हाइड्रोजन की खोज का इतिहास

यदि यह पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में रासायनिक तत्व है, तो हाइड्रोजन पूरे ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है। हमारे (और अन्य तारे) लगभग आधे हाइड्रोजन हैं, और इंटरस्टेलर गैस के लिए, यह 90% हाइड्रोजन परमाणु है। यह रासायनिक तत्व पृथ्वी पर भी एक महत्वपूर्ण स्थान रखता है, क्योंकि ऑक्सीजन के साथ यह पानी का हिस्सा है, और इसका नाम "हाइड्रोजन" दो प्राचीन काल से आता है। ग्रीक शब्द: "पानी" और "मैं जन्म देता हूँ।" जल के अतिरिक्त हाइड्रोजन अधिकांश में पाया जाता है कार्बनिक पदार्थऔर कोशिकाएं, इसके बिना, साथ ही ऑक्सीजन के बिना, जीवन अपने आप में अकल्पनीय होगा।

हाइड्रोजन की खोज का इतिहास

हाइड्रोजन को नोटिस करने वाले वैज्ञानिकों में सबसे पहले मध्य युग के महान रसायनज्ञ और चिकित्सक थेओफ्रेस्टस पेरासेलसस थे। अपने रसायन विज्ञान प्रयोगों में, एसिड के साथ मिश्रण करके "दार्शनिक का पत्थर" खोजने की आशा में, पैरासेल्सस को कुछ पहले अज्ञात दहनशील गैस प्राप्त हुई। सच है, इस गैस को हवा से अलग करना संभव नहीं था।

Paracelsus के केवल डेढ़ सदी बाद फ्रांसीसी रसायनज्ञ लेमेरी ने हाइड्रोजन को हवा से अलग करने और इसकी ज्वलनशीलता साबित करने का प्रबंधन किया। सच है, लेमेरी को यह समझ नहीं आया कि उसे जो गैस मिली वह शुद्ध हाइड्रोजन थी। समानांतर में, रूसी वैज्ञानिक लोमोनोसोव भी इसी तरह के रासायनिक प्रयोगों में लगे हुए थे, लेकिन हाइड्रोजन के अध्ययन में एक वास्तविक सफलता अंग्रेजी रसायनज्ञ हेनरी कैवेन्डिश द्वारा बनाई गई थी, जिन्हें हाइड्रोजन का खोजकर्ता माना जाता है।

1766 में, कैवेंडिश शुद्ध हाइड्रोजन प्राप्त करने में सफल रहा, जिसे उन्होंने "दहनशील हवा" कहा। एक और 20 वर्षों के बाद, प्रतिभाशाली फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोनी लावोसियर पानी को संश्लेषित करने और उसमें से "दहनशील हवा" - हाइड्रोजन निकालने में सक्षम थे। और वैसे, यह लवॉज़ियर था जिसने हाइड्रोजन को इसका नाम - "हाइड्रोजनियम", उर्फ ​​​​"हाइड्रोजन" का सुझाव दिया था।

अपनी पत्नी के साथ एंटोनी लावोज़ियर, जिन्होंने हाइड्रोजन संश्लेषण सहित रासायनिक प्रयोग करने में उनकी मदद की।

स्थान के केंद्र में रासायनिक तत्वमें आवधिक प्रणालीमेंडेलीव उनके परमाणु भार को दर्शाता है, जिसकी गणना हाइड्रोजन के परमाणु भार के सापेक्ष की जाती है। दूसरे शब्दों में, हाइड्रोजन और उसका परमाणु भार आवर्त सारणी की आधारशिला है, जिसके आधार पर महान रसायनज्ञ ने अपनी प्रणाली बनाई। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि आवर्त सारणी में हाइड्रोजन एक सम्मानजनक प्रथम स्थान पर है।

इसके अलावा, हाइड्रोजन में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

• हाइड्रोजन का परमाणु द्रव्यमान 1.00795 है।
• हाइड्रोजन में तीन समस्थानिक होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में अलग-अलग गुण होते हैं।
• हाइड्रोजन कम घनत्व वाला एक हल्का तत्व है।
• हाइड्रोजन में अपचायक और ऑक्सीकरण दोनों गुण होते हैं।
• धातुओं के साथ प्रवेश करके, हाइड्रोजन उनके इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है और एक ऑक्सीकरण एजेंट बन जाता है। ऐसे यौगिकों को हाइड्रेट्स कहा जाता है।

हाइड्रोजन एक गैस है, इसके अणु में दो परमाणु होते हैं।

इस तरह एक हाइड्रोजन अणु दिखता है।

ऐसे द्विपरमाणुक अणुओं से बनने वाली आण्विक हाइड्रोजन, एक जलती हुई माचिस को ऊपर लाने पर फट जाती है। जब हाइड्रोजन अणु में विस्फोट होता है, तो यह परमाणुओं में टूट जाता है, जो हीलियम नाभिक में बदल जाता है। सूर्य और अन्य तारों पर ठीक ऐसा ही होता है - हाइड्रोजन के अणुओं के निरंतर क्षय के कारण, हमारा प्रकाश जलता है और अपनी गर्मी से हमें गर्म करता है।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

हाइड्रोजन में निम्नलिखित होते हैं भौतिक गुण:

• हाइड्रोजन का क्वथनांक 252.76 डिग्री सेल्सियस है;
• और 259.14 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, यह पहले से ही पिघलना शुरू हो जाता है।
• हाइड्रोजन पानी में थोड़ा घुलनशील है।
• शुद्ध हाइड्रोजन एक बहुत ही खतरनाक विस्फोटक और ज्वलनशील पदार्थ है।
• हाइड्रोजन हवा से 14.5 गुना हल्का है।

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

क्योंकि हाइड्रोजन हो सकता है अलग-अलग स्थितियांऔर एक ऑक्सीकरण और कम करने वाला एजेंट, इसका उपयोग प्रतिक्रियाओं और संश्लेषण को करने के लिए किया जाता है।

हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण गुण सक्रिय (आमतौर पर क्षार और क्षारीय पृथ्वी) धातुओं के साथ बातचीत करते हैं, इन अंतःक्रियाओं का परिणाम हाइड्राइड्स - नमक जैसे यौगिकों का निर्माण होता है। हालांकि, निष्क्रिय धातुओं के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया में हाइड्राइड भी बनते हैं।

हाइड्रोजन के अपचायक गुणों में धातुओं को उनके ऑक्साइडों से सरल पदार्थों में अपचित करने की क्षमता होती है, उद्योग में इसे हाइड्रोथर्मी कहते हैं।

हाइड्रोजन कैसे प्राप्त करें?

हाइड्रोजन उत्पादन के औद्योगिक साधनों में से हैं:

• कोयला गैसीकरण,
• मीथेन का भाप सुधार,
• इलेक्ट्रोलिसिस

प्रयोगशाला में हाइड्रोजन प्राप्त किया जा सकता है:

• धातु हाइड्राइड के हाइड्रोलिसिस में,
• जल क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करते समय,
• सक्रिय धातुओं के साथ तनु अम्लों की परस्पर क्रिया में।

हाइड्रोजन का अनुप्रयोग

चूंकि हाइड्रोजन हवा से 14 गुना हल्का होता है, इसलिए पुराने दिनों में इसे गुब्बारों और हवाई जहाजों से भरा जाता था। लेकिन हवाई जहाजों के साथ हुई आपदाओं की एक श्रृंखला के बाद, डिजाइनरों को हाइड्रोजन के प्रतिस्थापन की तलाश करनी पड़ी (याद रखें, शुद्ध हाइड्रोजन एक विस्फोटक पदार्थ है, और थोड़ी सी चिंगारी विस्फोट का कारण बनने के लिए पर्याप्त थी)।

1937 में हिंडनबर्ग हवाई पोत का विस्फोट, विस्फोट का कारण हाइड्रोजन का प्रज्वलन (शॉर्ट सर्किट के कारण) था, जिस पर इस विशाल हवाई पोत ने उड़ान भरी।

इसलिए, ऐसे विमानों के लिए, हाइड्रोजन के बजाय, उन्होंने हीलियम का उपयोग करना शुरू कर दिया, जो हवा से भी हल्का है, हीलियम प्राप्त करना अधिक श्रमसाध्य है, लेकिन यह हाइड्रोजन जितना विस्फोटक नहीं है।

हाइड्रोजन का उपयोग विभिन्न प्रकार के ईंधन को शुद्ध करने के लिए भी किया जाता है, विशेष रूप से तेल और तेल उत्पादों पर आधारित।

हाइड्रोजन, वीडियो

और अंत में, हमारे लेख के विषय पर एक शैक्षिक वीडियो।

• पदनाम - एच (हाइड्रोजन);
• लैटिन नाम - हाइड्रोजेनियम;
• अवधि - मैं;
• समूह - 1 (आईए);
• परमाणु द्रव्यमान - 1.00794;
• परमाणु संख्या - 1;
• एक परमाणु की त्रिज्या = 53 बजे;
• सहसंयोजक त्रिज्या = 32 बजे;
• इलेक्ट्रॉनों का वितरण - 1s 1;
• पिघल टी = -259.14 डिग्री सेल्सियस;
• क्वथनांक = -252.87°C;
• इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग के अनुसार / एल्प्रेड और रोचोव के अनुसार) \u003d 2.02 / -;
• ऑक्सीकरण अवस्था: +1; 0; -एक;
• घनत्व (एन.ए.) \u003d 0.0000899 ग्राम / सेमी 3;
• मोलर आयतन = 14.1 सेमी 3 / मोल।

ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन के द्विआधारी यौगिक:

हाइड्रोजन ("पानी को जन्म देना") की खोज अंग्रेजी वैज्ञानिक जी. कैवेंडिश ने 1766 में की थी। यह प्रकृति का सबसे सरल तत्व है - एक हाइड्रोजन परमाणु में एक नाभिक और एक इलेक्ट्रॉन होता है, शायद इसी कारण से हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे आम तत्व है (अधिकांश सितारों के द्रव्यमान का आधे से अधिक)।

हाइड्रोजन के बारे में हम कह सकते हैं कि "स्पूल छोटा है, लेकिन महंगा है।" अपनी "सादगी" के बावजूद, हाइड्रोजन पृथ्वी पर सभी जीवित प्राणियों को ऊर्जा देता है - सूर्य पर एक निरंतर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होती है, जिसके दौरान चार हाइड्रोजन परमाणुओं से एक हीलियम परमाणु बनता है, इस प्रक्रिया के साथ भारी मात्रा में रिलीज होती है ऊर्जा (अधिक जानकारी के लिए, परमाणु संलयन देखें)।

पर पृथ्वी की पपड़ीहाइड्रोजन का द्रव्यमान अंश केवल 0.15% है। इस बीच, पृथ्वी पर ज्ञात सभी का विशाल बहुमत (95%) रासायनिक पदार्थएक या एक से अधिक हाइड्रोजन परमाणु होते हैं।

गैर-धातुओं (HCl, H 2 O, CH 4 ...) वाले यौगिकों में, हाइड्रोजन अपना एकमात्र इलेक्ट्रॉन अधिक विद्युत ऋणात्मक तत्वों को छोड़ देता है, जो केवल +1 (अधिक बार) की ऑक्सीकरण अवस्था दर्शाता है। सहसंयोजी आबंध(सहसंयोजक बंधन देखें)।

धातुओं (NaH, CaH 2 ...) के साथ यौगिकों में, हाइड्रोजन, इसके विपरीत, अपने एकमात्र s-कक्षीय एक और इलेक्ट्रॉन को ग्रहण करता है, इस प्रकार -1 की ऑक्सीकरण अवस्था दिखाते हुए, अपनी इलेक्ट्रॉन परत को पूरा करने की कोशिश करता है (कम अक्सर) , अधिक बार एक आयनिक बंधन बनाते हैं (आयनिक बंधन देखें), क्योंकि हाइड्रोजन परमाणु और धातु परमाणु की इलेक्ट्रोनगेटिविटी में अंतर काफी बड़ा हो सकता है।

एच 2

गैसीय अवस्था में, हाइड्रोजन द्विपरमाणुक अणुओं के रूप में होता है, जो एक गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन बनाता है।

हाइड्रोजन के अणु होते हैं:

• महान गतिशीलता;
• महा शक्ति;
• कम ध्रुवीकरण;
• छोटे आकार और वजन।

हाइड्रोजन गैस के गुण:

• प्रकृति की सबसे हल्की गैस, रंगहीन और गंधहीन;
• पानी और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में खराब घुलनशील;
• तरल और ठोस धातुओं (विशेषकर प्लैटिनम और पैलेडियम में) में थोड़ी मात्रा में घुल जाता है;
• द्रवीभूत करना मुश्किल (इसकी कम ध्रुवीकरण के कारण);
• सभी ज्ञात गैसों की उच्चतम तापीय चालकता है;
• गर्म होने पर, यह कई गैर-धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो एक कम करने वाले एजेंट के गुणों को दर्शाता है;
• कमरे के तापमान पर यह फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है (एक विस्फोट होता है): एच 2 + एफ 2 = 2एचएफ;
• धातुओं के साथ अभिक्रिया करके हाइड्राइड बनाता है, दिखा रहा है ऑक्सीकरण गुण: एच 2 + सीए \u003d सीएएच 2;

यौगिकों में, हाइड्रोजन ऑक्सीकरण वाले की तुलना में अपने कम करने वाले गुणों को अधिक दृढ़ता से प्रदर्शित करता है। कोयला, एल्युमिनियम और कैल्शियम के बाद हाइड्रोजन सबसे मजबूत अपचायक है। ऑक्साइड और गैलाइड्स से धातु और गैर-धातु (सरल पदार्थ) प्राप्त करने के लिए हाइड्रोजन के कम करने वाले गुणों का व्यापक रूप से उद्योग में उपयोग किया जाता है।

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O

सरल पदार्थों के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रियाएं

भूमिका निभाते हुए हाइड्रोजन एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है अपचायक कारक, प्रतिक्रियाओं में:

• साथ ऑक्सीजन(जब प्रज्वलित या उत्प्रेरक की उपस्थिति में), 2:1 (हाइड्रोजन: ऑक्सीजन) के अनुपात में एक विस्फोटक विस्फोट करने वाली गैस बनती है: 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 kJ
• साथ स्लेटी(जब 150°C-300°C तक गर्म किया जाता है): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• साथ क्लोरीन(जब यूवी किरणों के साथ प्रज्वलित या विकिरणित): एच 2 0 + सीएल 2 \u003d 2 एच +1 सीएल
• साथ एक अधातु तत्त्व: एच 2 0 + एफ 2 \u003d 2एच +1 एफ
• साथ नाइट्रोजन(जब उत्प्रेरक की उपस्थिति में या उच्च दबाव में गरम किया जाता है): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

हाइड्रोजन एक इलेक्ट्रॉन दान करता है, भूमिका निभा रहा है ऑक्सीकरण एजेंट, के साथ प्रतिक्रियाओं में क्षारीयतथा क्षारीय मृदाधातु हाइड्राइड बनाने के लिए धातु - हाइड्राइड आयन एच युक्त नमक जैसे आयनिक यौगिक - सफेद रंग के अस्थिर क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं।

सीए + एच 2 \u003d सीएएच 2 -1 2ना + एच 2 0 \u003d 2NaH -1

हाइड्रोजन के लिए -1 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करना असामान्य है। पानी के साथ प्रतिक्रिया करके, हाइड्राइड्स विघटित हो जाते हैं, पानी को हाइड्रोजन में कम कर देते हैं। पानी के साथ कैल्शियम हाइड्राइड की प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

सीएएच 2 -1 + 2 एच 2 +1 0 = 2 एच 2 0 + सीए (ओएच) 2

जटिल पदार्थों के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रियाएं

• उच्च तापमान पर, हाइड्रोजन कई धातु आक्साइड को कम करता है: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के साथ हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप मिथाइल अल्कोहल प्राप्त होता है: 2H 2 + CO → CH 3 OH
• हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं में, हाइड्रोजन कई कार्बनिक पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है।

अधिक विस्तृत समीकरण रसायनिक प्रतिक्रियाहाइड्रोजन और उसके यौगिकों पर "हाइड्रोजन और उसके यौगिकों - हाइड्रोजन से जुड़े रासायनिक प्रतिक्रियाओं के समीकरण" पृष्ठ पर चर्चा की गई है।

हाइड्रोजन का अनुप्रयोग

• परमाणु ऊर्जा में हाइड्रोजन के समस्थानिकों का उपयोग किया जाता है - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम;
• रासायनिक उद्योग में, हाइड्रोजन का उपयोग कई कार्बनिक पदार्थों, अमोनिया और हाइड्रोजन क्लोराइड के संश्लेषण के लिए किया जाता है;
• में खाद्य उद्योगहाइड्रोजन का उपयोग वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण के माध्यम से ठोस वसा के उत्पादन में किया जाता है;
• धातुओं को वेल्डिंग और काटने के लिए ऑक्सीजन (2600 डिग्री सेल्सियस) में हाइड्रोजन के उच्च दहन तापमान का उपयोग किया जाता है;
• कुछ धातुओं के उत्पादन में, हाइड्रोजन का उपयोग अपचायक के रूप में किया जाता है (ऊपर देखें);
• चूंकि हाइड्रोजन एक हल्की गैस है, इसका उपयोग वैमानिकी में गुब्बारे, गुब्बारे, हवाई जहाजों के लिए भराव के रूप में किया जाता है;
• ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग CO के साथ मिश्रित करके किया जाता है।

पर हाल के समय मेंवैज्ञानिक अक्षय ऊर्जा के वैकल्पिक स्रोतों की खोज पर बहुत ध्यान देते हैं। होनहार क्षेत्रों में से एक "हाइड्रोजन" ऊर्जा है, जिसमें हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, जिसका दहन उत्पाद साधारण पानी है।

हाइड्रोजन के उत्पादन के तरीके

हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए औद्योगिक तरीके:

• निकल उत्प्रेरक पर उच्च तापमान (800 डिग्री सेल्सियस) पर जल वाष्प के साथ मीथेन रूपांतरण (जल वाष्प की उत्प्रेरक कमी): सीएच 4 + 2 एच 2 ओ = 4 एच 2 + सीओ 2;
• एक Fe 2 O 3 उत्प्रेरक पर भाप (t=500°C) के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड का रूपांतरण: CO + H 2 O = CO 2 + H 2;
• थर्मल अपघटनमीथेन: सीएच 4 \u003d सी + 2 एच 2;
• ठोस ईंधन का गैसीकरण (टी = 1000 डिग्री सेल्सियस): सी + एच 2 ओ = सीओ + एच 2;
• पानी का इलेक्ट्रोलिसिस (एक बहुत महंगी विधि जिसमें बहुत शुद्ध हाइड्रोजन प्राप्त होता है): 2H 2 O → 2H 2 + O 2।

हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए प्रयोगशाला के तरीके:

• हाइड्रोक्लोरिक या तनु सल्फ्यूरिक एसिड के साथ धातुओं (आमतौर पर जस्ता) पर कार्रवाई: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2;
• गर्म लोहे की छीलन के साथ जल वाष्प की परस्पर क्रिया: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.

हाइड्रोजन एक गैस है, यह वह है जो आवर्त प्रणाली में पहले स्थान पर है। प्रकृति में व्यापक रूप से फैले इस तत्व का नाम लैटिन से अनुवादित है, जिसका अर्थ है "पानी को जन्म देना।" तो हम हाइड्रोजन के कौन से भौतिक और रासायनिक गुण जानते हैं?

हाइड्रोजन: सामान्य जानकारी

सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन का कोई स्वाद, गंध, कोई रंग नहीं होता है।

चावल। 1. हाइड्रोजन का सूत्र।

चूँकि परमाणु में एक ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक स्तर होता है, जिसमें अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, तो एक स्थिर अवस्था के लिए, परमाणु या तो एक इलेक्ट्रॉन (ऑक्सीकरण अवस्था -1) स्वीकार कर सकता है या एक इलेक्ट्रॉन (ऑक्सीकरण अवस्था +1) दान कर सकता है, जिसमें एक स्थिर संयोजकता I इसीलिए हाइड्रोजन तत्व के प्रतीक को न केवल समूह IA (समूह I का मुख्य उपसमूह) में क्षार धातुओं के साथ रखा जाता है, बल्कि समूह VIIA (समूह VII का मुख्य उपसमूह) में भी हैलोजन के साथ रखा जाता है। हलोजन परमाणुओं में भी बाहरी स्तर को भरने के लिए एक इलेक्ट्रॉन की कमी होती है, और वे, हाइड्रोजन की तरह, अधातु हैं। हाइड्रोजन यौगिकों में एक सकारात्मक ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है जहां यह अधिक विद्युतीय गैर-धातु तत्वों से बंधा होता है, और नकारात्मक डिग्रीऑक्सीकरण - धातुओं के साथ यौगिकों में।

चावल। 2. आवर्त प्रणाली में हाइड्रोजन की स्थिति।

हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक होते हैं, जिनमें से प्रत्येक का अपना नाम होता है: प्रोटियम, ड्यूटेरियम, ट्रिटियम। पृथ्वी पर उत्तरार्द्ध की मात्रा नगण्य है।

हाइड्रोजन के रासायनिक गुण

एक साधारण पदार्थ एच 2 में, परमाणुओं के बीच का बंधन मजबूत होता है (बाध्यकारी ऊर्जा 436 kJ / mol है), इसलिए आणविक हाइड्रोजन की गतिविधि कम है। सामान्य परिस्थितियों में, यह केवल बहुत सक्रिय धातुओं के साथ बातचीत करता है, और एकमात्र गैर-धातु जिसके साथ हाइड्रोजन प्रतिक्रिया करता है वह फ्लोरीन है:

एफ 2 + एच 2 \u003d 2HF (हाइड्रोजन फ्लोराइड)

हाइड्रोजन अन्य सरल (धातुओं और गैर-धातुओं) और जटिल (ऑक्साइड, अनिश्चित कार्बनिक यौगिकों) पदार्थों के साथ या तो विकिरण और तापमान में वृद्धि, या उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करता है।

एक महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी की रिहाई के साथ हाइड्रोजन ऑक्सीजन में जलता है:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का मिश्रण (हाइड्रोजन की 2 मात्रा और ऑक्सीजन की 1 मात्रा) प्रज्वलित होने पर हिंसक रूप से फट जाता है और इसलिए इसे विस्फोट करने वाली गैस कहा जाता है। हाइड्रोजन के साथ काम करते समय, सुरक्षा नियमों का पालन किया जाना चाहिए।

चावल। 3. विस्फोटक गैस।

उत्प्रेरक की उपस्थिति में, गैस नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया कर सकती है:

3एच 2 + एन 2 \u003d 2एनएच 3

- ऊंचे तापमान और दबाव पर इस प्रतिक्रिया से उद्योग में अमोनिया प्राप्त होता है।

उच्च तापमान पर, हाइड्रोजन सल्फर, सेलेनियम और टेल्यूरियम के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम होता है। और जब क्षारीय के साथ बातचीत करते हैं और क्षारीय पृथ्वी धातुहाइड्राइड बनते हैं: 4.3। प्राप्त कुल रेटिंग: 186।

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 कई जटिल यौगिकों का एक घटक, एक जीवजन्य और बायोजेनिक तत्व भी है। 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, लवॉज़ियर ने सुझाव दिया कि अध्ययन के तहत गैस थी एक साधारण पदार्थऔर, तदनुसार, प्राथमिक रासायनिक तत्वों की संख्या को संदर्भित करता है। उन्होंने इसे हाइड्रोजन कहा (ग्रीक शब्द हाइडोर से - 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 इसका द्रव्यमान तुलना की मुख्य इकाई के रूप में लिया गया था। परमाणु द्रव्यमान, 1 के बराबर मान प्राप्त करना।

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, के साथ ऊंचा दबावऔर तापमान:

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, अलग-अलग कार्बनिक यौगिक: HCHO, CH₃OH, आदि। असंतृप्त हाइड्रोकार्बन प्रतिक्रिया के दौरान संतृप्त हो 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 हाइड्रोजन बांड बनाते हैं, जो कई अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं।

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 एसिडऔर जस्ता। 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।

सामान्य योजना "हाइड्रोजन"

मैं. हाइड्रोजन एक रासायनिक तत्व है

ए) आरईएसपी में स्थिति

• क्रमांक 1
• अवधि 1
• समूह I (मुख्य उपसमूह "ए")
• सापेक्ष द्रव्यमानअर (Н) = 1
• लैटिन नाम हाइड्रोजेनियम (पानी को जन्म देना)

b) प्रकृति में हाइड्रोजन की व्यापकता

हाइड्रोजन एक रासायनिक तत्व है।	पृथ्वी की पपड़ी में(स्थलमंडल और जलमंडल) - वजन से 1% (सभी तत्वों में 10वां स्थान)
	वायुमंडल - परमाणुओं की संख्या से 0.0001%
	ब्रह्मांड में सबसे आम तत्व – सभी परमाणुओं का 92% (मुख्य अवयवतारे और तारे के बीच का गैस)

हाइड्रोजन - रासायनिक तत्व	कनेक्शन में	एच 2 ओ - पानी(वजन के हिसाब से 11%)
		सीएच 4 - मीथेन गैस(वजन के हिसाब से 25%)
		कार्बनिक पदार्थ(तेल, ज्वलनशील प्राकृतिक गैसें और अन्य) जानवरों और पौधों के जीवों में(अर्थात प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, वसा, कार्बोहाइड्रेट और अन्य की संरचना में) मानव शरीर मेंऔसतन लगभग 7 किलोग्राम हाइड्रोजन होता है।

ग) यौगिकों में हाइड्रोजन संयोजकता

द्वितीय. हाइड्रोजन एक साधारण पदार्थ है (H2)

रसीद

1. प्रयोगशाला (किप उपकरण) ए) एसिड के साथ धातुओं की बातचीत: Zn+ 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 नमक बी) बातचीत सक्रिय धातुपानी के साथ: 2ना + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 आधार

2. उद्योग · जल इलेक्ट्रोलिसिस ईमेल वर्तमान 2एच 2 ओ \u003d 2एच 2 + ओ 2 · प्राकृतिक गैस से टी, निस सीएच 4 + 2 एच 2 ओ \u003d 4 एच 2 + सीओ 2

प्रकृति में हाइड्रोजन ढूँढना।

हाइड्रोजन प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित है, पृथ्वी की पपड़ी (लिथोस्फीयर और हाइड्रोस्फीयर) में इसकी सामग्री द्रव्यमान से 1% और परमाणुओं की संख्या से 16% है। हाइड्रोजन पृथ्वी पर सबसे आम पदार्थ का हिस्सा है - पानी (द्रव्यमान द्वारा 11.19% हाइड्रोजन), उन यौगिकों में जो कोयला, तेल, प्राकृतिक गैस, मिट्टी, साथ ही साथ जानवरों और पौधों के जीवों (अर्थात, की संरचना में) प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, वसा, कार्बोहाइड्रेट, आदि)। मुक्त अवस्था में हाइड्रोजन अत्यंत दुर्लभ है, यह ज्वालामुखी और अन्य प्राकृतिक गैसों में कम मात्रा में पाई जाती है। वायुमंडल में नगण्य मात्रा में मुक्त हाइड्रोजन (परमाणुओं की संख्या से 0.0001%) मौजूद हैं। निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष में, हाइड्रोजन प्रोटॉन की एक धारा के रूप में पृथ्वी की आंतरिक ("प्रोटॉन") विकिरण बेल्ट बनाती है। अंतरिक्ष में हाइड्रोजन सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है। प्लाज्मा के रूप में, यह सूर्य और अधिकांश सितारों के द्रव्यमान का लगभग आधा हिस्सा बनाता है, अंतरतारकीय माध्यम और गैसीय नीहारिकाओं की गैसों का बड़ा हिस्सा। हाइड्रोजन कई ग्रहों के वातावरण में और धूमकेतु में मुक्त एच 2, मीथेन सीएच 4, अमोनिया एनएच 3, पानी एच 2 ओ और रेडिकल के रूप में मौजूद है। प्रोटॉन की एक धारा के रूप में, हाइड्रोजन सूर्य और ब्रह्मांडीय किरणों के कणिका विकिरण का हिस्सा है।

हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक होते हैं:
ए) प्रकाश हाइड्रोजन - प्रोटियम,
बी) भारी हाइड्रोजन - ड्यूटेरियम (डी),
ग) अत्यधिक भारी हाइड्रोजन - ट्रिटियम (टी)।

ट्रिटियम एक अस्थिर (रेडियोधर्मी) समस्थानिक है, इसलिए यह व्यावहारिक रूप से प्रकृति में नहीं होता है। ड्यूटेरियम स्थिर है, लेकिन यह बहुत छोटा है: 0.015% (सभी स्थलीय हाइड्रोजन के द्रव्यमान का)।

यौगिकों में हाइड्रोजन की संयोजकता

यौगिकों में, हाइड्रोजन संयोजकता प्रदर्शित करता हैमैं।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण

एक साधारण पदार्थ हाइड्रोजन (एच 2) एक गैस है, हवा से हल्का, रंगहीन, गंधहीन, स्वादहीन, टी किप \u003d - 253 0 सी, हाइड्रोजन पानी में अघुलनशील, दहनशील है। एक परखनली या पानी से हवा को विस्थापित करके हाइड्रोजन एकत्र किया जा सकता है। इस मामले में, ट्यूब को उल्टा कर दिया जाना चाहिए।

हाइड्रोजन प्राप्त करना

प्रयोगशाला में, हाइड्रोजन प्रतिक्रिया द्वारा निर्मित होता है

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2।

जिंक के स्थान पर आयरन, एल्युमिनियम और कुछ अन्य धातुओं का उपयोग किया जा सकता है और सल्फ्यूरिक एसिड के स्थान पर कुछ अन्य तनु अम्लों का उपयोग किया जा सकता है। परिणामी हाइड्रोजन को एक परखनली में पानी के विस्थापन की विधि द्वारा एकत्र किया जाता है (चित्र 10.2 बी देखें) या बस एक उल्टे फ्लास्क (चित्र। 10.2 ए) में।

उद्योग में, निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में 800 डिग्री सेल्सियस पर जल वाष्प के साथ बातचीत करके प्राकृतिक गैस (मुख्य रूप से मीथेन) से बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन प्राप्त किया जाता है:

सीएच 4 + 2 एच 2 ओ \u003d 4 एच 2 + सीओ 2 (टी, नी)

या जल वाष्प कोयले के साथ उच्च तापमान पर इलाज किया जाता है:

2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2। (टी)

शुद्ध हाइड्रोजन पानी को अपघटित करके प्राप्त किया जाता है विद्युत का झटका(इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन):

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (इलेक्ट्रोलिसिस)।