A apărut hidrogenul. Hidrogen - ce este? Proprietăți și semnificație

Hidrogenul lichid este una dintre stările agregate ale hidrogenului. Există, de asemenea, stări gazoase și solide ale acestui element. Și dacă forma gazoasă este bine cunoscută de mulți, celelalte două stări extreme ridică întrebări.

Poveste

Hidrogenul lichid a fost obținut abia în anii treizeci ai secolului trecut, dar înainte de asta, chimia a parcurs un drum lung în stăpânirea acestei metode de stocare și aplicare a gazelor.

Refrigerarea artificială a început să fie folosită experimental la mijlocul secolului al XVIII-lea în Anglia. În 1984, au fost produse dioxid de sulf lichefiat și amoniac. Pe baza acestor studii, douăzeci de ani mai târziu a fost dezvoltat primul frigider, iar treizeci de ani mai târziu, Perkins a depus un brevet oficial pentru invenția sa. În 1851 pe cealaltă parte Oceanul Atlantic John Gorey a revendicat drepturile de a crea un aparat de aer condiționat.

S-a ajuns la hidrogen abia în 1885, când polonezul Wroblewski a anunțat în articolul său faptul că acest element este egal cu 23 Kelvin, temperatura de vârf este de 33 Kelvin și este egală cu 13 atmosfere. După această declarație, James Dewar a încercat să creeze hidrogen lichid la sfârșitul secolului al XIX-lea, dar nu a reușit să creeze o substanță stabilă.

Proprietăți fizice

Aceasta se caracterizează printr-o densitate foarte scăzută a substanței - sutimi de grame pe centimetru cub. Acest lucru face posibilă utilizarea unor recipiente relativ mici pentru a stoca hidrogen lichid. Punctul de fierbere este de numai 20 Kelvin (-252 Celsius), iar această substanță îngheață la 14 Kelvin.

Lichidul este inodor, incolor și fără gust. Amestecarea acestuia cu oxigen poate duce la o explozie în jumătate din timp. Când se atinge punctul de fierbere, hidrogenul se transformă în stare gazoasă, iar volumul său crește de 850 de ori.

Odată lichefiat, hidrogenul este plasat în recipiente izolate care sunt menținute la presiune scăzută și temperaturi cuprinse între 15 și 19 Kelvin.

Abundența de hidrogen

Hidrogenul lichid este produs artificial și nu apare în mediul natural. Daca nu tine cont stări de agregare, atunci hidrogenul este cel mai comun element nu numai pe planeta Pământ, ci și în Univers. Stelele sunt făcute din ea (inclusiv Soarele nostru), iar spațiul dintre ele este umplut cu ea. Hidrogenul participă la reacțiile de fuziune termonucleară și poate forma și nori.

În scoarța terestră, acest element ocupă doar aproximativ un procent din cantitatea totală de materie. Rolul său în ecosistemul nostru poate fi evaluat prin faptul că numărul de atomi de hidrogen este al doilea după oxigen. Pe planeta noastră, aproape toate rezervele de H2 sunt în stare legată. Hidrogen - componentă toate ființele vii.

Utilizare

Hidrogenul lichid (temperatura Celsius -252 grade) este folosit sub formă de depozitare a benzinei și a altor derivați petrolieri. În plus, în în acest moment Se creează concepte de transport care ar putea folosi hidrogenul lichefiat drept combustibil în loc de gaz natural. Acest lucru ar reduce costul extragerii mineralelor valoroase și ar reduce emisiile în atmosferă. Dar până acum nu a fost găsit designul optim al motorului.

Hidrogenul lichid este utilizat în mod activ de către fizicieni ca agent de răcire în experimentele lor cu neutroni. Deoarece masa unei particule elementare și a unui nucleu de hidrogen este aproape egală, schimbul de energie între ele este foarte eficient.

Avantaje și obstacole

Hidrogenul lichid oferă potențialul de a încetini încălzirea atmosferei și de a reduce gazele cu efect de seră atunci când este folosit ca combustibil pentru mașini. Când interacționează cu aerul (după trecerea printr-un motor cu ardere internă), se va forma apă și o cantitate mică de oxid de azot.

Totuși, această idee are și propriile dificultăți, precum modul în care gazul este depozitat și transportat, precum și riscul crescut de incendiu sau chiar de explozie. Chiar dacă sunt luate toate măsurile de precauție, evaporarea hidrogenului nu poate fi prevenită.

Propulsor

Hidrogenul lichid (temperatura de stocare de până la 20 Kelvin) este una dintre componente. Are mai multe funcții:

1. Răcirea elementelor motorului și protejarea duzei împotriva supraîncălzirii.
2. Furnizarea de forță după amestecarea cu oxigen și încălzire.

Cele moderne operează pe o combinație de hidrogen și oxigen. Acest lucru ajută la atingerea vitezei necesare pentru a depăși gravitația pământului și, în același timp, pentru a păstra toate părțile aeronavei fără a le expune la temperaturi excesive.

În prezent, există o singură rachetă care utilizează în totalitate hidrogenul ca combustibil. În cele mai multe cazuri, hidrogenul lichid este necesar pentru separarea treptelor superioare ale rachetelor sau în acele dispozitive care își vor petrece cea mai mare parte a muncii în vid. Au existat sugestii din partea cercetătorilor de a folosi o formă pe jumătate înghețată a acestui element pentru a crește densitatea acestuia.

Hidrogenii au propriile nume: H - protium (H), H - deuteriu (D) și H - tritiu (radioactiv) (T).

Substanța simplă hidrogen - H 2 - este un gaz ușor incolor. Când este amestecat cu aer sau oxigen, este inflamabil și exploziv. Non-toxic. Solubil în etanol și o serie de metale: fier, nichel, paladiu, platină.

Poveste

Chiar și omul de știință medieval Paracelsus a observat că atunci când acizii acționează asupra fierului, se eliberează bule de „aer”. Dar nu putea explica ce era. Acum se știe că era hidrogen. „Hidrogenul este un exemplu de gaz”, a scris D.I Mendeleev, „la prima vedere, nu este diferit de aer... Paracelsus, care a descoperit că acțiunea anumitor metale asupra acidului sulfuric produce o substanță asemănătoare aerului, nu a determinat-o. diferenta fata de aer. Într-adevăr, hidrogenul este incolor și inodor, la fel ca aerul; dar, la o cunoaștere mai atentă a proprietăților sale, acest gaz se dovedește a fi complet diferit de aer.”

Chimiștii englezi din secolul al XVIII-lea, Henry Cavendish și Joseph Priestley, care au redescoperit hidrogenul, au fost primii care au studiat proprietățile acestuia. Ei au descoperit că este un gaz neobișnuit de ușor - este de 14 ori mai ușor decât aerul. Dacă umflați o minge de cauciuc cu ea, aceasta va zbura în sus. Această proprietate a hidrogenului a fost folosită anterior pentru a umple baloane și dirijabile. Adevărat, primul balon cu aer cald construit de frații Montgolfier a fost umplut nu cu hidrogen, ci cu fum din arderea lânii și a paielor. Acest mod ciudat de a produce aer cald se datorează faptului că frații aparent nu erau familiarizați cu legile fizicii; au crezut naiv că acest amestec va forma „fum electric” care le-ar putea ridica balonul ușor. Fizicianul Charles, care cunoștea legea lui Arhimede, a decis să umple balonul cu hidrogen; Spre deosebire de baloanele cu aer cald umplute cu aer cald, francezii numeau baloane cu hidrogen charliers. Primul astfel de balon (nu transporta nicio marfă) s-a ridicat de pe Champs de Mars din Paris la 27 august 1783 și a zburat 20 km în 45 de minute.

În decembrie 1783, Charles, însoțit de fizicianul François Robert, în prezența a 400 de mii de spectatori, a efectuat primul zbor într-un balon plin cu hidrogen. Gay-Lussac (de asemenea, împreună cu fizicianul Jean Baptiste Biot) a stabilit un record de altitudine în 1804, ridicându-se la 7000 de metri.

Dar hidrogenul este inflamabil. Mai mult decât atât, amestecurile sale cu aer explodează, iar un amestec de hidrogen și oxigen este chiar numit „gaz exploziv”. În mai 1937, un incendiu a distrus uriașul dirijabil german Hindenburg în câteva minute - conținea 190.000 de metri cubi de hidrogen. 35 de oameni au murit atunci. După multe accidente, hidrogenul nu mai este folosit în aeronautică, acesta este înlocuit cu heliu sau aer cald.

Când hidrogenul arde, se formează apă - un compus de hidrogen și oxigen. Acest lucru a fost dovedit la sfârșitul secolului al XVIII-lea de chimistul francez Lavoisier. De aici și numele gazului – „dator de apă”. Lavoisier a reușit să obțină și hidrogen din apă. A trecut vapori de apă printr-un tub de fier încins, care conținea pilitură de fier. Oxigenul din apă a fost combinat ferm cu fierul, iar hidrogenul a fost eliberat în formă liberă. Acum hidrogenul se obține și din apă, dar într-un mod diferit - folosind electroliză (vezi DISOCIAREA ELECTROLITĂ. ELECTROLIȚI)

Proprietățile hidrogenului

Hidrogenul este cel mai abundent element chimic din Univers. El reprezintă aproximativ jumătate din masa Soarelui și a majorității stelelor și este elementul principal în spațiul interstelar și în nebuloasele gazoase. Hidrogenul este, de asemenea, răspândit pe Pământ. Aici este într-o stare legată - sub formă de compuși. Astfel, apa conține 11% hidrogen în masă, argilă - 1,5%. Sub formă de compuși cu carbon, hidrogenul face parte din petrol, gaze naturale și toate organismele vii. Există puțin hidrogen liber în aer, dar este foarte puțin - doar 0,00005%. Intră în atmosferă de la vulcani.

Hidrogenul deține multe alte „recorduri”.
Hidrogen lichid– cel mai ușor lichid (densitate 0,067 g/cm 3 la o temperatură de –250°C),
Hidrogen solid- cel mai usor solid(densitate 0,076 g/cm3).
Atomi de hidrogen- cel mai mic dintre toți atomii. Cu toate acestea, atunci când energia radiației electromagnetice este absorbită, electronul exterior al unui atom se poate îndepărta din ce în ce mai mult de nucleu. Prin urmare, un atom de hidrogen excitat poate avea, teoretic, orice dimensiune. Dar practic? Cartea World Records in Chemistry spune că în norii interstelari s-ar fi descoperit în spectrele lor atomi de hidrogen cu un diametru de 0,4 mm (au fost înregistrați prin tranziția spectrală de la orbital 253 la orbital 252). Atomi de această dimensiune pot fi văzuți cu ochiul liber! În același timp, se oferă un link către un articol publicat în 1991 în cea mai cunoscută revistă din lume dedicată educației chimice - Journal of Chemical Education (publicat în SUA). Cu toate acestea, autorul articolului s-a înșelat - a supraestimat toate dimensiunile de exact 100 de ori (asta a fost raportat de aceeași revistă un an mai târziu). Aceasta înseamnă că atomii de hidrogen detectați au un diametru de „doar” 0,004 mm, iar astfel de atomi, chiar dacă ar fi „solidi”, nu pot fi văzuți cu ochiul liber - doar printr-un microscop. Desigur, după standardele atomice, 0,004 mm este o valoare uriașă, de zeci de mii de ori mai mare decât diametrul unui atom de hidrogen neexcitat.

Moleculele de hidrogen sunt, de asemenea, foarte mici. Prin urmare, acest gaz trece cu ușurință prin cele mai subțiri fisuri. O minge de cauciuc umflată cu hidrogen „pierde în greutate” mult mai repede decât o minge umflată cu aer: moleculele de hidrogen se infiltrează treptat prin cei mai mici pori ai cauciucului.

Dacă inhalați hidrogen și începeți să vorbiți, frecvența sunetelor produse va fi de trei ori mai mare decât în ​​mod normal. Acest lucru este suficient pentru ca sunetul chiar și al unei voci masculine joase să se dovedească a fi nefiresc de înalt, care amintește de vocea lui Pinocchio. Acest lucru se întâmplă deoarece înălțimea sunetului produs de un fluier, țeavă de orgă sau aparat vocal uman depinde nu numai de dimensiunea și materialul peretelui acestora, ci și de gazul cu care sunt umplute. Cu cât viteza sunetului într-un gaz este mai mare, cu atât tonul acestuia este mai mare. Viteza sunetului depinde de masa moleculelor de gaz. Moleculele de hidrogen sunt mult mai ușoare decât moleculele de azot și oxigen care alcătuiesc aerul, iar sunetul circulă de aproape patru ori mai repede în hidrogen decât în ​​aer. Cu toate acestea, inhalarea hidrogenului este riscantă: în plămâni se va amesteca inevitabil cu aerul rămas și va forma un amestec exploziv. Și dacă, atunci când expiri, este un foc în apropiere... Aceasta este povestea care i s-a întâmplat chimistului francez, director al Muzeului de Știință din Paris, Pilatre de Rosier (1756–1785). Într-o zi a decis să verifice ce s-ar întâmpla dacă ar inhala hidrogen; Nimeni nu făcuse un asemenea experiment înaintea lui. Neobservând niciun efect, omul de știință a decis să se asigure dacă hidrogenul a pătruns în plămâni. A mai inspirat bine de gaz și apoi a expirat pe focul lumânării, așteptându-se să vadă un fulger de flacără. Cu toate acestea, hidrogenul din plămânii experimentatorului curajos a fost amestecat cu aer și a avut loc o explozie puternică. „Am crezut că mi-au fost suflați toți dinții, împreună cu rădăcinile”, a scris el mai târziu, foarte mulțumit de experiența care aproape l-a costat viața.

Istoria producției de deuteriu și tritiu

Deuteriu

Pe lângă hidrogenul „obișnuit” (protium, din greacă protos- în primul rând), izotopul său greu este prezent și în natură - deuteriu(din latinescul deuteros - al doilea) și în cantități nesemnificative hidrogenul supragreu - tritiu. O căutare lungă și dramatică a acestor izotopi inițial nu a dat rezultate din cauza sensibilității insuficiente a instrumentelor. La sfârşitul anului 1931, un grup de fizicieni americani - G. Urey şi studenţii săi, F. Brickwedde şi J. Murphy, au luat 4 litri de hidrogen lichid şi l-au supus la distilare fracţionată, lăsând doar 1 ml reziduu, adică. reducerea volumului de 4 mii de ori. Acest ultim mililitru de lichid după evaporare a fost studiat prin metoda spectroscopică. Un spectroscopist cu experiență, Yuri a observat noi linii foarte slabe în spectrograma hidrogenului îmbogățit care erau absente din hidrogenul obișnuit. În acest caz, poziția liniilor în spectru corespunde exact cu calculul său mecanic cuantic al nuclidului 2H (vezi ELEMENTE CHIMICE).

După descoperirea spectroscopică a deuteriului, s-a propus separarea izotopilor de hidrogen prin electroliză. Experimentele au arătat că în timpul electrolizei apei, hidrogenul ușor este într-adevăr eliberat mai repede decât hidrogenul greu. Această descoperire a devenit cheia producției de hidrogen greu. Articolul care raportează descoperirea deuteriului a fost publicat în primăvara anului 1932 și deja în iulie au fost publicate rezultatele separării electrolitice a izotopilor. În 1934, Harold Clayton Urey a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru descoperirea hidrogenului greu.

tritiu

La 17 martie 1934, în revista engleză „Nature” (Nature) a fost publicată o mică notă semnată de M.L Oliphant, P. Harteck și Rutherford (numele de familie al lui Lord Rutherford nu necesita inițiale la publicare!). În ciuda titlului modest al notei: Efectul transmutației obținut cu hidrogen greu, a informat lumea despre un rezultat remarcabil - producția artificială a celui de-al treilea izotop de hidrogen - tritiu. În 1946, celebra autoritate în domeniul fizicii nucleare, laureatul Premiului Nobel W. F. Libby, a sugerat că tritiul s-a format continuu ca urmare a emisiilor atmosferice. reactii nucleare. Cu toate acestea, există atât de puțin tritiu în natură (1 atom de 1H la 1018 atomi de 3H) încât a fost detectat doar prin radioactivitate slabă (timp de înjumătățire 12,3 ani).

Hidruri

Hidrogenul formează compuși - hidruri cu multe elemente. În funcție de cel de-al doilea element, hidrurile variază foarte mult ca proprietăți. Cele mai electropozitive elemente (metale alcaline și alcalino-pământoase grele) formează așa-numitele hidruri asemănătoare sărurilor de natură ionică. Ele sunt obținute ca urmare a reacției directe a metalului cu hidrogenul sub presiune și la temperaturi ridicate (300–700°C), când metalul este în stare topit. Rețeaua lor cristalină conține cationi metalici și anioni H-hidrură și este construită în mod similar cu rețeaua NaCl. Când sunt încălzite până la punctul de topire, hidrurile asemănătoare sărurilor încep să conducă curentul electric și, spre deosebire de electroliza soluțiilor apoase de săruri, hidrogenul este eliberat nu la catod, ci la anodul încărcat pozitiv. Hidrururile asemănătoare sărurilor reacţionează cu apa pentru a elibera hidrogen şi formează o soluţie alcalină, sunt uşor oxidate de oxigen şi sunt utilizate ca agenţi reducători puternici.

O serie de elemente formează hidruri covalente, dintre care cele mai cunoscute sunt hidruri ale elementelor din grupele IV-VI, de exemplu, metanul CH 4 , amoniacul NH 3 , hidrogenul sulfurat H 2 S etc. Hidrururile covalente sunt foarte reactive și sunt agenți reducători. Unele dintre aceste hidruri sunt instabile și se descompun atunci când sunt încălzite sau sunt hidrolizate de apă. Exemplele includ SiH4, GeH4, SnH4. Din punct de vedere structural, hidrurile de bor sunt interesante, de exemplu, B 2 H 6, B 6 H 10, B 10 H 14 etc., în care o pereche de electroni leagă nu doi, ca de obicei, ci trei B–. atomi H-B. Unele hidruri mixte sunt, de asemenea, clasificate ca covalente, de exemplu, hidrură de litiu aluminiu LiAlH 4, care este utilizată pe scară largă în chimia organică ca agent reducător. Hidrurile de germaniu, siliciu și arsen sunt folosite pentru a produce materiale semiconductoare de înaltă puritate.

Hidrururile de metal de tranziție sunt foarte diverse ca proprietăți și structură. Adesea, aceștia sunt compuși cu compoziție nestoichiometrică, de exemplu, TiH 1,7, LaH 2,87, asemănător metalului etc. Când se formează astfel de hidruri, hidrogenul este mai întâi adsorbit pe suprafața metalului, apoi se disociază în atomi care difuzează adânc în rețeaua cristalină a metalului, formând compuși interstițiali. De cel mai mare interes sunt hidrurile compușilor intermetalici, de exemplu, cele care conțin titan, nichel și elemente de pământuri rare. Numărul de atomi de hidrogen pe unitatea de volum a unei astfel de hidruri poate fi de cinci ori mai mare decât chiar și în hidrogenul lichid pur! Deja la temperatura camerei, aliajele metalelor menționate sunt capabile să absoarbă rapid cantități semnificative de hidrogen, iar atunci când sunt încălzite, îl eliberează. În acest fel, se obțin „baterii chimice” reversibile cu hidrogen, care, în principiu, pot fi folosite pentru a crea motoare care funcționează cu combustibil hidrogen. Dintre alte hidruri de metale de tranziție, este interesantă hidrura de uraniu cu compoziție constantă UH 3, care servește ca sursă de alți compuși de uraniu de înaltă puritate.

Aplicație

Hidrogenul este folosit în principal pentru a produce amoniac, care este necesar pentru producerea îngrășămintelor și a multor alte substanțe. Din lichid uleiuri vegetale Cu ajutorul hidrogenului se obțin grăsimi solide asemănătoare untului și alte grăsimi animale. Sunt folosite în industria alimentară. Producția de produse din sticlă de cuarț necesită temperaturi foarte ridicate. Și aici hidrogenul își găsește aplicație: un arzător cu flacără hidrogen-oxigen produce temperaturi de peste 2000 de grade, la care cuarțul se topește ușor.

În laboratoare și în industrie, reacția de adăugare a hidrogenului la diverși compuși – hidrogenarea – este utilizată pe scară largă. Cele mai frecvente reacții sunt hidrogenarea legăturilor multiple carbon-carbon. Astfel, din acetilenă se poate obține etilenă sau (cu hidrogenare completă) etan, din benzen - ciclohexan, din acid oleic lichid nesaturat - acid stearic saturat solid etc. Alte clase de compuși organici sunt, de asemenea, supuse hidrogenării și are loc reducerea lor. Astfel, în timpul hidrogenării compușilor carbonilici (aldehide, cetone, esteri) se formează alcoolii corespunzători; de exemplu, alcoolul izopropilic este obţinut din acetonă. Când compușii nitro sunt hidrogenați, se formează aminele corespunzătoare.

Hidrogenarea cu hidrogen molecular este adesea efectuată în prezența catalizatorilor. În industrie, de regulă, se folosesc catalizatori eterogene, care includ metale din grupa VIII a tabelului periodic al elementelor - nichel, platină, rodiu, paladiu. Cel mai activ dintre acești catalizatori este platina; Poate fi folosit pentru a hidrogena chiar și compuși aromatici la temperatura camerei fără presiune. Activitatea catalizatorilor mai ieftini poate fi crescută prin efectuarea reacției de hidrogenare sub presiune la temperaturi ridicate în dispozitive speciale - autoclave. Astfel, hidrogenarea compuşilor aromatici pe nichel necesită presiuni de până la 200 atm şi temperaturi peste 150°C.

Diverse metode de hidrogenare necatalitică sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în practica de laborator. Una dintre ele este acțiunea hidrogenului în momentul eliberării. Un astfel de „hidrogen activ” poate fi obținut prin reacția sodiului metalic cu alcool sau zinc amalgamat cu acid clorhidric. Hidrogenarea cu hidruri complexe - borohidrură de sodiu NaBH 4 și hidrură de litiu aluminiu LiAlH 4 - a devenit larg răspândită în sinteza organică. Reacția se desfășoară în mediu anhidru, deoarece hidrurile complexe sunt hidrolizate instantaneu.

Hidrogenul este folosit în multe laboratoare chimice. Se depozitează sub presiune în butelii de oțel, care, pentru siguranță, sunt atașate de perete cu ajutorul unor cleme speciale sau chiar scoase în curte, iar gazul intră în laborator printr-un tub subțire.

Hidrogenul este un element chimic cu simbolul H și numărul atomic 1. Cu o greutate atomică standard de aproximativ 1,008, hidrogenul este cel mai ușor element din tabelul periodic. Forma sa monoatomică (H) este cea mai abundentă substanță chimică din Univers, reprezentând aproximativ 75% din masa totală a barionului. Stelele sunt compuse în principal din hidrogen în stare de plasmă. Cel mai comun izotop al hidrogenului, numit protium (acest nume este rar folosit, simbolul 1H), are un proton și nici un neutron. Apariția pe scară largă a hidrogenului atomic a avut loc pentru prima dată în timpul erei recombinării. La temperaturi și presiuni standard, hidrogenul este un gaz biatomic incolor, inodor, fără gust, netoxic, nemetalic, inflamabil, cu formula moleculară H2. Deoarece hidrogenul formează cu ușurință legături covalente cu majoritatea elementelor nemetalice, majoritatea hidrogenului de pe Pământ există în forme moleculare, cum ar fi apa sau compuși organici. Hidrogenul joacă un rol deosebit de important în reacțiile acido-bazice deoarece majoritatea reacțiilor pe bază de acid implică schimbul de protoni între moleculele solubile. În compușii ionici, hidrogenul poate lua forma unei sarcini negative (adică un anion), unde este cunoscut sub numele de hidrură, sau ca formă încărcată pozitiv (adică, cation), notat cu simbolul H+. Cationul de hidrogen este descris ca fiind alcătuit dintr-un proton simplu, dar, în realitate, cationii de hidrogen din compușii ionici sunt întotdeauna mai complexi. Fiind singurul atom neutru pentru care ecuația Schrödinger poate fi rezolvată analitic, hidrogenul (și anume, studiul energeticii și legăturile atomului său) a jucat un rol cheie în dezvoltarea mecanicii cuantice. Hidrogenul gazos a fost produs pentru prima dată artificial la începutul secolului al XVI-lea prin reacția acizilor cu metalele. În 1766-81. Henry Cavendish a fost primul care a recunoscut că hidrogenul gazos era o substanță discretă și că producea apă atunci când era ars, dându-i numele: în greacă, hidrogen înseamnă „producător de apă”. Producția industrială de hidrogen implică în primul rând conversia cu abur a gazului natural și, mai rar, metode mai consumatoare de energie, cum ar fi electroliza apei. Majoritatea hidrogenului este folosit aproape de locul în care este produs, cele două utilizări cele mai comune fiind procesarea combustibililor fosili (cum ar fi hidrocracarea) și producția de amoniac, în principal pentru piața îngrășămintelor. Hidrogenul este o preocupare în metalurgie, deoarece poate face multe metale casante, ceea ce face dificilă proiectarea conductelor și a rezervoarelor de stocare.

Proprietăți

Combustie

Hidrogenul gazos (dihidrogen sau hidrogen molecular) este un gaz inflamabil care va arde în aer într-un interval foarte larg de concentrații de la 4% la 75% în volum. Entalpia de ardere este de 286 kJ/mol:

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Hidrogenul gazos formează amestecuri explozive cu aerul în concentrații de la 4-74% și cu clorul în concentrații de până la 5,95%. Reacțiile explozive pot fi cauzate de scântei, căldură sau lumina soarelui. Temperatura de autoaprindere a hidrogenului, temperatura la care se aprinde spontan în aer, este de 500 °C (932 °F). Flăcările de hidrogen-oxigen pur emit radiații ultraviolete și, cu un amestec ridicat de oxigen, sunt aproape invizibile cu ochiul liber, așa cum demonstrează pluma slabă a motorului principal al navetei spațiale în comparație cu penarul foarte vizibil al navetei spațiale Solid Rocket Booster, care utilizează un compozit de perclorat de amoniu. Poate fi necesar un detector de flacără pentru a detecta o scurgere de hidrogen care arde; astfel de scurgeri pot fi foarte periculoase. O flacără de hidrogen este albastră în alte condiții și seamănă cu flacăra albastră a gazului natural. Moartea aeronavei „Hindenburg” este tristă exemplu celebru arderea hidrogenului, iar chestiunea este încă în discuție. Flăcările portocalii vizibile din acest incident au fost cauzate de expunerea la un amestec de hidrogen și oxigen combinat cu compuși de carbon din pielea aeronavei. H2 reacționează cu fiecare element oxidant. Hidrogenul poate reacționa spontan la temperatura camerei cu clorul și fluorul pentru a forma halogenuri de hidrogen, acid clorhidric și fluorură de hidrogen corespunzătoare, care sunt, de asemenea, acizi potențial periculoși.

Nivelurile de energie a electronilor

Nivelul de energie al unui electron într-un atom de hidrogen este -13,6 eV, ceea ce este echivalent cu un foton ultraviolet cu o lungime de undă de aproximativ 91 nm. Nivelurile de energie ale hidrogenului pot fi calculate destul de precis folosind modelul Bohr al atomului, care conceptualizează electronul ca un proton „orbital”, analog cu orbita Soarelui a Pământului. Cu toate acestea, electronul atomic și protonul sunt ținute împreună prin forța electromagnetică, în timp ce planetele și obiectele cerești sunt ținute împreună prin gravitație. Datorită discretizării momentului unghiular postulată în mecanica cuantică timpurie de către Bohr, electronul din modelul lui Bohr poate ocupa doar anumite distanțe admisibile față de proton și, prin urmare, doar anumite energii admisibile. O descriere mai precisă a atomului de hidrogen provine dintr-un tratament pur mecanic cuantic, care utilizează ecuația Schrödinger, ecuația Dirac sau chiar circuitul integrat Feynman pentru a calcula distribuția probabilității densității unui electron în jurul unui proton. Cele mai sofisticate metode de procesare produc efecte mici de relativitate specială și polarizare în vid. În prelucrarea cuantică, electronul dintr-un atom de hidrogen nu are deloc starea fundamentală cuplu, care ilustrează modul în care o „orbita planetară” diferă de mișcarea unui electron.

Forme moleculare elementare

Există doi izomeri de spin diferiți ai moleculelor de hidrogen diatomic, care diferă prin spinul relativ al nucleelor ​​lor. În forma ortohidrogenului, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează o stare triplet cu un număr cuantic de spin molecular de 1 (1/2 + 1/2); sub formă de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet cu un număr cuantic de spin molecular de 0 (1/2 1/2). La temperatura și presiunea standard, hidrogenul gazos conține aproximativ 25% formă para și 75% formă orto, cunoscută și sub numele de „forma normală”. Raportul de echilibru dintre ortohidrogen și parahidrogen depinde de temperatură, dar deoarece forma orto este o stare excitată și are o energie mai mare decât forma para, este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte scăzute, starea de echilibru constă aproape exclusiv din forma para. Proprietățile termice ale fazelor lichide și gazoase ale parahidrogenului pur diferă semnificativ de cele ale formei normale datorită diferențelor de capacități termice de rotație, discutate mai detaliat în izomerii de spin ai hidrogenului. Distincția orto/pereche apare și în alte molecule sau grupări funcționale care conțin hidrogen, cum ar fi apa și metilen, dar acest lucru are o semnificație mică pentru proprietățile lor termice. Interconversia necatalizată între para și orto H2 crește odată cu creșterea temperaturii; Astfel, H2 condensat rapid conține cantități mari de formă ortogonală de înaltă energie, care este convertită foarte lent în forma para. Raportul orto/vapor al H2 condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid: conversia din orto în vapori este exotermă și oferă suficientă căldură pentru a vaporiza o parte din hidrogenul lichid, ducând la pierderea materialului lichefiat. Catalizatori pentru conversia orto-para, cum ar fi oxidul de fier, cărbune activ, azbestul platinizat, metalele pământurilor rare, compușii de uraniu, oxidul de crom sau unii compuși de nichel sunt utilizați în răcirea cu hidrogen.

faze

Hidrogen gazos

Hidrogen lichid

Hidrogen nămol

Hidrogen solid

Hidrogen metalic

Conexiuni

Compuși covalenti și organici

Deși H2 nu este foarte reactiv în condiții standard, formează compuși cu majoritatea elementelor. Hidrogenul poate forma compuși cu elemente care sunt mai electronegative, cum ar fi halogeni (de exemplu, F, Cl, Br, I) sau oxigen; în acești compuși, hidrogenul capătă o sarcină pozitivă parțială. Atunci când este legat de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul poate forma o legătură necovalentă de rezistență medie cu hidrogenul altor molecule similare, un fenomen numit legături de hidrogen, care este esențial pentru stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul formează, de asemenea, compuși cu elemente mai puțin electronegative, cum ar fi metalele și metaloizii, unde primește o sarcină negativă parțială. Acești compuși sunt adesea cunoscuți ca hidruri. Hidrogenul formează o mare varietate de compuși cu carbon, numiți hidrocarburi, și o varietate și mai mare de compuși cu heteroatomi, care, datorită asocierii lor comune cu viețuitoarele, se numesc compuși organici. Studiul proprietăților lor este subiectul chimiei organice, iar studiul lor în contextul organismelor vii este cunoscut sub numele de biochimie. După unele definiții, compușii „organici” trebuie să conțină doar carbon. Cu toate acestea, majoritatea dintre ele conțin și hidrogen și, deoarece legătura carbon-hidrogen este cea care conferă acestei clase de compuși cele mai multe dintre caracteristicile lor chimice specifice, legăturile carbon-hidrogen sunt necesare în unele definiții ale cuvântului „organic” în chimie. Sunt cunoscute milioane de hidrocarburi și, de obicei, se formează prin căi sintetice complexe care rareori implică hidrogenul elementar.

Hidruri

Compușii cu hidrogen sunt adesea numiți hidruri. Termenul „hidrură” presupune că atomul de H a căpătat un caracter negativ sau anionic, denumit H-, și este utilizat atunci când hidrogenul formează un compus cu un element mai electropozitiv. Existența unui anion hidrură, propus de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru hidrurile care conțin sare din grupele 1 și 2, a fost demonstrată de Moers în 1920 prin electroliza hidrurii de litiu (LiH) topit, producând o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anodul. Pentru hidruri, altele decât metalele din grupele 1 și 2, termenul este înșelător, având în vedere electronegativitatea scăzută a hidrogenului. Excepția de la hidrurile din grupa 2 este BeH2, care este polimeric. În hidrura de litiu-aluminiu, anionul AlH-4 poartă centrii de hidrură atașați ferm de Al(III). Deși hidrurile se pot forma în aproape toate elementele grupului principal, numărul și combinația de compuși posibili variază foarte mult; de exemplu, sunt cunoscute mai mult de 100 de hidruri de boran binare și doar o hidrură de aluminiu binară. Hidrura de indiu binară nu a fost încă identificată, deși există complexe mari. În chimia anorganică, hidrurile pot servi și ca liganzi de legătură care leagă doi centri metalici într-un complex de coordonare. Această funcție este caracteristică în special elementelor din grupa 13, în special în borani (hidruri de bor) și complexe de aluminiu, precum și în carboranii grupați.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului îi îndepărtează electronul și produce H+, care nu conține electroni și un nucleu care de obicei este format dintr-un singur proton. Acesta este motivul pentru care H+ este adesea numit proton. Această specie este esențială în discuția despre acizi. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt donatori de protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul gol, H+, nu poate exista în soluție sau în cristale ionice din cauza atracției sale irezistibile față de alți atomi sau molecule cu electroni. Cu excepția temperaturilor ridicate asociate cu plasmă, astfel de protoni nu pot fi îndepărtați din norii de electroni ai atomilor și moleculelor și vor rămâne atașați de ei. Cu toate acestea, termenul „proton” este uneori folosit metaforic pentru a se referi la hidrogenul încărcat pozitiv sau cationic atașat la alte specii în acest mod și, ca atare, este denumit „H+” fără nicio implicație că protonii individuali există liber ca specie. Pentru a evita apariția unui „proton solvat” gol în soluție, se crede uneori că soluțiile apoase acide conțin o specie fictivă mai puțin probabilă numită „ion de hidroniu” (H3O+). Cu toate acestea, chiar și în acest caz, astfel de cationi de hidrogen solvat sunt percepuți mai realist ca grupuri organizate care formează specii apropiate de H9O+4. Alți ioni de oxoniu se găsesc atunci când apa este în soluție acidă cu alți solvenți. În ciuda aspectului său exotic pe Pământ, unul dintre cei mai comuni ioni din Univers este H+3, cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cation trihidrogen.

Izotopi

Hidrogenul are trei izotopi naturali, denumiți 1H, 2H și 3H. Alte nuclee foarte instabile (4H la 7H) au fost sintetizate în laborator, dar nu au fost observate în natură. 1H este cel mai abundent izotop al hidrogenului cu o abundență de peste 99,98%. Deoarece nucleul acestui izotop este format dintr-un singur proton, i se dă numele formal descriptiv, dar rar folosit protium. 2H, un alt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut sub numele de deuteriu și conține un proton și un neutron în nucleul său. Se crede că tot deuteriul din Univers a fost produs în timpul Big Bang-ului și a existat din acel moment până în prezent. Deuteriul nu este un element radioactiv și nu prezintă un risc semnificativ de toxicitate. Apa îmbogățită cu molecule care includ deuteriu în loc de hidrogen normal se numește apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca trasor neradioactiv în experimente chimice și în solvenți pentru spectroscopia 1H-RMN. Apa grea este folosită ca moderator de neutroni și lichid de răcire pentru reactoarele nucleare. Deuteriul este, de asemenea, un potențial combustibil pentru fuziunea nucleară comercială. 3H este cunoscut sub numele de tritiu și conține un proton și doi neutroni în nucleu. Este radioactiv, degradându-se la heliu-3 prin descompunere beta, cu un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Este atât de radioactiv încât poate fi folosit în vopsea luminoasă, făcându-l util în realizarea de ceasuri cu cadrane luminoase, de exemplu. Sticla previne scăparea unor cantități mici de radiații. Nu număr mare tritiul se formeaza in mod natural prin interactiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiu a fost, de asemenea, eliberat în timpul testării arme nucleare. Este utilizat în reacțiile de fuziune nucleară ca indicator al geochimiei izotopilor și în dispozitive specializate de iluminat cu autoalimentare. Tritiul a fost, de asemenea, utilizat în experimente de marcare chimică și biologică ca trasor radioactiv. Hidrogenul este singurul element care are denumiri diferite pentru izotopii săi, care sunt utilizați pe scară largă astăzi. În timpul studiului timpuriu al radioactivității, diverșilor izotopi radioactivi grei li s-au dat nume proprii, dar astfel de denumiri nu mai sunt folosite, cu excepția deuteriului și a tritiului. Simbolurile D și T (în loc de 2H și 3H) sunt uneori folosite pentru deuteriu și tritiu, dar simbolul corespunzător pentru proțiu P este deja folosit pentru fosfor și, prin urmare, nu este disponibil pentru proțiu. În ghidurile sale de nomenclatură, Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată permite utilizarea oricăruia dintre simbolurile D, T, 2H și 3H, deși sunt preferate 2H și 3H. Atomul exotic muonium (simbolul Mu), constând dintr-un antimuon și un electron, este de asemenea considerat uneori un radioizotop ușor de hidrogen datorită diferenței de masă dintre antimuon și electron, care a fost descoperită în 1960. În timpul vieții muonului, 2,2 μs, muoniul poate fi încorporat în compuși precum clorura de muonium (MuCl) sau muonura de sodiu (NaMu), similar cu acid clorhidric și respectiv hidrură de sodiu.

Poveste

Deschidere și utilizare

În 1671, Robert Boyle a descoperit și descris reacția dintre pilitura de fier și acizii diluați care produce hidrogen gazos. În 1766, Henry Cavendish a fost primul care a recunoscut gazul hidrogen ca o substanță discretă, numind gazul „aer inflamabil” datorită reacției sale metal-acid. El a teoretizat că „aerul inflamabil” era practic identic cu o substanță ipotetică numită „flogiston” și a descoperit din nou în 1781 că gazul produce apă atunci când este ars. Se crede că el a fost cel care a descoperit hidrogenul ca element. În 1783, Antoine Lavoisier a dat elementului numele de hidrogen (din grecescul ὑδρο-hydro care înseamnă „apă” și gene -γενής înseamnă „creator”) când el și Laplace au reprodus datele lui Cavendish conform cărora arderea hidrogenului produce apă. Lavoisier a produs hidrogen pentru experimentele sale de conservare a masei prin reacția unui curent de abur cu fier metalic printr-o lampă incandescentă încălzită de foc. Oxidarea anaerobă a fierului de către protonii apei la temperatură ridicată poate fi reprezentată schematic printr-un set de următoarele reacții:

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Multe metale, cum ar fi zirconiul, suferă o reacție similară cu apa pentru a produce hidrogen. Hidrogenul a fost lichefiat pentru prima dată de James Dewar în 1898 folosind refrigerarea regenerativă și invenția sa, balonul cu vid. În anul următor a produs hidrogen solid. Deuteriul a fost descoperit în decembrie 1931 de Harold Urey, iar tritiul a fost preparat în 1934 de Ernest Rutherford, Mark Oliphant și Paul Harteck. Apa grea, care constă din deuteriu în loc de hidrogen obișnuit, a fost descoperită de grupul lui Urey în 1932. François Isaac de Rivaz a construit primul motor Rivaz, un motor cu ardere internă condus de hidrogen și oxigen, în 1806. Edward Daniel Clark a inventat tubul cu hidrogen gazos în 1819. Cremenul Döbereiner (prima brichetă cu drepturi depline) a fost inventat în 1823. Primul balon cu hidrogen a fost inventat de Jacques Charles în 1783. Hidrogenul a oferit apariția primei forme sigure de călătorie cu aer după inventarea primei aeronave alimentate cu hidrogen în 1852 de către Henri Giffard. Contele german Ferdinand von Zeppelin a promovat ideea aeronavelor rigide propulsate în aer de hidrogen, care mai târziu au fost numite Zeppelin; primul dintre acestea a zburat pentru prima dată în 1900. Zborurile regulate au început în 1910 și până la izbucnirea Primului Război Mondial în august 1914 au transportat 35.000 de pasageri fără incidente majore. În timpul războiului, dirijabilele cu hidrogen au fost folosite ca platforme de observare și bombardiere. Primul zbor transatlantic non-stop a fost realizat de dirijabilul britanic R34 în 1919. Serviciul obișnuit de pasageri a fost reluat în anii 1920, iar descoperirea rezervelor de heliu în Statele Unite era de așteptat să îmbunătățească siguranța călătoriei, dar guvernul SUA a refuzat să vândă gazul în acest scop, așa că H2 a fost folosit în dirijabilul Hindenburg, care a fost distrus. într-un incendiu la Milano din New York - Jersey 6 mai 1937. Incidentul a fost transmis în direct la radio și filmat. S-a presupus pe scară largă că cauza aprinderii a fost o scurgere de hidrogen, dar studiile ulterioare indică faptul că învelișul din material aluminiu a fost aprins de electricitate statică. Dar până în acest moment, reputația hidrogenului ca gaz de ridicare a fost deja deteriorată. În același an, primul turbogenerator răcit cu hidrogen, cu gaz hidrogen ca lichid de răcire în rotor și stator, a intrat în funcțiune în 1937 în Dayton, Ohio, de către Dayton Power & Light Co.; Datorită conductivității termice a hidrogenului gazos, acesta este cel mai comun gaz utilizat în acest domeniu astăzi. Bateria cu nichel-hidrogen a fost folosită pentru prima dată în 1977 la bordul satelitului US Navigation Technology Satellite-2 (NTS-2). ISS, Mars Odyssey și Mars Global Surveyor sunt echipate cu baterii nichel-hidrogen. În partea întunecată a orbitei sale, telescopul spațial Hubble este alimentat și de baterii cu nichel-hidrogen, care au fost înlocuite în sfârșit în mai 2009, la mai bine de 19 ani de la lansare și la 13 ani după ce au fost proiectate.

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii sale atomice simple, constând doar dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen, împreună cu spectrul de lumină creat din sau absorbit de acesta, a fost esențial pentru dezvoltarea teoriei structurii atomice. Mai mult, studiul simplității corespunzătoare a moleculei de hidrogen și a cationului H+2 corespunzător a condus la înțelegerea naturii legăturii chimice, care a fost urmată rapid de tratarea fizică a atomului de hidrogen în mecanica cuantică la mijlocul anului 2020. Unul dintre primele efecte cuantice observate în mod clar (dar neînțeles) la acea vreme), a fost observația lui Maxwell care implică hidrogen cu o jumătate de secol înainte de apariția întregii teorii a mecanicii cuantice. Maxwell a observat că căldura specifică a H2 se îndepărtează ireversibil de la gazul diatomic sub temperatura camerei și începe să semene din ce în ce mai mult cu căldura specifică a gazului monoatomic la temperaturi criogenice. Conform teoriei cuantice, acest comportament rezultă din distanțarea nivelurilor de energie de rotație (cuantificate), care sunt deosebit de larg distanțate în H2 datorită masei sale scăzute. Aceste niveluri larg distanțate împiedică împărțirea egală a energiei termice în mișcare de rotație a hidrogenului la temperaturi scăzute. Gazele de diatomee, care sunt formate din atomi mai grei, nu au niveluri atât de distanțate și nu prezintă același efect. Antihidrogenul este analogul antimaterial al hidrogenului. Este format dintr-un antiproton cu un pozitron. Antihidrogenul este singurul tip de atom de antimaterie care a fost produs din 2015.

Fiind în natură

Hidrogenul este cel mai abundent element chimic din univers, alcătuind 75% din masa normală și mai mult de 90% din numărul de atomi. (Totuși, cea mai mare parte a masei universului nu este sub forma acestui element chimic, dar se crede că are forme de masă încă nedetectate, cum ar fi materia întunecată și energia întunecată.) Acest element se găsește în mare abundență în stele. și giganții gazoși. Norii moleculari H2 sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol vital în alimentarea stelelor prin reacția proton-proton și fuziunea nucleară a ciclului CNO. În întreaga lume, hidrogenul apare în principal în stări atomice și plasmatice cu proprietăți complet diferite de cele ale hidrogenului molecular. Ca plasmă, electronul și protonul hidrogenului nu sunt legați unul de celălalt, rezultând o conductivitate electrică foarte mare și o emisivitate ridicată (producând lumină de la Soare și alte stele). Particulele încărcate sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vântul solar ei interacționează cu magnetosfera Pământului, creând curenți Birkeland și aurora. Hidrogenul există în stare atomică neutră în mediul interstelar. Se crede că marile cantități de hidrogen neutru găsite în sistemele Lyman-alfa în descompunere domină densitatea barionică cosmologică a Universului până la deplasarea spre roșu z = 4. În condiții normale pe Pământ, hidrogenul elementar există ca gaz diatomic, H2. Cu toate acestea, hidrogenul gazos este foarte rar în atmosfera Pământului (1 ppm în volum) datorită greutății sale reduse, ceea ce îi permite să învingă gravitația Pământului mai ușor decât gazele mai grele. Cu toate acestea, hidrogenul este al treilea element cel mai abundent de pe suprafața Pământului, existând în primul rând sub formă de compuși chimici precum hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de unele bacterii și alge și este o componentă naturală a flautului, la fel ca metanul, care este o sursă din ce în ce mai importantă de hidrogen. O formă moleculară numită hidrogen molecular protonat (H+3) se găsește în mediul interstelar, unde este generată prin ionizarea hidrogenului molecular din razele cosmice. Acest ion încărcat a fost observat și în atmosfera superioară a planetei Jupiter. Ionul este relativ stabil în mediu datorită temperaturii și densității scăzute. H+3 este unul dintre cei mai abundenți ioni din Univers și joacă un rol semnificativ în chimia mediului interstelar. Hidrogenul triatomic neutru H3 poate exista doar sub formă excitată și este instabil. În schimb, ionul de hidrogen molecular pozitiv (H+2) este o moleculă rară în Univers.

Producția de hidrogen

H2 este produs în laboratoare chimice și biologice, adesea ca produs secundar al altor reacții; în industrie pentru hidrogenarea substraturilor nesaturate; iar în natură ca mijloc de înlocuire a echivalentelor reducătoare în bio reactii chimice.

Reformarea cu abur

Hidrogenul poate fi produs în mai multe moduri, dar cel mai economic procese importante includ eliminarea hidrogenului din hidrocarburi, deoarece aproximativ 95% din producția de hidrogen în 2000 a provenit din reformarea cu abur. Din punct de vedere comercial, volume mari de hidrogen sunt de obicei produse prin reformarea cu abur a gazului natural. La temperaturi ridicate (1000-1400 K, 700-1100 °C sau 1300-2000 °F), aburul (vaporii de apă) reacționează cu metanul pentru a produce monoxid de carbon și H2.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Această reacție funcționează mai bine la presiuni scăzute, dar, cu toate acestea, poate fi efectuată și la presiuni mari (2,0 MPa, 20 atm sau 600 inci de mercur). Acest lucru se datorează faptului că H2 de înaltă presiune este cel mai popular produs și sistemele de dezîncălzire sub presiune funcționează mai bine la presiuni mai mari. Amestecul de produse este cunoscut sub numele de „syngas” deoarece este adesea folosit direct pentru a produce metanol și compuși înrudiți. Hidrocarburile, altele decât metanul, pot fi utilizate pentru a produce gaz de sinteză cu diferite rapoarte de produs. Una dintre numeroasele complicații ale acestei tehnologii extrem de optimizate este formarea de cocs sau carbon:

CH4 → C + 2H2

Prin urmare, reformarea cu abur utilizează de obicei excesul de H2O. Hidrogen suplimentar poate fi recuperat din abur folosind monoxid de carbon printr-o reacție de deplasare a gazului de apă, în special folosind un catalizator de oxid de fier. Această reacție este, de asemenea, o sursă industrială comună de dioxid de carbon:

CO + H2O → CO2 + H2

Alte metode importante pentru H2 includ oxidarea parțială a hidrocarburilor:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

Și o reacție de cărbune care poate servi drept preludiu la reacția de forfecare descrisă mai sus:

C + H2O → CO + H2

Uneori, hidrogenul este produs și consumat în același proces industrial, fără separare. În procesul Haber de producere a amoniacului, hidrogenul este generat din gazul natural. Electroliza saramurii pentru a produce clor produce, de asemenea, hidrogen ca produs secundar.

Acid metalic

În laborator, H2 este de obicei preparat prin reacția acizilor diluați neoxidanți cu anumite metale reactive, cum ar fi zincul, cu un aparat Kipp.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

De asemenea, aluminiul poate produce H2 atunci când este tratat cu baze:

2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2

Electroliza apei este o modalitate simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă și oxigenul gazos este produs la anod, în timp ce hidrogenul gazos este produs la catod. De obicei, catodul este fabricat din platină sau alt metal inert atunci când se produce hidrogen pentru stocare. Dacă, totuși, gazul urmează să fie ars in situ, prezența oxigenului este de dorit pentru a ajuta arderea și, prin urmare, ambii electrozi vor fi fabricați din metale inerte. (De exemplu, fierul se oxidează și, prin urmare, reduce cantitatea de oxigen produsă). Eficiența maximă teoretică (electricitatea utilizată în raport cu valoarea energetică a hidrogenului produs) este în intervalul 80-94%.

2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)

Un aliaj de aluminiu și galiu sub formă de granule adăugate în apă poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Acest proces produce și oxid de aluminiu, dar galiul scump, care împiedică formarea pielii de oxid pe pelete, poate fi reutilizat. Acest lucru are implicații potențiale importante pentru economia hidrogenului, deoarece hidrogenul poate fi produs local și nu trebuie transportat.

Proprietăți termochimice

Există peste 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru a împărți apa, aproximativ o duzină dintre aceste cicluri, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxidului de ceriu (IV), ciclul oxidului de zinc-zinc, ciclul sulfului iod, ciclul cuprului și al clorului și hibridului. ciclul sulfului sunt în curs de cercetare și testare pentru a produce hidrogen și oxigen din apă și căldură fără utilizarea energiei electrice. Un număr de laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și SUA) dezvoltă metode termochimice pentru producerea hidrogenului din energie solară și apă.

Coroziunea anaerobă

În condiții anaerobe, aliajele de fier și oțel sunt lent oxidate de protonii de apă, în timp ce sunt reduse la hidrogen molecular (H2). Coroziunea anaerobă a fierului duce mai întâi la formarea hidroxidului de fier (rugina verde) și poate fi descrisă prin următoarea reacție: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. La rândul său, în condiții anaerobe, hidroxidul de fier (Fe (OH) 2) poate fi oxidat de protonii de apă pentru a forma magnetit și hidrogen molecular. Acest proces este descris de reacția Shikorra: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 hidroxid de fier → magneziu + apă + hidrogen. Magnetita bine cristalizată (Fe3O4) este termodinamic mai stabilă decât hidroxidul de fier (Fe (OH) 2). Acest proces are loc în timpul coroziunii anaerobe a fierului și oțelului în apele subterane anoxice și în timpul refacerii solurilor sub pânza freatică.

Origine geologică: reacție de serpentinizare

În absența oxigenului (O2) în condiții geologice profunde care predomină departe de atmosfera Pământului, hidrogenul (H2) se formează în timpul procesului de serpentinizare prin oxidare anaerobă de către protonii apei (H+) ai silicatului de fier (Fe2 +) prezenți în rețea cristalină de fayalită (Fe2SiO4, glandă minerală olivină). Reacția corespunzătoare care duce la formarea magnetitului (Fe3O4), cuarțului (SiO2) și hidrogenului (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 fayalită + apă → magnetit + cuarț + hidrogen. Această reacție este foarte asemănătoare cu reacția Shikorra observată în timpul oxidării anaerobe a hidroxidului de fier în contact cu apa.

Formarea în transformatoare

Dintre toate gazele periculoase produse în transformatoarele de putere, hidrogenul este cel mai frecvent și este generat în majoritatea defecțiunilor; astfel, producția de hidrogen este un semn precoce probleme serioaseîn ciclul de viață al unui transformator.

Aplicații

Consumul în diverse procese

Sunt necesare cantități mari de H2 în industria petrolieră și chimică. Cele mai mari utilizări ale H2 sunt pentru prelucrarea (“upgrading”) combustibililor fosili și pentru producerea de amoniac. În uzinele petrochimice, H2 este utilizat în hidrodealchilare, hidrodesulfurare și hidrocracare. H2 are mai multe alte utilizări importante. H2 este utilizat ca agent de hidrogenare, în special pentru a crește nivelurile de saturație ale grăsimilor și uleiurilor nesaturate (care se găsesc în articole precum margarina) și în producția de metanol. Este, de asemenea, o sursă de hidrogen în producție acid clorhidric. H2 este, de asemenea, folosit ca agent reducător pentru minereurile metalice. Hidrogenul este foarte solubil în multe pământuri rare și metale de tranziție și este solubil atât în ​​metale nanocristaline cât și amorfe. Solubilitatea hidrogenului în metale depinde de distorsiunile locale sau de impuritățile din rețeaua cristalină. Acest lucru poate fi util atunci când hidrogenul este purificat prin trecerea prin discuri fierbinți de paladiu, dar solubilitatea ridicată a gazului este o problemă metalurgică care contribuie la fragilizarea multor metale, complicând proiectarea conductelor și a rezervoarelor de stocare. Pe lângă utilizarea sa ca reactiv, H2 are aplicații largi în fizică și tehnologie. Este folosit ca gaz de protecție în tehnici de sudare, cum ar fi sudarea atomică cu hidrogen. H2 este folosit ca lichid de răcire a rotorului în generatoarele electrice din centralele electrice deoarece are cea mai mare conductivitate termică dintre toate gazele. H2 lichid este utilizat în cercetarea criogenică, inclusiv în cercetarea supraconductivității. Deoarece H2 este mai ușor decât aerul, fiind puțin mai mare de 1/14 din densitatea aerului, a fost odată folosit pe scară largă ca gaz de ridicare în baloane și avioane. În aplicațiile mai noi, hidrogenul este utilizat pur sau amestecat cu azot (uneori numit gaz de formare) ca gaz trasor pentru detectarea instantanee a scurgerilor. Hidrogenul este utilizat în industria auto, chimică, energetică, aerospațială și de telecomunicații. Hidrogenul este permis aditiv alimentar(E 949), care permite testarea scurgerilor produselor alimentare, printre alte proprietăți antioxidante. Izotopii rari ai hidrogenului au, de asemenea, utilizări specifice. Deuteriul (hidrogen-2) este utilizat în aplicațiile de fisiune nucleară ca moderator de neutroni lent și în reacțiile de fuziune nucleară. Compușii de deuteriu sunt utilizați în domeniile chimiei și biologiei pentru a studia efectele izotopice ale reacțiilor. Tritiul (hidrogen-3), produs în reactoare nucleare, este utilizat în producția de bombe cu hidrogen, ca trasor izotop în științele biologice și ca sursă de radiații în vopselele luminoase. Temperatura punctului triplu a hidrogenului de echilibru este punctul fix definitoriu pe scara de temperatură ITS-90 la 13,8033 kelvin.

Mediu de răcire

Hidrogenul este utilizat în mod obișnuit în centralele electrice ca agent de răcire în generatoare datorită unui număr de proprietăți favorabile care sunt rezultatul direct al moleculelor sale biatomice ușoare. Acestea includ densitatea scăzută, vâscozitatea scăzută și cea mai mare capacitate de căldură specifică și conductivitate termică a oricărui gaz.

Purtător de energie

Hidrogenul nu este resursă energetică, cu excepția contextului ipotetic al centralelor comerciale de fuziune care utilizează deuteriu sau tritiu, tehnologie care în prezent este departe de a fi dezvoltată. Energia soarelui provine din fuziunea nucleară a hidrogenului, dar acest proces este dificil de realizat pe Pământ. Hidrogenul elementar din surse solare, biologice sau electrice necesită mai multă energie pentru a produce decât este consumată la arderea acestuia, astfel încât în ​​aceste cazuri hidrogenul funcționează ca un purtător de energie, similar unei baterii. Hidrogenul poate fi produs din surse fosile (cum ar fi metanul), dar aceste surse sunt epuizabile. Densitatea de energie pe unitate de volum atât a hidrogenului lichid, cât și a hidrogenului gazos comprimat la orice presiune practicabilă este semnificativ mai mică decât cea a surselor de energie tradiționale, deși densitatea energiei pe unitatea de masă de combustibil este mai mare. Cu toate acestea, hidrogenul elementar a fost discutat pe larg în contextul energetic ca un posibil viitor transportator de energie la nivelul întregii economii. De exemplu, sechestrarea CO2 urmată de captarea și stocarea carbonului poate fi efectuată în punctul de producere a H2 din combustibili fosili. Hidrogenul folosit în transport va arde relativ curat, cu unele emisii de NOx, dar fără emisii de carbon. Cu toate acestea, costurile de infrastructură asociate cu o conversie completă la o economie cu hidrogen vor fi semnificative. Pilele de combustie pot transforma hidrogenul și oxigenul direct în electricitate mai eficient decât motoarele cu ardere internă.

Industria semiconductoarelor

Hidrogenul este folosit pentru a satura legăturile suspendate ale siliciului amorf și carbonului amorf, ceea ce ajută la stabilizarea proprietăților materialului. Este, de asemenea, un potențial donor de electroni în diverse materiale de oxid, inclusiv ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4 și SrZrO3.

Reacții biologice

H2 este un produs al unui metabolism anaerob și este produs de mai multe microorganisme, de obicei prin reacții catalizate de enzime care conțin fier sau nichel numite hidrogenaze. Aceste enzime catalizează o reacție redox reversibilă între H2 și componentele sale - doi protoni și doi electroni. Crearea hidrogenului gazos are loc prin transferul echivalenților reducători produși prin fermentarea piruvatului în apă. Ciclul natural de producere și consum de hidrogen de către organisme se numește ciclul hidrogenului. Diviziunea apei, procesul prin care apa este descompusă în protoni, electroni și oxigen, are loc în reacțiile luminoase în toate organismele fotosintetice. Unele astfel de organisme, inclusiv algele Chlamydomonas Reinhardtii și cianobacteriile, au evoluat într-o a doua etapă în reacții întunecate în care protonii și electronii sunt reduși pentru a forma gaz H2 prin hidrogenaze specializate din cloroplast. Au fost făcute încercări de modificare genetică a hidrazelor cianobacteriene pentru a sintetiza eficient H2 gaz chiar și în prezența oxigenului. De asemenea, s-au făcut eforturi folosind alge modificate genetic într-un bioreactor.

Cel mai comun element chimic din Univers este hidrogenul. Acesta este un fel de punct de referință, deoarece în tabelul periodic numărul său atomic este egal cu unu. Omenirea speră că poate afla mai multe despre ea ca fiind una dintre cele mai posibile vehiculeîn viitor. Hidrogenul este cel mai simplu, mai ușor, cel mai comun element, există o mulțime de el peste tot - șaptezeci și cinci la sută din masa totală a materiei. Este prezent în orice stea, în special la giganții gazosi. Rolul său în reacțiile de fuziune stelară este cheie. Fără hidrogen nu există apă, ceea ce înseamnă că nu există viață. Toată lumea își amintește că o moleculă de apă conține un atom de oxigen și doi atomi din ea sunt hidrogen. Aceasta este formula binecunoscută H2O.

Cum îl folosim

Hidrogenul a fost descoperit în 1766 de Henry Cavendish în timp ce analiza reacția de oxidare a unui metal. După câțiva ani de observații, a realizat că în timpul arderii hidrogenului se formează apă. Anterior, oamenii de știință au izolat acest element, dar nu l-au considerat independent. În 1783, hidrogenul a primit numele de hidrogen (tradus din grecescul „hydro” - apă și „gen” - pentru a da naștere). Elementul care produce apa este hidrogenul. Acesta este un gaz a cărui formulă moleculară este H2. Dacă temperatura este apropiată de temperatura camerei și presiunea este normală, acest element este imperceptibil. Este posibil ca hidrogenul să nu fie detectat nici măcar de simțurile umane - este insipid, incolor și inodor. Dar sub presiune și la o temperatură de -252,87 C (foarte rece!) acest gaz se lichefiază. Așa se depozitează, deoarece sub formă de gaz ocupă mult mai mult spațiu. Hidrogenul lichid este folosit ca combustibil pentru rachete.

Hidrogenul poate deveni solid, metalic, dar acest lucru necesită o presiune ultra-înaltă și asta fac cei mai proeminenți oameni de știință - fizicieni și chimiști - acum. Deja acum acest element servește drept combustibil alternativ pentru transport. Utilizarea sa este similară cu modul în care funcționează un motor cu ardere internă: atunci când hidrogenul este ars, o mare parte din energia sa chimică este eliberată. S-a dezvoltat practic și o metodă de creare a unei pile de combustie pe baza acesteia: atunci când este combinată cu oxigenul, are loc o reacție și prin aceasta se formează apă și electricitate. Poate că în curând transportul va „trece” de la benzină la hidrogen - mulți producători de automobile sunt interesați să creeze materiale combustibile alternative și există succese. Dar un motor pur cu hidrogen este încă în viitor, există multe dificultăți aici. Cu toate acestea, avantajele sunt de așa natură încât crearea unui rezervor de combustibil cu hidrogen solid este în plină desfășurare, iar oamenii de știință și inginerii nu se vor retrage.

Bazele

Hidrogenul (lat.) - hidrogenul, primul număr de serie din tabelul periodic, este desemnat H. Atomul de hidrogen are o masă de 1,0079, este un gaz care în condiții normale nu are gust, miros, nici culoare. Chimiștii din secolul al XVI-lea au descris un anumit gaz inflamabil, denotându-l în moduri diferite. Dar a funcționat pentru toată lumea în aceleași condiții - când metalul a fost expus la acid. Hidrogenul, chiar și de către Cavendish însuși, a fost numit pur și simplu „aer inflamabil” timp de mulți ani. Abia în 1783 Lavoisier a dovedit că apa are o compoziție complexă prin sinteză și analiză, iar patru ani mai târziu a dat-o „aerului combustibil” nume modern. Rădăcina acestui lucru cuvânt compus este utilizat pe scară largă atunci când este necesară denumirea compușilor cu hidrogen și a oricăror procese în care este implicat. De exemplu, hidrogenare, hidrură și altele asemenea. Iar numele rusesc a fost propus în 1824 de M. Solovyov.

În natură, distribuția acestui element nu are egal. În litosfera și hidrosfera scoarței terestre, masa acesteia este de unu la sută, dar atomii de hidrogen sunt de până la șaisprezece procente. Apa este cea mai abundentă pe Pământ, iar 11,19% din masă este hidrogen. De asemenea, este prezent cu siguranță în aproape toți compușii care formează petrolul, cărbunele, toate gazele naturale și argila. Există hidrogen în toate organismele plantelor și animalelor - în proteine, grăsimi, acizi nucleici, carbohidrați și așa mai departe. Starea liberă nu este tipică pentru hidrogen și nu apare aproape niciodată - există foarte puțin din ea în gazele naturale și vulcanice. O cantitate foarte nesemnificativă de hidrogen în atmosferă este de 0,0001%, după numărul de atomi. Dar fluxuri întregi de protoni reprezintă hidrogenul în spațiul apropiat al Pământului, care alcătuiește centura internă de radiații a planetei noastre.

Spaţiu

Niciun element nu este atât de comun în spațiu ca hidrogenul. Volumul hidrogenului din elementele Soarelui este mai mult de jumătate din masa sa. Majoritatea stelelor produc hidrogen sub formă de plasmă. Cea mai mare parte a diferitelor gaze ale nebuloaselor și a mediului interstelar constă, de asemenea, din hidrogen. Este prezent în comete și în atmosfera unui număr de planete. Desigur, nu în forma sa pură - uneori ca H2 liber, alteori ca metan CH4, alteori ca amoniac NH3, chiar și ca apă H2O Foarte des, se găsesc radicali CH, NH, SiN, OH, PH și altele asemenea. Ca flux de protoni, hidrogenul face parte din radiația solară corpusculară și razele cosmice.

În hidrogenul obișnuit, un amestec de doi izotopi stabili este hidrogen ușor (sau protium 1 H) și hidrogen greu (sau deuteriu - 2 H sau D). Există și alți izotopi: tritiu radioactiv - 3 H sau T, în caz contrar - hidrogen supergreu. Și, de asemenea, foarte instabil 4 N. În natură, compusul de hidrogen conține izotopi în următoarele proporții: pentru un atom de deuteriu există 6800 de atomi de proțiu. Tritiul se formează în atmosferă din azot, care este afectat de neutronii din razele cosmice, dar în cantități neglijabile. Ce înseamnă numerele de masă ale izotopilor? Numărul indică faptul că nucleul de proțiu are un singur proton, în timp ce deuteriul are nu numai un proton, ci și un neutron în nucleul atomic. Tritiul în nucleul său are deja doi neutroni pentru fiecare proton. Dar 4 H conține trei neutroni pe proton. Prin urmare, proprietățile fizice și chimice ale izotopilor de hidrogen sunt foarte diferite în comparație cu izotopii tuturor celorlalte elemente - diferența de masă este prea mare.

Structură și proprietăți fizice

Structura atomului de hidrogen este cea mai simplă în comparație cu toate celelalte elemente: un nucleu - un electron. Potențial de ionizare - energia de legare a unui nucleu la un electron - 13,595 electron volți (eV). Tocmai din cauza simplității acestei structuri atomul de hidrogen este convenabil ca model în mecanica cuantică atunci când este necesar să se calculeze nivelurile de energie ale atomilor mai complecși. În molecula H2 există doi atomi care sunt legați printr-o legătură covalentă chimică. Energia de dezintegrare este foarte mare. Hidrogenul atomic se poate forma în reacții chimice precum zincul și acidul clorhidric. Cu toate acestea, practic nu are loc nicio interacțiune cu hidrogenul - starea atomică a hidrogenului este foarte scurtă, atomii se recombină imediat în molecule de H2.

Din punct de vedere fizic, hidrogenul este mai ușor decât toate substanțele cunoscute - de peste paisprezece ori mai ușor decât aerul (amintiți-vă că baloanele care zboară în vacanță - au hidrogen în interior). Cu toate acestea, poate fierbe, lichefia, topi, solidifica și doar heliul fierbe și se topește la temperaturi mai scăzute. Este greu de lichefiat, ai nevoie de o temperatură sub -240 de grade Celsius. Dar are o conductivitate termică foarte mare. Este aproape insolubil în apă, dar interacționează bine cu hidrogenul metalelor - se dizolvă în aproape toate, cel mai bine în paladiu (un volum de hidrogen necesită opt sute cincizeci de volume). Hidrogenul lichid este ușor și fluid, iar atunci când este dizolvat în metale, deseori distruge aliajele din cauza interacțiunii cu carbonul (oțel, de exemplu), au loc difuzia și decarbonizarea.

Proprietăți chimice

În compuși, în cea mai mare parte, hidrogenul prezintă o stare de oxidare (valență) de +1, ca sodiul și alte metale alcaline. Este considerat analogul lor, fiind în fruntea primului grup al sistemului periodic. Dar ionul de hidrogen din hidrurile metalice este încărcat negativ, cu o stare de oxidare de -1. Acest element este, de asemenea, aproape de halogeni, care sunt chiar capabili să-l înlocuiască în compuși organici. Aceasta înseamnă că hidrogenul poate fi atribuit și celui de-al șaptelea grup al sistemului periodic. În condiții normale, moleculele de hidrogen nu diferă ca activitate, combinându-se doar cu cele mai active nemetale: bune cu fluor, iar dacă sunt ușoare - cu clor. Dar atunci când este încălzit, hidrogenul devine diferit - reacționează cu multe elemente. Hidrogenul atomic, în comparație cu hidrogenul molecular, este foarte activ din punct de vedere chimic, astfel încât apa se formează în legătură cu oxigenul, iar energia și căldura sunt eliberate simultan. La temperatura camerei, această reacție este foarte lentă, dar când este încălzită peste cinci sute cincizeci de grade, are loc o explozie.

Hidrogenul este folosit pentru a reduce metalele, deoarece elimină oxigenul din oxizii lor. Cu fluor, hidrogenul formează o explozie chiar și în întuneric și la minus două sute cincizeci și două de grade Celsius. Clorul și bromul excită hidrogenul numai atunci când sunt încălzite sau iluminate, iar iodul numai când sunt încălzite. Hidrogenul și azotul formează amoniac (așa se fac majoritatea îngrășămintelor). Când este încălzit, reacționează foarte activ cu sulful și se obține hidrogen sulfurat. Cu teluriu și seleniu este dificil să provoace o reacție cu hidrogen, dar cu carbon pur reacția are loc la temperaturi foarte ridicate și se obține metan. Hidrogenul formează diverși compuși organici cu monoxidul de carbon, presiunea, temperatura, catalizatorii influențează acest lucru și toate acestea sunt de mare importanță practică. În general, rolul hidrogenului, precum și al compușilor săi, este extrem de important, deoarece conferă proprietăți acide acizilor protici. O legătură de hidrogen se formează cu multe elemente, afectând proprietățile compușilor anorganici și organici.

Primire și utilizare

Hidrogenul este produs la scară industrială din gaze naturale - gaze combustibile, gaze din cuptorul de cocs și gaze de rafinare a petrolului. Poate fi produs și prin electroliză acolo unde electricitatea nu este prea scumpă. Cu toate acestea în cel mai important mod Producția de hidrogen este interacțiunea catalitică a hidrocarburilor, în special metanul, cu vaporii de apă, atunci când se obține conversia. Metoda de oxidare a hidrocarburilor cu oxigen este, de asemenea, utilizată pe scară largă. Producerea hidrogenului din gaze naturale este cea mai ieftină cale. Celelalte două sunt utilizarea gazului cuptorului de cocs și a gazului de rafinărie - hidrogenul este eliberat atunci când componentele rămase sunt lichefiate. Sunt mai ușor de lichefiat, iar pentru hidrogen, după cum ne amintim, aveți nevoie de -252 de grade.

Peroxidul de hidrogen este foarte popular în utilizare. Tratamentul cu această soluție este folosit foarte des. Formula moleculară H 2 O 2 este puțin probabil să fie numită de toate acele milioane de oameni care vor să fie blonde și să-și deschidă părul, precum și de cei care iubesc curățenia în bucătărie. Chiar și cei care tratează zgârieturile primite de la jocul cu un pisoi de cele mai multe ori nu își dau seama că folosesc tratament cu hidrogen. Dar toată lumea cunoaște istoria: din 1852, hidrogenul a fost folosit multă vreme în aeronautică. Dirijabilul, inventat de Henry Giffard, a fost creat pe baza de hidrogen. Se numeau zeppelini. Zeppelinurile au fost alungate din cer de dezvoltarea rapidă a producției de avioane. În 1937, a avut loc un accident major când dirijabilul Hindenburg a ars. După acest incident, zeppelinurile nu au mai fost folosite niciodată. Dar la sfârșitul secolului al XVIII-lea, distribuția baloanelor umplute cu hidrogen era larg răspândită. Pe lângă producția de amoniac, hidrogenul este acum necesar pentru producerea de alcool metilic și alți alcooli, benzină, lichide hidrogenate de combustibil greu și combustibili solizi. Nu puteți face fără hidrogen la sudare, la tăierea metalelor - poate fi oxigen-hidrogen și atom-hidrogen. Iar tritiul si deuteriul dau viata energie nucleară. Acestea, după cum ne amintim, sunt izotopi ai hidrogenului.

Neumyvakin

Hidrogenul este un element chimic atât de bun încât are propriile sale ventilatoare. Ivan Pavlovici Neumyvakin este doctor în științe medicale, profesor, laureat al Premiului de Stat și are multe mai multe titluri și premii, printre acestea. Fiind medic de medicină tradițională, este numit cel mai bun vindecător tradițional Rusia. El a fost cel care a dezvoltat multe metode și principii de a oferi îngrijiri medicale astronauților în zbor. El a creat un spital unic - un spital la bordul unei nave spațiale. Totodată, a fost coordonatorul de stat pentru medicina cosmetică. Spațiu și cosmetică. Pasiunea lui pentru hidrogen nu are ca scop să câștige bani mari, așa cum se întâmplă acum în medicina casnică, ci, dimpotrivă, să învețe oamenii cum să vindece orice cu un remediu pe bani, fără o vizită suplimentară la o farmacie.

El promovează tratamentul cu un medicament care este prezent în fiecare casă. Acesta este peroxidul de hidrogen. Puteți critica Neumyvakin cât de mult doriți, el va insista în continuare pe cont propriu: da, într-adevăr, literalmente totul poate fi vindecat cu peroxid de hidrogen, deoarece saturează celulele interne ale corpului cu oxigen, distruge toxinele, normalizează acidul și alcalinul echilibru, iar de aici se regenereaza tesuturile, intreg organismul este organism intinerit. Nimeni nu a văzut încă pe cineva vindecat cu peroxid de hidrogen, cu atât mai puțin i-a examinat, dar Neumyvakin susține că, folosind acest remediu, puteți scăpa complet de bolile virale, bacteriene și fungice, puteți preveni dezvoltarea tumorilor și aterosclerozei, puteți învinge depresia, întineri. corpul și să nu se îmbolnăvească niciodată ARVI și răceli.

Panaceu

Ivan Pavlovich este încrezător că, cu utilizarea corectă a acestui medicament simplu și urmând toate instrucțiunile simple, puteți depăși multe boli, inclusiv pe cele foarte grave. Lista este uriașă: de la boala parodontală și amigdalita la infarct miocardic, accidente vasculare cerebrale și diabet. Asemenea fleacuri precum sinuzita sau osteocondroza dispar de la primele sedinte de tratament. Chiar și tumorile canceroase se sperie și fug de peroxid de hidrogen, deoarece sistemul imunitar este stimulat, viața organismului și apărarea acestuia sunt activate.

Chiar și copiii pot fi tratați în acest fel, cu excepția faptului că este mai bine ca femeile însărcinate să se abțină de la consumul de peroxid de hidrogen deocamdată. De asemenea, această metodă nu este recomandată persoanelor cu transplant de organe din cauza posibilei incompatibilități tisulare. Doza trebuie respectată cu strictețe: de la o picătură la zece, adăugând una în fiecare zi. De trei ori pe zi (treizeci de picături dintr-o soluție de trei procente de peroxid de hidrogen pe zi, wow!) cu o jumătate de oră înainte de masă. Soluția poate fi administrată intravenos și sub supraveghere medicală. Uneori, peroxidul de hidrogen este combinat cu alte medicamente pentru un efect mai eficient. Soluția este utilizată intern numai în formă diluată - cu apă curată.

Pe plan extern

Chiar înainte ca profesorul Neumyvakin să-și creeze metoda, compresele și clătirile erau foarte populare. Toată lumea știe că, la fel ca și compresele cu alcool, peroxidul de hidrogen nu poate fi folosit în forma sa pură, deoarece va provoca arsuri ale țesuturilor, dar verucile sau infecțiile fungice sunt lubrifiate local cu o soluție puternică - până la cincisprezece la sută.

Pentru erupții cutanate și dureri de cap, se fac și proceduri care implică peroxid de hidrogen. Compresa trebuie făcută folosind o cârpă de bumbac înmuiată într-o soluție de două lingurițe de peroxid de hidrogen de trei procente și cincizeci de miligrame. apă curată. Acoperiți țesătura cu folie și înfășurați-o cu lână sau un prosop. Compresa durează de la un sfert de oră până la o oră și jumătate dimineața și seara până la recuperare.

Opinia medicilor

Părerile sunt împărțite; Printre medici se numără și cei care l-au susținut pe Neumyvakin și chiar au preluat dezvoltarea teoriei sale, dar sunt o minoritate. Majoritatea medicilor consideră acest tip de tratament nu numai ineficient, ci și adesea dezastruos.

Într-adevăr, nu există încă un singur caz dovedit oficial în care un pacient a fost vindecat cu peroxid de hidrogen. În același timp, nu există informații despre deteriorarea sănătății în legătură cu utilizarea acestei metode. Dar se pierde timp prețios, iar o persoană care a primit una dintre bolile grave și se bazează complet pe panaceul lui Neumyvakin riscă să întârzie la începerea tratamentului său tradițional.

Are propria sa poziție specifică în tabelul periodic, care reflectă proprietățile pe care le prezintă și vorbește despre structura sa electronică. Cu toate acestea, printre toate există un atom special care ocupă două celule simultan. Este situat în două grupuri de elemente care sunt complet opuse în proprietățile lor. Acesta este hidrogen. Astfel de caracteristici îl fac unic.

Hidrogenul nu este doar un element, ci și o substanță simplă, precum și o parte integrantă a multor compuși complecși, un element biogen și organogen. Prin urmare, să luăm în considerare caracteristicile și proprietățile sale mai detaliat.

Hidrogenul ca element chimic

Hidrogenul este un element din primul grup al subgrupului principal, precum și al șaptelea grup al subgrupului principal în prima perioadă minoră. Această perioadă este formată din doar doi atomi: heliu și elementul pe care îl luăm în considerare. Să descriem principalele caracteristici ale poziției hidrogenului în tabelul periodic.

1. Numărul atomic al hidrogenului este 1, numărul de electroni este același și, în consecință, numărul de protoni este același. Masa atomică - 1,00795. Există trei izotopi ai acestui element cu numere de masă 1, 2, 3. Cu toate acestea, proprietățile fiecăruia dintre ei sunt foarte diferite, deoarece o creștere a masei chiar și cu unul pentru hidrogen este imediat dublă.
2. Faptul că conține doar un electron pe suprafața sa exterioară îi permite să prezinte cu succes atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare. În plus, după ce a donat un electron, acesta rămâne într-un orbital liber, care participă la formarea legăturilor chimice conform mecanismului donor-acceptor.
3. Hidrogenul este un agent reducător puternic. Prin urmare, locul său principal este considerat a fi primul grup al subgrupului principal, unde conduce cele mai active metale - alcaline.
4. Cu toate acestea, atunci când interacționează cu agenți reducători puternici, cum ar fi metalele, poate fi și un agent oxidant, acceptând un electron. Acești compuși se numesc hidruri. Conform acestei caracteristici, conduce subgrupul de halogeni cu care este similar.
5. Datorită masei sale atomice foarte mici, hidrogenul este considerat cel mai ușor element. În plus, densitatea sa este, de asemenea, foarte mică, deci este și un etalon pentru ușurință.

Astfel, este evident că atomul de hidrogen este un element complet unic, spre deosebire de toate celelalte elemente. În consecință, proprietățile sale sunt și ele deosebite, iar substanțele simple și complexe formate sunt foarte importante. Să le luăm în considerare mai departe.

Substanță simplă

Dacă vorbim despre acest element ca moleculă, atunci trebuie să spunem că este diatomic. Adică hidrogenul (o substanță simplă) este un gaz. Formula sa empirică va fi scrisă ca H2, iar formula sa grafică va fi scrisă printr-o singură relație sigma H-H. Mecanismul de formare a legăturilor între atomi este covalent nepolar.

1. Reformarea metanului cu abur.
2. Gazeificarea cărbunelui - procesul presupune încălzirea cărbunelui la 1000 0 C, rezultând formarea hidrogenului și a cărbunelui cu conținut ridicat de carbon.
3. Electroliză. Această metodă poate fi utilizată numai pentru soluții apoase de diferite săruri, deoarece topiturile nu conduc la o descărcare de apă la catod.

Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:

1. Hidroliza hidrurilor metalice.
2. Efectul acizilor diluați asupra metalelor active și a activității medii.
3. Interacțiunea metalelor alcaline și alcalino-pământoase cu apa.

Pentru a colecta hidrogenul produs, trebuie să țineți eprubeta cu susul în jos. La urma urmei, acest gaz nu poate fi colectat în același mod ca, de exemplu, dioxidul de carbon. Acesta este hidrogen, este mult mai ușor decât aerul. Se evaporă rapid și cantitati mari Explodează atunci când este amestecat cu aer. Prin urmare, eprubeta ar trebui să fie inversată. După umplere, acesta trebuie închis cu un dop de cauciuc.

Pentru a verifica puritatea hidrogenului colectat, ar trebui să aduceți un chibrit aprins la gât. Dacă bataia este plictisitoare și liniștită, înseamnă că gazul este curat, cu impurități minime ale aerului. Dacă este zgomotos și șuieră, este murdar, cu o mare proporție de componente străine.

Domenii de utilizare

Când hidrogenul este ars, se eliberează o cantitate atât de mare de energie (căldură), încât acest gaz este considerat cel mai profitabil combustibil. În plus, este prietenos cu mediul. Cu toate acestea, până în prezent, aplicarea sa în acest domeniu este limitată. Acest lucru se datorează problemelor prost concepute și nerezolvate de sinteză a hidrogenului pur, care ar fi potrivit pentru utilizare ca combustibil în reactoare, motoare și dispozitive portabile, precum și în cazanele de încălzire rezidențiale.

La urma urmei, metodele de producere a acestui gaz sunt destul de costisitoare, așa că mai întâi este necesar să se dezvolte o metodă specială de sinteză. Una care vă va permite să obțineți produsul în volume mari și la costuri minime.

Există mai multe domenii principale în care gazul pe care îl luăm în considerare este utilizat.

1. Sinteze chimice. Hidrogenarea este folosită pentru a produce săpunuri, margarine și materiale plastice. Cu participarea hidrogenului, metanolul și amoniacul, precum și alți compuși, sunt sintetizați.
2. În industria alimentară - ca aditiv E949.
3. Industria aviației (știința rachetelor, producția de avioane).
4. Industria energiei electrice.
5. Meteorologie.
6. Combustibil ecologic.

Evident, hidrogenul este la fel de important, pe atât de abundent în natură. Diferiții compuși pe care îi formează joacă un rol și mai mare.

Compuși cu hidrogen

Acestea sunt substanțe complexe care conțin atomi de hidrogen. Există mai multe tipuri principale de astfel de substanțe.

1. Halogenuri de hidrogen. Formula generală este HHal. Printre acestea, o importanță deosebită este clorura de hidrogen. Este un gaz care se dizolvă în apă pentru a forma o soluție de acid clorhidric. Acest acid este utilizat pe scară largă în aproape toate sintezele chimice. Mai mult, atât organice cât și anorganice. Clorura de hidrogen este un compus cu formula empirică HCL și este unul dintre cele mai mari produse anual în țara noastră. Halogenurile de hidrogen includ, de asemenea, iodură de hidrogen, fluorură de hidrogen și bromură de hidrogen. Toate formează acizii corespunzători.
2. Volatile Aproape toate sunt gaze destul de otrăvitoare. De exemplu, hidrogen sulfurat, metan, silan, fosfină și altele. În același timp, sunt foarte inflamabile.
3. Hidrurile sunt compuși cu metale. Ele aparțin clasei sărurilor.
4. Hidroxizi: baze, acizi și compuși amfoteri. Ele conțin neapărat atomi de hidrogen, unul sau mai mulți. Exemplu: NaOH, K2, H2SO4 şi altele.
5. Hidroxid de hidrogen. Acest compus este mai bine cunoscut sub numele de apă. Un alt nume este oxid de hidrogen. Formula empirică arată astfel - H 2 O.
6. Peroxid de hidrogen. Acesta este un agent oxidant puternic, a cărui formulă este H 2 O 2.
7. Numeroși compuși organici: hidrocarburi, proteine, grăsimi, lipide, vitamine, hormoni, uleiuri esențiale si altele.

Este evident că varietatea de compuși ai elementului pe care îl luăm în considerare este foarte mare. Acest lucru confirmă încă o dată importanța sa ridicată pentru natură și oameni, precum și pentru toate ființele vii.

- acesta este cel mai bun solvent

După cum am menționat mai sus, numele comun pentru această substanță este apă. Este format din doi atomi de hidrogen și unul de oxigen, legați prin legături polare covalente. Molecula de apă este un dipol, asta explică multe dintre proprietățile pe care le prezintă. În special, este un solvent universal.

În mediul acvatic au loc aproape toate procesele chimice. Reacțiile interne ale metabolismului plastic și energetic în organismele vii sunt, de asemenea, efectuate folosind oxid de hidrogen.

Apa este considerată pe bună dreptate cea mai importantă substanță de pe planetă. Se știe că niciun organism viu nu poate trăi fără el. Pe Pământ poate exista în trei stări de agregare:

• lichid;
• gaz (abur);
• solid (gheață).

În funcție de izotopul hidrogenului inclus în moleculă, se disting trei tipuri de apă.

1. Lumină sau protium. Un izotop cu număr de masă 1. Formula - H 2 O. Aceasta este forma obișnuită pe care o folosesc toate organismele.
2. Deuteriu sau greu, formula sa este D 2 O. Contine izotopul 2 H.
3. Super grele sau tritiu. Formula arată ca T 3 O, izotop - 3 H.

Rezervele de apă proaspătă protium de pe planetă sunt foarte importante. Există deja o lipsă de ea în multe țări. Sunt dezvoltate metode pentru tratarea apei sărate pentru a produce apă potabilă.

Peroxidul de hidrogen este un remediu universal

Acest compus, așa cum sa menționat mai sus, este un excelent agent de oxidare. Cu toate acestea, cu reprezentanți puternici se poate comporta și ca un restaurator. În plus, are un efect bactericid pronunțat.

Un alt nume pentru acest compus este peroxid. În această formă este utilizat în medicină. O soluție de hidrat cristalin de 3% a compusului în cauză este un medicament medical care este utilizat pentru tratarea rănilor mici în scopul dezinfectării acestora. Cu toate acestea, s-a dovedit că acest lucru crește timpul de vindecare a rănii.

Peroxidul de hidrogen este, de asemenea, utilizat în combustibilul pentru rachete, în industrie pentru dezinfecție și albire și ca agent de spumare pentru producerea de materiale adecvate (spumă, de exemplu). În plus, peroxidul ajută la curățarea acvariilor, la albirea părului și la albirea dinților. Cu toate acestea, dăunează țesuturilor, așa că nu este recomandat de specialiști în aceste scopuri.