Ջրածինը հայտնաբերվել է 18-րդ դարի երկրորդ կեսին ֆիզիկայի և քիմիայի բնագավառում անգլիացի գիտնական Գ.Քավենդիշի կողմից։ Նրան հաջողվել է մաքուր վիճակում մեկուսացնել մի նյութ, սկսել է ուսումնասիրել այն և նկարագրել դրա հատկությունները։

Այսպիսին է ջրածնի հայտնաբերման պատմությունը։ Փորձերի ընթացքում հետազոտողը պարզել է, որ դա այրվող գազ է, որի այրումը օդում ջուր է տալիս։ Սա հանգեցրեց ջրի որակական բաղադրության որոշմանը։

Ինչ է ջրածինը

Ջրածինը, որպես պարզ նյութ, առաջին անգամ հայտարարվել է ֆրանսիացի քիմիկոս Ա. Լավուազեի կողմից 1784 թվականին, քանի որ նա որոշել է, որ դրա մոլեկուլը պարունակում է նույն տեսակի ատոմներ։

Քիմիական տարրի անունը լատիներեն հնչում է որպես hydrogenium (կարդացեք «hydrogenium»), որը նշանակում է «ջուր ծնել»։ Անունը վերաբերում է այրման ռեակցիային, որն առաջացնում է ջուր:

Ջրածնի բնութագրումը

Ջրածնի անվանումը Ն. Մենդելեևը նշանակեց այս քիմիական տարրին առաջին սերիական համարը՝ այն տեղադրելով առաջին խմբի և առաջին շրջանի հիմնական ենթախմբում և պայմանականորեն՝ յոթերորդ խմբի հիմնական ենթախմբում:

Ջրածնի ատոմային զանգվածը (ատոմային զանգվածը) 1,00797 է։ H 2-ի մոլեկուլային զանգվածը 2 ա է: ե.Մոլային զանգվածը թվայինորեն հավասար է դրան։

Այն ներկայացված է հատուկ անունով երեք իզոտոպներով՝ ամենատարածված պրոտիում (H), ծանր դեյտերիում (D) և ռադիոակտիվ տրիտիում (T):

Դա առաջին տարրն է, որը կարելի է ամբողջությամբ բաժանել իզոտոպների։ պարզ ձևով. Այն հիմնված է իզոտոպների զանգվածային մեծ տարբերության վրա։ Գործընթացն առաջին անգամ իրականացվել է 1933թ. Դա բացատրվում է նրանով, որ միայն 1932 թվականին է հայտնաբերվել 2 զանգվածով իզոտոպ։

Ֆիզիկական հատկություններ

Սովորական պայմաններում երկատոմ մոլեկուլների տեսքով ջրածին պարզ նյութը գազ է, առանց գույնի, որը չունի համ և հոտ։ Մի փոքր լուծելի է ջրի և այլ լուծիչների մեջ:

Բյուրեղացման ջերմաստիճանը` 259,2 o C, եռման ջերմաստիճանը` 252,8 o C:Ջրածնի մոլեկուլների տրամագիծն այնքան փոքր է, որ դրանք դանդաղորեն ցրվելու հատկություն ունեն մի շարք նյութերի (ռետինե, ապակի, մետաղներ) միջով։ Այս հատկությունն օգտագործվում է այն դեպքում, երբ պահանջվում է մաքրել ջրածինը գազային կեղտերից: Ժամը n. y. ջրածինը ունի 0,09 կգ/մ3 խտություն։

Հնարավո՞ր է ջրածինը վերածել մետաղի անալոգիայով առաջին խմբի տարրերի հետ: Գիտնականները պարզել են, որ ջրածինը, այն պայմաններում, երբ ճնշումը մոտենում է 2 միլիոն մթնոլորտի, սկսում է ներծծել ինֆրակարմիր ճառագայթները, ինչը վկայում է նյութի մոլեկուլների բևեռացման մասին։ Հավանաբար, նույնիսկ ավելի բարձր ճնշման դեպքում ջրածինը կդառնա մետաղ:

Դա հետաքրքիր է:Կա ենթադրություն, որ հսկա մոլորակների վրա՝ Յուպիտերի և Սատուրնի վրա, ջրածինը մետաղի տեսքով է։ Ենթադրվում է, որ մետաղական պինդ ջրածինը առկա է նաև երկրի միջուկի բաղադրության մեջ՝ երկրագնդի թիկնոցի կողմից ստեղծված գերբարձր ճնշման պատճառով։

Քիմիական հատկություններ

AT քիմիական փոխազդեցությունինչպես պարզ, այնպես էլ բարդ նյութերը մտնում են ջրածնի հետ: Բայց անհրաժեշտ է բարձրացնել ջրածնի ցածր ակտիվությունը՝ ստեղծելով համապատասխան պայմաններ՝ բարձրացնելով ջերմաստիճանը, օգտագործելով կատալիզատորներ և այլն։

Տաքացնելիս պարզ նյութերը, ինչպիսիք են թթվածինը (O 2), քլորը (Cl 2), ազոտը (N 2), ծծումբը (S) փոխազդում են ջրածնի հետ։

Եթե ​​օդում գազի խողովակի վերջում վառեք մաքուր ջրածինը, այն կվառվի հավասարաչափ, բայց հազիվ նկատելի: Եթե, այնուամենայնիվ, գազի ելքի խողովակը տեղադրվի մաքուր թթվածնի մթնոլորտում, ապա այրումը կշարունակվի անոթի պատերին ջրի կաթիլների առաջացմամբ՝ ռեակցիայի արդյունքում.

Ջրի այրումը ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ։ Սա էկզոթերմիկ միացությունների ռեակցիա է, որի ժամանակ ջրածինը օքսիդացվում է թթվածնով և ձևավորում է H 2 O օքսիդ:

Նմանապես, Cl 2-ի հետ ռեակցիան տեղի է ունենում ջրածնի քլորիդի ձևավորմամբ:

Ջրածնի հետ ազոտի փոխազդեցությունը պահանջում է բարձր ջերմաստիճան և բարձր ճնշում, ինչպես նաև կատալիզատորի առկայություն։ Արդյունքը ամոնիակ է:

Ծծմբի հետ ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ջրածնի սուլֆիդ, որի ճանաչումը հեշտացնում է փտած ձվերին բնորոշ հոտը։

Այս ռեակցիաներում ջրածնի օքսիդացման աստիճանը +1 է, իսկ ստորև նկարագրված հիդրիդներում՝ 1։

Որոշ մետաղների հետ փոխազդելիս առաջանում են հիդրիդներ, օրինակ՝ նատրիումի հիդրիդ՝ NaH։ Այս բարդ միացություններից որոշները օգտագործվում են որպես հրթիռների վառելիք, ինչպես նաև միաձուլման էներգիայի մեջ:

Ջրածինը նույնպես փոխազդում է բարդ կատեգորիայի նյութերի հետ։ Օրինակ՝ պղնձի (II) օքսիդով CuO բանաձևով։ Ռեակցիան իրականացնելու համար պղնձի ջրածինը անցնում է տաքացվող փոշիացված պղնձի (II) օքսիդի վրայով։ Փոխազդեցության ընթացքում ռեագենտը փոխում է իր գույնը և դառնում կարմիր-շագանակագույն, իսկ ջրի կաթիլները նստում են փորձանոթի սառը պատերին։

Ռեակցիայի ընթացքում ջրածինը օքսիդացվում է՝ առաջացնելով ջուր, իսկ պղինձը օքսիդից վերածվում է պարզ նյութի (Cu)։

Օգտագործման ոլորտները

Ջրածինը ունի մեծ նշանակությունմարդկանց համար և կիրառություն է գտնում տարբեր ոլորտներում.

1. AT քիմիական արտադրություն- սա հումք է, մյուս ճյուղերում՝ վառելիք։ Մի արեք առանց ջրածնի և նավթաքիմիայի և նավթավերամշակման ձեռնարկությունների։
2. Էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության մեջ այս պարզ նյութը գործում է որպես սառեցնող նյութ:
3. Սև և գունավոր մետալուրգիայում ջրածինը վերականգնող նյութի դեր է կատարում։
4. Այս օգնությամբ ապրանքները փաթեթավորելիս ստեղծվում է իներտ միջավայր։
5. Դեղագործական արդյունաբերությունը օգտագործում է ջրածինը որպես ռեագենտ ջրածնի պերօքսիդի արտադրության մեջ։
6. Օդերեւութաբանական զոնդերը լցված են այս թեթեւ գազով։
7. Այս տարրը հայտնի է նաև որպես հրթիռային շարժիչների վառելիքի նվազեցնող նյութ:

Գիտնականները միաձայն կանխատեսում են, որ ջրածնային վառելիքը կլինի առաջատարը էներգետիկ ոլորտում։

Անդորրագիր արդյունաբերության մեջ

Արդյունաբերության մեջ ջրածինը արտադրվում է էլեկտրոլիզի միջոցով, որը ենթարկվում է ջրի մեջ լուծված ալկալային մետաղների քլորիդներին կամ հիդրօքսիդներին։ Այս եղանակով հնարավոր է նաև ջրածին ստանալ անմիջապես ջրից։

Այդ նպատակով օգտագործվում է կոքսի կամ մեթանի գոլորշու փոխակերպումը։ Բարձր ջերմաստիճանում մեթանի տարրալուծման արդյունքում առաջանում է նաև ջրածին։ Օգտագործվում է նաև կոքսային վառարանի գազի հեղուկացումը կոտորակային մեթոդով արդյունաբերական արտադրությունջրածինը։

Ստանալը լաբորատորիայում

Լաբորատորիայում ջրածնի արտադրության համար օգտագործվում է Kipp ապարատ:

Հիդրոքլորային կամ ծծմբաթթուն և ցինկը գործում են որպես ռեակտիվներ: Ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ջրածին։

Բնության մեջ ջրածնի հայտնաբերում

Ջրածինը տիեզերքի ամենատարածված տարրն է: Աստղերի հիմնական մասը, ներառյալ Արևը և այլն տիեզերական մարմիններկազմում է ջրածինը:

AT երկրի ընդերքըայն կազմում է ընդամենը 0,15%: Այն առկա է բազմաթիվ հանքանյութերում, բոլոր օրգանական նյութերում, ինչպես նաև մեր մոլորակի մակերեսի 3/4-ը ծածկող ջրում։

Մթնոլորտի վերին հատվածում կարելի է գտնել մաքուր ջրածնի հետքեր։ Այն հանդիպում է նաև մի շարք այրվող բնական գազերում։

Գազային ջրածինը ամենաբարակն է, իսկ հեղուկ ջրածինը մեր մոլորակի ամենախիտ նյութն է։ Ջրածնի օգնությամբ դուք կարող եք փոխել ձայնի տեմբրը, եթե այն ներշնչեք, և արտաշնչելիս խոսեք։

Ամենահզորների գործողության հիմքում ջրածնային ռումբկայանում է նրանում, որ պառակտում է ամենաթեթև ատոմը:

Պարբերական համակարգում ջրածինը գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք բացարձակապես հակադիր են իրենց հատկություններով։ Այս հատկությունը դարձնում է այն ամբողջովին եզակի: Ջրածինը ոչ միայն տարր կամ նյութ է, այլ նաև ա անբաժանելի մասն էշատ բարդ միացություններ, օրգանոգեն և կենսագեն տարրեր: Հետևաբար, մենք ավելի մանրամասն ենք համարում դրա հատկությունները և բնութագրերը:

Մետաղների և թթուների փոխազդեցության ժամանակ այրվող գազի արտազատումը նկատվել է դեռևս 16-րդ դարում, այսինքն՝ քիմիայի՝ որպես գիտության ձևավորման ժամանակ։ Հայտնի անգլիացի գիտնական Հենրի Քավենդիշը 1766 թվականից սկսած ուսումնասիրել է նյութը և տվել այն «այրվող օդ» անվանումը։ Այրվելիս այս գազը ջուր էր արտադրում: Ցավոք, գիտնականի հավատարմությունը ֆլոգիստոնի տեսությանը (հիպոթետիկ «հիպեր նուրբ նյութ») խանգարեց նրան գալ ճիշտ եզրակացություններ.

Ֆրանսիացի քիմիկոս և բնագետ Ա.Լավուազեն ինժեներ Ժ.Մյունյեի հետ և հատուկ գազաչափերի օգնությամբ 1783 թվականին իրականացրել է ջրի սինթեզը, այնուհետև դրա վերլուծությունը՝ շիկացած երկաթով ջրային գոլորշի քայքայելով։ Այսպիսով, գիտնականները կարողացել են ճիշտ եզրակացությունների գալ։ Նրանք պարզել են, որ «այրվող օդը» ոչ միայն ջրի մի մասն է, այլեւ կարելի է դրանից ստանալ։

1787 թվականին Լավուազյեն առաջարկեց, որ ուսումնասիրվող գազը պարզ նյութ է և, համապատասխանաբար, առաջնայիններից մեկն է. քիմիական տարրեր. Նա այն անվանեց ջրածին (ից Հունարեն բառեր hydor - ջուր + gennao - ծնում եմ), այսինքն, «ջուր ծնել»:

Ռուսերեն «ջրածին» անվանումն առաջարկվել է 1824 թվականին քիմիկոս Մ.Սոլովյովի կողմից։ Ջրի բաղադրության որոշումը նշանավորեց «ֆլոգիստոնի տեսության» ավարտը։ 18-19-րդ դարերի սկզբին պարզվեց, որ ջրածնի ատոմը շատ թեթև է (համեմատած այլ տարրերի ատոմների հետ) և նրա զանգվածը վերցվել է որպես ատոմային զանգվածների համեմատման հիմնական միավոր՝ ստանալով 1-ի արժեք։

Ֆիզիկական հատկություններ

Ջրածինը գիտությանը հայտնի բոլոր նյութերից ամենաթեթևն է (այն 14,4 անգամ ավելի թեթև է օդից), նրա խտությունը 0,0899 գ/լ է (1 ատմ, 0 °C)։ Այս նյութը հալվում է (պնդանում) և եռում (հեղուկանում) համապատասխանաբար -259,1 ° C և -252,8 ° C (միայն հելիումն ունի ավելի ցածր եռման և հալման t °):

Ջրածնի կրիտիկական ջերմաստիճանը չափազանց ցածր է (-240 °C): Այդ իսկ պատճառով դրա հեղուկացումը բավականին բարդ և ծախսատար գործընթաց է։ Նյութի կրիտիկական ճնշումը 12,8 կգ/սմ² է, իսկ կրիտիկական խտությունը՝ 0,0312 գ/սմ³։ Բոլոր գազերի մեջ ջրածինը ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը 1 ատմ և 0 ° C ջերմաստիճանում այն ​​հավասար է 0,174 Վտ / (mxK):

Նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը նույն պայմաններում կազմում է 14,208 կՋ / (kgxK) կամ 3,394 կկալ / (gh ° C): Այս տարրը փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ (մոտ 0,0182 մլ/գ 1 ատմ և 20 ° C ջերմաստիճանում), բայց լավ է մետաղների մեծ մասում (Ni, Pt, Pa և այլն), հատկապես պալադիումում (մոտ 850 ծավալ Pd-ի մեկ ծավալի համար): .

Վերջին հատկությունը կապված է նրա ցրվելու ունակության հետ, մինչդեռ ածխածնի համաձուլվածքի միջոցով (օրինակ՝ պողպատ) դիֆուզիան կարող է ուղեկցվել համաձուլվածքի քայքայմամբ՝ ջրածնի և ածխածնի փոխազդեցության պատճառով (այս գործընթացը կոչվում է ածխաթթվացում)։ Հեղուկ վիճակում նյութը շատ թեթև է (խտությունը՝ 0,0708 գ/սմ³ t ° \u003d -253 ° C-ում) և հեղուկ (մածուցիկությունը՝ 13,8 աստիճան նույն պայմաններում):

Շատ միացություններում այս տարրը ցուցադրում է +1 վալենտություն (օքսիդացման վիճակ), որը նման է նատրիումին և այլ ալկալային մետաղներին: Այն սովորաբար համարվում է այս մետաղների անալոգը: Ըստ այդմ, նա գլխավորում է Մենդելեևի համակարգի I խումբը։ Մետաղների հիդրիդներում ջրածնի իոնն արտահայտում է բացասական լիցք (օքսիդացման աստիճանը -1 է), այսինքն՝ Na + H- ունի կառուցվածք, որը նման է Na + Cl- քլորիդին։ Այս և որոշ այլ փաստերի համաձայն («H» տարրի ֆիզիկական հատկությունների և հալոգենների մոտ լինելը, օրգանական միացություններում այն ​​հալոգեններով փոխարինելու ունակությունը), ջրածինը վերագրվում է Մենդելեևի համակարգի VII խմբին։

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինը ցածր ակտիվություն ունի՝ ուղղակիորեն զուգակցվելով միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի և քլորի հետ, վերջինիս հետ՝ լույսի ներքո)։ Իր հերթին, երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ քիմիական տարրերի հետ։

Ատոմային ջրածինը ունի բարձր քիմիական ակտիվություն (մոլեկուլային ջրածնի համեմատ): Թթվածնով այն ձևավորում է ջուր ըստ բանաձևի.

Н2 + ½О2 = Н2О,

արձակելով 285,937 կՋ/մոլ ջերմություն կամ 68,3174 կկալ/մոլ (25°C, 1 ատմ): Նորմալ ջերմաստիճանի պայմաններում ռեակցիան ընթանում է բավականին դանդաղ, իսկ t ° >= 550 ° С-ում այն ​​անվերահսկելի է: Ջրածին + թթվածին խառնուրդի ծավալային պայթուցիկ սահմանները կազմում են 4–94% H2, իսկ ջրածին + օդի խառնուրդները՝ 4–74% H2 (երկու ծավալ H2 և մեկ ծավալ O2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ)։

Այս տարրը օգտագործվում է մետաղների մեծ մասը նվազեցնելու համար, քանի որ այն թթվածին է վերցնում օքսիդներից.

Fe₃O4 + 4H2 = 3Fe + 4Н2О,

CuO + H2 = Cu + H2O և այլն:

Տարբեր հալոգեններով ջրածինը ձևավորում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H2 + Cl2 = 2HCl:

Այնուամենայնիվ, ֆտորի հետ արձագանքելիս ջրածինը պայթում է (դա տեղի է ունենում նաև մթության մեջ, -252 ° C-ում), արձագանքում է բրոմի և քլորի հետ միայն տաքացնելիս կամ լուսավորվելիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացնելիս: Ազոտի հետ փոխազդեցության ժամանակ ամոնիակ է ձևավորվում, բայց միայն կատալիզատորի վրա, բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում.

ZN2 + N2 = 2NH3:

Երբ ջեռուցվում է, ջրածինը ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ.

H2 + S = H2S (ջրածնի սուլֆիդ),

և շատ ավելի դժվար՝ թելուրիումի կամ սելենի հետ: Ջրածինը փոխազդում է մաքուր ածխածնի հետ առանց կատալիզատորի, բայց բարձր ջերմաստիճաններում.

2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան):

Այս նյութը ուղղակիորեն փոխազդում է որոշ մետաղների հետ (ալկալիներ, ալկալային հող և այլն)՝ առաջացնելով հիդրիդներ, օրինակ.

Н2 + 2Li = 2LiH:

Ոչ փոքր գործնական նշանակություն ունեն ջրածնի և ածխածնի օքսիդի (II) փոխազդեցությունները։ Այս դեպքում կախված ճնշումից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորից առաջանում են տարբեր օրգանական միացություններ՝ HCHO, CH3OH և այլն, չհագեցած ածխաջրածինները ռեակցիայի ընթացքում վերածվում են հագեցածների, օրինակ.

С n Н2 n + Н2 = С n Н2 n ₊2.

Ջրածինը և նրա միացությունները բացառիկ դեր են խաղում քիմիայի մեջ։ Դա պայմանավորում է թթվային հատկություններայսպես կոչված. պրոտիկ թթուներ, հակված է ջրածնային կապ ստեղծելու տարբեր տարրերի հետ, ինչը էական ազդեցություն ունի բազմաթիվ անօրգանական և օրգանական միացություններ.

Ջրածնի ստացում

համար հումքի հիմնական տեսակները արդյունաբերական արտադրությունԱյս տարրից են նավթավերամշակման գազերը, բնական այրվող և կոքսային վառարանի գազերը: Ջրից ստացվում է նաև էլեկտրոլիզի միջոցով (մատչելի էլեկտրաէներգիա ունեցող վայրերում)։ Մեկը էական մեթոդներԲնական գազից նյութի արտադրությունը համարվում է ածխաջրածինների, հիմնականում մեթանի կատալիտիկ փոխազդեցությունը ջրային գոլորշու հետ (այսպես կոչված՝ փոխակերպում)։ Օրինակ:

CH4 + H2O = CO + ZH2:

Ածխաջրածինների թերի օքսիդացում թթվածնով.

CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2:

Սինթեզված ածխածնի երկօքսիդը (II) ենթարկվում է փոխակերպման.

CO + H2O = CO2 + H2:

Բնական գազից ստացված ջրածինը ամենաէժանն է։

Ջրի էլեկտրոլիզի համար օգտագործվում է ուղղակի հոսանք, որն անցնում է NaOH կամ KOH լուծույթով (սարքավորումների կոռոզիայից խուսափելու համար թթուներ չեն օգտագործվում): Լաբորատոր պայմաններում նյութը ստացվում է ջրի էլեկտրոլիզով կամ փոխազդեցության արդյունքում աղաթթուօհ և ցինկ: Այնուամենայնիվ, ավելի հաճախ օգտագործվում է պատրաստի գործարանային նյութը բալոններում:

Նավթի վերամշակման և կոքսի վառարանի գազերից այս տարրը մեկուսացված է մնացած բոլոր բաղադրիչները հեռացնելով գազի խառնուրդ, քանի որ դրանք ավելի հեշտությամբ հեղուկանում են, երբ խորը սառչում են։

Արդյունաբերական առումով այս նյութը սկսեցին նորից ձեռք բերել վերջ XVIIIդարում։ Հետո այն օգտագործվել է փուչիկներ լցնելու համար։ Ներկա պահին ջրածինը լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, հիմնականում քիմիական արդյունաբերության մեջ, ամոնիակի արտադրության համար։

Նյութի զանգվածային սպառողները մեթիլ և այլ սպիրտներ, սինթետիկ բենզին և շատ այլ ապրանքներ արտադրողներն են։ Ստացվում են ածխածնի մոնօքսիդից (II) և ջրածնից սինթեզով։ Ջրածինը օգտագործվում է ծանր և պինդ հեղուկ վառելիքների, ճարպերի և այլնի հիդրոգենացման, HCl-ի սինթեզի, նավթամթերքների հիդրոմշակման, ինչպես նաև մետաղների կտրման/եռակցման համար: Էական տարրերմիջուկային էներգիայի համար նրա իզոտոպներն են՝ տրիտումը և դեյտերիումը:

Ջրածնի կենսաբանական դերը

Այս տարրի վրա է ընկնում կենդանի օրգանիզմների զանգվածի մոտ 10%-ը (միջինում)։ Այն ջրի մի մասն է և բնական միացությունների ամենակարևոր խմբերը, ներառյալ սպիտակուցները, նուկլեինաթթուները, լիպիդները, ածխաջրերը: Ինչի՞ն է դա ծառայում:

Այս նյութը խաղում է որոշիչ դերսպիտակուցների տարածական կառուցվածքը պահպանելիս (չորրորդական), կոմպլեմենտարության սկզբունքի իրականացման ժամանակ. նուկլեինաթթուներ(այսինքն՝ գենետիկական տեղեկատվության ներդրման և պահպանման գործում), ընդհանրապես՝ մոլեկուլային մակարդակում «ճանաչման» մեջ։

Ջրածնի H+ իոնը մասնակցում է օրգանիզմում տեղի ունեցող կարևոր դինամիկ ռեակցիաներին/գործընթացներին։ Ներառյալ՝ մեջ կենսաբանական օքսիդացում, որն ապահովում է կենդանի բջիջներին էներգիա՝ կենսասինթեզի ռեակցիաների, բույսերի ֆոտոսինթեզի, բակտերիաների ֆոտոսինթեզի և ազոտի ֆիքսման, թթու-բազային հավասարակշռության և հոմեոստազի պահպանման, թաղանթային փոխադրման գործընթացներում։ Ածխածնի և թթվածնի հետ միասին կազմում է կյանքի երևույթների գործառական և կառուցվածքային հիմքը։

Դասախոսություն 29

Ջրածին. Ջուր

Դասախոսության պլան.

Ջուր. Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններ

Ջրածնի և ջրի դերը բնության մեջ

Ջրածինը որպես քիմիական տարր

Ջրածինը միակ տարրն է պարբերական համակարգ D. I. Մենդելեևը, որի գտնվելու վայրը միանշանակ չէ: Նրան քիմիական նշանՊարբերական աղյուսակում գրանցվում է երկու անգամ՝ և՛ IA, և՛ VIIA խմբերում: Սա բացատրվում է նրանով, որ ջրածինը ունի մի շարք հատկություններ, որոնք այն միավորում են ինչպես ալկալային մետաղների, այնպես էլ հալոգենների հետ (Աղյուսակ 14):

Աղյուսակ 14

Ջրածնի հատկությունների համեմատությունը ալկալային մետաղների և հալոգենների հատկությունների հետ

Նմանություն ալկալային մետաղների հետ	Հալոգենների նմանությունը
Արտաքին էներգիայի մակարդակում ջրածնի ատոմները պարունակում են մեկ էլեկտրոն։ Ջրածինը պատկանում է s-տարրերին	Արտաքին և միակ մակարդակը ավարտելու համար ջրածնի ատոմները, ինչպես հալոգենի ատոմները, չունեն մեկ էլեկտրոն
Ջրածինը ցուցադրում է նվազեցնող հատկություն: Օքսիդացման արդյունքում ջրածինը իր միացություններում ստանում է ամենատարածված օքսիդացման աստիճանը +1	Ջրածինը, ինչպես հալոգենները, ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետ միացություններում ունի -1 օքսիդացման աստիճան, ինչը հաստատում է դրա օքսիդացնող հատկություններ.
Ենթադրվում է, որ տարածության մեջ պինդ ջրածնի առկայությունը մետաղական բյուրեղային ցանցով։	Ինչպես ֆտորը և քլորը, ջրածինը գազ է նորմալ պայմաններում: Նրա մոլեկուլները, ինչպես հալոգենների մոլեկուլները, երկատոմ են և ձևավորվում են կովալենտային ոչ բևեռային կապով։

Բնության մեջ ջրածինը գոյություն ունի 1, 2 և 3 զանգվածային թվերով երեք իզոտոպների տեսքով՝ պրոտիում 1 1 H, դեյտերիում 2 1 D և տրիտում 3 1 Տ։ Առաջին երկուսը կայուն իզոտոպներ են, իսկ երրորդը՝ ռադիոակտիվ։ Իզոտոպների բնական խառնուրդում գերակշռում է պրոտիումը։ H:D:T իզոտոպների քանակական հարաբերությունները 1 են: 1.46 10 -5: 4.00 10 -15:

Ջրածնի իզոտոպների միացությունները իրենց հատկություններով տարբերվում են միմյանցից։ Այսպիսով, օրինակ, թեթև պրոտիումային ջրի (H 2 O) եռման և սառեցման կետերը համապատասխանաբար հավասար են - 100 o C և 0 o C, իսկ դեյտերիում (D 2 O) - 101,4 o C և 3,8 o C: Թեթև ջրի մասնակցությամբ ռեակցիայի արագությունը ավելի բարձր է, քան ծանր ջուրը։

Ջրածինը Տիեզերքի ամենատարածված տարրն է. այն կազմում է Տիեզերքի զանգվածի մոտ 75%-ը կամ նրա բոլոր ատոմների ավելի քան 90%-ը: Ջրածինը ջրի մի մասն է Երկրի նրա ամենակարևոր երկրաբանական շերտում՝ հիդրոսֆերայում:

Ջրածինը ածխածնի հետ միասին կազմում է բոլոր օրգանական նյութերը, այսինքն՝ այն Երկրի կենդանի թաղանթի՝ կենսոլորտի մի մասն է։ Երկրի ընդերքում՝ լիթոսֆերայում, ջրածնի զանգվածային պարունակությունը կազմում է ընդամենը 0,88%, այսինքն՝ այն զբաղեցնում է 9-րդ տեղը բոլոր տարրերի մեջ։ Երկրի օդային թաղանթ - մթնոլորտը պարունակում է մոլեկուլային ջրածնին վերագրվող ընդհանուր ծավալի մեկ միլիոներորդ մասը: Այն հանդիպում է միայն վերին մթնոլորտում։

Ջրածնի ստացում և օգտագործում

Ջրածինը առաջին անգամ ստացվել է 16-րդ դարում միջնադարյան բժիշկ և ալքիմիկոս Պարասելսուսի կողմից, երբ երկաթե ափսեը ընկղմվել է մեջ։ ծծմբական թթու, իսկ 1766 թվականին անգլիացի քիմիկոս Հենրի Քավենդիշն ապացուցեց, որ ջրածինը ստացվում է ոչ միայն երկաթի և ծծմբաթթվի փոխազդեցությամբ, այլ նաև այլ մետաղների այլ թթուների հետ։ Քավենդիշը նաև առաջին անգամ նկարագրել է ջրածնի հատկությունները։

AT լաբորատորիա Ստացվում են ջրածնի պայմաններ.

1. Մետաղների փոխազդեցությունը թթվի հետ.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

AT Արդյունաբերություն Ջրածինը արտադրվում է հետևյալ կերպ.

1. Աղերի, թթուների և ալկալիների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզ:Ամենատարածված աղի լուծույթը հետևյալն է.

2NaCl + 2H 2 O →էլ. ընթացիկ H 2 + Cl 2 + NaOH

2. Ջրային գոլորշիների վերականգնում շիկացած կոքսով.

C + H 2 O → t CO + H 2

Ստացված ածխածնի օքսիդի և ջրածնի խառնուրդը կոչվում է ջրի գազ (սինթեզի գազ),և լայնորեն օգտագործվում է տարբեր քիմիական արտադրանքների (ամոնիակ, մեթանոլ և այլն) սինթեզի համար։ Ջրածինը ջրածնի գազից հանելու համար ածխածնի երկօքսիդջրի գոլորշիով տաքացնելիս վերածվում է ածխածնի երկօքսիդի.

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. Մեթանի ջեռուցումջրի գոլորշու և թթվածնի առկայության դեպքում. Այս մեթոդը ներկայումս հիմնականն է.

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

Ջրածինը լայնորեն օգտագործվում է հետևյալի համար.

1. ամոնիակի և ջրածնի քլորիդի արդյունաբերական սինթեզ.

2. մեթանոլի և սինթետիկ հեղուկ վառելիքի ստացումը որպես սինթեզի գազի մաս (2 ծավալ ջրածին և 1 ծավալ CO).

3. նավթային ֆրակցիաների հիդրոմշակում և հիդրոկրեկինգ;

4. հեղուկ ճարպերի հիդրոգենացում;

5. մետաղների կտրում և եռակցում;

6. դրանց օքսիդներից վոլֆրամի, մոլիբդենի և ռենիումի ստացում.

7. տիեզերական շարժիչները որպես վառելիք.

8. Ջերմամիջուկային ռեակտորները որպես վառելիք օգտագործում են ջրածնի իզոտոպներ։

Ֆիզիկական և Քիմիական հատկություններջրածինը

Ջրածինը անգույն, անհամ և հոտ գազ է։ Խտությունը n.o. 0,09 գ/լ (օդից 14 անգամ թեթեւ): Ջրածինը վատ է լուծվում ջրում (100 ծավալ ջրին ընդամենը 2 ծավալ գազ), բայց լավ ներծծվում է դ–մետաղներով՝ նիկել, պլատին, պալադիում (պալադիումի մեկ ծավալի մեջ լուծվում է մինչև 900 ծավալ ջրածին)։

Քիմիական ռեակցիաներում ջրածինը ցուցաբերում է ինչպես վերականգնող, այնպես էլ օքսիդացնող հատկություններ։ Ամենից հաճախ ջրածինը գործում է որպես վերականգնող նյութ։

1. Փոխազդեցություն ոչ մետաղների հետ. Ջրածինը ոչ մետաղների հետ ձևավորում է ցնդող ջրածնի միացություններ(տես դասախոսություն 25):

Հալոգեններովռեակցիայի արագությունը և հոսքի պայմանները փոխվում են ֆտորից յոդ. ջրածինը ֆտորի հետ արձագանքում է պայթյունով նույնիսկ մթության մեջ, քլորի հետ ռեակցիան ընթանում է բավականին հանգիստ՝ լույսի փոքր ազդեցության դեպքում, բրոմի և յոդի հետ ռեակցիաները շրջելի են և ընթանում են միայն տաքացնելիս.

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + I 2 → t 2HI

Թթվածնովիսկ ծծմբային ջրածինը փոխազդում է թեթև տաքացմամբ։ Թթվածնի և ջրածնի 1:2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

Ազոտի, ֆոսֆորի և ածխածնի հետռեակցիան տեղի է ունենում տաքացման ժամանակ բարձր արյան ճնշումև կատալիզատորի առկայության դեպքում: Ռեակցիաները շրջելի են.

3H 2 + N 2 → կատու, p, t2NH 3

2H 2 + 3P → cat., p, t3PH 3

H 2 + C → cat., p, t CH 4

2. Փոխազդեցություն բարդ նյութերի հետ.Բարձր ջերմաստիճաններում ջրածինը նվազեցնում է մետաղները դրանց օքսիդներից.

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. ժամը փոխազդեցություն ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետՋրածինը ցուցադրում է օքսիդացնող հատկություններ.

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. Փոխազդեցություն օրգանական նյութերի հետ.Ջրածինը ակտիվորեն փոխազդում է բազմաթիվ օրգանական նյութերի հետ, նման ռեակցիաները կոչվում են հիդրոգենացման ռեակցիաներ։ Նմանատիպ ռեակցիաները ավելի մանրամասն կքննարկվեն «Օրգանական քիմիա» ժողովածուի III մասում։

Տիեզերքի ամենաառատ տարրը ջրածինն է։ Աստղերի հարցում այն ​​ունի միջուկների ձև՝ պրոտոններ և հանդիսանում է ջերմամիջուկային գործընթացների նյութ։ Արեգակի զանգվածի գրեթե կեսը նույնպես բաղկացած է H 2 մոլեկուլներից։ Նրա պարունակությունը երկրակեղևում հասնում է 0,15%-ի, իսկ ատոմները առկա են նավթի, բնական գազի և ջրի բաղադրության մեջ։ Թթվածնի, ազոտի և ածխածնի հետ միասին այն օրգանածին տարր է, որը Երկրի վրա գտնվող բոլոր կենդանի օրգանիզմների մասն է: Մեր հոդվածում մենք կուսումնասիրենք ջրածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները, կորոշենք արդյունաբերության մեջ դրա կիրառման հիմնական ոլորտները և բնության մեջ դրա կարևորությունը:

Դիրքը Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում

Պարբերական աղյուսակը բացող առաջին տարրը ջրածինն է: Նրա ատոմային զանգվածը 1,0079 է։ Այն ունի երկու կայուն (պրոտիում և դեյտերիում) և մեկ ռադիոակտիվ իզոտոպ (տրիտում)։ Ֆիզիկական հատկություններորոշվում են քիմիական տարրերի աղյուսակում ոչ մետաղի տեղով: Նորմալ պայմաններում ջրածինը (նրա բանաձևն է՝ H 2) գազ է, որը գրեթե 15 անգամ ավելի թեթև է, քան օդը։ Տարրի ատոմի կառուցվածքը եզակի է՝ բաղկացած է միայն միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Նյութի մոլեկուլը երկատոմիկ է, դրա մեջ գտնվող մասնիկները միացված են կովալենտային ոչ բևեռային կապի միջոցով։ Նրա էներգիայի ինտենսիվությունը բավականին բարձր է՝ 431 կՋ։ Սա բացատրում է միացության ցածր քիմիական ակտիվությունը նորմալ պայմաններում։ Ջրածնի էլեկտրոնային բանաձևն է՝ H:H:

Նյութը ունի նաև մի շարք հատկություններ, որոնք նման չեն այլ ոչ մետաղների մեջ: Դիտարկենք դրանցից մի քանիսը:

Լուծելիություն և ջերմային հաղորդունակություն

Մետաղները լավագույնս փոխանցում են ջերմությունը, բայց ջրածինը մոտենում է նրանց ջերմային հաղորդունակության առումով։ Երևույթի բացատրությունը շատ բարձր արագության մեջ է ջերմային շարժումնյութի թեթև մոլեկուլները, հետևաբար, ջրածնի մթնոլորտում տաքացած առարկան 6 անգամ ավելի արագ է սառչում, քան օդում։ Միացությունը կարող է լավ լուծվել մետաղների մեջ, օրինակ՝ գրեթե 900 ծավալ ջրածին կարող է կլանվել մեկ ծավալով պալադիումով։ Մետաղները կարող են մտնել H 2-ի հետ քիմիական ռեակցիաների մեջ, որոնցում դրսևորվում են ջրածնի օքսիդացնող հատկությունները: Այս դեպքում հիդրիդները ձևավորվում են.

2Na + H 2 \u003d 2 NaH:

Այս ռեակցիայի ժամանակ տարրի ատոմներն ընդունում են էլեկտրոններ մետաղի մասնիկներից՝ վերածվելով միավոր բացասական լիցքով անիոնների։ Պարզ նյութ H 2 դյույմ այս դեպքըօքսիդացնող նյութ է, որը սովորաբար բնորոշ չէ դրան։

Ջրածինը որպես վերականգնող նյութ

Մետաղներն ու ջրածինը միավորում է ոչ միայն բարձր ջերմահաղորդականությունը, այլև դրանց ատոմների կարողությունը քիմիական գործընթացներնվիրաբերել իրենց սեփական էլեկտրոնները, այսինքն՝ օքսիդացնել: Օրինակ՝ հիմնական օքսիդները փոխազդում են ջրածնի հետ։ Redox ռեակցիան ավարտվում է մաքուր մետաղի արտազատմամբ և ջրի մոլեկուլների ձևավորմամբ.

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O:

Ջեռուցման ժամանակ նյութի փոխազդեցությունը թթվածնի հետ հանգեցնում է նաեւ ջրի մոլեկուլների արտադրությանը։ Գործընթացը էկզոթերմիկ է և ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմային էներգիայի արտազատմամբ։ Եթե ​​H 2 և O 2 գազային խառնուրդը արձագանքում է 2:1 հարաբերակցությամբ, ապա այն կոչվում է, քանի որ այն պայթում է, երբ բռնկվել է.

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

Ջուրը կարևոր դեր ունի և խաղում է Երկրի հիդրոսֆերայի, կլիմայի և եղանակի ձևավորման գործում: Այն ապահովում է տարրերի շրջանառությունը բնության մեջ, աջակցում է օրգանիզմների՝ մեր մոլորակի բնակիչների կենսագործունեության բոլոր գործընթացներին:

Փոխազդեցություն ոչ մետաղների հետ

Ջրածնի ամենակարևոր քիմիական հատկությունները նրա ռեակցիաներն են ոչ մետաղական տարրերի հետ։ Նորմալ պայմաններում դրանք բավականին քիմիապես իներտ են, ուստի նյութը կարող է արձագանքել միայն հալոգենների հետ, օրինակ՝ ֆտորի կամ քլորի հետ, որոնք ամենաակտիվն են բոլոր ոչ մետաղների մեջ։ Այսպիսով, ֆտորի և ջրածնի խառնուրդը պայթում է մթության կամ ցրտի մեջ, իսկ քլորի հետ՝ տաքացնելիս կամ լույսի ներքո: Ռեակցիայի արտադրանքները կլինեն ջրածնի հալոգենիդներ, որոնց ջրային լուծույթները հայտնի են որպես ֆտորիդ և քլորիդ թթուներ: C-ն փոխազդում է 450-500 աստիճան ջերմաստիճանում, 30-100 ՄՊա ճնշման և կատալիզատորի առկայության դեպքում.

N₂ + 3H2 ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH3:

Ջրածնի դիտարկված քիմիական հատկությունները մեծ նշանակություն ունեն արդյունաբերության համար։ Օրինակ, դուք կարող եք ձեռք բերել արժեքավոր քիմիական արտադրանք `ամոնիակ: Այն նիտրատաթթվի և ազոտական ​​պարարտանյութերի արտադրության հիմնական հումքն է՝ միզանյութ, ամոնիումի նիտրատ։

օրգանական նյութեր

Ածխածնի և ջրածնի միջև հանգեցնում է ամենապարզ ածխաջրածնի՝ մեթանի արտադրությանը.

C + 2H 2 = CH 4:

Նյութը բնական նյութի ամենակարևոր բաղադրիչն է և օգտագործվում է որպես վառելիքի և հումքի արժեքավոր տեսակ օրգանական սինթեզի արդյունաբերության համար:

Ածխածնի միացությունների քիմիայում տարրը ներառված է հսկայական քանակությամբ նյութերի մեջ՝ ալկաններ, ալկեններ, ածխաջրեր, սպիրտներ և այլն։ Հայտնի են օրգանական միացությունների բազմաթիվ ռեակցիաներ H 2 մոլեկուլներով։ Դրանք ընդհանուր առմամբ հայտնի են որպես հիդրոգենացում կամ հիդրոգենացում։ Այսպիսով, ալդեհիդները ջրածնով կարող են վերածվել սպիրտների, չհագեցած ածխաջրածինները՝ ալկանների։ Օրինակ, էթիլենը վերածվում է էթանի.

C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6:

Մեծ գործնական նշանակություն ունեն ջրածնի այնպիսի քիմիական հատկությունները, ինչպիսիք են, օրինակ, հեղուկ յուղերի՝ արևածաղկի, եգիպտացորենի և ռապևի սերմի ջրածացումը։ Այն հանգեցնում է պինդ ճարպի՝ խոզի ճարպի արտադրությանը, որն օգտագործվում է գլիցերինի, օճառի, ստեարինի, կոշտ մարգարինի արտադրության մեջ։ Արտաքին տեսքը և համը բարելավելու համար սննդամթերքԴրան ավելացվում են կաթ, կենդանական ճարպեր, շաքար, վիտամիններ։

Մեր հոդվածում մենք ուսումնասիրեցինք ջրածնի հատկությունները և պարզեցինք նրա դերը բնության և մարդու կյանքում:

Ջրածինը H-ն քիմիական տարր է, մեր Տիեզերքում ամենատարածվածներից մեկը: Ջրածնի զանգվածը որպես տարր նյութերի բաղադրության մեջ կազմում է այլ տեսակի ատոմների ընդհանուր պարունակության 75%-ը։ Այն ներառված է մոլորակի ամենակարևոր և կենսական կապի՝ ջրի մեջ։ Տարբերակիչ հատկանիշՋրածինը նաև այն փաստն է, որ այն առաջին տարրն է Դ.Ի.Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում։

Բացահայտում և հետախուզում

Ջրածնի մասին առաջին հիշատակումները Պարասելսուսի գրվածքներում թվագրվում են տասնվեցերորդ դարով։ Բայց դրա մեկուսացումը օդի գազային խառնուրդից և այրվող հատկությունների ուսումնասիրությունն արդեն իրականացվել է տասնյոթերորդ դարում գիտնական Լեմերիի կողմից: Ջրածինը մանրակրկիտ ուսումնասիրվել է անգլիացի քիմիկոսի, ֆիզիկոսի և բնագետի կողմից, ով փորձնականորեն ապացուցել է, որ ջրածնի զանգվածը ամենափոքրն է մյուս գազերի համեմատությամբ։ Գիտության զարգացման հետագա փուլերում նրա հետ աշխատել են բազմաթիվ գիտնականներ, մասնավորապես Լավուազեն, ով նրան անվանել է «ջուր ծնող»։

Բնութագիր՝ ըստ ԵԽԽՎ-ում զբաղեցրած պաշտոնի

Դ.Ի.Մենդելեևի պարբերական աղյուսակը բացող տարրը ջրածինն է։ Ատոմի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները ցույց են տալիս որոշակի երկակիություն, քանի որ ջրածինը միաժամանակ վերաբերում է առաջին խմբին, հիմնական ենթախմբին, եթե այն իրեն մետաղի պես է պահում և գործընթացում թողնում է մեկ էլեկտրոն։ քիմիական ռեակցիա, իսկ յոթերորդին՝ վալենտային թաղանթի ամբողջական լցման դեպքում, այսինքն՝ բացասական մասնիկի ընդունում, որն այն բնութագրում է որպես հալոգենների նման։

Տարրի էլեկտրոնային կառուցվածքի առանձնահատկությունները

Հատկություններ բարդ նյութեր, որում այն ​​ներառված է, և ամենապարզ նյութը՝ H 2, հիմնականում որոշվում են ջրածնի էլեկտրոնային կազմաձևով։ Մասնիկն ունի Z= (-1) մեկ էլեկտրոն, որն իր ուղեծրով պտտվում է միջուկի շուրջ, պարունակում է մեկ պրոտոն՝ միավոր զանգվածով և դրական լիցքով (+1): Դրա էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան գրված է որպես 1s 1, ինչը նշանակում է մեկ բացասական մասնիկի առկայություն ջրածնի առաջին և միակ s-ուղեծրում։

Երբ էլեկտրոնը անջատվում կամ տրվում է, և այս տարրի ատոմն այնպիսի հատկություն ունի, որ այն կապված է մետաղների հետ, ստացվում է կատիոն։ Իրականում ջրածնի իոնը դրական տարրական մասնիկ է։ Հետևաբար, էլեկտրոնից զուրկ ջրածինը պարզապես պրոտոն է կոչվում:

Ֆիզիկական հատկություններ

Հակիրճ նկարագրելով ջրածինը, այն անգույն, փոքր-ինչ լուծելի գազ է հարազատի հետ ատոմային զանգվածհավասար է 2, 14,5 անգամ ավելի թեթև, քան օդը, հեղուկացման ջերմաստիճանը՝ -252,8 աստիճան Ցելսիուս։

Փորձից հեշտությամբ կարելի է տեսնել, որ H2-ն ամենաթեթևն է: Դա անելու համար բավական է երեք գնդակ լցնել տարբեր նյութերով՝ ջրածնով, ածխաթթու գազով, սովորական օդով և միաժամանակ դրանք բաց թողնել ձեռքից։ Այն, որը լցված է CO 2-ով, բոլորից ավելի արագ կհասնի գետնին, որից հետո օդային խառնուրդով ուռած կընկնի, իսկ H 2 պարունակողը կբարձրանա առաստաղ։

Ջրածնի մասնիկների փոքր զանգվածը և չափը արդարացնում են միջով ներթափանցելու նրա ունակությունը տարբեր նյութեր. Նույն գնդակի օրինակով դա հեշտ է ստուգել, ​​մի քանի օրից այն ինքն իրեն կփչանա, քանի որ գազը պարզապես կանցնի ռետինով: Նաև ջրածինը կարող է կուտակվել որոշ մետաղների (պալադիում կամ պլատին) կառուցվածքում և դրանից գոլորշիանալ, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է։

Ջրածնի ցածր լուծելիության հատկությունը լաբորատոր պրակտիկայում օգտագործվում է ջրածնի տեղաշարժի մեթոդով մեկուսացման համար (ստորև բերված աղյուսակը պարունակում է հիմնական պարամետրերը) որոշում է դրա կիրառման շրջանակը և արտադրության մեթոդները:

Պարզ նյութի ատոմի կամ մոլեկուլի պարամետր	Իմաստը
ատոմային զանգված ( մոլային զանգված)	1,008 գ/մոլ
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	1s 1
Բյուրեղյա բջիջ	Վեցանկյուն
Ջերմային ջերմահաղորդություն	(300 Կ) 0,1815 Վտ/(մ Կ)
Խտությունը ժամը n. y.	0,08987 գ/լ
Եռման ջերմաստիճանը	-252,76°C
Այրման հատուկ ջերմություն	120,9 10 6 Ջ/կգ
Հալման ջերմաստիճանը	-259,2°C
Լուծելիություն ջրի մեջ	18.8 մլ/լ

Իզոտոպային կազմը

Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի շատ այլ ներկայացուցիչներ, ջրածինը ունի մի քանի բնական իզոտոպներ, այսինքն՝ միջուկում նույն թվով պրոտոններով ատոմներ, բայց նեյտրոնների տարբեր քանակություն՝ զրոյական լիցք ունեցող մասնիկներ և միավոր զանգված: Նման հատկություն ունեցող ատոմների օրինակներ են թթվածինը, ածխածինը, քլորը, բրոմը և այլն, այդ թվում՝ ռադիոակտիվ:

Այս խմբի ներկայացուցիչներից ամենատարածված 1 H ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները զգալիորեն տարբերվում են իր գործընկերների նույն բնութագրերից: Մասնավորապես, տարբերվում են այն նյութերի բնութագրերը, որոնցում դրանք ներառված են։ Այսպիսով, կա սովորական և դեյտերացված ջուր, որն իր բաղադրության մեջ պարունակում է մեկ պրոտոն ունեցող ջրածնի ատոմի փոխարեն դեյտերիում 2 H՝ նրա իզոտոպը երկուսով։ տարրական մասնիկներդրական և չլիցքավորված: Այս իզոտոպը երկու անգամ ավելի ծանր է, քան սովորական ջրածինը, ինչը բացատրում է նրանց կազմած միացությունների հատկությունների հիմնարար տարբերությունը։ Բնության մեջ դեյտերիումը 3200 անգամ ավելի հազվադեպ է, քան ջրածինը։ Երրորդ ներկայացուցիչը տրիտում 3 H է, միջուկում այն ​​ունի երկու նեյտրոն և մեկ պրոտոն։

Ձեռքբերման և մեկուսացման մեթոդներ

Լաբորատոր և արդյունաբերական մեթոդները շատ տարբեր են: Այսպիսով, փոքր քանակությամբ գազը ստացվում է հիմնականում ռեակցիաների միջոցով, որոնցում ներգրավված են օգտակար հանածոներ, իսկ լայնածավալ արտադրությունը ավելի մեծ չափով օգտագործում է օրգանական սինթեզ։

Լաբորատորիայում օգտագործվում են հետևյալ քիմիական փոխազդեցությունները.

Արդյունաբերական շահերից ելնելով գազը ձեռք է բերվում այնպիսի մեթոդներով, ինչպիսիք են.

1. Մեթանի ջերմային տարրալուծումը կատալիզատորի առկայության դեպքում նրա բաղադրամասերին պարզ նյութեր(350 աստիճանը հասնում է այնպիսի ցուցանիշի արժեքին, ինչպիսին է ջերմաստիճանը) - ջրածին H 2 և ածխածին C:
2. Գոլորշի ջուրը 1000 աստիճան Ցելսիուսի միջով անցնելով առաջանում է ածխաթթու գազ CO 2 և H 2 (ամենատարածված մեթոդը):
3. Գազային մեթանի փոխակերպումը նիկելի կատալիզատորի վրա 800 աստիճանի ջերմաստիճանում:
4. Ջրածինը կալիումի կամ նատրիումի քլորիդների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի կողմնակի արտադրանք է։

Քիմիական փոխազդեցություններ. ընդհանուր դրույթներ

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները մեծապես բացատրում են նրա վարքագիծը այս կամ այն ​​միացությունների հետ ռեակցիայի գործընթացներում։ Ջրածնի վալենտականությունը 1 է, քանի որ այն գտնվում է պարբերական աղյուսակի առաջին խմբում, և օքսիդացման աստիճանը ցույց է տալիս այլ: Բոլոր միացություններում, բացառությամբ հիդրիդների, ջրածինը s.o = (1+), մոլեկուլներում, ինչպիսիք են XH, XH 2, XH 3 - (1-):

Ջրածնի գազի մոլեկուլը, որը ձևավորվել է ընդհանրացված էլեկտրոնային զույգ ստեղծելով, բաղկացած է երկու ատոմից և էներգետիկ առումով բավականին կայուն է, այդ իսկ պատճառով նորմալ պայմաններում այն ​​որոշ չափով իներտ է և մտնում է ռեակցիաների, երբ նորմալ պայմանները փոխվում են։ Կախված այլ նյութերի բաղադրության մեջ ջրածնի օքսիդացման աստիճանից, այն կարող է հանդես գալ և՛ որպես օքսիդացնող, և՛ որպես վերականգնող նյութ։

Նյութեր, որոնց հետ ջրածինը փոխազդում է և ձևավորվում

Տարրերի փոխազդեցությունները բարդ նյութեր ձևավորելու համար (հաճախ բարձր ջերմաստիճաններում).

1. Ալկալային և հողալկալային մետաղ+ ջրածին = հիդրիդ:
2. Հալոգեն + H 2 = ջրածնի հալոգենիդ:
3. Ծծումբ + ջրածին = ջրածնի սուլֆիդ:
4. Թթվածին + H 2 = ջուր:
5. Ածխածին + ջրածին = մեթան:
6. Ազոտ + H 2 = ամոնիակ:

Փոխազդեցություն բարդ նյութերի հետ.

1. Ածխածնի մոնօքսիդից և ջրածնից սինթեզի գազ ստանալը.
2. Մետաղների վերականգնում դրանց օքսիդներից H 2-ով:
3. Չհագեցած ալիֆատիկ ածխաջրածինների ջրածնային հագեցվածությունը:

ջրածնային կապ

Ջրածնի ֆիզիկական հատկություններն այնպիսին են, որ էլեկտրաբացասական տարրի հետ զուգակցվելիս այն թույլ է տալիս ձևավորել հատուկ տեսակի կապ նույն ատոմի հետ հարևան մոլեկուլներից, որոնք ունեն էլեկտրոնային զույգեր (օրինակ՝ թթվածին, ազոտ և ֆտոր): Ամենավառ օրինակը, որի վրա ավելի լավ է դիտարկել նման երեւույթը, ջուրն է։ Կարելի է ասել, որ այն կարված է ջրածնային կապերով, որոնք ավելի թույլ են, քան կովալենտները կամ իոնները, սակայն դրանց շատ լինելու պատճառով էականորեն ազդում են նյութի հատկությունների վրա։ Ըստ էության, ջրածնային կապը էլեկտրաստատիկ փոխազդեցություն է, որը կապում է ջրի մոլեկուլները դիմերների և պոլիմերների մեջ՝ առաջացնելով դրա բարձր եռման կետը:

Ջրածինը հանքային միացությունների բաղադրության մեջ

Բոլորը պարունակում են պրոտոն՝ այնպիսի ատոմի կատիոն, ինչպիսին ջրածինն է: Այն նյութը, որի թթվային մնացորդն ունի (-1)-ից ավելի օքսիդացման աստիճան, կոչվում է բազմաբազային միացություն: Այն պարունակում է մի քանի ջրածնի ատոմներ, որոնք տարանջատում են ջրային լուծույթներբազմաստիճան. Յուրաքանչյուր հաջորդ պրոտոն ավելի ու ավելի դժվար է անջատվում մնացած թթվից: Ըստ միջավայրում ջրածնի քանակական պարունակության՝ որոշվում է դրա թթվայնությունը։

Կիրառում մարդկային գործունեության մեջ

Հատուկ տեսք ունեն նյութով բալոնները, ինչպես նաև այլ հեղուկացված գազերով տարաները, օրինակ՝ թթվածինը։ Նրանք ներկված են մուգ կանաչ վառ կարմիր «Ջրածին» տառերով։ Գազը մղվում է բալոնի մեջ մոտ 150 մթնոլորտ ճնշման տակ։ Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները, մասնավորապես, գազային նյութի հեշտությունը ագրեգացման վիճակ, օգտագործվում է հելիումով խառնած փուչիկներ, փուչիկներ և այլն լցնելու համար։

Ջրածինը, որի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները մարդիկ սովորել են օգտագործել շատ տարիներ առաջ, ներկայումս օգտագործվում է բազմաթիվ ոլորտներում: Դրա մեծ մասը գնում է ամոնիակի արտադրությանը։ Ջրածինը նաև մասնակցում է օքսիդներից (հաֆնիում, գերմանիում, գալիում, սիլիցիում, մոլիբդեն, վոլֆրամ, ցիրկոնիում և այլն)՝ ռեակցիայի մեջ հանդես գալով որպես վերականգնող նյութ, հիդրոցյանային և հիդրոքլորային թթուներ, ինչպես նաև արհեստական ​​հեղուկ վառելիք։ սննդի արդյունաբերությունայն օգտագործում է բուսական յուղերը պինդ ճարպերի վերածելու համար:

Մենք որոշեցինք ջրածնի քիմիական հատկությունները և օգտագործումը ճարպերի, ածուխների, ածխաջրածինների, յուղերի և մազութի ջրածնացման և ջրածինացման տարբեր գործընթացներում: Դրանով նրանք արտադրում են գոհարներ, շիկացած լամպեր, թթվածին-ջրածնային բոցի ազդեցությամբ իրականացնում են մետաղական արտադրանքի դարբնացում և եռակցում։