Kémiai előkészítés Zno és DPA számára
Komplex Edition

I. rész

ÁLTALÁNOS KÉMIA

Kémiai elemek

A hidrogén előfordulása

Ha az oxigén a Földkéreg leggyakoribb eleme, akkor a hidrogén az univerzum leggyakoribb eleme. A hidrogén a nap és a csillagok tömegének körülbelül 70% -a. Mivel a hidrogén az összes elem legegyszerűbb, az ilyen jelentős tömeg hatalmas számú atomot igényel. Mindegyik 100 atom, amely a világegyetemben található, 90 hidrogénatomok.

Valószínűleg a hidrogén belépett a föld légkörébe. De azért, mert könnyedén elhagyhatja a légkört, így a levegőben lévő hidrogén részesedése rendkívül kicsi. A kötött formában a hidrogén a föld tömegének 0,76% -a. A legfontosabb hidrogénelem, amely természetben történik, víz van.

Hidrogén izotópok

A hidrogénatom minden atom legegyszerűbb. A kernel egyetlen protonból áll. Ez (a leggyakoribb) hidrogén izotóp is nevezik Protіm megkülönböztetni a deutérium - egy másik hidrogén izotóp, amelyben az 1 proton és 1 neutron tartalmaz. A Deuterium természetben nagyon kis mennyiségben van. Megtanulták azonban, hogy kiosztják az atomenergia igényeit. Deuterium - a kémia néhány izotópja, amely saját szimbólummal rendelkezikD. A leghíresebb kémiai vegyület, amelyhez a deutérium magában foglalja a "nehéz vizet"D 2 O.

A nukleáris reakciókban egy másik hidrogén izotóp alakul ki - trícium, amely magjában 1 proton és 2 neutron. Tritium (kémiai szimbólum t). A radioaktív és a természetben nem történik meg.

Így a három hidrogén izotóp a legismertebb: 1 1n (vagy egyszerűen h), 1 2H (vagy d), 1 3 N (vagy t). A közelmúltban 4-8 tömegű nehéz hidrogén izotópokat készített.

Elektronikus szerkezet és pozíció Hidrogén időszakos rendszer

Mivel csak egy proton mindig a hidrogén izotóp rendszermagjában van, az elektronikus héj csak egy elektronot tartalmaz, amely az alsó elektronszintet foglalja el az 1s. Így minden hidrogén izotópnak csak egy - és a Valence - Shell 1s 1.

Elektronikus szint 1.s. legfeljebb 2 elektron és hidrogénatom, elegendő az elektronikus konfiguráció elérése érdekében egy elektron elektronikus konfiguráció elérése érdekében:

H - 1 ¢ → A H + pozitív hidrogénion (in elektronikai héj Nincsenek elektronok)

H + 1 ¢ → H - - negatív hidrogénion(1 s 2)

Az első egyenlet egy olyan hidrogénellátást jelez egy csoportos lúgos fémek elemével, amelyek szívesen adják az egyetlen külső elektronot és pozitív ionokatLi +, Na +, K +, stb. A második egyenlet jelzi a hidrogén közelségét a VII-csoport elemeihez, amely hiányzik az egyik elektron, hogy befejezze a külső héjat, és amelyeket valaki más elektron alkotnak, hogy alkotják az ionokatF -, L -, R - stb.

Tipikus nemfémes tulajdonságok Ez az elem nagyobb, mint a VII. Csoport hasonló elemei (fluor, klór, bróm, stb.). De a hidrogén nem P-elem, és szívesen adja meg az elektronot, mint elfogadja. Ezért a csoportban tartózkodiks. - Elemek - aktív redukálószerek - is van értelme. Ebben a tekintetben a hidrogént gyakran helyezzük be, és egy periodikus tábla csoportja, és a VII-csoportban a zárójelben megismételjük szimbólumát. De vannak ilyen kiadványokIdőszakos táblázat, ahol a fő hely a VII. Csoport. Mindkettő igaza van.

A bányászati \u200b\u200bmódszerek

A földi körülmények között, hidrogén fordul elő, főleg a kapcsolódó állapotban, a vegyületek formájában az oxidáció mértéke +1.

Ha a hidrogén már az oxidáció mértékben van, akkor számos elemben választhat egy elektronot, különösen olyan fémeket, amelyek elektronizálnak. Ezért a hidrogéntermelés módszerei gyakran a hidrogénegy vegyületek egyikével való reakción alapulnak, például:

A cink és a vizes sósav közötti reakciót leggyakrabban a laboratóriumban a hidrogén bányászatára használják.

A cink helyett na-vel reagálval. Használhat más fémeket (bár nem) - például vas, ón, magnézium.

És a vas és a vízgőz közötti reakció a fűtés során történelmi jelentés - Miután használták a léggömbök hidrogénnel történő betöltésére.

A hidrogén extrakció ilyen reakcióinak hajtóereje nemcsak a vágy, hogy a fém egy hidrogénatom elektronjának az oxidációs oxidációs fokig, hanem nagy mennyiségű energiát kapjunk, ha rögzítik a A H 2 molekula. Ezért még a nemfémek is beírják az ilyen típus reakcióját:

Ez a reakció a hidrogéntermelés ipari módszerét képezi. A víz gőzét forró koksz fölött forró (szén, amelyet légtelenítés nélkül melegítenek). Ennek eredményeképpen hidrogéntartalmú szén-oxid keveréke van kialakítva, amelyet "vízgáznak" neveznek.

A hidrogén keletkezhet és súlyos metánfűtés következtében:

Ezért az iparban nagyszámú A hidrogént pontosan metánból bányászta a túlhevített vízgőz túlhevedezett hőmérsékletének hozzáadásával:

1) CH 4 + H 2O \u003d CO + 3H 2;

2) CO + H 2O \u003d C O 2 + H 2.

Összefoglalva, ezt a folyamatot az egyenlet rögzítheti:

CH 4 + 2H 2O \u003d 4H 2 + C O 2.

A gázok keverékét lehűtjük és nyomás közben vízzel mossuk. Ugyanakkor S.O 2. feloldódik, és a vízben lévő vízben lévő hidrogén ipari igényekhez vezet.

A legtisztább hidrogén az iparágban a víz elektrolízisével érhető el:

Ez a módszer nagy energiaköltséget igényel, így gyakori, mint a magas hőmérsékletű koksz vagy metán-reakció. Vannak más módszerek hidrogén előállítására.

A hidrogén kémiai tulajdonságai

A hidrogén a rekordtartók egyike a vegyületek egyenletének számával. A számuk legnagyobb száma olyan vegyületekre esik, amelyek a karbonokkal vannak szerves kémia.

De ne. szerves vegyületek A hidrogén nagyon változatos.

A táblázat a tipikus hidrogénvegyületek példáit mutatjas - I. p-elemek meghatározott mértékű hidrogén oxidáció minden csatlakozásban.

Második időszakban
lítium-hidrid	berillium-hidrid		metán		ammónia		víz	hidrogén-fluorid
	Ve h 2		CH 4.		NH 3.		H 2 O.
szilárd	szilárd		gáz		gáz		folyékony	folyékony
Harmadik periódus
magnézium-hidrid		sylan		foszfin		hidrogén-szulfid		hidrogén klorid
MGH 2.		SIH 4.		PH 3.		H 2 S.
szilárd		gáz		gáz		gáz		gáz

A fémek guzrogénnel (ezek a fémek hidridjei) szilárd anyagok. A fémhidrideket közvetlenül fémből és hidrogénből állíthatjuk elő:

Ca + H 2 → SAN 2 (kalcium-hidrid,t pl \u003d 1000 ° С)

A hidridek gyorsan reagálnak vízzel, hogy gázhidrogént képezzenek:

SAN 2 + 2N 2O → SA (OH) 2 + 2N 2.

Ez egy másik kényelmes módja a gázfa hidrogén előállítására. A hidrogénatomok forrása fémhidrid és víz. Ezért az 1 m 3 hidrogén extrakciójára csak 0,94 kg kalcium-hidrid szükséges, míg a fémek savakkal végzett fémek hatására 2,5 kg vasra van szükség, vagy 2,9 kg cink.

A nemfémekkel végzett hidrogénvegyületek túlnyomórészt gázok. A kivétel a víz és a fluorid-hidrogén. A hidrogén más illékony vegyületekből származó víz közötti éles különbség a speciális típusú vízmolekulák létezésének köszönhető. kémiai kötés - Hidrogén.

Az összes hidrogénvegyületből az egyik legfontosabb ammónia, amelyet hidrogénatommal nitrogénnel magas hőmérsékleten, nyomáson és katalizátor jelenlétében bocsátanak ki:

Ez a kevés kémiai folyamat egyike, amely meglehetősen inert atmoszferikus nitrogént kötött. A jövőben számos nitrátvegyületet állítunk elő az ammónia-nitrát-sav, festékek, robbanóanyagok, nitrát-műtrágyák kémiai arányában.

A hidrogén redukáló tulajdonságait az oxidokból származó tiszta fémek előállítására használják. Például a dokkoló (II) -oxid fűtése közbenu. A hidrogén sugár, a víz és a rézpor képződik:

C U O + H 2 → U + H 2 O-val.

A hidrogén-oxidok helyreállításának néhány nagyon tűzálló fémjére kiderül, hogy kényelmes és gazdaságos előállítási módszer. Például a fém volfrám, amelyből az izzólámpák szálai a reakcióval bányásznak:

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O.

A fémet por formájában kapjuk, amelyet ezután késztermékekre lehet nyomni. A szinterelés után az ilyen termékek nem igényelnek további feldolgozást. Ezt a módszert a fémek és részek előállítására por kohászatnak nevezik.

A hidrogén használata

A hidrogén rendkívül kaloráló kémiai üzemanyag. Ezenkívül a hidrogén égése miatt csak víz van kialakítva, míg más tüzelőanyagok szennyezik a szén-oxidok, a nitrogén és a nem nortin üzemanyagmaradványok légkörét.

A hidrogént üzemanyagként használják a modern rakéta-technológiában. A hidrogén-oxigénmotorok miatt több mint 100 tonna különböző árucikkre képes rakéta-hordozók. A tartályok folyékony oxigént és folyékony hidrogént tartalmaznak.

Az oxigénnel hidrogén keverékét patkánygáznak nevezik, és felrobban a legkisebb szikra. Ezért a hidrogénnel való munka, mivel az üzemanyagok olyan óvintézkedéseket tesznek, amelyek kizárnák a robbanás lehetőségét. A modern technika lehetővé teszi a magas szintű biztonság elérését, de a történet ismeri a hidrogén-robbanásokhoz kapcsolódó tragédiákat.

A század első felében számos repülőgép, könnyű levegő - légiratok épültek különböző országokban.

A léghajók vezérlő léggömbök, cigaropod_abnoy, a héj tele hidrogén. A nagy mennyiségű hidrogén a héjban nagy teherbírású kapacitást biztosított ezeknek a repülőgépeknek. A XX. Század 30-as éveinek legnagyobb utashajója akár 100 embert is igénybe vehet nagy távolságra. Ezeken a légi járműveken kényelmes kabinok, éttermek, zuhanyzók, gyalogláshoz stb. Az ilyen légdíjak rendszeres járatokat hajtanak végre Európából Amerikából.

Azonban a hidrogénatomok oxigénnel történő reakciójában felszabaduló nagy mennyiségű energia hatalmas veszélyt jelent. Május 6-án, 1937-ben a világ legnagyobb utasszállító léghajó „Hindenburg”, ami repült Németország New Jersey (USA), felrobbant és lezuhant a Földre a szikra, hogy megcsúszott a mérsékelten árboc és az ügy a léghajó. Sokféleképpen ez a katasztrófa, hogy az utasok felépítése hamarosan megszűnt.

Napjainkban a hidrogént nem használják az Aerostats és más repülőgépek, könnyű levegő betöltésére. E célból drágábbak, és a biztonságos geliumgázt is használják.

Folyékony

Hidrogén (Lat. Hidrogén.; jelzi a szimbólumot H.) - Az első eleme az időszakos elemek. Széles körben elterjedt a természetben. A leggyakoribb hidrogén-izotóp 1 h - proton kationja (és kernel). A Nucleus 1 órás tulajdonságai lehetővé teszik az NMR-spektroszkópia széles körű használatát a szerves anyagok analízisében.

Három hidrogén izotóp rendelkezik saját nevekkel: 1H - Diéta (H), 2H - deutérium (D) és 3H - trícium (radioaktív) (t).

Egyszerű anyag hidrogén - H 2 - könnyű színtelen gáz. Levegővel vagy oxigénnel, üzemanyaggal és robbanóanyaggal. Nem mérgező. Az etanolban és a Roseetalban oldódik: mirigy, nikkel, palládium, platina.

Történelem

Az éghető gáz szétválasztását a savak és fémek kölcsönhatásában XVI-ban és XVII. Évszázadok A hajnalban a kémia tudománygá válásakor. Közvetlenül rámutatott rá, és Mikhail Vasilyevich Lomonosov, de már határozottan tudatában van annak, hogy ez nem phlogiston. Angol fizikus és vegyész Henry Cavendish 1766-ban vizsgálta ezt a gázt, és "tűzveszélyes levegőnek" nevezte. Az "éghető levegő" égése során vizet adott, de a Cavendish Flogiston elméletének elkötelezettsége megakadályozta, hogy a megfelelő következtetéseket levonja. Francia kémikus Antoine Lavoisier együtt Engineer J. Mesomy, speciális gasometers, 1783-ban realizált szintézisét vizet, majd az elemzés, víz bontására gőz forró vas. Így azt találta, hogy az "éghető levegő" része a víznek, és beszerezhető tőle.

A név eredete

Lavoisier adta a hidrogén nevét Hydrogène - "Horning Water". Az orosz neve "Hydrogen" azt javasolta, hogy Chemist MF Soloviev 1824-ben - analógiával Slomonosovsky "oxigén".

Előfordulás

A hidrogén a világegyetem leggyakoribb eleme. Az atomok körülbelül 92% -át teszi ki (8% a hélium atomok, az összes többi elem részesedése kisebb, mint 0,1%). Így a hidrogén a fő összetevő Csillagok és csillagközi gáz. A csillaghőmérsékletek (például a Nap felületi hőmérséklete ~ 6000 ° C) A hidrogén a plazma formájában létezik, a belső térben ez az elem egyedi molekulák, atomok és ionok formájában létezik Molekuláris felhők, amelyek jelentősen különböznek a méretben, sűrűségben és hőmérsékleten.

Föld kéreg és élő szervezetek

A hidrogén tömegrésze a földkéregben 1% - ez a tizedik elem a prevalencia. Azonban, annak szerepe a természetben határozzuk meg, nem-tömeg, és az atomok számát, melynek részesedése a megmaradt elemek 17% (második után az oxigén, a részesedése a atomot tartalmaz, amelyek jelentése ~ 52%). Ezért a földön előforduló kémiai folyamatokban a hidrogén értéke majdnem olyan nagy, mint az oxigén. A Földön és a hozzájuk tartozó oxigénektől eltérően és a szabad állapotokban szinte az összes hidrogén a földön vegyületek formájában van; Csak egy kis mennyiségű hidrogénben egy egyszerű anyag formájában van egy légkörben (0,00005 térfogat%).

A hidrogén szinte minden szerves anyag része, és minden élő sejtben van jelen. Az élő sejtek a hidrogén atomok tekintetében közel 50% -ot tesznek ki.

Megszerzés

Ipari módszerek a megszerzéshez egyszerű anyagok Attól függ, hogy milyen formában van a megfelelő elem természetben, azazis nyersanyagok lehetnek átvételéhez. Így a szabad állapotban meglévő oxigént fizikai módszerrel kapjuk - a folyékony levegőtől való elválasztás. A hidrogén szinte teljes egészében vegyületek formájában van, így azt kapjuk kémiai módszerek. Különösen a bomlási reakciók alkalmazhatók. A hidrogén megszerzésének egyik módja a vízbomlás elektromos ütéssel történő reakciója.

A hidrogén megszerzésének fő ipari módszere metán vízzel való reakció, amely a földgáz részét képezi. Magas hőmérsékleten történik (könnyű megbizonyosodni arról, hogy amikor a metán áthalad, még forró vízen keresztül is, nincs reakciót):

CH 4 + 2N 2 O \u003d CO 2 + 4N 2 -165 kJ

A laboratóriumban nem feltétlenül természetes nyersanyagokat használnak az egyszerű anyagok beszerzésére, de válassza ki a forrású anyagokat, amelyek közül könnyebb kiválasztani a szükséges anyagot. Például a laboratóriumi oxigénben nincs a levegőből. Ugyanez vonatkozik a hidrogén előállítására is. A hidrogén előállítási laboratóriumi módszere, amelyet néha az iparban használnak, az elektromos stroke víz bomlása.

Általában a hidrogén-laboratóriumokat a cink sósavval történő kölcsönhatásával állítjuk elő.

Az iparban

1.Elektrolizálja a sók vizes oldatait:

2NACL + 2H 2O → H 2 + 2NAOH + CL 2

2. Célja a vízgőz forró koksz felett körülbelül 1000 ° C-os hőmérsékleten:

H 2 o + c? H 2 + CO

3. A földgázzal.

Vízgőzzel történő átalakítás:

CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 ° C)

Katalitikus oxidáció oxigénnel:

2CH 4 + O 2? 2CO + 4H 2

4. A szénhidrogének korrekciója és reformálása az olajfinomítás folyamatában.

A laboratóriumban

1.A hígított savak fémek hatására. Az ilyen reakció végrehajtásához a cinket és a hígított sósavat leggyakrabban használják:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Kalcium kölcsönhatás vízzel:

Ca + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3.Hidrolízis-hidridek:

NAH + H 2O → NaOH + H 2

4.Akció lúgok cink vagy alumínium:

2AL + 2NAOH + 6H 2O → 2NA + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2O → K 2 + H 2

5.Elektrolízis segítségével. A elektrolízis a vizes oldatok alkáli vagy savak a katódon, hidrogén szabadul fel, például:

2H 3O + + 2E - → H 2 + 2H 2 O

Fizikai tulajdonságok

A hidrogén két formában létezhet (módosítások) - orto és parasátiumként. Ortodorod molekulában o.-H 2 (m. -259.10 ° C, t. KIP. -252,56 ° C) A nukleáris hátulok egyformán (párhuzamos) és faralodoród p.-H2 (m. -259,32 ° C, t. -252,89 ° C) - ellentétes egymással (párhuzamos). Egyensúlyi keverék o.-H 2 I. p.-H 2 egy adott hőmérsékleten hívják egyensúlyi hidrogén e.-H 2.

Osztjuk a hidrogén-kanadarémiai módosításokat aktív szöggel folyékony nitrogén hőmérsékleten. Nagyon alacsony hőmérséklet Az ortopomia és a vízállóság közötti egyensúly szinte az utóbbi felé irányul. 80 ° C-on a forma arány körülbelül 1: 1. A fűtés alatt lévő deszorbeált paralodin ortodoxidra fordul az egyensúly kialakulására a keverék szobahőmérsékleten (orto-gőz: 75:25). Katalizátor nélkül az átalakulás lassan történik (az interstelláris közeg körülményei között jellemző idők Kozmológiai), ami lehetővé teszi az egyes módosítások tulajdonságainak feltárását.

Hidrogén - A legtöbb fénysugár, ez 1,5,5-szer. Nyilvánvaló, hogy a molekulák kevésbé súlya, annál nagyobb sebességük ugyanabban a hőmérsékleten. Mivel a legegyszerűbb, hidrogén molekulák gyorsabban mozognak, mint a molekulák más gáz, és így gyorsabban továbbítja a hőt az egyik test a másik. Ebből következik, hogy a hidrogén a legmagasabb hővezető képességgel rendelkezik a gáz-halmazállapotú anyagok között. A termikus vezetőképessége körülbelül hétszer magasabb, mint a levegő hővezető képessége.

Hidrogén molekula Dvotomen - H 2. Normál körülmények között, színes, szag és ízlés nélkül gáz. Sűrűség 0,08987 g / l (n.u.), forráspont -252,76 ° C, fajlagos hő Égés 120,9 × 10 6 J / kg, felügyelet nélkül vízben - 18,8 ml / l. A hidrogén sok fémben (NI, PT, PDI DR), különösen a palládiumban (850 térfogat 1 Pd térfogatban). A fémekben lévő hidrogén oldékonysága összefügg a diffundáláshoz; Diffúzió útján széntartalmú ötvözet (például acél) néha kíséri a megsemmisítése az ötvözet közötti kölcsönhatás miatt a hidrogén szén (az úgynevezett dekarbonizációs). Gyakorlatilag nem oldódik.

Folyékony hidrogénvan egy nagyon keskeny hőmérséklet -252,76 és -259,2 ° C. Ez egy színtelen folyadék, nagyon könnyű (sűrűség -253 ° C 0,0708 g / cm3) és folyadék (viszkozitás -253 ° C 13,8 Schuaz). A kritikus hidrogénk paraméterek nagyon alacsonyak: hőmérséklet -240,2 ° C és 12,8 atm nyomás. Ez magyarázza a hidrogén lakóhelye nehézségeit. Folyékony állapotban az egyensúlyi hidrogén 99,79% para-H2, 0,21% Ortho-H2.

Szilárd hidrogén, olvadáspont -259,2 ° C, sűrűség 0,0807 g / cm3 (-262 ° C) - hószerű tömeg, hexogonális Singonia kristályok, P6 / MMC térbeli csoport a.=3,75 c.\u003d 6.12. Magas nyomás esetén a hidrogén fém állapotba kerül.

Izotópok

Hidrogén következik be trey forma Izotópok, amelyek egyedi neveket tartalmaznak: 1H - Diet (H), 2H - deutérium (D), 3H - trícium (radioaktív) (t).

Az étrend és a deutérium stabil izotópok, melynek tartalma az 1 és a 2. A természet tartalma 99,9885 ± 0,0070% és 0,0115 ± 0,0070%. Ez az arány kissé változhat a hidrogén előállításának forrásától és módjától függően.

A hidrogén izotóp 3 óra (trícium) instabil. A felezési ideje 12,32 év. A terméket nagyon kis mennyiségben tartalmazza.

Az irodalom továbbá ad adatokat a hidrogén izotópok tömegszámú 4 - 7 és felezési ideje 10 -22 - 10 -23 s.

A természetes hidrogén H 2 és HD molekulákból áll 3200: 1 arányban. A tiszta deutérium hidrogén D 2 tartalma még kevesebb. A HD és a D2 koncentrációinak aránya körülbelül 6400: 1.

A vegyi elemek összes izotópja, fizikai és kémiai tulajdonságok A hidrogén izotópok különböznek egymástól. Leginkább. Ez az atomok tömegének legnagyobb relatív változásának köszönhető.

	Hőfok olvasztó K.	Hőfok forró K.	Tripoe pont, K / kpa.	Kritikai pont, K / kpa.	Sűrűség folyékony / gáz kg / m³.

A deutérium és a trícium is orto- és parametrikus: p.-D 2, o.-D 2, p.-T 2, o.-T 2. A heteroizotóp hidrogén (HD, HT, DT) nincs orto és parametriai.

Kémiai tulajdonságok

A disszociált hidrogén molekulák aránya

A H 2 hidrogénmolekulák meglehetősen tartósak, és annak érdekében, hogy a hidrogén reakcióba kerüljön, nagy energiát kell költeni:

H 2 \u003d 2n - 432 kj

Ezért a szokásos hőmérsékleten a hidrogén csak nagyon reagál aktív fémekpéldául kalciummal, kalcium-hidridet képezve:

Ca + N 2 \u003d SAN 2

és az egyetlen nem-metallol-fluorral, amely fluoridot képez:

A legtöbb fém és nemfém esetében a hidrogén emelkedett hőmérsékleten vagy más hatással reagál, például a világításkor:

O 2 + 2n 2 \u003d 2n 2

Lehet, hogy "elveszi" oxigént néhány oxidból, például:

Cuo + h 2 \u003d Cu + H 2 O

A rögzített egyenlet tükrözi a hidrogén csökkentő tulajdonságait.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Halogének halogénfajtákkal rendelkezik:

F 2 + h 2 → 2HF, a reakció egy robbanással halad a sötétben és bármilyen hőmérsékleten,

CL 2 + H2 → 2HCL, a reakció robbanással jár, csak a fényben.

Az erős fűtéssel kölcsönhatásba lép:

C + 2H 2 → CH 4

Kölcsönhatás lúgos és lump-földfémekkel

Az aktív fémekkel való kölcsönhatáskor a hidrogén hidrogénatomok:

2na + h 2 → 2nah

Ca + H 2 → CAH 2

MG + H 2 → MGH 2

Hidridek - Sóoldat, szilárd anyagok, könnyen hidrolizálva:

CAH 2 + 2H 2O → CA (OH) 2 + 2H 2

Interakció fémek oxidokkal (általában D-elemek)

Az oxidokat fémbe helyezik:

Cuo + h 2 → Cu + h 2 o

FE 2 O 3 + 3H 2 → 2FE + 3H 2O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Szerves vegyületek hidrogénezése

A molekuláris hidrogént széles körben alkalmazzuk a szerves szintézissel a szerves vegyületek helyreállítására. Ezeket a folyamatokat hívják reakciók Hidrogénezés. Ezeket a reakciókat egy katalizátor jelenlétében emelt nyomáson és hőmérsékleten végezzük. A katalizátor lehet homogén (pl. Katalizátor Wilkinson) és heterogén (pl. Rena nikkel, palládium a sarokban).

Így különösen a telítetlen vegyületek, például alkének és alkinek, telített vegyületek katalitikus hidrogénezésével alkán.

A hidrogén geokémia

A szabad hidrogén H2 viszonylag ritkán található a Föld gázaiban, de víz formájában rendkívül fontos részvételt kap a geokémiai folyamatokban.

A hidrogén ásványi anyagok ammóniumion, hidroxilion és kristályos víz formájában lehetnek.

A légkörben a hidrogén folyamatosan a napsugárzás vízbomlásának következtében alakul ki. Miután egy kis tömegű, hidrogén molekulák van egy nagy sebességű a diffúziós mozgás (ez közel van a második kozmikus sebesség), és alá a felső réteg a légkörben, tud repülni, hogy a külső térben.

A keringés jellemzői

A levegőben lévő keverékben a hidrogén robbanásveszélyes keveréket képez - az úgynevezett patkánygáz. Ez a gáz a legnagyobb robbanékonyság a hidrogén és az oxigén 2: 1, vagy a hidrogén és a levegő körülbelül 2: 5, mivel az oxigén levegője körülbelül 21%. A hidrogén is látható. Folyékony hidrogén a bőrbe való belépéskor súlyos fagyást okozhat.

Robbanásveszélyes koncentrációjú hidrogén oxigénnel 4% -ról 96% -os volumetriai. A levegővel 4-75 (74) térfogatszázalékból származó keverékkel keverék.

Gazdaság

A hidrogén költsége nagyméretű tápellátásban 2-5 $ / kg tartományban van.

Alkalmazás

Atom hidrogént alkalmazunk atom hidrogén hegesztéshez.

Vegyipar

• Ammónia, metanol, szappan és műanyag előállításában
• A margarin termelésében folyékony zöldségolajokból
• Élelmiszer-adalékként regisztráltak E949. (Csomagoló gáz)

Élelmiszeripar

Légi közlekedési ágazat

A hidrogén nagyon tüdő, és a levegőben mindig felemelkedik. Egyszer az ügynökségek és a léggömbök tele voltak hidrogénnel. De a 30-as években. XX. Század Volt egy nem harcos, amely alatt a léghajók felrobbantak és égtek. Napjainkban a léghajók nagymértékben magasabb költségeket töltenek be héliummal.

Üzemanyag

A hidrogént rakéta üzemanyagként használják.

Tanulmányok folyamatban vannak a hidrogén üzemanyagként az utasok és a teherautók számára. A hidrogénmotorok nem szennyezik a környezetet, és csak vízgőzöt osztanak ki.

A hidrogén-oxigén üzemanyagcellákban a hidrogén hidrogént használ, hogy közvetlenül átalakítsa a kémiai reakciók energiáját elektromos.

"Folyékony hidrogén" ("Fa") - folyékony csoportos hidrogén állapota, alacsony specifikus sűrűség 0,07 g / cm3 és kriogén tulajdonságok 14,01 K (-259,14 ° C) és egy forráspont 20,28 K (-252,87 ° C) ). Ez egy színtelen, nem szagú folyadék, amely levegővel keverve, robbanásveszélyes anyagokra utal, amelyeknek a 4-75% -os gyújtási koefficienssel rendelkeznek. Az izomerek spin aránya folyékony hidrogénben: 99,79% -patronage; 0,21% - ortodoxikus. A hidrogénbővítési együttható a gáznemű összesített állapotának megváltoztatásakor 848: 1 20 ° C-on.

Ami bármilyen más gázt illeti, a hidrogén cseppfolyósága a térfogat csökkenéséhez vezet. A cseppfolyósítás után az "LB" -ot termikusan elkülönített tartályokban tárolják nyomás alatt. Folyékony hidrogén (ENG) Folyékony hidrogén., LH2., LH 2.) Az iparban aktívan használják az iparban, mint a gáztárolás, a kozmikus stúdióban, mint rakéta üzemanyag.

Történelem

Az első dokumentált mesterséges hűtés 1756-ben végzett az angol tudós William Cullen, Gáspár Monge először kapott folyékony állapotban a kén-oxid 1784, Michael Faraday kapott cseppfolyós ammóniát, az amerikai feltaláló Oliver Evans első kifejlesztett egy hűtőkompresszor 1805 , Jacob Perkins szabadalmaztatott hűtőgép 1834-ben és John Gori először az amerikai szabadalmaztatott légkondicionálóban 1851-ben. A Werner Siemens az 1857-es regeneratív hűtés fogalmát javasolta 1857-ben, Karl Linda szabadalmaztatott berendezések folyadéklevegének megszerzéséhez a Cascade "Joule - Thomson Expansion Effect" és a regeneratív hűtés 1876-ban. 1885-ben lengyel orvos és kémikus Zigmund Vro? Blavsky a hidrogén 33 K, kritikus nyomás 13,3 atm. és a forráspont 23 K. Forwardy, James Dewar-t 1898-ban cseppfolyósították regeneratív hűtés és találmánya, dewar desig. A folyékony hidrogén stabil izomerének első szintézisét Paul Harek és Karl Bonheffph 1929-ben végezte.

A hidrogén spin izomerjei

A szobahőmérsékleten a hidrogén főként spin izomerből, ortodoródból áll. Az előállítás után, a folyékony hidrogén van egy metastabil állapotban, és át kell alakítani egy parafrogen formában annak érdekében, hogy elkerüljék a robbanásveszélyes exoterm reakció, ami történik, ha megváltozik alacsony hőmérsékleten. Az átalakulást a vízfázisba általában olyan katalizátorok, mint a vas-oxid, a króm-oxid, az aktivált szénborítású platina azbeszt, a ritkaföldfémek vagy az urán vagy nikkel adalékok felhasználásával állítják elő.

Használ

A folyékony hidrogén használható a belső égésű motorok és az üzemanyagcellák üzemanyag tárolási formájaként. Különböző tengeralattjárókat ("212a" és "214", Németország) és a hidrogénszállítás fogalmát a hidrogén-aggregátum formájában hozták létre (lásd például a "DEEPC" vagy a "BMW H2R"). A struktúrák közelségének köszönhetően az "LB" berendezések alkotói felhasználhatók vagy csak a cseppfolyósított földgázzal ("LNG") segítségével módosíthatják a rendszereket. Az égetés alacsonyabb volumetrikus energiasűrűsége miatt azonban nagyobb mennyiségű hidrogén szükséges, mint a földgáz. Ha a dugattyús motorok "LNG" helyett folyékony hidrogént használnak, általában több óriási üzemanyag-rendszert igényel. Közvetlen injekcióval a bemeneti útvonal megnövekedett vesztesége csökkenti a hengerek feltöltését.

A folyékony hidrogént a neutron szétszórási kísérletekben végzett neutronokhoz is alkalmazzuk. A neutron tömegek és a hidrogénmag szinte egyenlőek, így a rugalmas ütközésű energiacsere a leghatékonyabb.

Előnyök

A hidrogén alkalmazásának előnye a használatának "nulla kibocsátása". A levegővel való kölcsönhatás terméke víz.

Akadályok

Egy liter "ZHV" súlya csak 0,07 kg. Azaz, a fajlagos sűrűség 70,99 g / l a 20 K. cseppfolyós hidrogén igényel kriogén tároló technológia, mint például a speciális hőszigetelt konténerek és speciális kezelést igényelnek, ami jellemző minden kriogén anyagok. Ez a helyzet e tekintetben a folyékony oxigénhez, de nagyobb óvatosságot igényel a tűzveszély miatt. Még a hőszigetelésű tartályok esetében is nehezen tartalmazhat olyan alacsony hőmérsékleten, amely folyékony állapotban menteni kell (általában napi 1% -os sebességgel elpárolog). A kezelés során szükség van a szokásos biztonsági intézkedésekre is, amikor hidrogénnel dolgozik - elég hideg a levegő cseppfolyósításához, amely robbanásveszélyes.

Rakéta üzemanyag

A folyékony hidrogén a rakétaüzemanyagok közös komponense, amelyet hordozó rakéták és űrhajók reaktív gyorsítására használnak. A legtöbb folyékony rakéta motoron hidrogénnel, először a motor fúvóka regeneratív hűtésére használják, mielőtt az oxidálószerrel és az égéssel összekeverjük a vontatáshoz. A H 2 / O 2 komponenseken használt modern motorok fogyasztják az üzemanyag-keveréket, amely hidrogénnel túlterhelt, ami a kipufogógáz egy bizonyos számú el nem égetett hidrogénhez vezet. A konkrét impulzus növelése mellett a molekulatömeg csökkenése miatt továbbra is csökkenti a fúvóka és az égéskamra erózióját.

A "HB" használatának más területeken a kriogén jellegű és az alacsony sűrűségű területek kezelésére irányuló akadályok is elrettentőek ebben az esetben. 2009-re csak egy hordozó rakéta van (RN "delta-4"), amely teljesen hidrogén rakéta. Alapvetően a "HB" -et a rakéták felső szakaszán vagy blokkokban használják, hogy a hasznos terhelés helyére való kimenetén lévő munka jelentős része vákuumban történik. Mint az egyik intézkedés sűrűségének növelésére az ilyen típusú üzemanyagok vannak javaslatok a használata a tiszta hidrogén, vagyis a félig maritated forma „FAI”.

Pontosság - Először is

A tüdőhidrogén izotóp relatív tömege közvetlenül fantasztikus pontossággal van meghatározva: 1.007276470 (ha 12 ° C-os szén-izotóp súlyát 12.0000000-vel egyenlő). Ha ilyen pontossággal mérjük, például az egyenlítő hossza, a hiba nem haladja meg a 4 cm-t!

De miért van szükség ilyen pontosságra? Végtére is, minden új ábra kiváló és nagy erőfeszítéseket igényel a kísérletezőktől ... a titkot egyszerűen kiderül: a talapzat magok, protonok, részt vesznek számos nukleáris reakcióban. És ha a reakció magjai és a reakciótermékek tömege ismert, akkor ismert, majd a képlet alkalmazásával az energiahatás kiszámítása lehetséges. És mivel a nukleáris reakciók energiahatásait csak kisebb tömegváltás kíséri, akkor ezeket a tömegeket a lehető legpontosabbnak kell mérni.

Izotopikus hatások

Sok éven át a deutérium és a közelmúltban a tríciumot széles körben alkalmazták, mint a jelzett atomatomok (izotopikus mutatók), amelyek az izotópokat tartalmazzák, amelyek tulajdonságaikban (radioaktivitás, atomi tömeg) különböznek az elem más izotópoktól. A kényelem használata A címkézett atomok annak köszönhetők, hogy a tömegek vagy radioaktivitás különbségei lehetővé teszik azokat, hogy észlelhessék és megosztják őket, és vegyileg hasonlítanak a hagyományos hidrogénatomokhoz. A legtöbb elem esetében a rendszermag tömegének változása egy vagy több egységenként az atomtömeg nagyon kis százalékában vezet, ami csak az anyag kémiai viselkedésére vonatkozik a mag tömegének közvetett hatására, általában a vegyi anyag Az izotópok közötti különbség nem észlelhető. Azonban a legegyszerűbb B, C, N, és különösen H, az azonos elem különböző izotópjai tartalmazó anyagok közötti reakciók kis, de mérhető különböző sebességgel járnak el. Gyakran jó eredményeket ad a reakció mechanizmusok részletes tanulmányozásával. A deutérium-hidrogén helyettesítése biológiai rendszerekben jelentősen megváltoztathatja a finom egyensúlyi folyamatokat. Deuterium esetén ez a különbség nem olyan nagy ahhoz, hogy az értéket jelölt atomként csökkentse, bár az adatok értelmezése néha óvatos. A TRITIA azonban olyan nehezebb, mint a hidrogén, amely nem feltételezhető, hogy a trícium bármely kapcsolata ugyanúgy reagál, mint hidrogén analóg. Azonban továbbra is feltételezheti, hogy még a hidrogén esetében is az összes izotóp kémia ugyanaz.

A hidrogén legegyszerűbb izotópja

Részletek - A legegyszerűbb hidrogén izotópjának nevét a szimbólum jelzi. A hazai mag egy protonból áll, így az izotóp neve.

5.1. Táblázat.

A dátumok 99,9885 ± 0,0070% -a az univerzumban a hidrogénatomok teljes számának, és a leggyakoribb nuklid a természetben az összes kémiai elem izotópjai között. Ez nem fém. Normál körülmények között, mindig érkezik be gáz-halmazállapotú állapot, Szín, íz és szag nélkül, de ha szükséges, a hidrogént cseppfolyósított vagy edzett állapotba lehet hozni, de erre hihetetlenül alacsony hőmérsékletre és nagyon nagy nyomásra van szükség.

Hidrogén - kémiai elem H szimbólummal és atomszámmal 1. A standard atomtömege körülbelül 1,008, a hidrogén a leginkább könnyű elem Az időszakos táblázatban. Monoatomic formája (h) a leggyakoribb vegyi anyag A világegyetemben a Bariona teljes tömegének mintegy 75% -át tette ki. Csillagok, főként a plazma állapotban hidrogénből állnak. A tőke leggyakoribb izotópja (ez a név ritkán használják, az 1H szimbólumnak van egy protonja és egyetlen neutronja. Az atom hidrogén széles körű megjelenése először történt a rekombinációs korszakban. A normál hőmérsékletekkel és nyomás esetén a hidrogén színtelen, nem szagú és íz, nem toxikus, nem fémes, gyúlékony dioxid-gáz molekuláris formula H2. Mivel a hidrogén könnyen formálódik kovalens kötések többséggel nem fémes elemekA földön a legtöbb hidrogén molekuláris formákban, például vízben vagy szerves vegyületekben létezik. A hidrogén különösen fontos szerepet játszik a savas lúgos reakciókban, mivel a savalapú reakciók többsége az oldható molekulák közötti protonok cseréjével jár. Ionos vegyületekben a hidrogén negatív töltés (azaz anion) alakulhat, miközben hidridként ismert, vagy pozitívan töltött (azaz kation), a H + szimbólum jelzett nézet. A hidrogén-kation van leírva, mint amely egy egyszerű proton, de valójában a hidrogén kationok ionos kapcsolatok mindig bonyolultabb. Mivel az egyetlen semleges atom, amelyre a Schrödinger egyenlet megoldásából analitikusan, hidrogénatom (azaz, a tanulmány az energia és a kötődését a atom) kulcsfontosságú szerepet játszott a fejlesztés a kvantummechanika. Először a hidrogéngázt mesterségesen szereztük a 16. század elején a savak fémek reakciója. 1766-81-ben. Henry Cavendish volt az első, aki elismerte, hogy a hidrogéngáz diszkrét anyag, és hogy az égetés során vizet termel, így az így megnevezett: a görög hidrogénben "vízgyártó". Ipari termelés hidrogénatom, elsősorban a gőz átalakítása földgáz és, kevésbé valószínű, több energia-intenzív módszerek, mint például a víz elektrolízis. A legtöbb hidrogént a termelési helyek közelében használják, a két leggyakoribb felhasználással - a fosszilis tüzelőanyagok (például hidrokrakkolás) feldolgozása és az ammónia termelése, elsősorban a műtrágya piacra. A hidrogén aggodalomra ad okot a kohászatban, mivel törékeny sok fémet, ami bonyolítja a csővezetékek és tároló tartályok kialakítását.

Tulajdonságok

Égés

A hidrogéngáz (dihidrogén vagy molekuláris hidrogén) gyúlékony gáz, amely levegőben éget a levegőben, 4-75 térfogat% -os koncentrációban. Az entalpia égő 286 kJ / mol:

2H2 (g) + O2 (G) → 2H2O (L) + 572 KJ (286 kJ / mol)

A hidrogéngáz robbanásveszélyes keverékeket képez levegővel 4-74% -os koncentrációkban, és klórral koncentrációkban 5,95% -ra. A robbanásveszélyes reakciók szikrák, meleg vagy napfény által okozhatók. A hidrogén öngyulladási hőmérséklete, a levegőben lévő spontán gyulladás hőmérséklete 500 ° C (932 ° F). A tiszta hidrogén-oxigén lángok az ultraibolya sugárzást és a magas oxigénkeverékkel szinte láthatatlanok a szabad szemmel, amint azt a kozmikus transzfer fő motorjának gyenge kábelének bizonyítják, összehasonlítva egy jól látható kozmikus kozmikus szilárd rakétaerősítéssel az ammónium-perklorát kompozitot használja. Az égő hidrogén szivárgásának kimutatása érdekében szükség lehet a lángérzékelőre; Az ilyen szivárgások nagyon veszélyesek lehetnek. A hidrogén láng más körülmények között kék, és hasonlít a földgáz kék lángja. A "Hindenburg" léghajó halála a hidrogénégés hírhedt példája, és az ügyet még mindig megvitatták. Az incidens látható narancssárga lángját egy hidrogén elegy oxigénnel gyakorolta, kombinálva a léghajó szénvegyületekkel. A H2 mindegyik oxidáló elemgel reagál. A hidrogén lehet spontán módon reagálni szobahőmérsékleten klór és fluor, hogy a megfelelő hidrogén-halogenidek, hidrogén-klorid és hidrogén-fluorid, amelyek szintén potenciálisan veszélyes savak.

Elektron energiaszintek

Az elektron fő állapotának energiaszintje a hidrogénatomban -13,6 EV, ami egyenértékű egy ultraibolya foton, amelynek hullámhossza körülbelül 91 nm. Energiaszint A hidrogént meglehetősen pontosan kiszámítható a Borovsk Atom Modell alkalmazásával, amely az elektront "orbitális" protonként fogalmazza meg analóg módon a Nap földi orbitával. Az atomirtót és a protont azonban elektromágneses erővel együtt tartják, és a bolygók és az égi tárgyakat gravitációval tartják. A korai kvantummechanikában feltételezett szögletes lendület diszkretizálása miatt az elektron a bór-modellben csak bizonyos megengedett távolságokat foglalhat el a protonból, következésképpen csak bizonyos megengedett energiákat. A hidrogénatom pontosabb leírása egy tisztán kvantummechanikus feldolgozásból származik, amelyben a Schrödinger-egyenletet használják, a Dirac-egyenletet, vagy akár a FANMAN-os integrált sémáját az elektron valószínűségi eloszlásának sűrűsége kiszámításához a proton körül. A legösszetettebb feldolgozási módszerek lehetővé teszik a vákuum relativitásának és polarizációjának speciális elméletének kis hatását. A kvantum megmunkálásban az elektron a főállapot hidrogénatomjában egyáltalán nem rendelkezik rotációs nyomatékkal, amely szemlélteti, hogy a "Planetary Orbit" hogyan különbözik az elektron mozgásától.

Elemi molekuláris formák

A ducomi hidrogén molekulák két különböző spin izomerje van, amelyeket a maguk relatív spinja különböztet meg. Az ortodox formában a két proton hátsó része párhuzamos, és hármas állapotot képez, molekuláris centrifugálási kvantumszámmal (1/2 + 1/2); Parasarodorod formájában, a párhuzamos hátsó részek, és egy szingulettet képeznek egy molekuláris spin kvantumszámmal (1/2 1/2). A standard hőmérséklet és a nyomás, a hidrogéngáz a gőz körülbelül 25% -át és az orto-forma 75% -át tartalmazza, más néven "normál forma". Az ortodoródus egyensúlyi aránya a paramentodorhoz a hőmérséklettől függ, de mivel az orto forma izgatott állapot, és nagyobb energiával rendelkezik, mint egy gőz, instabil és nem tisztítható. Nagyon alacsony hőmérsékleten az egyensúlyi állapot szinte kizárólag a gőzformából áll. A tiszta paravodoród folyadék- és gázfázisának termikus tulajdonságai lényegesen eltérnek a normál forma tulajdonságaitól, mivel a rotációs hősapkák közötti különbségek miatt részletesebben a hidrogén spin izomerjeiben részletesebben tárgyaljuk. Az orto / párosított különbség más hidrogén tartalmú molekulákban vagy funkcionális csoportokban, például vízben és metilénben is megtalálható, de kis értéke van a termikus tulajdonságaikhoz. A gőz és az ORTO H2 közötti nonkatalizált összekapcsolás növeli a hőmérsékletet; Így gyorsan kondenzált H2 nagy mennyiségű ortogonális nagy energiákamely nagyon lassan gőz formájává alakul. A kondenzált H2 orto / pár együtthatója fontos tényező a folyékony hidrogén előkészítésében és tárolásában: az orto-gőz átalakulása exotermikus, és elegendő hőt biztosít a hidrogénfolyadék részének elpárologtatásához, ami cseppfolyósított anyag elvesztéséhez vezet . Katalizátorok orto-para-konverzióhoz, például vas-oxidhoz, aktivált szén, bevont azbeszt, ritkaföldfémek, uránvegyületek, króm-oxid vagy egyes nikkelvegyületek esetében, hidrogénnel hűtjük.

Fázis

Gáznemű hidrogén

Folyékony hidrogén

Táplált hidrogén

Kemény hidrogén

Fémhidrogén

Összeköttetés

Kovalens és szerves vegyületek

Míg a H2 normál körülmények között nem nagyon reaktív, a legtöbb elemhez kapcsolódik. A hidrogén képes olyan elemeket képezhet, amelyek elektronálható, például halogének (például F, Cl, BR, I) vagy oxigén; Ezekben a vegyületekben a hidrogén részleges pozitív töltést igényel. Amikor kötődés fluor-, oxigén vagy nitrogén, hidrogén részt formájában öntudatlan kommunikációs átlagos teljesítmény hidrogénnel más hasonló molekulák, a nevezett jelenséget hidrogénkötés, amely létfontosságú a stabilitása sok biológiai molekulák. A hidrogén kevésbé elektrongatív elemekkel, például fémekkel és metalloidokkal is rendelkezik, ahol részleges negatív töltést igényel. Ezek a vegyületek gyakran hidridekként ismertek. A hidrogén kiterjedt vegyületeket képez szén-dioxiddal, úgynevezett szénhidrogénekkel, és még nagyobb mennyiségű vegyületet - heteroatomokkal, amely az élő lényekkel való átfogó kapcsolatuk miatt szerves vegyületek. Tulajdonságaik tanulmányozása szerves kémiával foglalkozik, és az élő szervezetek keretében folytatott kutatása biokémia néven ismert. Néhány meghatározás szerint a "szerves" vegyületeknek csak szénnek kell tartalmazniuk. A legtöbbjük azonban hidrogént is tartalmaz, és mivel ez egy szén-hidrogénkötés, amely a vegyületek ezen osztályát a legtöbb specifikus kémiai jellemzőkSzén-hidrogénkötések szükségesek a "Szerves" szó egyes meghatározása során a kémia. Ismeretes több millió szénhidrogének, és általában komplex szintetikus úton vannak kialakítva, amelyek ritkán tartalmazzák az elemi hidrogént.

Hidridek

A hidrogénvegyületeket gyakran hidrideknek nevezik. A "hidrid" kifejezés azt sugallja, hogy az atom n negatív vagy anionos karaktert szerzett, amelyet H-, és akkor alkalmazzuk, ha a hidrogén egy elektromos elemű vegyületet képez. A létezését a hidrid anion által javasolt Gilbert N. Lewis 1916-ban az egyedüli tartalmazó hidridek a csoport az 1. és 2. mutattuk Moers 1920 Elektrolízis az olvadt lítium-hidrid (LIH), termelő sztöchiometrikus mennyiségű hidrogén per anód. Az 1. és 2. csoport fémjein kívüli hidridek esetében ez a kifejezés félrevezető, tekintettel a hidrogén alacsony elektrószázhatóságára. A 2. csoport hidridjei kivétele a BEH2, amely polimer. A lítium-alumínium-hidridben az ALH-4 anion hidrid-központokat hordoz, szilárdan az AL (III). Bár a hidridek a fő csoport szinte minden elemében alakulhatnak ki, a lehetséges vegyületek száma és kombinációja nagymértékben eltér; Például több mint 100 bináris bordáló hidrid ismert és csak egy bináris alumínium-hidrid. India bináris hidridje még nincs azonosítva, bár nagy komplexumok vannak. BAN BEN szervetlen kémiaA hidridek híd ligandumokként is szolgálhatnak, amelyek két fémközpontot kötnek a koordinációs komplexumban. Ez a funkció különösen jellemző a 13. csoport elemeire, különösen a bórok (bór-hidridek) és az alumínium komplexek, valamint a fürtözött burkolatokban.

Protonok és savak

A hidrogén-oxidáció eltávolítja az elektronját, és ad a H + -t, amely nem tartalmaz elektronokat és kernelt, amely általában egy protonból áll. Ezért a H + -et gyakran protonnak nevezik. Ez a faj központi a savas vita. A páncélozott papír elmélete szerint a savak protonok adományozói, és a bázisok protonok elfogadják. A meztelen proton, H +, nem létezhet az oldatban vagy az ionos kristályokban, mivel ellenállhatatlan vonzereje más atomokhoz vagy molekulákhoz elektronokkal. A magas plazmával kapcsolatos hőmérsékletek kivételével az ilyen protonokat nem lehet eltávolítani az atomok és molekulák elektronikus felhőkéből, és továbbra is kapcsolódnak hozzájuk. Azonban a "proton" kifejezést néha metaforikusan alkalmazzák, hogy pozitív töltésű vagy kationos hidrogént jelenítsenek meg más fajokhoz, és mint például "H +" -ként jelezve, anélkül, hogy bármilyen jelentést jelentene, hogy bármilyen egyedi proton szabadon léteznek. Annak érdekében, hogy elkerüljék egy meztelen "szolvated proton" megjelenését az oldatban, néha úgy tekintik, hogy a savas vizes oldatok kevésbé fiktív fajokat tartalmaznak, az úgynevezett "Hydronium ion" (H 3O +). Azonban még ebben az esetben is az ilyen szolvated hidrogénkationok valóságosabban érzékelik szervezett klaszterek, amelyek a H 9O + 4-hez közel képződnek. Más oxónia ionok találhatók, ha a víz be van kapcsolva savas oldat más oldószerekkel. Annak ellenére, hogy egzotikázta a Földön, az Univerzum egyik leggyakoribb ionja a h + 3, amelyet protonizált molekuláris hidrogén- vagy trihidrogén kationként ismertünk.

Izotópok

A hidrogénnek három természetes izotópja van 1H, 2H és 3H. Mások, erősen instabil magok (4H és 7 óra között) szintetizálták a laboratóriumban, de nem figyelték meg a természetben. Az 1H a leggyakoribb hidrogén-izotóp, amely több mint 99,98% -os prevalenciával rendelkezik. Mivel az izotóp magja csak egy protonból áll, leíró, de ritkán alkalmazott formális elvek. 2H, egy másik stabil hidrogén izotóp, deutérium néven ismert, és egy protont és egy neutronot tartalmaz a rendszermagban. Úgy gondolják, hogy az univerzum minden deutérium nagy robbanás alatt állt elő, és eddig óta létezik. A deutérium nem radioaktív elem, és nem jelent jelentős veszélyt a toxicitás. A molekulákkal dúsított víz, amely a normál hidrogén helyett a deutériumot tartalmazza, súlyos víznek nevezzük. A deutériumot és vegyületeit neradoaktív címként használják kémiai kísérletekben és oldószerekben 1H-NMR spektroszkópiában. A nehéz vizet neutron retarderként és a nukleáris reaktorok hűtőfolyadékként használják. A Deutérium szintén potenciális üzemanyag a kereskedelmi nukleáris szintézis számára. A 3H tríciumként ismert, és egy protont és két neutronot tartalmaz a rendszermagban. Radioaktív, hélium-3-ra esik a béta-bomláson keresztül, amelynek felezési ideje 12,32 év. Olyan radioaktív, hogy fényes festékben használható, ami hasznos lehet a gyártásban, például egy fényes tárcsával. Az üveg megakadályozza kis mennyiségű sugárzást. Egy kis mennyiségű trícium alakul ki természetesen, ha kölcsönhatásban van Űrsugarak légköri gázokkal; A nukleáris fegyverek tesztelése során a Tritmiumot is felszabadították. A nukleáris szintézis reakciói alkalmazásában alkalmazzák az izotóp geokémiai indikátorként és az autonóm erővel rendelkező speciális világítóberendezéseknél. A vegyi és biológiai címkézés során a TRITHIUMOT is radioaktív címkékként is alkalmazták. A hidrogén az egyetlen elem, amely különböző neveket tartalmaz az izotópokhoz, amelyeket ma széles körben használnak. A radioaktivitás korai tanulmányozása során különböző nehéz radioaktív izotópokat kaptak saját nevüknek, de az ilyen neveket már nem használják, kivéve a deutériumot és a tríciumot. A D és T szimbólumokat (2H és 3H helyett) néha a deutérium és a trícium esetében használják, de a P átjáró megfelelő szimbólumát már használják a foszforra, és ezért nem áll rendelkezésre áthaladáshoz. Nómenklatúra-irányelveiben a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Szövetsége lehetővé teszi, hogy bármilyen karaktert használjon D, T, 2H és 3H-ról, bár előnyösek 2H és 3H. Egy egzotikus Muong Atom (MU szimbólum), amely antimuonból és egy elektronból áll, néha könnyű hidrogén-radioizotópnak tekinthető az antimunió és az elektron közötti tömegkülönbség miatt, amelyet 1960-ban fedeztek fel. A muon élettartama alatt 2,2 μs, muong lehet benne olyan vegyületekben, mint a falfestmény (MUCL) vagy a nátrium-muionid (NAMU), hasonló a hidrogén-klorid és a nátrium-hidridhez.

Történelem

Nyitás és használat

1671-ben Robert Boyle kinyitotta és leírta a vasfűrészpor és a híg savak közötti reakciót, amely hidrogén-gázhalmazt eredményez. 1766-ban Henry Cavendish volt az első, aki diszkrét anyagként felismeri a hidrogéngázt, és ezt a gázt "gyúlékony levegő" fém savreakció miatt hívta fel. Azt javasolta, hogy a "tűzveszélyes levegő" valójában azonos volt a "phlogiston" nevű hipotetikus anyaggal, és újra felfedezte 1781-ben, hogy a gáz égés közben vizet termel. Úgy gondolják, hogy ő volt, aki kinyitotta a hidrogént elemként. 1783-ban az antoin lavoisier adta ezt az elemet, hogy a név hidrogénje (a görög ὑΔρο-Hydro "víz" és -γενήή gének, ami azt jelenti, hogy "Teremtő"), amikor ő és Laplace reprodukálta a Cavendish beavatkozás adatait hidrogén. A Lavoisier hidrogént termelt a kísérletek megőrzésére, hogy a gőz áramlását fém vasalattal reagáltatva a tűzben fűtött izzólámpán keresztül. Az anaerobvas vas oxidáció magas hőmérsékleten vizet vázlatosan vázlatosan ábrázolható a következő reakciók beállítása:

FE + H2O → FEO + H2

2 FE + 3 H2O → FE2O3 + 3 H2

3 FE + 4 H2O → FE3O4 + 4 H2

Számos fém, például cirkónium, hasonló reakciónak van kitéve, amely hidrogénnel vezet. A hidrogént először James Dewar 1898-ban, regeneratív hűtéssel és találmányával, vákuum-lombik alkalmazásával. BAN BEN következő év Szilárd hidrogént termelt. A Deuteriumot Harold Jura 1931 decemberében fedezték fel, és a Tritmiumot 1934-ben készítették el Ernest Rutherford, Marka Oliphant és Paul Harek. A hagyományos hidrogén helyett deutériumból származó nehéz vizet a Jura csoport 1932-ben fedezte fel. Francois Isaac de Rivaz építette az első "Rivaz", a belső égésű motor, amelyet a hidrogén és az oxigén 1806-ban hajtott. Edward Daniel Clark feltalálta a hidrogén gázvezetéket 1819-ben. A DEBERENER FIEMAN (az első teljes öngyújtó) 1823-ban találták fel. Az első hidrogénhengeret Jacques Charles 1783-ban találta fel. A hidrogén a találmány után 1852-ben a találmány után a levegőmozgás első megbízható formáját, a Henri Giffard hidrogénnel emelte. A German Count Ferdinand von Tzpelinin elősegítette a hidrogénnel a levegőbe emelt merev léghajók ötletét, amelyet később zeppelineknek neveztek; Az első közülük 1900-ban levette a levegőt. A rendszeresen menetrend szerinti járatok 1910-ben kezdődtek, és 1914 augusztusában a második világháború elején 35 000 utasot átadtak komoly események nélkül. A háború alatt a hidrogénáramlást megfigyelő platformként és bombázóként használták fel. Az első nem győztes transzatlanti járatot a British Airship R34 1919-ben gyártotta. A rendszeres személyszállítási szolgáltatás az 1920-as években folytatódott, és a héliumtartalékok megnyitása az Egyesült Államokban jobb repülésbiztonsággal kell rendelkeznie, de az amerikai kormány megtagadta az erre a célra szolgáló gáz eladását, így H2-t használtak Hindenburgi légkörében, amely megsemmisült A milánói tűz következtében az új -jersi május 6-án, 1937. május 6-án. Az incidens a rádióban sugárzott, és videofelvételt végeztek. Széles körben feltételezték, hogy a gyújtás oka a hidrogénszivárgás volt, de a későbbi vizsgálatok azt mutatják, hogy az aluminizált szövetek bevonata statikus elektromossággal rendelkezik. De ezúttal már megsérült a hidrogén hírnevét. Ugyanebben az évben az első hidrogénhűtéses turbogenerátort gáznemű hidrogénnel adagolták a rotor és az 1937-es állórész, Dayton, Ohio, Dayton Power & Light Co; A hidrogéngáz termikus vezetőképességének köszönhetően a leggyakoribb gáz a mai területen való használatra. A hidrogén akkumulátort először 1977-ben használták fel a navigációs technológiai műholdas-2 USA (NTS-2) fedélzetén. MKS, Mars Odyssey és Mars Global Surveyor nikkel-hidrogén elemekkel van felszerelve. Percit sötét részében a Hubble Űr teleszkópot a nikkel-hidrogén akkumulátorok is táplálják, amelyeket végre 2009 májusában, több mint 19 évvel a bevezetés után és a tervezés után 13 évvel.

Szerepe a kvantumelméletben

Ennek köszönhetően csak proton és elektron, hidrogénatom, egy hidrogénatom, valamint az általa létrehozott fény spektruma, amely az atomszerkezet elméletének fejlődésében központi volt. Ezenkívül a hidrogén molekula és a megfelelő H + 2 kation megfelelő egyszerűségének vizsgálata a kémiai kötés jellegének megértéséhez vezetett, amely a kvantummechanika fizikai feldolgozását követte 2020 közepén. Az egyik első kvantumhatás, amelyet egyértelműen megfigyeltek (de nem értették elõtük), a Maxwell megfigyelése a hidrogén részvételével fél évszázadon keresztül a teljes kvantum mechanikai elmélet megjelent. Maxwell megjegyezte, hogy az adott hő kapacitás H2 visszafordíthatatlanul indul a szobahőmérséklet alatti dioxidgázból, és egyre inkább hasonlít az egy osomikus gáz specifikus hőkapacitására kriogén hőmérsékleten. A kvantumelmélet szerint az ilyen viselkedés a forgási energia távolság (kvantált) szintje miatt következik be, amely különösen széles körben van elhelyezve a H2-ben az alacsony tömege miatt. Ezek a széles körben elterjedt szintek megakadályozzák a hőenergia egyenlő szétválasztását a rotációs mozgáshoz a hidrogénben alacsony hőmérsékleten. A nehezebb atomokból álló diatomok nem rendelkeznek ilyen széles körben elhelyezett szintekkel, és nem mutatnak ugyanezt a hatást. Az anti-hidrogén a hidrogén antimerikai analógja. Antiprotonból áll, pozitronnal. Az anti-gazdaság az egyetlen fajta antimatter atom, amelyet 2015-től kapott.

A természet megkeresése

A hidrogén az univerzum leggyakoribb kémiai eleme, amelyet a normál anyag 75% -át és több mint 90% az atomok számával számoltak be. (Az univerzum nagy része azonban nem a kémiai elem formájában van, de úgy vélik, hogy még mindig észrevétlen tömegek vannak, mint például a sötét anyag és a sötét energia.) Ez az elem nagy mennyiségű csillagban van Gáz óriások. A H2 molekuláris felhők a csillagképződéshez kapcsolódnak. A hidrogén létfontosságú szerepet játszik a csillagok proton-proton-reakció és a nukleáris szintézis által a CNO cikluson keresztül. Az egész világon, hidrogén-t főleg atomi és plazma államok tulajdonságokkal, tökéletesen eltér a tulajdonságait molekuláris hidrogén. A plazma, az elektron és a hidrogén proton nem kapcsolódik egymáshoz, ami nagyon nagy elektromos vezetőképességhez és nagy sugárzási képességhez vezet (a nap és más csillagok fényének fénye). A feltöltött részecskék erősen befolyásolják a mágneses és a elektromos mezők. Például a napsütéses szélben kölcsönhatásba lépnek a föld magnetoszférájával, Birkeland és a Polar sugárzás áramlásaival. A hidrogén semleges atomállapotban van az interstelláris közegben. Úgy gondoljuk, hogy a nagy mennyiségű semleges hidrogén kimutatható a dugulás rendszerek Limana-Alpha uralja a kozmológiai barion sűrűsége a világegyetem, hogy a piros elmozdulás Z \u003d 4 normál körülmények között a Földön, elemi hidrogén létezik, mint a kétatomos gáz, H2. Azonban a hidrogéngáz nagyon ritka a Föld légkörében (1 cnm térfogata) a könnyű súlya miatt, amely lehetővé teszi, hogy könnyebben legyőzze a földgömb súlyát, mint a nehezebb gázokat. A hidrogén azonban a Föld felszínén található harmadik leggyakoribb elem, elsősorban kémiai vegyületek, például szénhidrogének és víz formájában van. A hidrogéngázt egyes baktériumok és algák alkotják, és a fluutin természetes komponense, valamint a metán, amely egyre nagyobb jelentőségű hidrogénforrás. A molekuláris alakú, úgynevezett protonált molekuláris hidrogén (H + 3) van a csillagközi médium, ahol által generált ionizációs molekuláris hidrogén kozmikus sugárzás. Ezt a feltöltött iont a Jupiter bolygó felső légkörében is megfigyelték. Az ion viszonylag ellenáll a környezetnek az alacsony hőmérséklet és sűrűség miatt. A H + 3 az Univerzum egyik leggyakoribb ionja, és kiemelkedő szerepet játszik az interstelláris közeg kémiájában. A semleges triatomi hidrogén H3 csak izgatott formában és instabil. Éppen ellenkezőleg, a hidrogén pozitív molekuláris ionja (H + 2) egy ritka molekula az univerzumban.

Hidrogéntermelés

A H2-t kémiai és biológiai laboratóriumokban állítják elő, gyakran más reakciók mellékterméke; az iparban a telítetlen szubsztrátok hidrogénezésére; és a természetben a biokémiai reakciók helyreállítási egyenértékeseinek extrudálásának eszközeként.

Gőzreformálás

A hidrogén többféleképpen, de gazdaságilag a legtöbb fontos folyamatok Magában foglalja a szénhidrogénből származó hidrogén eltávolítását, mivel 2000-ben a hidrogéntermelés körülbelül 95% -a jött a gőzreformálásból. A kereskedelmi, nagy mennyiségű hidrogént általában a földgáz gőzreformálásával kapunk. Magas hőmérsékleten (1000-1400 k, 700-1100 ° C vagy 1300-2000 ° F), gőz (vízgőz) reagál a metánnal, hogy szénmonoxidot és H2-t kapjunk.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Ez a reakció jobb alacsony nyomáson, de mindazonáltal nagy nyomáson (2.0 MPa, 20 ATM vagy 600 hüvelyk higanypillér) hajtható végre. Ez annak köszönhető, hogy a nagynyomású H2 a legnépszerűbb termék, és a nyomás túlmelegedésének tisztító rendszerei jobban működnek nagyobb nyomáson. A termékek keveréke "szintézisgáz" néven ismert, mivel gyakran közvetlenül alkalmazzák a metanol és a rokon vegyületek előállítására. A metánon kívüli szénhidrogének alkalmazhatók, hogy különböző termékekkel rendelkező szintézisgázt kapjunk. A magas optimalizált technológia egyik számos szövődménye a koksz vagy a szén képződése:

CH4 → C + 2H2

Következésképpen a gőzreformálás általában felesleges H2O-t használ. A további hidrogén eltávolítható a gőzből szén-monoxiddal vízgáz-elmozdulási reakcióval, különösen vas-oxid katalizátorral. Ez a reakció egy közös ipari szén-dioxidforrás is:

CO + H2O → CO2 + H2

A H2 egyéb fontos módszerei közé tartoznak a szénhidrogének részleges oxidációja:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

És a szén reakciója, amely elősegítheti a fent leírt váltási reakciót:

C + H2O → CO + H2

Néha a hidrogént ugyanabban az ipari folyamatban, szétválasztás nélkül állítják elő és fogyasztják. Az ammónia előállítására szolgáló HOBEER folyamatban a hidrogén földgázból származik. A sóoldat elektrolízise a klór előállításához a hidrogén kialakulásához melléktermékként is vezet.

Fémsav

A laboratóriumban a H2-t általában a hígított nem-oxidáló savak reakcióképes metalokká, például cinkké reagáltatjuk CYPA készülékkel.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

Az alumínium H2-t is előállíthat, amikor a bázisokat feldolgozza:

2 AL + 6 H2O + 2 OH- → 2 AL (OH) -4 + 3 H2

A vízelektrolízis egyszerű módja a hidrogén előállítására. Az alacsony feszültségáram áramlik a vízen keresztül, és a gáz oxigén alakul ki az anódon, míg a katódon hidrogéngáz van kialakítva. Általában a katódot platina vagy más inert fémből készítjük a hidrogén előállításához tárolás céljából. Ha azonban a gázt kell égetni, az égés megkönnyítése érdekében az oxigén jelenléte kívánatos, ezért mindkét elektróda inert fémekből készül. (Például a vas oxidálódik, és ezért csökkenti az oxigén mennyiségét). Az elméleti maximális hatékonyság (a hidrogén energiaértékére alkalmazott villamos energia) 80-94% tartományban van.

2 H2O (L) → 2H2 (G) + O2 (G)

Alumínium és galliumötvözet a vízhez hozzáadott granulátum formájában alkalmazható hidrogén előállítására. Ez a folyamat alumínium-oxidot, de drága galliumot is termel, amely megakadályozza az oxid bőr képződését a granulákon, újra felhasználható. A hidrogén gazdaságra vonatkozó fontos következményekkel jár, mivel a hidrogén a helyén állítható be, és nem kell szállítani.

Termokémiai tulajdonságok

Több mint 200 termokémiai ciklus van, amelyek vízzel különíthetők el, körülbelül egy tucatnyi ciklus, például vas-oxid-ciklus, cérium-oxid (IV) cérium-oxid (iii), cink-oxid cink, kéntartalmú ciklus, réz A ciklus és a klórt és a kén hibrid ciklus a vizsgálati szakaszban és a vizsgált szakaszban a hidrogén és az oxigén vízből történő előállítására és hőjéről villamos energia használata nélkül. Számos laboratórium (beleértve Franciaországban, Németországban, Görögországban, Japánban és az Egyesült Államokban) termokémiai módszereket fejleszt a hidrogén előállítására napenergia és a víz.

Anaerob korrózió

Az anaerob körülmények között a vas- és acél ötvözeteket lassan oxidáljuk víz protons, egyidejűleg a molekuláris hidrogén (H2). Az anaerob vas-korrózió a vas-hidroxid (zöld rozsda) képződéséhez vezet, és a következő reakcióval leírható: FE + 2H2O → FE (OH) 2 + H2. Az anaerob körülmények között, a vas-hidroxid (Fe (OH) 2) vízi protonokkal oxidálható mágneses és molekuláris hidrogén képződésével. Ezt a folyamatot a Shopic for Reakció: 3 Fe (OH) 2 → FE3O4 + 2H2O + H2 vas-hidroxid → magnézium + víz + hidrogén. A jól kristályosított magnetit (FE3O4) termodinamikailag stabilabb, mint a vas-hidroxid (FE (OH) 2). Ez a folyamat az oxigénmentes talajvizekben az anaerobi korrózió során fordul elő, és amikor a talaj a talajvízszint alatt csökken.

Geológiai eredet: Serpentinian reakció

Oxigén (O2) hiányában mély geológiai körülmények között, amelyek messze a föld légkörétől, a hidrogén (H2) képződnek a szerpentinizáció során a víztestek (H +) vas-szilikát anaerob oxidációjával (FE2 +) jelen van a kristályrácsban a faryolitis (FE2SIO4, MINAL Olivine -gland). A megfelelő reakció, ami magnetit (FE3O4), kvarc (SiO2) és hidrogén (H2) képződéséhez vezet, 3FE2SIO4 + 2H2O → 2 FE3O4 + 3 SiO2 + 3H2 Fayalit + víz → magnetit + kvarc + hidrogén. Ez a reakció nagyon hasonlít a boltos reakciójához, megfigyelhető a vas-hidroxid anaerob oxidációjában vízzel érintkezve.

Formáció a transzformátorokban

A villamosenergia-transzformátorokban kialakított összes veszélyes gáz, a hidrogén a leggyakoribb és a legtöbb hiba esetén keletkezik; Így a hidrogénképződés komoly problémák korai jele Életciklus transzformátor.

Alkalmazások

Fogyasztás különböző folyamatokban

Nagy mennyiségű H2 szükséges az olaj- és vegyiparban. A legmagasabb, H2-t a fosszilis tüzelőanyagok feldolgozására ("modernizáció") és ammónia termelésére használják. A petrolkémiai növényeken a H2-t hidrodeáliskilációban, hidrogénszállásokban és hidrokrakkolásban használják. A H2 számos más fontos alkalmazást tartalmaz. A H2-t hidrogénező szerként használják, különösen a telítetlen zsírok és olajok telítettségének (ilyen tárgyakban található margarin) és metanol előállítási szintjének növelésére. Ez egy hidrogénforrás is sósav előállítása során. A H2-t fémércek redukálószerként is használják. A hidrogén nagyon oldható anyag sok ritka földön és átmeneti fémben és oldható mind a nanokristályos, mind az amorf fémekben. A fémekben lévő hidrogén oldékonysága a kristályrács helyi torzulásától vagy szennyeződésétől függ. Ez akkor lehet hasznos, ha a hidrogénatomot tisztítani áthaladó forró palládium lemezeket, de nagy oldhatósága gáz egy metallurgiai problémát jelent, amely hozzájárul a rideggé számos fém, bonyolítja a tervezés a csővezetékek és tartályok. A reagensként való felhasználás mellett a H2-t széles körben használják fizika és technika. Hegesztési módszerek, például atom hidrogén hegesztéssel védőgázként használják. A H2-t forgórész hűtőfolyadékként használják az elektromos generátorok elektromos generátoraiban, mivel az összes gáz legmagasabb hővezető képessége van. A folyékony H2-t kriogén vizsgálatokban alkalmazzuk, beleértve a szupravezetési vizsgálatokat is. Mivel a H2 könnyebb, mint a levegő, egy kicsit több mint 1/14 a levegő sűrűségétől, akkor egyszerre széles körben használták a léggömbök és a léghajók emelőgázaként. Az újabb alkalmazásokban a hidrogént tiszta formában alkalmazzuk, vagy nitrogénnel (néha formázógázzal) keverjük, mint gázjelző az instant szivárgás kimutatására. A hidrogént az autóiparban, kémiai, energia-, repülőgép- és távközlési iparágakban használják. A hidrogén megengedett táplálék kiegészítő (E 949), amely lehetővé teszi az élelmiszertermékek szorosságának tesztelését más antioxidáns tulajdonságok mellett. A ritka hidrogén izotópok speciális alkalmazásokkal is rendelkeznek. A deutérium (hidrogén-2) nukleáris hasadási alkalmazásokban lassabb neutron-retarderként és nukleáris szintézis reakciókban alkalmazható. A deutériumvegyületeket a kémia és a biológia területén használják az izotóp reakcióhatások vizsgálata során. A nukleáris reaktorokban előállított TRITHIUM (hidrogén-3) hidrogénbombák előállítására szolgál, mint a biológiai tudományok izotópi címkéjéhez, valamint fényes festékek sugárzási forrásaként. Az egyensúlyi hidrogén hármas pontjának hőmérséklete az ITS-90 hőmérséklet-skálán a 13.8033 Kelvin-nál.

Hűtő közbenső

A hidrogént általában olyan erőművekben használják, mint a generátorok hűtőközegét számos kedvező tulajdonság miatt, amelyek a könnyű dioxid molekulák közvetlen eredménye. Ezek közé tartoznak az alacsony sűrűség, az alacsony viszkozitás és a maximális specifikus hő- és hővezetőképesség minden gáz között.

Energiahordozó

A hidrogén nem energiaforrás, kivéve a kereskedelmi termonukleáris erőművek hipotetikus kontextusát a deutérium vagy trícium alkalmazásával, és ez a technológia jelenleg a fejlődéstől távol van. A nap energiája a hidrogén nukleáris szintéziséből származik, de ezt a folyamatot nehéz elérni a Földön. Az elemi hidrogén a napelemből, a biológiai vagy az elektromos forrásokból nagyobb energiát igényel annak termelésre, amelyet az égés során fogyasztanak, ezért ezekben az esetekben a hidrogén energia hordozójaként működik, analóg módon az akkumulátorral. A hidrogén fosszilis forrásokból (például metán) nyerhető, de ezek a források kimerültek. Az energiatűrűség mind a folyékony hidrogén, mind a sűrített hidrogén-halmazállapotú hidrogén egységnyi térfogatú bármely gyakorlatilag elérhető nyomáson lényegesen kisebb, mint a hagyományos energiaforrásoké, bár az üzemanyag-tömeg energiasűrűsége magasabb. Azonban az elemi hidrogént széles körben megvitatták az energia kontextusában, mint lehetséges jövőbeli energiahordozó az egész gazdaságban. Például a CO2 megkötési CO2, amelyet a szén-dioxid felvétele és tárolása követ, a fosszilis tüzelőanyagok h2 termelési pontján végezhető el. A szállítás során alkalmazott hidrogén viszonylag tisztán éget, néhány NOx-kibocsátással, de szén-dioxid-kibocsátás nélkül. Azonban a hidrogéngazdasággal való teljes átalakításhoz kapcsolódó infrastruktúra költsége jelentős lesz. Az üzemanyagcellák a hidrogént és az oxigént közvetlenül a villamos energiává alakíthatják, mint a belső égésű motorok.

Félvezető ipar

A hidrogént az amorf szilícium és amorf szén szakadt kötéseinek telítésére használják, ami segít az anyag tulajdonságainak stabilizálásában. Ezenkívül potenciális elektron donor különböző oxid anyagokban, beleértve a Zno, SNO2, CDO, MGO, ZRO2, HFO2, LA2O3, Y2O3, TiO2, SRTIO3, LAALO3, SIO2, AL2O3, LAALO3, SIO2, AL2O3, ZRSIO4, HFSIO4 és Srzro3 .

Biológiai reakciók

A H2 az anaerob metabolizmus bizonyos típusainak terméke, és több mikroorganizmus termel, általában olyan reakciókkal, amelyeket vas- vagy nikkel tartalmú enzimekkel katalizálnak hidrogenázoknak neveznek. Ezek az enzimek katalizálja a reverzibilis redox reakciót a H2 és annak összetevői között - két proton és két elektron között. A gáz-halmazállapotú hidrogén létrehozása akkor fordul elő, amikor a piruvát vízbe fermentálása során kialakított helyreállító ekvivalensek átadása. A hidrogén termelésének és fogyasztásának természetes ciklusát hidrogén ciklusnak nevezik. Vízfelosztás, az a folyamat, amelyben a víz bomlik protonok, elektronok és oxigén komponenseibe, minden fotoszintetikus szervezetben könnyű reakciókban fordul elő. Néhány ilyen szervezet, köztük a Chlamydomonas Reinhardtiii és a Cyanobacteria algák, a második szakaszban kifejlesztette a második szakaszban olyan sötét reakciókban, amelyekben a protonok és az elektronok a kloroplasztban specializált hidrogenzsákkal rendelkező H2-gáz kialakulására helyezkednek el. A genetikailag módosították a cianobakteriális hidrazákat a gáznemű H2 hatékony szintézisére még oxigén jelenlétében is. Az erőfeszítéseket a bioreaktorban genetikailag módosított algák alkalmazásával is végezték.

A hidrogénnek három izotópja van tömegszámmal 1, 2 és 3.

A hidrogén leggyakoribb izotópja a szokásos, szokásos hidrogén 1 H.»Az egyetlen protonból álló kernel. A neutron ebben a magban egyáltalán nem. Alapértelmezés szerint, amikor a "Hydrogen" azt mondja, hogy egy ilyen izotópot jelentenek, de amikor különböző hidrogén-izotópokról beszélünk, a "hidrogén" kifejezés érthetetlen - legyen ez az izotóp neutronok nélkül, akár hidrogén isotope. Ezért az ilyen izotóp esetében van saját neve: " részletek».

Egy másik izotóp, amely megfelel a természetben " deutérium» - « 2 H." A deutérium mag egy protonból és egy neutronból áll. A természetben lévő deutérium tartalma nagyon kicsi - az összes hidrogénatom körülbelül 0,01% -a. A Deuterium még mindig a rövidségű levélre vonatkozik D.»

A harmadik izotóp - "Tritium" - " 3 H." Ez a rövidségre vonatkozik, mint " T.»

A természetben a hidrogén molekulák formájában következik be H 2. és HD. A 3200: 1 arányban.

Ha különböző kémiai elemeket készít, és megnézed, hogy az izotópok fizikai tulajdonságait megkülönböztették, akkor látni fogjuk, hogy a hidrogén izotópok különböznek egymástól. Ez könnyen magyarázható, mert a hidrogénmagban csak egy proton, és a neutron redukálása egy protonhoz növeli a mag tömegét legalább 100% -kal! Vagyis a magja a magja nagyon sok, illetve fizikai tulajdonságok is változnak erősen.