Hydrogen H er et kemisk grundstof, et af de mest almindelige i vores univers. Massen af brint som et grundstof i sammensætningen af stoffer er 75% af det samlede indhold af atomer af en anden type. Det er inkluderet i den vigtigste og mest vitale forbindelse på planeten - vand. Et karakteristisk træk ved brint er også, at det er det første grundstof i det periodiske system af kemiske grundstoffer i D. I. Mendeleev.
Opdagelse og udforskning
De første referencer til brint i Paracelsus' skrifter går tilbage til det sekstende århundrede. Men dets isolation fra gasblandingen af luft og studiet af brændbare egenskaber blev allerede lavet i det syttende århundrede af videnskabsmanden Lemery. Brint blev grundigt undersøgt af den engelske kemiker, fysiker og naturforsker Henry Cavendish, som eksperimentelt beviste, at brintmassen er den mindste i sammenligning med andre gasser. I de efterfølgende stadier af videnskabens udvikling arbejdede mange videnskabsmænd med ham, især Lavoisier, som kaldte ham "at føde vand."
Karakteristisk ifølge positionen i PSHE
Element, der åbnerdet periodiske system for D. I. Mendeleev, er hydrogen. Atomets fysiske og kemiske egenskaber viser en vis dualitet, da brinten samtidig tildeles den første gruppe, hovedundergruppen, hvis det opfører sig som et metal og afgiver en enkelt elektron i processen med en kemisk reaktion, og til syvende - i tilfælde af fuldstændig fyldning af valensskallen, det vil sige modtagelsesnegativ partikel, som karakteriserer den som lig med halogener.
Funktioner i elementets elektroniske struktur
Brintatomets egenskaber, de komplekse stoffer, det er en del af, og det simpleste stof H2 bestemmes primært af brintets elektronkonfiguration. Partiklen har én elektron med Z=(-1), som roterer i sin bane rundt om kernen, indeholdende én proton med enhedsmasse og positiv ladning (+1). Dens elektroniske konfiguration er skrevet som 1s1, hvilket betyder tilstedeværelsen af en negativ partikel i den allerførste og eneste s-orbital for brinten.
Når en elektron løsnes eller gives væk, og et atom af dette grundstof har en sådan egenskab, at det er relateret til metaller, opnås en kation. Faktisk er hydrogenionen en positiv elementær partikel. Derfor kaldes et brint, der er blottet for en elektron, blot en proton.
Fysiske egenskaber
Hvis vi kort beskriver brints fysiske egenskaber, så er det en farveløs, let opløselig gas med en relativ atommasse lig med 2, 14,5 gange lettere end luft, med en temperaturfortætning på -252,8 grader Celsius.
Du kan nemt se af erfaring, at H2 er det nemmeste. For at gøre dette er det nok at fylde tre bolde med forskellige stoffer - brint, kuldioxid, almindelig luft - og samtidig frigive dem fra din hånd. Den der er fyldt med CO2 vil nå jorden hurtigere end nogen anden, efter den vil den oppustede luftblanding falde, og den der indeholder H2 vil stige til loftet.
Den lille masse og størrelse af brintpartikler retfærdiggør dens evne til at trænge gennem forskellige stoffer. På eksemplet med den samme bold er dette let at verificere, om et par dage vil den tømme sig selv, da gassen simpelthen vil passere gennem gummiet. Desuden kan brint ophobes i strukturen af nogle metaller (palladium eller platin) og fordampe fra det, når temperaturen stiger.
Brintens lavopløselighedsegenskab bruges i laboratoriepraksis til dets isolering ved hjælp af vandfortrængningsmetoden. De fysiske egenskaber af brint (tabellen nedenfor indeholder hovedparametrene) bestemmer omfanget af dets anvendelse og produktionsmetoder.
| Parameter for et atom eller molekyle af et simpelt stof | Meaning |
| Atommasse (molær masse) | 1,008 g/mol |
| Elektronisk konfiguration | 1s1 |
| krystalgitter | Sekskantet |
| Vermeledningsevne | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Density at n. y. | 0, 08987 g/l |
| Kogepunkt | -252, 76 °C |
| specifik brændværdi | 120, 9 106 J/kg |
| Smeltepunkt | -259, 2 °C |
| Vandopløselighed | 18, 8ml/L |
Isotopisk sammensætning
Som mange andre repræsentanter for det periodiske system af kemiske grundstoffer har brint flere naturlige isotoper, det vil sige atomer med det samme antal protoner i kernen, men et andet antal neutroner - partikler med nul ladning og enhed masse. Eksempler på atomer, der har denne egenskab, er oxygen, kulstof, klor, brom og andre, inklusive radioaktive.
Brintens fysiske egenskaber 1H, den mest almindelige af repræsentanterne for denne gruppe, adskiller sig væsentligt fra de samme egenskaber hos dens modstykker. Især er egenskaberne ved de stoffer, de indgår i, forskellige. Så der er almindeligt og deutereret vand, der i dets sammensætning indeholder i stedet for et hydrogenatom med en enkelt proton, deuterium 2H - dets isotop med to elementære partikler: positiv og uladet. Denne isotop er dobbelt så tung som almindelig brint, hvilket forklarer den grundlæggende forskel i egenskaberne af de forbindelser, de udgør. I naturen er deuterium 3200 gange sjældnere end brint. Den tredje repræsentant er tritium 3Н, i kernen har den to neutroner og en proton.
Metoder til at opnå og vælge
Laboratorie- og industrielle metoder til fremstilling af brint er meget forskellige. Ja, i små mængdergas produceres primært gennem reaktioner, der involverer mineraler, mens storskalaproduktion i højere grad anvender organisk syntese.
Følgende kemiske interaktioner bruges i laboratoriet:
- Reaktionen af alkali- og jordalkalimetaller med vand for at danne alkali og den ønskede gas.
- Elektrolyse af en vandig elektrolytopløsning, H2↑ frigives ved anoden, og oxygen frigives ved katoden.
- Nedbrydning af alkalimetalhydrider med vand, produkterne er alkaliske og følgelig H-gas2↑.
- Reaktion af fortyndede syrer med metaller for at danne s alte og H2↑.
- Alkaliers virkning på silicium, aluminium og zink fremmer også frigivelsen af brint parallelt med dannelsen af komplekse s alte.
I industrielle interesser opnås gas ved metoder som:
- Termisk nedbrydning af metan i nærværelse af en katalysator til dets simple stoffer (350 grader når værdien af en sådan indikator som temperatur) - brint H2↑ og kulstof C.
- Passering af dampholdigt vand gennem koks ved 1000 grader Celsius for at danne kuldioxid CO2 og H2↑ (den mest almindelige metode)
- Omdannelse af gasformig metan på en nikkelkatalysator ved temperaturer, der når 800 grader.
- Brint er et biprodukt af elektrolyse af vandige opløsninger af kalium- eller natriumchlorider.
Kemiskinteraktioner: almindeligheder
Brintens fysiske egenskaber forklarer i høj grad dets adfærd i reaktionsprocesser med en eller anden forbindelse. Valensen af brinten er 1, da den er placeret i den første gruppe i det periodiske system, og graden af oxidation viser en anden. I alle forbindelser, undtagen hydrider, er hydrogen i s.o.=(1+), i molekyler som ХН, ХН2, ХН3 – (1) -).
Et brintgasmolekyle, dannet ved at skabe et generaliseret elektronpar, består af to atomer og er ret stabilt energimæssigt, hvorfor det under normale forhold er noget inert og indgår i reaktioner, når normale forhold ændres. Afhængigt af graden af oxidation af brint i sammensætningen af andre stoffer, kan det virke både som et oxidationsmiddel og et reduktionsmiddel.
Stoffer, som det reagerer med og danner brint
Elementære interaktioner for at danne komplekse stoffer (ofte ved forhøjede temperaturer):
- Alkalisk og jordalkalimetal + hydrogen=hydrid.
- Halogen + H2=hydrogenhalogenid.
- Svovl + hydrogen=svovlbrinte.
- Oxygen + H2=vand.
- Carbon + hydrogen=methan.
- Nitrogen + H2=ammoniak.
Interaktion med komplekse stoffer:
- Producerer syntesegas ud fra kulilte og brint.
- Genvinding af metaller fra deres oxider ved hjælp af H2.
- Brintmætning af umættet alifatiskkulbrinter.
hydrogenbinding
Brintens fysiske egenskaber er sådan, at de tillader det, i kombination med et elektronegativt grundstof, at danne en speciel type binding med det samme atom fra nabomolekyler, der har udelte elektronpar (f.eks. oxygen, nitrogen og fluor). Det klareste eksempel, hvor det er bedre at overveje et sådant fænomen, er vand. Man kan sige, at den er syet med brintbindinger, som er svagere end kovalente eller ioniske, men på grund af, at der er mange af dem, har de en betydelig effekt på stoffets egenskaber. I det væsentlige er hydrogenbinding en elektrostatisk interaktion, der binder vandmolekyler til dimerer og polymerer, hvilket giver anledning til dets høje kogepunkt.
Brint i mineralske forbindelser
Sammensætningen af alle uorganiske syrer inkluderer en proton - en kation af et atom såsom brint. Et stof, hvis syrerest har en oxidationstilstand større end (-1), kaldes en polybasisk forbindelse. Det indeholder flere brintatomer, hvilket gør dissociation i vandige opløsninger i flere trin. Hver efterfølgende proton bryder væk fra resten af syren mere og mere vanskeligt. Ved det kvantitative indhold af hydrogener i mediet bestemmes dets surhedsgrad.
Hydrogen indeholder også hydroxylgrupper af baser. I dem er hydrogen forbundet med et oxygenatom, som et resultat er oxidationstilstanden for denne alkalirest altid lig med (-1). Indholdet af hydroxyl i mediet bestemmer dets basicitet.
Anvendelse i menneskelige aktiviteter
Cylindere med et stof samt beholdere med andre flydende gasser, såsom ilt, har et bestemt udseende. De er malet mørkegrønne med en lys rød "Hydrogen"-bogstav. Gas pumpes ind i en cylinder under et tryk på omkring 150 atmosfærer. Brintens fysiske egenskaber, især letheden af den gasformige aggregeringstilstand, bruges til at fylde det i en blanding med heliumballoner, balloner osv.
Brint, hvis fysiske og kemiske egenskaber folk lærte at bruge for mange år siden, bruges i øjeblikket i mange industrier. Det meste går til produktion af ammoniak. Hydrogen er også involveret i produktionen af metaller (hafnium, germanium, gallium, silicium, molybdæn, wolfram, zirconium og andre) fra oxider, der fungerer i reaktionen som et reduktionsmiddel, blåsyre og s altsyre, methylalkohol og kunstig væske brændstof. Fødevareindustrien bruger det til at omdanne vegetabilske olier til faste fedtstoffer.
Bestemte de kemiske egenskaber og brugen af brint i forskellige processer til hydrogenering og hydrogenering af fedtstoffer, kul, kulbrinter, olier og brændselsolie. Ved hjælp af det fremstilles ædelsten, glødelamper, metalprodukter smedes og svejses under påvirkning af en ilt-brint flamme.
