ण प्राकृतिक यौगिक पानी है।
आवर्त सारणी में हाइड्रोजन पहले स्थान पर है (Z = 1)। इसकी सबसे सरल परमाणु संरचना है: एक परमाणु का नाभिक - 1 प्रोटॉन, जो एक इलेक्ट्रॉन बादल से घिरा होता है, जिसमें 1 इलेक्ट्रॉन होता है।
कुछ शर्तों के तहत, हाइड्रोजन धात्विक गुण प्रदर्शित करता है (एक इलेक्ट्रॉन को छोड़ देता है), दूसरों में - गैर-धातु (एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है)।
हाइड्रोजन समस्थानिक प्रकृति में पाए जाते हैं: 1H - प्रोटियम (नाभिक में एक प्रोटॉन होता है), 2H - ड्यूटेरियम (D - नाभिक में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होते हैं), 3H - ट्रिटियम (T - नाभिक में एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं) )

सरल पदार्थ हाइड्रोजन

एक हाइड्रोजन अणु में दो परमाणु होते हैं जो एक सहसंयोजक गैर-ध्रुवीय बंधन से जुड़े होते हैं।
भौतिक गुण. हाइड्रोजन एक रंगहीन, गंधहीन, स्वादहीन, गैर-विषाक्त गैस है। हाइड्रोजन अणु ध्रुवीय नहीं है। इसलिए, गैसीय हाइड्रोजन में अंतर-आणविक संपर्क की ताकतें छोटी होती हैं। यह स्वयं में प्रकट होता है कम तामपानउबलना (-252.6 0С) और पिघलना (-259.2 0С)।
हाइड्रोजन हवा से हल्का है, डी (हवा से) = 0.069; पानी में थोड़ा घुलनशील (H2O के 100 खंड H2 के 2 खंड घोलते हैं)। इसलिए, हाइड्रोजन, जब एक प्रयोगशाला में उत्पादित किया जाता है, हवा या पानी के विस्थापन विधियों द्वारा एकत्र किया जा सकता है।

हाइड्रोजन उत्पादन

प्रयोगशाला में:

1. धातुओं पर तनु अम्लों की क्रिया:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. क्षारीय और की परस्पर क्रिया यू-जेड धातुपानी के साथ:
सीए + 2 एच 2 ओ → सीए (ओएच) 2 + एच 2

3. हाइड्राइड का हाइड्रोलिसिस: धातु के हाइड्राइड पानी से आसानी से विघटित होकर संगत क्षार और हाइड्रोजन बनाते हैं:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
सीएएच 2 + 2 एच 2 ओ = सीए (ओएच) 2 + 2 एच 2

4. जस्ता या एल्यूमीनियम या सिलिकॉन पर क्षार की क्रिया:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. जल इलेक्ट्रोलिसिस। पानी की विद्युत चालकता बढ़ाने के लिए इसमें एक इलेक्ट्रोलाइट मिलाया जाता है, उदाहरण के लिए, NaOH, H 2 SO 4 या Na 2 SO 4। कैथोड पर हाइड्रोजन के 2 आयतन बनते हैं, एनोड पर - ऑक्सीजन का 1 आयतन।
2एच 2 ओ → 2 एच 2 + ओ 2

हाइड्रोजन का औद्योगिक उत्पादन

1. भाप के साथ मीथेन का रूपांतरण, नी 800 डिग्री सेल्सियस (सबसे सस्ता):
सीएच 4 + एच 2 ओ → सीओ + 3 एच 2
सीओ + एच 2 ओ → सीओ 2 + एच 2

कुल मिलाकर:
सीएच 4 + 2 एच 2 ओ → 4 एच 2 + सीओ 2

2. 1000 о पर लाल-गर्म कोक के माध्यम से जल वाष्प:
सी + एच 2 ओ → सीओ + एच 2
सीओ + एच 2 ओ → सीओ 2 + एच 2

परिणामी कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) पानी द्वारा अवशोषित होती है, इस प्रकार औद्योगिक हाइड्रोजन का 50% प्राप्त होता है।

3. लोहे या निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में मीथेन को 350 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करना:
सीएच 4 → सी + 2 एच 2

4. उप-उत्पाद के रूप में KCl या NaCl के जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा:
2Н 2 + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

• यौगिकों में, हाइड्रोजन हमेशा मोनोवैलेंट होता है। यह +1 की ऑक्सीकरण अवस्था की विशेषता है, लेकिन धातु हाइड्राइड्स में यह -1 है।
• हाइड्रोजन अणु में दो परमाणु होते हैं। उनके बीच एक बंधन के उद्भव को इलेक्ट्रॉनों की एक सामान्यीकृत जोड़ी एच: एच या एच 2 . के गठन द्वारा समझाया गया है
• इलेक्ट्रॉनों के इस सामान्यीकरण के कारण, H2 अणु अपने व्यक्तिगत परमाणुओं की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से स्थिर होता है। हाइड्रोजन के 1 मोल में एक अणु को परमाणुओं में तोड़ने के लिए, 436 kJ की ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है: 2 = 2Н, ∆H ° = 436 kJ / mol
• यह सामान्य तापमान पर आणविक हाइड्रोजन की अपेक्षाकृत कम गतिविधि की व्याख्या करता है।
• कई गैर-धातुओं के साथ, हाइड्रोजन गैसीय यौगिक बनाता है जैसे कि आरएच 4, आरएच 3, आरएच 2, आरएच।

1) हैलोजन के साथ हाइड्रोजन हैलाइड बनाता है:
एच 2 + सीएल 2 → 2 एचसीएल।
साथ ही, यह फ्लोरीन के साथ विस्फोट करता है, क्लोरीन और ब्रोमीन के साथ केवल रोशनी या गर्म होने पर प्रतिक्रिया करता है, और आयोडीन के साथ केवल गर्म होने पर ही प्रतिक्रिया करता है।

2) ऑक्सीजन के साथ:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
गर्मी की रिहाई के साथ। सामान्य तापमान पर, प्रतिक्रिया धीरे-धीरे आगे बढ़ती है, 550 डिग्री सेल्सियस से ऊपर - एक विस्फोट के साथ। H 2 के 2 आयतन और O 2 के 1 आयतन के मिश्रण को विस्फोटक गैस कहा जाता है।

3) गर्म होने पर, यह सल्फर के साथ सख्ती से प्रतिक्रिया करता है (सेलेनियम और टेल्यूरियम के साथ और अधिक कठिन):
एच 2 + एस → एच 2 एस (हाइड्रोजन सल्फाइड),

4) नाइट्रोजन के साथ केवल उत्प्रेरक पर अमोनिया के निर्माण के साथ और at बढ़ा हुआ तापमानऔर दबाव:
ЗН २ + एन २ → २एनН ३

5) उच्च तापमान पर कार्बन के साथ:
2एच 2 + सी → सीएच 4 (मीथेन)

६) क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ हाइड्राइड बनाता है (हाइड्रोजन एक ऑक्सीकरण एजेंट है):
Н 2 + 2Li → 2LiH
धातु हाइड्राइड में, हाइड्रोजन आयन ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है (ऑक्सीकरण अवस्था -1), अर्थात हाइड्राइड Na + H - क्लोराइड Na + Cl की तरह बनाया जाता है -

जटिल पदार्थों के साथ:

7) धातु आक्साइड के साथ (धातुओं की कमी के लिए प्रयुक्त):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
फे 3 ओ 4 + 4 एच 2 → 3 एफई + 4 एच 2 ओ

8) कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के साथ:
सीओ + 2एच 2 → सीएच 3 ओएच
संश्लेषण - गैस (हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड का मिश्रण) बहुत व्यावहारिक महत्व का है, क्योंकि तापमान, दबाव और उत्प्रेरक के आधार पर, विभिन्न कार्बनिक यौगिक बनते हैं, उदाहरण के लिए एचसीएचओ, सीएच 3 ओएच और अन्य।

9) असंतृप्त हाइड्रोकार्बन हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, संतृप्त में बदल जाते हैं:
सी एन एच 2एन + एच 2 → सी एन एच 2एन + 2।

हाइड्रोजन, एच (अव्य। हाइड्रोजन; ए। हाइड्रोजन; एन। वासेरस्टॉफ; एफ। हाइड्रोजन; और। हिड्रोजेनो), मेंडेलीव के तत्वों की आवर्त सारणी का एक रासायनिक तत्व है, जिसे एक साथ समूह I और VII, परमाणु संख्या 1 के लिए संदर्भित किया जाता है। परमाणु भार 1.0079. प्राकृतिक हाइड्रोजन में स्थिर समस्थानिक होते हैं - प्रोटियम (1 एच), ड्यूटेरियम (2 एच, या डी), और रेडियोधर्मी - ट्रिटियम (3 एच, या टी)। प्राकृतिक यौगिकों के लिए, औसत अनुपात डी / एच = (158 ± 2) .10 -6 पृथ्वी पर 3 एच की संतुलन सामग्री ~ 5.10 27 परमाणु है।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

हाइड्रोजन का वर्णन पहली बार १७६६ में अंग्रेजी वैज्ञानिक जी. कैवेंडिश ने किया था। सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है। प्रकृति में मुक्त अवस्था में यह H2 अणुओं के रूप में होता है। H2 अणु की वियोजन ऊर्जा 4.776 eV है; हाइड्रोजन परमाणु का आयनन विभव 13.595 eV है। हाइड्रोजन सभी ज्ञात पदार्थों में सबसे हल्का पदार्थ है, 0 डिग्री सेल्सियस और 0.1 एमपीए 0.0899 किग्रा / मी 3 पर; क्वथनांक - 252.6 ° , गलनांक - 259.1 ° ; महत्वपूर्ण पैरामीटर: टी - 240 डिग्री सेल्सियस, दबाव 1.28 एमपीए, घनत्व 31.2 किग्रा / मी 3. सभी गैसों का सबसे ऊष्मीय प्रवाहकीय 0 ° C और 1 MPa पर 0.174 W / (m.K) है, विशिष्ट ऊष्मा 14.208.10 3 J (kg.K) है।

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

तरल हाइड्रोजन बहुत हल्का होता है (घनत्व -253 डिग्री सेल्सियस 70.8 किग्रा / मी 3) और द्रव (-253 डिग्री सेल्सियस पर 13.8 सीपी के बराबर होता है)। अधिकांश यौगिकों में, हाइड्रोजन +1 (क्षार धातुओं के समान) की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है, कम अक्सर -1 (धातु हाइड्राइड के समान)। सामान्य परिस्थितियों में, आणविक हाइड्रोजन निष्क्रिय है; 20 डिग्री सेल्सियस और 1 एमपीए 0.0182 मिली / जी पर पानी में घुलनशीलता; धातुओं में अच्छी तरह से घुलनशील - नी, पीटी, पीडी, आदि। 143.3 एमजे / किग्रा (25 डिग्री सेल्सियस और 0.1 एमपीए पर) की गर्मी रिलीज के साथ ऑक्सीजन के साथ पानी बनाता है; 550 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक पर, प्रतिक्रिया एक विस्फोट के साथ होती है। फ्लोरीन और क्लोरीन के साथ बातचीत करते समय, प्रतिक्रियाएं भी एक विस्फोट के साथ आगे बढ़ती हैं। मूल हाइड्रोजन यौगिक: एच 2 ओ, अमोनिया एनएच 3, हाइड्रोजन सल्फाइड एच 2 एस, सीएच 4, धातुओं के हाइड्राइड और सीएएच 2, एचबीआर, एचएल, साथ ही कार्बनिक यौगिक सी 2 एच 4, एचसीएचओ, सीएच 3 ओएच, आदि। .

प्रकृति में हाइड्रोजन

हाइड्रोजन प्रकृति में एक व्यापक तत्व है, इसकी सामग्री 1% (वजन के अनुसार) है। पृथ्वी पर हाइड्रोजन का मुख्य भंडार जल (द्रव्यमान के अनुसार 11.19%) है। हाइड्रोजन सभी प्राकृतिक कार्बनिक यौगिकों के मुख्य घटकों में से एक है। एक मुक्त अवस्था में, यह ज्वालामुखी और अन्य प्राकृतिक गैसों में (0.0001%, परमाणुओं की संख्या से) मौजूद है। यह सूर्य, तारों, अंतरतारकीय गैस और गैसीय नीहारिकाओं के द्रव्यमान का बड़ा हिस्सा बनाता है। ग्रहों के वायुमंडल में, यह एच 2, सीएच 4, एनएच 3, एच 2 ओ, सीएच, एनएचओएच, आदि के रूप में मौजूद है। यह सूर्य के कणिका विकिरण (प्रोटॉन फ्लक्स) और ब्रह्मांडीय किरणों का हिस्सा है। इलेक्ट्रॉन प्रवाह)।

हाइड्रोजन का उत्पादन और उपयोग

औद्योगिक हाइड्रोजन उत्पादन के लिए कच्चे माल में रिफाइनरी गैसें, गैसीकरण उत्पाद आदि हैं। हाइड्रोजन उत्पादन की मुख्य विधियाँ: भाप के साथ हाइड्रोकार्बन की प्रतिक्रिया, हाइड्रोकार्बन का अधूरा ऑक्सीकरण, ऑक्साइड का रूपांतरण, पानी का इलेक्ट्रोलिसिस। हाइड्रोजन का उपयोग अमोनिया, अल्कोहल, सिंथेटिक गैसोलीन, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, पेट्रोलियम उत्पादों के हाइड्रोट्रीटिंग, हाइड्रोजन-ऑक्सीजन लौ के साथ धातुओं को काटने के लिए किया जाता है।

हाइड्रोजन एक आशाजनक गैसीय ईंधन है। ड्यूटेरियम और ट्रिटियम ने परमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग में आवेदन पाया है।