Sostanze che non interagiscono con l'idrogeno. Proprietà fisiche e chimiche dell'idrogeno. Applicazione nelle attività umane
Se è l'elemento chimico più comune sulla Terra, allora l'idrogeno è l'elemento più comune nell'intero Universo. La nostra (e altre stelle) è composta per circa la metà da idrogeno e, come per il gas interstellare, è costituito per il 90% da atomi di idrogeno. Questo elemento chimico occupa anche un posto significativo sulla Terra, perché insieme all'ossigeno fa parte dell'acqua, e il suo stesso nome "idrogeno" deriva da due antiche parole greche: "acqua" e "partorire". Oltre all’acqua, l’idrogeno è presente nella maggior parte delle sostanze organiche e delle cellule; senza di esso, come senza l’ossigeno, la Vita stessa sarebbe impensabile.
Storia della scoperta dell'idrogeno
Il primo tra gli scienziati a notare l'idrogeno fu il grande alchimista e medico del Medioevo, Theophrastus Paracelsus. Nei suoi esperimenti alchemici, nella speranza di trovare la “pietra filosofale”, Paracelso, mescolandolo con acidi, ottenne un gas infiammabile precedentemente sconosciuto. È vero, non è mai stato possibile separare questo gas dall'aria.
Solo un secolo e mezzo dopo Paracelso, il chimico francese Lemery riuscì a separare l'idrogeno dall'aria e a dimostrarne l'infiammabilità. È vero, Lemery non si rese mai conto che il gas che ottenne era idrogeno puro. Parallelamente, anche lo scienziato russo Lomonosov fu impegnato in esperimenti chimici simili, ma la vera svolta nello studio dell'idrogeno fu fatta dal chimico inglese Henry Cavendish, che è giustamente considerato lo scopritore dell'idrogeno.
Nel 1766 Cavendish riuscì a ottenere idrogeno puro, che chiamò “aria combustibile”. Altri 20 anni dopo, il talentuoso chimico francese Antoine Lavoisier fu in grado di sintetizzare l'acqua e isolare da essa questa "aria infiammabile": l'idrogeno. E a proposito, è stato Lavoisier a suggerire all'idrogeno il suo nome: "Hydrogenium", noto anche come "idrogeno".
Antoine Lavoisier con la moglie, che lo aiutò a condurre esperimenti chimici, inclusa la sintesi dell'idrogeno.
La disposizione degli elementi chimici nella tavola periodica di Mendeleev si basa sul loro peso atomico, calcolato rispetto al peso atomico dell'idrogeno. Cioè, in altre parole, l'idrogeno e il suo peso atomico sono la pietra angolare della tavola periodica, il fulcro sulla base del quale il grande chimico creò il suo sistema. Pertanto, non sorprende che l'idrogeno occupi un onorevole primo posto nella tavola periodica.
Inoltre l’idrogeno ha le seguenti caratteristiche:
- La massa atomica dell'idrogeno è 1,00795.
- L'idrogeno ha tre isotopi, ognuno dei quali ha proprietà individuali.
- L'idrogeno è un elemento leggero a bassa densità.
- L'idrogeno ha proprietà riducenti e ossidanti.
- Quando entra in contatto con i metalli, l'idrogeno accetta il loro elettrone e diventa un agente ossidante. Tali composti sono chiamati idrati.
L’idrogeno è un gas; la sua molecola è composta da due atomi.
Ecco come appare schematicamente una molecola di idrogeno.
L'idrogeno molecolare, formato da tali molecole biatomiche, esplode quando viene portato vicino a un fiammifero acceso. Durante un'esplosione, una molecola di idrogeno si scompone in atomi che si trasformano in nuclei di elio. Questo è esattamente ciò che accade sul Sole e sulle altre stelle: a causa della costante disintegrazione delle molecole di idrogeno, la nostra stella brucia e ci riscalda con il suo calore.
Proprietà fisiche dell'idrogeno
L'idrogeno ha le seguenti proprietà fisiche:
- Il punto di ebollizione dell'idrogeno è 252,76 °C;
- E già alla temperatura di 259,14 °C comincia a sciogliersi.
- L'idrogeno è leggermente solubile in acqua.
- L'idrogeno puro è una sostanza esplosiva e infiammabile molto pericolosa.
- L’idrogeno è 14,5 volte più leggero dell’aria.
Proprietà chimiche dell'idrogeno
Poiché l'idrogeno può essere sia un agente ossidante che riducente in diverse situazioni, viene utilizzato per effettuare reazioni e sintesi.
Le proprietà ossidanti dell'idrogeno interagiscono con i metalli attivi (solitamente alcalini e alcalino-terrosi), il risultato di queste interazioni è la formazione di idruri, composti simili al sale. Tuttavia, gli idruri si formano anche durante le reazioni dell'idrogeno con metalli a bassa attività.
Le proprietà riducenti dell'idrogeno hanno la capacità di ridurre i metalli in sostanze semplici dai loro ossidi, nell'industria questo si chiama idrogenotermia.
Come ottenere l'idrogeno?
Tra i mezzi industriali per produrre idrogeno ci sono:
- gassificazione del carbone,
- steam reforming del metano,
- elettrolisi.
In laboratorio l'idrogeno può essere ottenuto:
- durante l'idrolisi degli idruri metallici,
- quando i metalli alcalini e alcalino terrosi reagiscono con l'acqua,
- quando gli acidi diluiti interagiscono con i metalli attivi.
Applicazioni dell'idrogeno
Poiché l'idrogeno è 14 volte più leggero dell'aria, in passato veniva utilizzato per riempire palloncini e dirigibili. Ma dopo una serie di disastri verificatisi con i dirigibili, i progettisti hanno dovuto cercare un sostituto dell'idrogeno (ricordate, l'idrogeno puro è una sostanza esplosiva e la minima scintilla è stata sufficiente per provocare un'esplosione).
L'esplosione del dirigibile Hindenburg nel 1937, la causa dell'esplosione fu proprio l'accensione dell'idrogeno (dovuta ad un cortocircuito) su cui volava questo enorme dirigibile.
Pertanto, per tali velivoli, invece dell'idrogeno, hanno iniziato a utilizzare l'elio, che è anche più leggero dell'aria; ottenere l'elio è più laborioso, ma non è esplosivo come l'idrogeno.
L'idrogeno viene utilizzato anche per purificare vari tipi di carburante, soprattutto quelli a base di petrolio e prodotti petroliferi.
Idrogeno, video
E infine, un video educativo sull'argomento del nostro articolo.
Riferimento storico
L’idrogeno è il primo elemento del PSHE D.I. Mendeleev.
Il nome russo dell’idrogeno indica che “dà vita all’acqua”; latino" idrogeno" significa la stessa cosa.
Il rilascio di gas infiammabile durante l'interazione di alcuni metalli con acidi fu osservato per la prima volta da Robert Boyle e dai suoi contemporanei nella prima metà del XVI secolo.
Ma l'idrogeno fu scoperto solo nel 1766 dal chimico inglese Henry Cavendish, il quale stabilì che quando i metalli reagiscono con acidi diluiti, viene rilasciata una certa “aria infiammabile”. Osservando la combustione dell'idrogeno nell'aria, Cavendish scoprì che come risultato appariva l'acqua. Questo avvenne nel 1782.
Nel 1783, il chimico francese Antoine-Laurent Lavoisier isolò l'idrogeno decomponendo l'acqua con ferro caldo. Nel 1789, l'idrogeno fu rilasciato dalla decomposizione dell'acqua sotto l'influenza di una corrente elettrica.
Prevalenza in natura
L’idrogeno è l’elemento principale dello spazio. Ad esempio, il Sole è costituito per il 70% dalla sua massa di idrogeno. Nell'Universo ci sono diverse decine di migliaia di volte più atomi di idrogeno di tutti gli atomi di tutti i metalli messi insieme.L'atmosfera terrestre contiene anche una certa quantità di idrogeno sotto forma di una sostanza semplice: un gas con la composizione H2. L'idrogeno è molto più leggero dell'aria e quindi si trova negli strati superiori dell'atmosfera.
Ma sulla Terra c'è molto più idrogeno legato: dopo tutto, fa parte dell'acqua, la sostanza complessa più comune sul nostro pianeta. Petrolio, gas naturale, molti minerali e rocce contengono idrogeno legato in molecole. L'idrogeno fa parte di tutte le sostanze organiche.
Caratteristiche dell'elemento idrogeno.
L'idrogeno ha una duplice natura, per questo motivo in alcuni casi l'idrogeno è collocato nel sottogruppo dei metalli alcalini e in altri nel sottogruppo degli alogeni.
Configurazione elettronica 1 secondo 1 . Un atomo di idrogeno è costituito da un protone e un elettrone.
L'atomo di idrogeno è capace di perdere un elettrone e diventare un catione H+, e in questo è simile ai metalli alcalini.
Un atomo di idrogeno può anche aggiungere un elettrone, formando così un anione H; sotto questo aspetto l'idrogeno è simile agli alogeni.
Sempre monovalente nei composti
CO: +1 e -1.
Proprietà fisiche dell'idrogeno
L'idrogeno è un gas, incolore, insapore e inodore. 14,5 volte più leggero dell'aria. Leggermente solubile in acqua. Ha un'elevata conduttività termica. A t= –253 °С si liquefa, a t= –259 °С indurisce. Le molecole di idrogeno sono così piccole che sono in grado di diffondersi lentamente attraverso molti materiali: gomma, vetro, metalli, che vengono utilizzati per purificare l'idrogeno da altri gas.Sono conosciuti 3 isotopi dell'idrogeno: - protio, - deuterio, - trizio. La parte principale dell'idrogeno naturale è il protio. Il deuterio fa parte dell'acqua pesante, che arricchisce le acque superficiali dell'oceano. Il trizio è un isotopo radioattivo.
Proprietà chimiche dell'idrogeno
L'idrogeno è un non metallo e ha una struttura molecolare. Una molecola di idrogeno è costituita da due atomi collegati da un legame covalente non polare. L'energia di legame in una molecola di idrogeno è 436 kJ/mol, il che spiega la bassa attività chimica dell'idrogeno molecolare.
Interazione con gli alogeni. A temperature ordinarie, l'idrogeno reagisce solo con il fluoro:
Con il cloro - solo alla luce, formando acido cloridrico; con il bromo la reazione procede meno vigorosamente; con lo iodio non procede fino al completamento anche ad alte temperature.
Interazione con l'ossigeno – quando riscaldato, quando acceso, la reazione procede con un'esplosione: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
Una miscela di 1 parte di ossigeno e 2 parti di idrogeno è una “miscela esplosiva” ed è la più esplosiva.
Interazione con lo zolfo - quando riscaldato H2 + S = H2S.
Interazione con l'azoto. Con calore, alta pressione e in presenza di un catalizzatore:
Interazione con l'ossido nitrico (II). Utilizzato nei sistemi di depurazione per la produzione di acido nitrico: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.
Interazione con ossidi metallici. L'idrogeno è un buon agente riducente; riduce molti metalli dai loro ossidi: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
L'idrogeno atomico è un forte agente riducente. È formato da scarica elettrica molecolare in condizioni di bassa pressione. Ha un'elevata attività riducente idrogeno al momento del rilascio, formato quando un metallo viene ridotto con acido.
Interazione con metalli attivi . Ad alte temperature, si combina con metalli alcalini e alcalino terrosi e forma sostanze cristalline bianche - idruri metallici, che presentano le proprietà di un agente ossidante: 2Na + H 2 = 2NaH;
Produzione di idrogeno
Nel laboratorio:
Interazione del metallo con soluzioni diluite di acido solforico e cloridrico,
Interazione di alluminio o silicio con soluzioni acquose di alcali:
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2.
Nell'industria:
Elettrolisi di soluzioni acquose di cloruri di sodio e potassio o elettrolisi dell'acqua in presenza di idrossidi:
2H2O = 2H2 + O2.
Metodo di conversione. Innanzitutto, il gas d'acqua si ottiene facendo passare il vapore acqueo attraverso il coke caldo a 1000 °C:
Quindi il monossido di carbonio (II) viene ossidato in monossido di carbonio (IV) facendo passare una miscela di gas acqua con vapore acqueo in eccesso su un catalizzatore Fe 2 O 3 riscaldato a 400–450 ° C:
CO+H2O = CO2+H2.
Il monossido di carbonio (IV) risultante viene assorbito dall'acqua e in questo modo viene prodotto il 50% dell'idrogeno industriale.
Conversione del metano: CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2.
Decomposizione termica del metano a 1200 °C: CH 4 = C + 2H 2.
Raffreddamento profondo (fino a -196 °C) del gas di cokeria. A questa temperatura tutte le sostanze gassose, tranne l'idrogeno, condensano.
L'uso dell'idrogeno si basa sulle sue proprietà fisiche e chimiche:
come gas leggero, viene utilizzato per riempire i palloncini (miscelato con elio);
la fiamma ossigeno-idrogeno viene utilizzata per ottenere alte temperature durante la saldatura dei metalli;
come agente riducente viene utilizzato per ottenere metalli (molibdeno, tungsteno, ecc.) dai loro ossidi;
per la produzione di ammoniaca e combustibile liquido artificiale, per l'idrogenazione dei grassi.
Diamo un'occhiata a cos'è l'idrogeno. Le proprietà chimiche e la produzione di questo non metallo vengono studiate nel corso di chimica inorganica a scuola. È questo elemento a capo della tavola periodica di Mendeleev e quindi merita una descrizione dettagliata.
Brevi informazioni sull'apertura di un elemento
Prima di esaminare le proprietà fisiche e chimiche dell'idrogeno, scopriamo come è stato trovato questo importante elemento.
I chimici che operarono nei secoli XVI e XVII menzionarono ripetutamente nei loro scritti il gas infiammabile che si libera quando gli acidi vengono esposti ai metalli attivi. Nella seconda metà del XVIII secolo, G. Cavendish riuscì a raccogliere e analizzare questo gas, dandogli il nome di “gas combustibile”.
A quel tempo le proprietà fisiche e chimiche dell'idrogeno non erano state studiate. Solo alla fine del Settecento A. Lavoisier riuscì a stabilire tramite analisi che questo gas poteva essere ottenuto analizzando l'acqua. Poco dopo, iniziò a chiamare il nuovo elemento idrogeno, che tradotto significa "dare vita all'acqua". L'idrogeno deve il suo nome russo moderno a M. F. Solovyov.
Essere nella natura
Le proprietà chimiche dell'idrogeno possono essere analizzate solo in base alla sua presenza in natura. Questo elemento è presente nell'idro e nella litosfera e fa parte anche dei minerali: gas naturale e associato, torba, petrolio, carbone, scisti bituminosi. È difficile immaginare un adulto che non sappia che l'idrogeno è un componente dell'acqua.
Inoltre, questo non metallo si trova nei corpi animali sotto forma di acidi nucleici, proteine, carboidrati e grassi. Sul nostro pianeta questo elemento si trova abbastanza raramente in forma libera, forse solo nel gas naturale e vulcanico.
Sotto forma di plasma, l'idrogeno costituisce circa la metà della massa delle stelle e del Sole e fa parte anche del gas interstellare. Ad esempio, in forma libera, così come sotto forma di metano e ammoniaca, questo non metallo è presente nelle comete e persino in alcuni pianeti.
Proprietà fisiche
Prima di considerare le proprietà chimiche dell'idrogeno, notiamo che in condizioni normali è una sostanza gassosa più leggera dell'aria, avente diverse forme isotopiche. È quasi insolubile in acqua e ha un'elevata conduttività termica. Il protium, che ha un numero di massa pari a 1, è considerata la sua forma più leggera. Il trizio, che ha proprietà radioattive, si forma in natura dall'azoto atmosferico quando i neuroni lo espongono ai raggi UV.
Caratteristiche della struttura della molecola
Per considerare le proprietà chimiche dell'idrogeno e le reazioni che lo caratterizzano, soffermiamoci sulle caratteristiche della sua struttura. Questa molecola biatomica contiene un legame chimico covalente non polare. La formazione di idrogeno atomico è possibile attraverso l'interazione di metalli attivi con soluzioni acide. Ma in questa forma questo non metallo può esistere solo per un breve periodo di tempo; quasi immediatamente si ricombina in una forma molecolare.
Proprietà chimiche
Consideriamo le proprietà chimiche dell'idrogeno. Nella maggior parte dei composti formati da questo elemento chimico, presenta uno stato di ossidazione +1, che lo rende simile ai metalli attivi (alcalini). Le principali proprietà chimiche dell'idrogeno che lo caratterizzano come metallo:
- interazione con l'ossigeno per formare acqua;
- reazione con alogeni, accompagnata dalla formazione di alogenuro di idrogeno;
- producendo idrogeno solforato combinandosi con lo zolfo.
Di seguito è riportata l'equazione per le reazioni che caratterizzano le proprietà chimiche dell'idrogeno. Si noti che essendo un non metallo (con stato di ossidazione -1) agisce solo in reazione con metalli attivi, formando con essi corrispondenti idruri.
L'idrogeno a temperature normali reagisce in modo inattivo con altre sostanze, quindi la maggior parte delle reazioni avviene solo dopo il preriscaldamento.
Soffermiamoci più in dettaglio su alcune delle interazioni chimiche dell'elemento che è a capo del sistema periodico di elementi chimici di Mendeleev.
La reazione di formazione dell'acqua è accompagnata dal rilascio di 285.937 kJ di energia. A temperature elevate (oltre 550 gradi Celsius), questo processo è accompagnato da una forte esplosione.
Tra le proprietà chimiche dell'idrogeno gassoso che hanno trovato applicazione significativa nell'industria, è interessante la sua interazione con gli ossidi metallici. È attraverso l'idrogenazione catalitica che nell'industria moderna vengono lavorati gli ossidi metallici, ad esempio il metallo puro viene isolato dalle scaglie di ferro (ossido di ferro misto). Questo metodo consente un riciclaggio efficiente dei rottami metallici.
Anche la sintesi dell'ammoniaca, che prevede l'interazione dell'idrogeno con l'azoto atmosferico, è richiesta nella moderna industria chimica. Tra le condizioni per questa interazione chimica notiamo la pressione e la temperatura.
Conclusione
È l'idrogeno che è una sostanza chimica poco attiva in condizioni normali. All'aumentare della temperatura, la sua attività aumenta in modo significativo. Questa sostanza è richiesta nella sintesi organica. Ad esempio, l’idrogenazione può ridurre i chetoni in alcoli secondari e convertire le aldeidi in alcoli primari. Inoltre, mediante idrogenazione è possibile convertire gli idrocarburi insaturi della classe dell'etilene e dell'acetilene in composti saturi della serie del metano. L'idrogeno è giustamente considerato una sostanza semplice richiesta nella moderna produzione chimica.
Schema generalizzante "IDROGENO"
IO. L'idrogeno è un elemento chimicoa) Posizione nel PSHE
- numero di serie n. 1
- periodo 1
- gruppo I (sottogruppo principale “A”)
- massa relativa Ar(H)=1
- Nome latino Hydrogenium (dare vita all'acqua)
b) La prevalenza dell'idrogeno in natura
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L'idrogeno è un elemento chimico. |
Nella crosta terrestre(litosfera e idrosfera) – 1% in peso (10° posto tra tutti gli elementi) |
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ATMOSFERA - 0,0001% in numero di atomi |
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L'elemento più comune nell'universo – Il 92% di tutti gli atomi (il principale costituente delle stelle e del gas interstellare) |
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L'idrogeno è una sostanza chimica elemento |
Nelle connessioni |
H2O - acqua(11% in peso) |
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CH4 – gas metano(25% in peso) |
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Materia organica(petrolio, gas naturali infiammabili e altri) Negli organismi animali e vegetali(cioè nella composizione di proteine, acidi nucleici, grassi, carboidrati e altri) Nel corpo umano in media contiene circa 7 chilogrammi di idrogeno. |
c) Valenza dell'idrogeno nei composti
II. L'idrogeno è una sostanza semplice (H 2)
Ricevuta
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1. Laboratorio (apparato Kipp) A) Interazione dei metalli con gli acidi: Zn+ 2HCl = ZnCl2 + H2 sale B) Interazione dei metalli attivi con l'acqua: 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 base |
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2. Industria · Elettrolisi dell'acqua e-mail attuale 2H2O =2H2 + O2 · Dal gas naturale t,Ni CH4+2H2O=4H2+CO2 |
Trovare l'idrogeno in natura.
L'idrogeno è molto diffuso in natura; il suo contenuto nella crosta terrestre (litosfera e idrosfera) è pari all'1% in massa e al 16% in numero di atomi. L'idrogeno fa parte della sostanza più comune sulla Terra: l'acqua (11,19% di idrogeno in massa), nella composizione dei composti che compongono carbone, petrolio, gas naturali, argille, nonché organismi animali e vegetali (cioè in la composizione di proteine, acidi nucleici, grassi, carboidrati e altri). L'idrogeno è estremamente raro allo stato libero; si trova in piccole quantità nei gas vulcanici e in altri gas naturali. Nell'atmosfera sono presenti quantità minori di idrogeno libero (0,0001% in numero di atomi). Nello spazio vicino alla Terra, l’idrogeno sotto forma di un flusso di protoni forma la cintura di radiazione interna (“protone”) della Terra. Nello spazio, l’idrogeno è l’elemento più abbondante. Sotto forma di plasma, costituisce circa la metà della massa del Sole e della maggior parte delle stelle, la maggior parte dei gas del mezzo interstellare e delle nebulose gassose. L'idrogeno è presente nell'atmosfera di numerosi pianeti e nelle comete sotto forma di H 2 libero, metano CH 4, ammoniaca NH 3, acqua H 2 O e radicali. Sotto forma di flusso di protoni, l'idrogeno fa parte della radiazione corpuscolare del Sole e dei raggi cosmici.
Esistono tre isotopi dell'idrogeno:
a) idrogeno leggero - protio,
b) idrogeno pesante – deuterio (D),
c) idrogeno superpesante – trizio (T).
Il trizio è un isotopo instabile (radioattivo), quindi non si trova praticamente mai in natura. Il deuterio è stabile, ma è molto piccolo: 0,015% (della massa di tutto l'idrogeno terrestre).
Valenza dell'idrogeno nei composti
Nei composti, l'idrogeno mostra valenza IO.
Proprietà fisiche dell'idrogeno
La sostanza semplice idrogeno (H 2) è un gas, più leggero dell'aria, incolore, inodore, insapore, punto di ebollizione = – 253 0 C, l'idrogeno è insolubile in acqua, infiammabile. L'idrogeno può essere raccolto spostando l'aria da una provetta o dall'acqua. In questo caso la provetta deve essere capovolta.
Produzione di idrogeno
In laboratorio, come risultato della reazione, viene prodotto idrogeno
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.
Invece dello zinco, puoi usare ferro, alluminio e alcuni altri metalli, e invece dell'acido solforico puoi usare altri acidi diluiti. L'idrogeno risultante viene raccolto in una provetta spostando l'acqua (vedi Fig. 10.2 b) o semplicemente in un pallone capovolto (Fig. 10.2 a).
Nell'industria, l'idrogeno viene prodotto in grandi quantità dal gas naturale (principalmente metano) facendolo reagire con vapore acqueo a 800 °C in presenza di un catalizzatore di nichel:
CH4 + 2H2O = 4H2 +CO2 (t, Ni)
oppure trattare il carbone ad alta temperatura con vapore acqueo:
2H2O + C = 2H2 + CO2. (T)
L'idrogeno puro si ottiene dall'acqua decomponendola con corrente elettrica (sottoponendola ad elettrolisi):
2H 2 O = 2H 2 + O 2 (elettrolisi).
L'idrogeno fu scoperto nella seconda metà del XVIII secolo dallo scienziato inglese nel campo della fisica e della chimica G. Cavendish. Riuscì a isolare la sostanza allo stato puro, iniziò a studiarla e ne descrisse le proprietà.
Questa è la storia della scoperta dell'idrogeno. Durante gli esperimenti, il ricercatore ha stabilito che si tratta di un gas infiammabile, la cui combustione nell'aria produce acqua. Ciò ha portato alla determinazione della composizione qualitativa dell'acqua.
Cos'è l'idrogeno
Il chimico francese A. Lavoisier annunciò per la prima volta l'idrogeno come sostanza semplice nel 1784, poiché stabilì che la sua molecola contiene atomi dello stesso tipo.
Il nome dell'elemento chimico in latino suona come idrogeno (leggi "idrogenio"), che significa "che dà acqua". Il nome si riferisce alla reazione di combustione che produce acqua.
Caratteristiche dell'idrogeno
Designazione dell'idrogeno N. Mendeleev assegnò il primo numero atomico a questo elemento chimico, collocandolo nel sottogruppo principale del primo gruppo e del primo periodo e condizionatamente nel sottogruppo principale del settimo gruppo.
Il peso atomico (massa atomica) dell'idrogeno è 1,00797. Il peso molecolare dell'H2 è 2 a. e. La massa molare è numericamente uguale ad essa.
È rappresentato da tre isotopi che hanno un nome speciale: il più comune protio (H), deuterio pesante (D), trizio radioattivo (T).
È il primo elemento che può essere completamente separato in isotopi in modo semplice. Si basa sull'elevata differenza di massa degli isotopi. Il processo fu eseguito per la prima volta nel 1933. Ciò è spiegato dal fatto che solo nel 1932 fu scoperto un isotopo con massa 2.
Proprietà fisiche
In condizioni normali, la sostanza semplice idrogeno sotto forma di molecole biatomiche è un gas, incolore, insapore e inodore. Leggermente solubile in acqua e altri solventi.
Temperatura di cristallizzazione - 259,2 o C, punto di ebollizione - 252,8 o C. Il diametro delle molecole di idrogeno è così piccolo che hanno la capacità di diffondersi lentamente attraverso numerosi materiali (gomma, vetro, metalli). Questa proprietà viene utilizzata quando è necessario purificare l'idrogeno dalle impurità gassose. Quando n. tu. l'idrogeno ha una densità di 0,09 kg/m3.
È possibile trasformare l'idrogeno in un metallo per analogia con gli elementi del primo gruppo? Gli scienziati hanno scoperto che l'idrogeno, in condizioni in cui la pressione si avvicina a 2 milioni di atmosfere, inizia ad assorbire i raggi infrarossi, il che indica la polarizzazione delle molecole della sostanza. Forse, a pressioni ancora più elevate, l’idrogeno diventerà un metallo.
Questo è interessante: si presume che sui pianeti giganti, Giove e Saturno, l'idrogeno si trovi sotto forma di metallo. Si presume che l'idrogeno solido metallico sia presente anche nel nucleo terrestre, a causa dell'altissima pressione creata dal mantello terrestre.
Proprietà chimiche
Sia le sostanze semplici che quelle complesse entrano in interazione chimica con l'idrogeno. Ma la bassa attività dell'idrogeno deve essere aumentata creando condizioni adeguate: aumento della temperatura, utilizzo di catalizzatori, ecc.
Quando riscaldate, sostanze semplici come ossigeno (O 2), cloro (Cl 2), azoto (N 2), zolfo (S) reagiscono con l'idrogeno.
Se si accende l'idrogeno puro all'estremità di un tubo di uscita del gas nell'aria, brucerà in modo uniforme, ma appena percettibile. Se si posiziona il tubo di uscita del gas in un'atmosfera di ossigeno puro, la combustione continuerà con la formazione di goccioline d'acqua sulle pareti del recipiente, a seguito della reazione:
La combustione dell'acqua è accompagnata dal rilascio di una grande quantità di calore. È una reazione composta esotermica in cui l'idrogeno viene ossidato dall'ossigeno per formare l'ossido H 2 O. È anche una reazione redox in cui l'idrogeno viene ossidato e l'ossigeno viene ridotto.
La reazione con Cl 2 avviene in modo simile per formare acido cloridrico.
L'interazione dell'azoto con l'idrogeno richiede alta temperatura e alta pressione, nonché la presenza di un catalizzatore. Il risultato è l'ammoniaca.
Come risultato della reazione con lo zolfo si forma idrogeno solforato, il cui riconoscimento è facilitato dall'odore caratteristico delle uova marce.
Lo stato di ossidazione dell'idrogeno in queste reazioni è +1 e negli idruri descritti di seguito - 1.
Quando reagiscono con alcuni metalli, si formano idruri, ad esempio idruro di sodio - NaH. Alcuni di questi composti complessi vengono utilizzati come combustibile per i razzi e nell'energia termonucleare.
L'idrogeno reagisce anche con sostanze della categoria complessa. Ad esempio, con l'ossido di rame (II), formula CuO. Per effettuare la reazione, l'idrogeno di rame viene fatto passare sopra l'ossido di rame (II) in polvere riscaldato. Durante l'interazione, il reagente cambia colore e diventa rosso-marrone e gocce d'acqua si depositano sulle pareti fredde della provetta.
Durante la reazione l'idrogeno viene ossidato, formando acqua, e il rame viene ridotto da ossido a una sostanza semplice (Cu).
Aree di utilizzo
L’idrogeno è di grande importanza per l’uomo e viene utilizzato in diversi campi:
- Nella produzione chimica si tratta di materie prime, in altri settori di carburante. Le imprese petrolchimiche e di raffinazione del petrolio non possono fare a meno dell’idrogeno.
- Nell'industria dell'energia elettrica, questa semplice sostanza funge da agente refrigerante.
- Nella metallurgia ferrosa e non ferrosa, l'idrogeno svolge il ruolo di agente riducente.
- Ciò aiuta a creare un ambiente inerte durante il confezionamento dei prodotti.
- Industria farmaceutica: utilizza l'idrogeno come reagente nella produzione di perossido di idrogeno.
- I palloni meteorologici sono riempiti con questo gas leggero.
- Questo elemento è noto anche come riduttore di carburante per i motori a razzo.
Gli scienziati prevedono all’unanimità che il combustibile a idrogeno assumerà la guida nel settore energetico.
Ricevuta nell'industria
Nell'industria, l'idrogeno viene prodotto mediante elettrolisi, che viene sottoposta a cloruri o idrossidi di metalli alcalini disciolti in acqua. Utilizzando questo metodo è anche possibile ottenere l'idrogeno direttamente dall'acqua.
A questi scopi viene utilizzata la conversione del coke o del metano con vapore acqueo. La decomposizione del metano a temperature elevate produce anche idrogeno. La liquefazione del gas di cokeria mediante il metodo frazionato viene utilizzata anche per la produzione industriale di idrogeno.
Ottenuto in laboratorio
In laboratorio viene utilizzato un apparato Kipp per produrre idrogeno.
I reagenti sono acido cloridrico o solforico e zinco. La reazione produce idrogeno.
Trovare l'idrogeno in natura
L’idrogeno è più comune di qualsiasi altro elemento nell’Universo. La maggior parte delle stelle, compreso il Sole, e di altri corpi cosmici è costituita da idrogeno.
Nella crosta terrestre è solo dello 0,15%. È presente in molti minerali, in tutte le sostanze organiche, nonché nell'acqua, che ricopre 3/4 della superficie del nostro pianeta.
Tracce di idrogeno puro si possono trovare nell'alta atmosfera. Si trova anche in numerosi gas naturali infiammabili.
L'idrogeno gassoso è il meno denso e l'idrogeno liquido è la sostanza più densa del nostro pianeta. Con l'aiuto dell'idrogeno, puoi cambiare il timbro della tua voce se lo inspiri e parli mentre espiri.
La bomba all'idrogeno più potente si basa sulla scissione dell'atomo più leggero.