हाइड्रोजन की खोज अठारहवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में अंग्रेजी वैज्ञानिक जी. कैवेंडिश ने भौतिकी और रसायन विज्ञान के क्षेत्र में की थी। वह एक पदार्थ को शुद्ध अवस्था में अलग करने में कामयाब रहा, उसका अध्ययन करना शुरू किया और उसके गुणों का वर्णन किया।

ऐसा है हाइड्रोजन की खोज का इतिहास। प्रयोगों के दौरान, शोधकर्ता ने निर्धारित किया कि यह एक दहनशील गैस है, जिसके दहन से हवा में पानी मिलता है। इससे पानी की गुणात्मक संरचना का निर्धारण हुआ।

हाइड्रोजन क्या है

हाइड्रोजन, एक साधारण पदार्थ के रूप में, पहली बार 1784 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ ए। लैवोसियर द्वारा घोषित किया गया था, क्योंकि उन्होंने निर्धारित किया था कि इसके अणु में एक ही प्रकार के परमाणु होते हैं।

लैटिन में रासायनिक तत्व का नाम हाइड्रोजनियम ("हाइड्रोजेनियम" पढ़ें) जैसा लगता है, जिसका अर्थ है "पानी को जन्म देना।" नाम दहन प्रतिक्रिया को संदर्भित करता है जो पानी पैदा करता है।

हाइड्रोजन की विशेषता

हाइड्रोजन एन मेंडेलीव के पदनाम ने इस रासायनिक तत्व को पहला सीरियल नंबर सौंपा, इसे पहले समूह के मुख्य उपसमूह में रखा और पहली अवधि और सशर्त रूप से सातवें समूह के मुख्य उपसमूह में रखा।

हाइड्रोजन का परमाणु भार (परमाणु द्रव्यमान) 1.00797 है। एच 2 का आणविक भार 2 ए है। ई. दाढ़ द्रव्यमान संख्यात्मक रूप से इसके बराबर है।

यह एक विशेष नाम के साथ तीन समस्थानिकों द्वारा दर्शाया गया है: सबसे आम प्रोटियम (एच), भारी ड्यूटेरियम (डी), और रेडियोधर्मी ट्रिटियम (टी)।

यह पहला तत्व है जिसे पूरी तरह से आइसोटोप में अलग किया जा सकता है। सरल तरीके से. यह समस्थानिकों के उच्च द्रव्यमान अंतर पर आधारित है। इस प्रक्रिया को पहली बार 1933 में अंजाम दिया गया था। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि केवल 1932 में एक आइसोटोप की खोज की गई थी जिसमें 2 का द्रव्यमान था।

भौतिक गुण

सामान्य परिस्थितियों में, द्विपरमाणुक अणुओं के रूप में एक साधारण पदार्थ हाइड्रोजन एक रंगहीन गैस है, जिसमें कोई स्वाद और गंध नहीं होती है। पानी और अन्य सॉल्वैंट्स में थोड़ा घुलनशील।

क्रिस्टलीकरण तापमान - 259.2 o C, क्वथनांक - 252.8 o C।हाइड्रोजन के अणुओं का व्यास इतना छोटा होता है कि वे कई पदार्थों (रबर, कांच, धातु) के माध्यम से धीरे-धीरे फैलने की क्षमता रखते हैं। इस गुण का उपयोग तब किया जाता है जब गैसीय अशुद्धियों से हाइड्रोजन को शुद्ध करने की आवश्यकता होती है। एन पर। वाई हाइड्रोजन का घनत्व 0.09 kg/m3 है।

क्या पहले समूह में स्थित तत्वों के अनुरूप हाइड्रोजन को धातु में परिवर्तित करना संभव है? वैज्ञानिकों ने पाया है कि हाइड्रोजन, उन परिस्थितियों में जब दबाव 2 मिलियन वायुमंडल तक पहुंचता है, इन्फ्रारेड किरणों को अवशोषित करना शुरू कर देता है, जो पदार्थ के अणुओं के ध्रुवीकरण को इंगित करता है। शायद इससे भी अधिक दबाव पर हाइड्रोजन एक धातु बन जाएगी।

यह दिलचस्प है:ऐसी धारणा है कि विशाल ग्रहों, बृहस्पति और शनि पर हाइड्रोजन धातु के रूप में है। यह माना जाता है कि पृथ्वी के मेंटल द्वारा बनाए गए अति-उच्च दबाव के कारण, पृथ्वी के कोर की संरचना में धात्विक ठोस हाइड्रोजन भी मौजूद है।

रासायनिक गुण

पर रासायनिक बातचीतसरल और जटिल दोनों प्रकार के पदार्थ हाइड्रोजन के साथ प्रवेश करते हैं। लेकिन हाइड्रोजन की निम्न गतिविधि को उपयुक्त परिस्थितियों का निर्माण करके बढ़ाने की आवश्यकता है - तापमान बढ़ाना, उत्प्रेरक का उपयोग करना आदि।

गर्म होने पर, ऑक्सीजन (O2), क्लोरीन (Cl2), नाइट्रोजन (N 2), सल्फर (S) जैसे साधारण पदार्थ हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

यदि आप हवा में गैस ट्यूब के अंत में शुद्ध हाइड्रोजन में आग लगाते हैं, तो यह समान रूप से जलेगा, लेकिन मुश्किल से ध्यान देने योग्य होगा। यदि, हालांकि, गैस आउटलेट ट्यूब को शुद्ध ऑक्सीजन के वातावरण में रखा जाता है, तो प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप पोत की दीवारों पर पानी की बूंदों के निर्माण के साथ दहन जारी रहेगा:

पानी के दहन के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है। यह एक ऊष्माक्षेपी यौगिक अभिक्रिया है जिसमें हाइड्रोजन को ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत करके ऑक्साइड H2O बनाया जाता है। यह एक रेडॉक्स अभिक्रिया भी है जिसमें हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होता है और ऑक्सीजन का अपचयन होता है।

इसी प्रकार, Cl2 के साथ अभिक्रिया हाइड्रोजन क्लोराइड के निर्माण के साथ होती है।

हाइड्रोजन के साथ नाइट्रोजन की बातचीत के लिए उच्च तापमान और उच्च दबाव के साथ-साथ उत्प्रेरक की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। परिणाम अमोनिया है।

सल्फर के साथ प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन सल्फाइड बनता है, जिसकी मान्यता से सड़े हुए अंडे की विशिष्ट गंध की सुविधा होती है।

इन अभिक्रियाओं में हाइड्रोजन की ऑक्सीकरण अवस्था +1 है और नीचे वर्णित हाइड्राइडों में यह 1 है।

कुछ धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करते समय, हाइड्राइड बनते हैं, उदाहरण के लिए, सोडियम हाइड्राइड - NaH। इनमें से कुछ जटिल यौगिकों का उपयोग रॉकेट के लिए ईंधन के साथ-साथ संलयन शक्ति में भी किया जाता है।

हाइड्रोजन भी जटिल श्रेणी के पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है। उदाहरण के लिए, कॉपर (II) ऑक्साइड के साथ, सूत्र CuO. प्रतिक्रिया करने के लिए, कॉपर हाइड्रोजन को गर्म पाउडर कॉपर (II) ऑक्साइड के ऊपर से गुजारा जाता है। बातचीत के दौरान, अभिकर्मक अपना रंग बदलता है और लाल-भूरा हो जाता है, और पानी की बूंदें परखनली की ठंडी दीवारों पर जम जाती हैं।

प्रतिक्रिया के दौरान, पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होता है, और कॉपर ऑक्साइड से एक साधारण पदार्थ (Cu) में कम हो जाता है।

उपयोग के क्षेत्र

हाइड्रोजन है बहुत महत्वमनुष्यों के लिए और विभिन्न क्षेत्रों में आवेदन पाता है:

1. पर रासायनिक उत्पादन- यह एक कच्चा माल है, अन्य उद्योगों में - ईंधन। हाइड्रोजन और पेट्रोकेमिस्ट्री और तेल शोधन के उद्यमों के बिना मत करो।
2. विद्युत ऊर्जा उद्योग में, यह साधारण पदार्थ शीतलन एजेंट के रूप में कार्य करता है।
3. लौह और अलौह धातु विज्ञान में, हाइड्रोजन एक कम करने वाले एजेंट की भूमिका निभाता है।
4. इसकी मदद से उत्पादों की पैकेजिंग करते समय एक निष्क्रिय वातावरण बनाया जाता है।
5. दवा उद्योग हाइड्रोजन पेरोक्साइड के उत्पादन में एक अभिकर्मक के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करता है।
6. इस हल्की गैस से मौसम संबंधी जांच भरी जाती है।
7. इस तत्व को रॉकेट इंजनों के लिए ईंधन कम करने वाले एजेंट के रूप में भी जाना जाता है।

वैज्ञानिकों ने सर्वसम्मति से भविष्यवाणी की है कि हाइड्रोजन ईंधन ऊर्जा क्षेत्र में अग्रणी होगा।

उद्योग में रसीद

उद्योग में, हाइड्रोजन का उत्पादन इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा किया जाता है, जो पानी में घुली क्षार धातुओं के क्लोराइड या हाइड्रॉक्साइड के अधीन होता है। इस तरह से सीधे पानी से हाइड्रोजन प्राप्त करना भी संभव है।

इस प्रयोजन के लिए कोक या मीथेन को भाप में बदलने का उपयोग किया जाता है। ऊंचे तापमान पर मीथेन के अपघटन से भी हाइड्रोजन उत्पन्न होती है। भिन्नात्मक विधि द्वारा कोक ओवन गैस का द्रवीकरण भी किया जाता है औद्योगिक उत्पादनहाइड्रोजन।

प्रयोगशाला में प्राप्त करना

प्रयोगशाला में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए किप उपकरण का उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोक्लोरिक या सल्फ्यूरिक एसिड और जिंक अभिकर्मक के रूप में कार्य करते हैं। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन बनता है।

प्रकृति में हाइड्रोजन ढूँढना

ब्रह्मांड में हाइड्रोजन सबसे आम तत्व है। सूर्य सहित अधिकांश तारे, और अन्य अंतरिक्ष निकायोंहाइड्रोजन बनाता है।

पर पृथ्वी की पपड़ीयह केवल 0.15% है। यह कई खनिजों में, सभी कार्बनिक पदार्थों में, साथ ही पानी में मौजूद है जो हमारे ग्रह की सतह के 3/4 भाग को कवर करता है।

ऊपरी वायुमंडल में शुद्ध हाइड्रोजन के अंश पाए जा सकते हैं। यह कई दहनशील प्राकृतिक गैसों में भी पाया जाता है।

गैसीय हाइड्रोजन हमारे ग्रह पर सबसे पतला और तरल हाइड्रोजन सबसे घना पदार्थ है। हाइड्रोजन की मदद से, आप आवाज के समय को बदल सकते हैं, अगर आप इसे अंदर लेते हैं और सांस छोड़ते हुए बोलते हैं।

सबसे शक्तिशाली की कार्रवाई के केंद्र में उदजन बमसबसे हल्के परमाणु का विभाजन निहित है।

आवर्त प्रणाली में, हाइड्रोजन तत्वों के दो समूहों में स्थित होता है जो उनके गुणों में बिल्कुल विपरीत होते हैं। यह विशेषता इसे पूरी तरह से अद्वितीय बनाती है। हाइड्रोजन न केवल एक तत्व या पदार्थ है, बल्कि एक भी है अभिन्न अंगकई जटिल यौगिक, ऑर्गेनोजेनिक और बायोजेनिक तत्व। इसलिए, हम इसके गुणों और विशेषताओं पर अधिक विस्तार से विचार करते हैं।

धातुओं और अम्लों की परस्पर क्रिया के दौरान दहनशील गैस का विमोचन 16 वीं शताब्दी की शुरुआत में देखा गया था, अर्थात विज्ञान के रूप में रसायन विज्ञान के निर्माण के दौरान। प्रसिद्ध अंग्रेजी वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश ने 1766 में शुरू होने वाले पदार्थ का अध्ययन किया और इसे "दहनशील हवा" नाम दिया। जलने पर इस गैस से पानी निकलता है। दुर्भाग्य से, वैज्ञानिक के फ्लॉजिस्टन (काल्पनिक "हाइपरफाइन मैटर") के सिद्धांत के पालन ने उसे आने से रोक दिया सही निष्कर्ष.

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

1787 में, लैवोज़ियर ने सुझाव दिया कि अध्ययन के तहत गैस एक साधारण पदार्थ है और तदनुसार, प्राथमिक में से एक है रासायनिक तत्व. उन्होंने इसे हाइड्रोजन कहा (से ग्रीक शब्दहाइडोर - पानी + गेनाओ - मैं जन्म देता हूं), यानी "पानी को जन्म देना।"

रूसी नाम "हाइड्रोजन" 1824 में रसायनज्ञ एम। सोलोविओव द्वारा प्रस्तावित किया गया था। पानी की संरचना के निर्धारण ने "फ्लॉजिस्टन सिद्धांत" के अंत को चिह्नित किया। 18वीं और 19वीं शताब्दी के मोड़ पर, यह पाया गया कि हाइड्रोजन परमाणु बहुत हल्का है (अन्य तत्वों के परमाणुओं की तुलना में) और इसके द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान की तुलना करने के लिए मुख्य इकाई के रूप में लिया गया था, जिसका मान 1 के बराबर था।

भौतिक गुण

विज्ञान को ज्ञात सभी पदार्थों में हाइड्रोजन सबसे हल्का है (यह हवा से 14.4 गुना हल्का है), इसका घनत्व 0.0899 g/l (1 atm, 0 °C) है। यह सामग्री क्रमशः -259.1 ° C और -252.8 ° C (केवल हीलियम में कम क्वथनांक और गलनांक t °) पर पिघलती है (जमती है) और उबलती है (द्रवीकृत होती है)।

हाइड्रोजन का क्रांतिक तापमान अत्यंत कम (-240 डिग्री सेल्सियस) होता है। इस कारण से, इसका द्रवीकरण एक जटिल और महंगी प्रक्रिया है। किसी पदार्थ का क्रांतिक दाब 12.8 kgf/cm² है, और क्रांतिक घनत्व 0.0312 g/cm³ है। सभी गैसों में हाइड्रोजन होता है उच्चतम तापीय चालकता: 1 एटीएम और 0 डिग्री सेल्सियस पर, यह 0.174 डब्ल्यू/(एमएक्सके) के बराबर है।

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

बाद की संपत्ति इसके फैलने की क्षमता से जुड़ी है, जबकि कार्बन मिश्र धातु (उदाहरण के लिए, स्टील) के माध्यम से प्रसार कार्बन के साथ हाइड्रोजन की बातचीत के कारण मिश्र धातु के विनाश के साथ हो सकता है (इस प्रक्रिया को डीकार्बोनाइजेशन कहा जाता है)। तरल अवस्था में, पदार्थ बहुत हल्का होता है (घनत्व - 0.0708 g / cm³ t ° \u003d -253 ° C पर) और द्रव (चिपचिपापन - समान परिस्थितियों में 13.8 सेंटीग्रेड)।

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

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

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

+ ½О₂ = ,

285.937 kJ/mol गर्मी या 68.3174 kcal/mol (25°C, 1 atm) जारी करना। सामान्य तापमान की स्थिति में, प्रतिक्रिया धीमी गति से आगे बढ़ती है, और t °>= 550 ° पर, यह अनियंत्रित होती है। हाइड्रोजन + ऑक्सीजन के मिश्रण की विस्फोटक सीमाएँ 4–94% H₂ हैं, और हाइड्रोजन + वायु के मिश्रण 4–74% H₂ हैं (H₂ के दो आयतन और O₂ के एक आयतन का मिश्रण विस्फोटक गैस कहलाता है)।

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

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O आदि।

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

H₂ + Cl₂ = 2HCl।

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

ZN₂ + N₂ = 2NH₃।

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

एच₂ + एस = एच₂एस (हाइड्रोजन सल्फाइड),

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

2H₂ + C (अनाकार) = CH₄ (मीथेन)।

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

+ 2Li = 2LiH।

हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड (II) की परस्पर क्रिया का कोई छोटा व्यावहारिक महत्व नहीं है। इस मामले में, दबाव, तापमान और उत्प्रेरक के आधार पर, विभिन्न कार्बनिक यौगिक बनते हैं: HCHO, CH₃OH, आदि। असंतृप्त हाइड्रोकार्बन प्रतिक्रिया के दौरान संतृप्त में बदल जाते हैं, उदाहरण के लिए:

एन Н₂ एन + Н₂ = एन Н₂ एन ।

हाइड्रोजन और उसके यौगिक रसायन विज्ञान में एक असाधारण भूमिका निभाते हैं। यह शर्तें अम्ल गुणटी। प्रोटिक एसिड, विभिन्न तत्वों के साथ एक हाइड्रोजन बंधन बनाने की प्रवृत्ति रखता है, जिसका कई अकार्बनिक और गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कार्बनिक यौगिक.

हाइड्रोजन प्राप्त करना

कच्चे माल के मुख्य प्रकार औद्योगिक उत्पादनइस तत्व में पेट्रोलियम रिफाइनिंग गैसें, प्राकृतिक दहनशील और कोक ओवन गैसें हैं। यह पानी से इलेक्ट्रोलिसिस (सस्ती बिजली वाले स्थानों में) के माध्यम से भी प्राप्त किया जाता है। में से एक आवश्यक तरीकेप्राकृतिक गैस से सामग्री का उत्पादन जल वाष्प (तथाकथित रूपांतरण) के साथ हाइड्रोकार्बन, मुख्य रूप से मीथेन की उत्प्रेरक बातचीत माना जाता है। उदाहरण के लिए:

सीएच₄ + एच₂ओ = सीओ + जेडएच₂।

ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोकार्बन का अधूरा ऑक्सीकरण:

सीएच₄ + ½O₂ \u003d सीओ + 2H₂।

संश्लेषित कार्बन मोनोऑक्साइड (II) रूपांतरण से गुजरता है:

सीओ + एच₂ओ = सीओ₂ + एच₂।

प्राकृतिक गैस से बनने वाला हाइड्रोजन सबसे सस्ता है।

पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए, प्रत्यक्ष धारा का उपयोग किया जाता है, जिसे NaOH या KOH के घोल से गुजारा जाता है (उपकरण के क्षरण से बचने के लिए एसिड का उपयोग नहीं किया जाता है)। प्रयोगशाला स्थितियों के तहत, सामग्री पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा या के बीच प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त की जाती है हाइड्रोक्लोरिक एसिडओह और जिंक। हालांकि, सिलेंडरों में अधिक बार तैयार कारखाने की सामग्री का उपयोग किया जाता है।

तेल शोधन और कोक ओवन गैस की गैसों से, इस तत्व को अन्य सभी घटकों को हटाकर पृथक किया जाता है गैस मिश्रण, क्योंकि वे गहरे ठंडा होने पर अधिक आसानी से द्रवित हो जाते हैं।

औद्योगिक रूप से, यह सामग्री वापस प्राप्त की जाने लगी देर से XVIIIसदी। तब इसका उपयोग गुब्बारों को भरने के लिए किया जाता था। फिलहाल, हाइड्रोजन का व्यापक रूप से उद्योग में, मुख्य रूप से रासायनिक उद्योग में, अमोनिया के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।

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

हाइड्रोजन की जैविक भूमिका

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

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

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

व्याख्यान 29

हाइड्रोजन। पानी

व्याख्यान योजना:

पानी। रासायनिक और भौतिक गुण

प्रकृति में हाइड्रोजन और पानी की भूमिका

एक रासायनिक तत्व के रूप में हाइड्रोजन

हाइड्रोजन एकमात्र तत्व है आवधिक प्रणालीडी। आई। मेंडेलीव, जिसका स्थान अस्पष्ट है। उसके रासायनिक प्रतीकआवर्त सारणी में दो बार दर्ज किया गया है: IA और VIIA दोनों समूहों में। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि हाइड्रोजन में कई गुण होते हैं जो इसे क्षार धातुओं और हलोजन (तालिका 14) दोनों के साथ जोड़ते हैं।

तालिका 14

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

क्षार धातुओं की समानता	हलोजन की समानता
बाहरी ऊर्जा स्तर पर, हाइड्रोजन परमाणुओं में एक इलेक्ट्रॉन होता है। हाइड्रोजन एस-तत्वों से संबंधित है	बाहरी और एकमात्र स्तर को पूरा करने के लिए, हाइड्रोजन परमाणुओं, जैसे हैलोजन परमाणुओं में, एक इलेक्ट्रॉन की कमी होती है
हाइड्रोजन गुणों को कम करने का प्रदर्शन करता है। ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन अपने यौगिकों +1 . में सबसे सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त करता है	हाइड्रोजन, हैलोजन की तरह, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के यौगिकों में -1 की ऑक्सीकरण अवस्था होती है, जो इसकी पुष्टि करती है ऑक्सीकरण गुण.
धात्विक क्रिस्टल जालक के साथ ठोस हाइड्रोजन के स्थान में उपस्थिति का अनुमान लगाया जाता है।	फ्लोरीन और क्लोरीन की तरह, हाइड्रोजन सामान्य परिस्थितियों में एक गैस है। इसके अणु, हैलोजन के अणुओं की तरह, द्विपरमाणुक होते हैं और एक सहसंयोजक गैर-ध्रुवीय बंधन द्वारा बनते हैं

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

हाइड्रोजन के समस्थानिकों के यौगिक एक दूसरे से गुणों में भिन्न होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, हल्के प्रोटियम पानी (H 2 O) के क्वथनांक और हिमांक क्रमशः - 100 o C और 0 o C, और ड्यूटेरियम (D 2 O) - 101.4 o C और 3.8 o C हैं। प्रतिक्रिया हल्के पानी की भागीदारी के साथ दर भारी पानी की तुलना में अधिक है।

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

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

हाइड्रोजन प्राप्त करना और उसका उपयोग करना

हाइड्रोजन पहली बार 16 वीं शताब्दी में मध्ययुगीन चिकित्सक और कीमियागर पैरासेल्सस द्वारा प्राप्त किया गया था, जब एक लोहे की प्लेट को पानी में डुबोया गया था। सल्फ्यूरिक एसिड, और 1766 में, अंग्रेजी रसायनज्ञ हेनरी कैवेन्डिश ने साबित किया कि हाइड्रोजन न केवल सल्फ्यूरिक एसिड के साथ लोहे की बातचीत से प्राप्त होता है, बल्कि अन्य धातुओं के साथ अन्य एसिड भी प्राप्त होता है। कैवेंडिश ने भी पहली बार हाइड्रोजन के गुणों का वर्णन किया।

पर प्रयोगशाला हाइड्रोजन की स्थिति प्राप्त होती है:

1. अम्ल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

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

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

सीए + 2 एच 2 ओ → सीए (ओएच) 2 + एच 2

पर उद्योग हाइड्रोजन का उत्पादन निम्नलिखित तरीकों से होता है:

1. लवण, अम्ल और क्षार के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस।सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला नमक का घोल है:

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

2. लाल-गर्म कोक द्वारा जल वाष्प की वसूली:

सी + एच 2 ओ → टी सीओ + एच 2

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

सीओ + एच 2 → टी सीओ 2 + एच 2

3. मीथेन हीटिंगजल वाष्प और ऑक्सीजन की उपस्थिति में। यह विधि वर्तमान में मुख्य है:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

हाइड्रोजन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:

1. अमोनिया और हाइड्रोजन क्लोराइड का औद्योगिक संश्लेषण;

2. संश्लेषण गैस के हिस्से के रूप में मेथनॉल और सिंथेटिक तरल ईंधन प्राप्त करना (हाइड्रोजन की 2 मात्रा और सीओ की 1 मात्रा);

3. तेल अंशों का जल उपचार और हाइड्रोकार्बन;

4. तरल वसा का हाइड्रोजनीकरण;

5. धातुओं की कटाई और वेल्डिंग;

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

7. अंतरिक्ष इंजन ईंधन के रूप में।

8. थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ईंधन के रूप में हाइड्रोजन आइसोटोप का उपयोग करते हैं।

शारीरिक और रासायनिक गुणहाइड्रोजन

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

रासायनिक अभिक्रियाओं में हाइड्रोजन अपचायक और ऑक्सीकारक दोनों गुण प्रदर्शित करता है। अक्सर, हाइड्रोजन एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है।

1. अधातुओं के साथ अन्योन्यक्रिया. गैर-धातुओं के साथ हाइड्रोजन अस्थिर बनाता है हाइड्रोजन यौगिक(व्याख्यान 25 देखें)।

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

एच 2 + एफ 2 → 2एचएफ

एच 2 + सीएल 2 → एचν 2एचसीएल

एच 2 + आई 2 → टी 2HI

ऑक्सीजन के साथऔर सल्फ्यूरिक हाइड्रोजन हल्का गर्म करने पर अभिक्रिया करता है। ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का 1:2 मिश्रण कहलाता है विस्फोटक गैस:

एच 2 + ओ 2 → टी एच 2 ओ

एच 2 + एस → टी एच 2 एस

नाइट्रोजन, फास्फोरस और कार्बन के साथगर्म होने पर प्रतिक्रिया होती है उच्च रक्तचापऔर एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में। प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हैं:

3एच 2 + एन 2 → बिल्ली।, पी, टी2एनएच 3

2H 2 + 3P → बिल्ली।, p, t3PH 3

एच 2 + सी → बिल्ली।, पी, टी सीएच 4

2. जटिल पदार्थों के साथ सहभागिता।उच्च तापमान पर, हाइड्रोजन धातुओं को उनके आक्साइड से कम करता है:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

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

2Na + H 2 → 2NaH

सीए + एच 2 → सीएएच 2

4. कार्बनिक पदार्थों के साथ बातचीत।हाइड्रोजन कई कार्बनिक पदार्थों के साथ सक्रिय रूप से संपर्क करता है, ऐसी प्रतिक्रियाओं को हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया कहा जाता है। इसी तरह की प्रतिक्रियाओं पर "ऑर्गेनिक केमिस्ट्री" संग्रह के भाग III में अधिक विस्तार से विचार किया जाएगा।

ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर तत्व हाइड्रोजन है। तारों के मामले में, इसमें नाभिक - प्रोटॉन का रूप होता है - और थर्मोन्यूक्लियर प्रक्रियाओं के लिए सामग्री है। सूर्य के लगभग आधे द्रव्यमान में भी H 2 अणु होते हैं। पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री 0.15% तक पहुँच जाती है, और परमाणु तेल, प्राकृतिक गैस और पानी की संरचना में मौजूद होते हैं। ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कार्बन के साथ मिलकर यह एक ऑर्गेनोजेनिक तत्व है जो पृथ्वी पर सभी जीवित जीवों का हिस्सा है। हमारे लेख में, हम हाइड्रोजन के भौतिक और रासायनिक गुणों का अध्ययन करेंगे, उद्योग में इसके आवेदन के मुख्य क्षेत्रों और प्रकृति में इसके महत्व का निर्धारण करेंगे।

मेंडेलीफ के रासायनिक तत्वों की आवर्त प्रणाली में स्थिति

आवर्त सारणी को खोलने वाला पहला तत्व हाइड्रोजन है। इसका परमाणु द्रव्यमान 1.0079 है। इसमें दो स्थिर (प्रोटियम और ड्यूटेरियम) और एक रेडियोधर्मी समस्थानिक (ट्रिटियम) होता है। भौतिक गुणरासायनिक तत्वों की तालिका में अधातु के स्थान से निर्धारित होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन (इसका सूत्र H2 है) एक ऐसी गैस है जो हवा से लगभग 15 गुना हल्की होती है। किसी तत्व के परमाणु की संरचना अद्वितीय होती है: इसमें केवल एक नाभिक और एक इलेक्ट्रॉन होता है। किसी पदार्थ का अणु द्विपरमाण्विक होता है, इसमें मौजूद कण एक सहसंयोजक गैर-ध्रुवीय बंधन का उपयोग करके जुड़े होते हैं। इसकी ऊर्जा तीव्रता काफी अधिक है - 431 kJ। यह सामान्य परिस्थितियों में यौगिक की कम रासायनिक गतिविधि की व्याख्या करता है। हाइड्रोजन का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र है: H:H।

पदार्थ में कई गुण भी होते हैं जिनका अन्य गैर-धातुओं के बीच कोई एनालॉग नहीं होता है। आइए उनमें से कुछ पर विचार करें।

घुलनशीलता और तापीय चालकता

धातुएँ ऊष्मा का सबसे अच्छा संचालन करती हैं, लेकिन तापीय चालकता के संदर्भ में हाइड्रोजन उनके पास पहुँचती है। घटना के लिए स्पष्टीकरण बहुत तेज गति में निहित है तापीय गतिकिसी पदार्थ के प्रकाश अणु, इसलिए, हाइड्रोजन वातावरण में, एक गर्म वस्तु हवा की तुलना में 6 गुना तेजी से ठंडी होती है। यौगिक धातुओं में अच्छी तरह से घुल सकता है, उदाहरण के लिए, लगभग 900 मात्रा में हाइड्रोजन को पैलेडियम की एक मात्रा द्वारा अवशोषित किया जा सकता है। धातुएं एच 2 के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश कर सकती हैं जिसमें हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण गुण प्रकट होते हैं। इस मामले में, हाइड्राइड बनते हैं:

2ना + एच 2 \u003d 2 नाह।

इस प्रतिक्रिया में, एक तत्व के परमाणु धातु के कणों से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं, एक इकाई ऋणात्मक आवेश के साथ आयनों में बदल जाते हैं। साधारण पदार्थ एच 2 इंच ये मामलाएक ऑक्सीकरण एजेंट है, जो आमतौर पर इसके लिए विशिष्ट नहीं है।

एक कम करने वाले एजेंट के रूप में हाइड्रोजन

जो धातु और हाइड्रोजन को जोड़ता है वह न केवल उच्च तापीय चालकता है, बल्कि उनके परमाणुओं की क्षमता भी है रासायनिक प्रक्रियाअपने स्वयं के इलेक्ट्रॉनों को दान करें, अर्थात ऑक्सीकरण करें। उदाहरण के लिए, मूल ऑक्साइड हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। रेडॉक्स प्रतिक्रिया शुद्ध धातु की रिहाई और पानी के अणुओं के निर्माण के साथ समाप्त होती है:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O।

किसी पदार्थ को गर्म करने के दौरान ऑक्सीजन के साथ परस्पर क्रिया करने से भी पानी के अणु बनते हैं। प्रक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है और बड़ी मात्रा में तापीय ऊर्जा की रिहाई के साथ है। यदि H2 और O2 का गैस मिश्रण 2:1 के अनुपात में प्रतिक्रिया करता है, तो इसे कहा जाता है क्योंकि यह प्रज्वलित होने पर फट जाता है:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O।

जल पृथ्वी के जलमंडल, जलवायु और मौसम के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और निभाता है। यह प्रकृति में तत्वों का संचलन प्रदान करता है, जीवों की सभी जीवन प्रक्रियाओं का समर्थन करता है - हमारे ग्रह के निवासी।

अधातुओं के साथ परस्पर क्रिया

हाइड्रोजन के सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक गुण गैर-धातु तत्वों के साथ इसकी प्रतिक्रियाएं हैं। सामान्य परिस्थितियों में, वे काफी रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, इसलिए पदार्थ केवल हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, उदाहरण के लिए, फ्लोरीन या क्लोरीन के साथ, जो सभी गैर-धातुओं में सबसे अधिक सक्रिय हैं। तो, फ्लोरीन और हाइड्रोजन का मिश्रण अंधेरे में या ठंड में, और क्लोरीन के साथ - गर्म होने पर या प्रकाश में फट जाता है। प्रतिक्रिया उत्पाद हाइड्रोजन हैलाइड होंगे, जिनके जलीय घोल को फ्लोराइड और क्लोराइड एसिड के रूप में जाना जाता है। सी 450-500 डिग्री के तापमान, 30-100 एमपीए के दबाव और उत्प्रेरक की उपस्थिति में बातचीत करता है:

एन₂ + 3एच₂ पी, टी, कैट 2एनएच₃।

हाइड्रोजन के माने गए रासायनिक गुण उद्योग के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। उदाहरण के लिए, आप एक मूल्यवान रासायनिक उत्पाद प्राप्त कर सकते हैं - अमोनिया। यह नाइट्रेट एसिड और नाइट्रोजन उर्वरकों के उत्पादन के लिए मुख्य कच्चा माल है: यूरिया, अमोनियम नाइट्रेट।

कार्बनिक पदार्थ

कार्बन और हाइड्रोजन के बीच सरलतम हाइड्रोकार्बन - मीथेन का उत्पादन होता है:

सी + 2 एच 2 = सीएच 4।

पदार्थ प्राकृतिक पदार्थ का सबसे महत्वपूर्ण घटक है और कार्बनिक संश्लेषण के उद्योग के लिए एक मूल्यवान प्रकार के ईंधन और कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है।

कार्बन यौगिकों के रसायन विज्ञान में, एक तत्व बड़ी संख्या में पदार्थों में शामिल होता है: अल्केन्स, अल्केन्स, कार्बोहाइड्रेट, अल्कोहल, आदि। एच 2 अणुओं के साथ कार्बनिक यौगिकों की कई प्रतिक्रियाएं ज्ञात हैं। उन्हें सामूहिक रूप से हाइड्रोजनीकरण या हाइड्रोजनीकरण के रूप में जाना जाता है। तो, एल्डिहाइड को हाइड्रोजन से अल्कोहल, असंतृप्त हाइड्रोकार्बन - अल्केन्स में कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एथिलीन को ईथेन में परिवर्तित किया जाता है:

सी 2 एच 4 + एच 2 \u003d सी 2 एच 6।

हाइड्रोजन के ऐसे रासायनिक गुण बहुत व्यावहारिक महत्व के हैं, उदाहरण के लिए, तरल तेलों का हाइड्रोजनीकरण: सूरजमुखी, मक्का और रेपसीड। यह ठोस वसा-लार्ड के उत्पादन की ओर ले जाता है, जिसका उपयोग ग्लिसरीन, साबुन, स्टीयरिन और मार्जरीन की कठोर किस्मों के उत्पादन में किया जाता है। उपस्थिति और स्वाद में सुधार करने के लिए खाने की चीजइसमें दूध, पशु वसा, चीनी, विटामिन मिलाए जाते हैं।

अपने लेख में हमने हाइड्रोजन के गुणों का अध्ययन किया और प्रकृति और मानव जीवन में इसकी भूमिका का पता लगाया।

हाइड्रोजन एच एक रासायनिक तत्व है, जो हमारे ब्रह्मांड में सबसे आम है। पदार्थों की संरचना में एक तत्व के रूप में हाइड्रोजन का द्रव्यमान दूसरे प्रकार के परमाणुओं की कुल सामग्री का 75% है। यह ग्रह पर सबसे महत्वपूर्ण और महत्वपूर्ण संबंध में शामिल है - पानी। विशेष फ़ीचरहाइड्रोजन यह भी तथ्य है कि यह डी। आई। मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में पहला तत्व है।

खोज और अन्वेषण

पेरासेलसस के लेखन में हाइड्रोजन का पहला संदर्भ सोलहवीं शताब्दी का है। लेकिन हवा के गैस मिश्रण से इसका अलगाव और ज्वलनशील गुणों का अध्ययन पहले ही सत्रहवीं शताब्दी में वैज्ञानिक लेमेरी द्वारा किया गया था। एक अंग्रेजी रसायनज्ञ, भौतिक विज्ञानी और प्रकृतिवादी द्वारा हाइड्रोजन का गहन अध्ययन किया गया, जिन्होंने प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि हाइड्रोजन का द्रव्यमान अन्य गैसों की तुलना में सबसे छोटा है। विज्ञान के विकास के बाद के चरणों में, कई वैज्ञानिकों ने उनके साथ काम किया, विशेष रूप से लावोज़ियर, जिन्होंने उन्हें "पानी को जन्म देना" कहा।

पीएससीई में स्थिति के अनुसार विशेषता

डी. आई. मेंडलीफ की आवर्त सारणी को खोलने वाला तत्व हाइड्रोजन है। परमाणु के भौतिक और रासायनिक गुण किसी प्रकार का द्वैत दिखाते हैं, क्योंकि हाइड्रोजन को एक साथ पहले समूह, मुख्य उपसमूह को संदर्भित किया जाता है, यदि यह धातु की तरह व्यवहार करता है और इस प्रक्रिया में एक इलेक्ट्रॉन को छोड़ देता है रासायनिक प्रतिक्रिया, और सातवें तक - वैलेंस शेल के पूर्ण भरने के मामले में, यानी एक नकारात्मक कण का स्वागत, जो इसे हैलोजन के समान बताता है।

तत्व की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की विशेषताएं

गुण जटिल पदार्थ, जिसमें इसे शामिल किया गया है, और सबसे सरल पदार्थ एच 2 मुख्य रूप से हाइड्रोजन के इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन द्वारा निर्धारित किया जाता है। कण में Z= (-1) के साथ एक इलेक्ट्रॉन होता है, जो नाभिक के चारों ओर अपनी कक्षा में घूमता है, जिसमें एक प्रोटॉन इकाई द्रव्यमान और धनात्मक आवेश (+1) के साथ होता है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 1 के रूप में लिखा जाता है, जिसका अर्थ है हाइड्रोजन के लिए पहले और केवल s-कक्षीय में एक ऋणात्मक कण की उपस्थिति।

जब एक इलेक्ट्रॉन को अलग किया जाता है या दिया जाता है, और इस तत्व के एक परमाणु में ऐसा गुण होता है कि यह धातुओं से संबंधित होता है, तो एक धनायन प्राप्त होता है। वास्तव में, हाइड्रोजन आयन एक धनात्मक प्राथमिक कण है। इसलिए, एक इलेक्ट्रॉन रहित हाइड्रोजन को केवल एक प्रोटॉन कहा जाता है।

भौतिक गुण

संक्षेप में हाइड्रोजन का वर्णन करते हुए, यह एक रंगहीन, थोड़ी घुलनशील गैस है जिसमें एक रिश्तेदार होता है परमाणु भार-252.8 डिग्री सेल्सियस के द्रवीकरण तापमान के साथ 2 के बराबर, हवा से 14.5 गुना हल्का।

अनुभव से यह आसानी से देखा जा सकता है कि H2 सबसे हल्का है। ऐसा करने के लिए, तीन गेंदों को विभिन्न पदार्थों - हाइड्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, साधारण हवा से भरने के लिए पर्याप्त है - और साथ ही उन्हें अपने हाथ से मुक्त करें। सीओ 2 से भरा हुआ किसी और की तुलना में तेजी से जमीन पर पहुंचेगा, जिसके बाद यह हवा के मिश्रण से फुलाकर नीचे उतरेगा, और एच 2 युक्त छत पर चढ़ जाएगा।

हाइड्रोजन कणों का छोटा द्रव्यमान और आकार इसके माध्यम से घुसने की क्षमता को सही ठहराता है विभिन्न पदार्थ. उसी गेंद के उदाहरण पर, यह सत्यापित करना आसान है, कुछ दिनों में यह अपने आप ख़राब हो जाएगी, क्योंकि गैस केवल रबर से होकर गुजरेगी। इसके अलावा, हाइड्रोजन कुछ धातुओं (पैलेडियम या प्लैटिनम) की संरचना में जमा हो सकता है, और तापमान बढ़ने पर इससे वाष्पित हो सकता है।

हाइड्रोजन की कम घुलनशीलता की संपत्ति का उपयोग प्रयोगशाला अभ्यास में हाइड्रोजन विस्थापन की विधि द्वारा इसे अलग करने के लिए किया जाता है (नीचे दी गई तालिका में मुख्य पैरामीटर हैं) इसके आवेदन के दायरे और उत्पादन के तरीकों को निर्धारित करते हैं।

एक साधारण पदार्थ के परमाणु या अणु का पैरामीटर	अर्थ
परमाणु भार ( दाढ़ जन)	1.008 ग्राम/मोल
इलेक्ट्रोनिक विन्यास	1एस 1
क्रिस्टल सेल	हेक्सागोनल
ऊष्मीय चालकता	(300 के) 0.1815 डब्ल्यू/(एम के)
एन पर घनत्व। वाई	0.08987 ग्राम/ली
उबलता तापमान	-252.76 डिग्री सेल्सियस
दहन की विशिष्ट ऊष्मा	120.9 10 6 जे/किग्रा
पिघलने का तापमान	-259.2°C
पानी में घुलनशीलता	18.8 मिली/ली

समस्थानिक रचना

रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली के कई अन्य प्रतिनिधियों की तरह, हाइड्रोजन में कई प्राकृतिक समस्थानिक होते हैं, अर्थात्, नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन वाले परमाणु, लेकिन न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या - शून्य आवेश और इकाई द्रव्यमान वाले कण। समान गुण वाले परमाणुओं के उदाहरण ऑक्सीजन, कार्बन, क्लोरीन, ब्रोमीन और अन्य हैं, जिनमें रेडियोधर्मी भी शामिल हैं।

इस समूह के प्रतिनिधियों में सबसे आम हाइड्रोजन 1 एच के भौतिक गुण, इसके समकक्षों की समान विशेषताओं से काफी भिन्न हैं। विशेष रूप से, जिन पदार्थों में वे शामिल हैं, उनकी विशेषताएं भिन्न होती हैं। तो, साधारण और ड्यूटेरेटेड पानी होता है, जिसमें एक प्रोटॉन के साथ हाइड्रोजन परमाणु के बजाय इसकी संरचना में होता है, ड्यूटेरियम 2 एच - दो के साथ इसका आइसोटोप प्राथमिक कण: सकारात्मक और अपरिवर्तित। यह समस्थानिक साधारण हाइड्रोजन से दोगुना भारी होता है, जो उनके द्वारा बनाए गए यौगिकों के गुणों में मूलभूत अंतर की व्याख्या करता है। प्रकृति में, ड्यूटेरियम हाइड्रोजन से 3200 गुना दुर्लभ है। तीसरा प्रतिनिधि ट्रिटियम 3 एच है, नाभिक में इसके दो न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन होते हैं।

प्राप्त करने और अलग करने के तरीके

प्रयोगशाला और औद्योगिक तरीके बहुत अलग हैं। इसलिए, कम मात्रा में, गैस मुख्य रूप से प्रतिक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त की जाती है जिसमें खनिज शामिल होते हैं, और बड़े पैमाने पर उत्पादन कार्बनिक संश्लेषण का अधिक हद तक उपयोग करता है।

प्रयोगशाला में निम्नलिखित रासायनिक अंतःक्रियाओं का उपयोग किया जाता है:

औद्योगिक हितों में, गैस निम्न विधियों द्वारा प्राप्त की जाती है:

1. अपने घटकों के लिए उत्प्रेरक की उपस्थिति में मीथेन का थर्मल अपघटन सरल पदार्थ(350 डिग्री तापमान जैसे संकेतक के मूल्य तक पहुंचता है) - हाइड्रोजन एच 2 और कार्बन सी।
2. 1000 डिग्री सेल्सियस पर कोक के माध्यम से वाष्पशील पानी को बनाने के लिए पारित करना कार्बन डाइआक्साइडसीओ 2 और एच 2 (सबसे आम तरीका)।
3. एक निकल उत्प्रेरक पर गैसीय मीथेन का रूपांतरण 800 डिग्री तक पहुंचने वाले तापमान पर होता है।
4. हाइड्रोजन पोटेशियम या सोडियम क्लोराइड के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस में एक उप-उत्पाद है।

रासायनिक बातचीत: सामान्य प्रावधान

हाइड्रोजन के भौतिक गुण मोटे तौर पर एक या दूसरे यौगिक के साथ प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं में इसके व्यवहार की व्याख्या करते हैं। हाइड्रोजन की संयोजकता 1 है, क्योंकि यह आवर्त सारणी में पहले समूह में स्थित है, और ऑक्सीकरण की डिग्री एक अलग दिखाती है। सभी यौगिकों में, हाइड्राइड को छोड़कर, s.o. = (1+) में हाइड्रोजन, XH, XH 2, XH 3 - (1-) जैसे अणुओं में।

एक सामान्यीकृत इलेक्ट्रॉन जोड़ी बनाकर हाइड्रोजन गैस अणु में दो परमाणु होते हैं और ऊर्जावान रूप से काफी स्थिर होते हैं, यही कारण है कि सामान्य परिस्थितियों में यह कुछ हद तक निष्क्रिय होता है और सामान्य परिस्थितियों में परिवर्तन होने पर प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है। अन्य पदार्थों की संरचना में हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण की डिग्री के आधार पर, यह ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

वे पदार्थ जिनके साथ हाइड्रोजन प्रतिक्रिया करता है और बनता है

जटिल पदार्थ बनाने के लिए मौलिक अंतःक्रियाएं (अक्सर ऊंचे तापमान पर):

1. क्षारीय और एल्कलाइन अर्थ मेटल+ हाइड्रोजन = हाइड्राइड।
2. हलोजन + एच 2 = हाइड्रोजन हैलाइड।
3. सल्फर + हाइड्रोजन = हाइड्रोजन सल्फाइड।
4. ऑक्सीजन + एच 2 = पानी।
5. कार्बन + हाइड्रोजन = मीथेन।
6. नाइट्रोजन + एच 2 = अमोनिया।

जटिल पदार्थों के साथ सहभागिता:

1. कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन से संश्लेषण गैस प्राप्त करना।
2. एच 2 के साथ उनके आक्साइड से धातुओं की वसूली।
3. असंतृप्त स्निग्ध हाइड्रोकार्बन की हाइड्रोजन संतृप्ति।

हाइड्रोजन बंध

हाइड्रोजन के भौतिक गुण ऐसे हैं कि, जब एक इलेक्ट्रोनगेटिव तत्व के साथ मिलकर, यह पड़ोसी अणुओं से एक ही परमाणु के साथ एक विशेष प्रकार का बंधन बनाने की अनुमति देता है जिसमें असंबद्ध इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और फ्लोरीन)। सबसे स्पष्ट उदाहरण जिस पर इस तरह की घटना पर विचार करना बेहतर है, वह है पानी। यह कहा जा सकता है कि यह हाइड्रोजन बांड के साथ सिला जाता है, जो सहसंयोजक या आयनिक से कमजोर होते हैं, लेकिन इस तथ्य के कारण कि उनमें से कई हैं, पदार्थ के गुणों पर उनका महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। अनिवार्य रूप से, हाइड्रोजन बॉन्डिंग एक इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन है जो पानी के अणुओं को डिमर और पॉलिमर में बांधता है, जिससे इसका उच्च क्वथनांक होता है।

खनिज यौगिकों की संरचना में हाइड्रोजन

सभी में एक प्रोटॉन होता है - हाइड्रोजन जैसे परमाणु का एक धनायन। वह पदार्थ जिसके अम्ल अवशेषों की ऑक्सीकरण अवस्था (-1) से अधिक होती है, पॉलीबेसिक यौगिक कहलाता है। इसमें कई हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, जो पृथक्करण को . में बनाते हैं जलीय समाधानबहुस्तरीय। प्रत्येक बाद का प्रोटॉन बाकी एसिड से अधिक से अधिक कठिन हो जाता है। माध्यम में हाइड्रोजन की मात्रात्मक सामग्री के अनुसार, इसकी अम्लता निर्धारित की जाती है।

मानव गतिविधियों में आवेदन

एक पदार्थ के साथ सिलेंडर, साथ ही अन्य तरलीकृत गैसों के साथ कंटेनर, जैसे कि ऑक्सीजन, की एक विशिष्ट उपस्थिति होती है। उन्हें चमकीले लाल "हाइड्रोजन" अक्षर के साथ गहरे हरे रंग में रंगा गया है। लगभग 150 वायुमंडल के दबाव में गैस को एक सिलेंडर में पंप किया जाता है। हाइड्रोजन के भौतिक गुण, विशेष रूप से गैसीय की आसानी एकत्रीकरण की स्थिति, हीलियम के साथ मिश्रित गुब्बारे, गुब्बारे आदि भरने के लिए प्रयोग किया जाता है।

हाइड्रोजन, भौतिक और रासायनिक गुण जिनका उपयोग लोगों ने कई साल पहले करना सीखा था, वर्तमान में कई उद्योगों में उपयोग किया जाता है। इसका अधिकांश भाग अमोनिया के उत्पादन में जाता है। हाइड्रोजन भी ऑक्साइड से (हैफ़नियम, जर्मेनियम, गैलियम, सिलिकॉन, मोलिब्डेनम, टंगस्टन, ज़िरकोनियम और अन्य) में भाग लेता है, प्रतिक्रिया में एक कम करने वाले एजेंट, हाइड्रोसायनिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ-साथ कृत्रिम तरल ईंधन के रूप में कार्य करता है। खाद्य उद्योगवनस्पति तेलों को ठोस वसा में बदलने के लिए इसका उपयोग करता है।

हमने वसा, कोयले, हाइड्रोकार्बन, तेल और ईंधन तेल के हाइड्रोजनीकरण और हाइड्रोजनीकरण की विभिन्न प्रक्रियाओं में हाइड्रोजन के रासायनिक गुणों और उपयोग का निर्धारण किया। इसका उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है जवाहरात, गरमागरम लैंप, ऑक्सीजन-हाइड्रोजन लौ के प्रभाव में धातु उत्पादों की फोर्जिंग और वेल्डिंग करते हैं।