Hidrogen H adalah unsur kimia, salah satu yang paling umum di alam semesta kita. Massa hidrogen sebagai unsur dalam komposisi zat adalah 75% dari total kandungan atom jenis lain. Itu termasuk dalam koneksi paling penting dan vital di planet ini - air. Ciri khas hidrogen juga adalah bahwa ia merupakan unsur pertama dalam sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev.
Penemuan dan eksplorasi
Referensi pertama tentang hidrogen dalam tulisan Paracelsus berasal dari abad keenam belas. Tetapi isolasinya dari campuran gas udara dan studi tentang sifat-sifat yang mudah terbakar sudah dilakukan pada abad ketujuh belas oleh ilmuwan Lemery. Hidrogen dipelajari secara menyeluruh oleh ahli kimia, fisikawan, dan naturalis Inggris Henry Cavendish, yang secara eksperimental membuktikan bahwa massa hidrogen adalah yang terkecil dibandingkan dengan gas lainnya. Pada tahap perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, banyak ilmuwan bekerja dengannya, khususnya Lavoisier, yang memanggilnya "melahirkan air".
Karakteristik sesuai jabatan di PSHE
Elemen yang terbukatabel periodik D. I. Mendeleev, adalah hidrogen. Sifat fisik dan kimia atom menunjukkan beberapa dualitas, karena hidrogen secara bersamaan ditugaskan ke kelompok pertama, subkelompok utama, jika berperilaku seperti logam dan melepaskan satu elektron dalam proses reaksi kimia, dan ke ketujuh - dalam kasus pengisian lengkap kulit valensi, yaitu, penerimaan partikel negatif, yang mencirikannya mirip dengan halogen.
Fitur struktur elektronik elemen
Sifat atom hidrogen, zat kompleks yang menjadi bagiannya, dan zat paling sederhana H2 terutama ditentukan oleh konfigurasi elektron hidrogen. Partikel tersebut memiliki satu elektron dengan Z=(-1), yang berputar pada orbitnya mengelilingi inti, mengandung satu proton dengan satuan massa dan muatan positif (+1). Konfigurasi elektronnya ditulis sebagai 1s1, yang berarti adanya satu partikel negatif di orbital s pertama dan satu-satunya untuk hidrogen.
Ketika sebuah elektron dilepaskan atau dilepaskan, dan sebuah atom dari unsur ini memiliki sifat yang terkait dengan logam, sebuah kation diperoleh. Faktanya, ion hidrogen adalah partikel elementer positif. Oleh karena itu, hidrogen tanpa elektron disebut proton.
Sifat fisik
Jika kita jelaskan secara singkat sifat fisik hidrogen, maka hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, sedikit larut dengan massa atom relatif sama dengan 2, 14,5 kali lebih ringan dari udara, dengan suhupencairan -252,8 derajat Celcius.
Anda dapat dengan mudah melihat dari pengalaman bahwa H2 adalah yang termudah. Untuk melakukan ini, cukup mengisi tiga bola dengan berbagai zat - hidrogen, karbon dioksida, udara biasa - dan secara bersamaan melepaskannya dari tangan Anda. Yang diisi dengan CO2 akan mencapai tanah lebih cepat dari orang lain, setelah itu campuran udara yang mengembang akan turun, dan yang mengandung H2 akan naik ke langit-langit.
Massa dan ukuran partikel hidrogen yang kecil membenarkan kemampuannya untuk menembus berbagai zat. Pada contoh bola yang sama, ini mudah diverifikasi, dalam beberapa hari akan mengempis dengan sendirinya, karena gas hanya akan melewati karet. Juga, hidrogen dapat terakumulasi dalam struktur beberapa logam (paladium atau platinum), dan menguap darinya ketika suhu naik.
Sifat kelarutan hidrogen yang rendah digunakan dalam praktik laboratorium untuk isolasinya dengan metode perpindahan air. Sifat fisik hidrogen (tabel di bawah berisi parameter utama) menentukan ruang lingkup aplikasi dan metode produksinya.
| Parameter atom atau molekul zat sederhana | Arti |
| Massa atom (massa molar) | 1.008 g/mol |
| Konfigurasi elektronik | 1s1 |
| Kisi kristal | Heksagonal |
| Konduktivitas termal | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Kepadatan di n. y. | 0, 08987 g/l |
| Titik didih | -252, 76 °C |
| Nilai kalori spesifik | 120, 9 106 J/kg |
| Titik leleh | -259, 2 °C |
| Kelarutan dalam air | 18, 8ml/L |
Komposisi isotop
Seperti banyak perwakilan lain dari sistem periodik unsur kimia, hidrogen memiliki beberapa isotop alami, yaitu atom dengan jumlah proton yang sama dalam nukleus, tetapi jumlah neutron yang berbeda - partikel dengan muatan dan satuan nol massa. Contoh atom yang memiliki sifat ini adalah oksigen, karbon, klorin, brom dan lain-lain, termasuk yang bersifat radioaktif.
Sifat fisik hidrogen 1H, yang paling umum dari perwakilan kelompok ini, berbeda secara signifikan dari karakteristik yang sama dari rekan-rekannya. Secara khusus, karakteristik zat di mana mereka termasuk berbeda. Jadi, ada air biasa dan terdeuterasi, yang mengandung komposisinya alih-alih atom hidrogen dengan satu proton, deuterium 2H - isotopnya dengan dua partikel elementer: positif dan tidak bermuatan. Isotop ini dua kali lebih berat dari hidrogen biasa, yang menjelaskan perbedaan mendasar dalam sifat-sifat senyawa yang mereka buat. Di alam, deuterium 3200 kali lebih jarang daripada hidrogen. Perwakilan ketiga adalah tritium 3Н, dalam nukleus ia memiliki dua neutron dan satu proton.
Metode memperoleh dan memilih
Metode laboratorium dan industri untuk memproduksi hidrogen sangat berbeda. Ya, dalam jumlah kecilgas diproduksi terutama melalui reaksi yang melibatkan mineral, sedangkan produksi skala besar lebih banyak menggunakan sintesis organik.
Interaksi kimia berikut digunakan di laboratorium:
- Reaksi logam alkali dan alkali tanah dengan air membentuk alkali dan gas yang diinginkan.
- Elektrolisis larutan elektrolit berair, H2↑ dilepaskan di anoda, dan oksigen dilepaskan di katoda.
- Penguraian hidrida logam alkali dengan air, produknya bersifat alkali dan, karenanya, gas H2↑.
- Reaksi asam encer dengan logam membentuk garam dan H2↑.
- Aksi alkali pada silikon, aluminium dan seng juga mendorong pelepasan hidrogen secara paralel dengan pembentukan garam kompleks.
Untuk kepentingan industri, gas diperoleh dengan cara:
- Dekomposisi termal metana dengan adanya katalis menjadi zat sederhana penyusunnya (350 derajat mencapai nilai indikator seperti suhu) - hidrogen H2↑ dan karbon C.
- Melewati uap air melalui kokas pada 1000 derajat Celcius untuk membentuk karbon dioksida CO2 dan H2↑ (metode yang paling umum).
- Konversi gas metana pada katalis nikel pada suhu mencapai 800 derajat.
- Hidrogen adalah produk sampingan dari elektrolisis larutan berair kalium atau natrium klorida.
Kimiainteraksi: umum
Sifat fisik hidrogen sebagian besar menjelaskan perilakunya dalam proses reaksi dengan satu atau lain senyawa. Valensi hidrogen adalah 1, karena terletak di kelompok pertama dalam tabel periodik, dan tingkat oksidasi menunjukkan yang berbeda. Dalam semua senyawa, kecuali hidrida, hidrogen dalam s.o.=(1+), dalam molekul seperti, 2, 3 – (1 -).
Molekul gas hidrogen, dibentuk dengan menciptakan pasangan elektron umum, terdiri dari dua atom dan cukup stabil secara energi, itulah sebabnya dalam kondisi normal agak lembam dan masuk ke dalam reaksi ketika kondisi normal berubah. Tergantung pada tingkat oksidasi hidrogen dalam komposisi zat lain, ia dapat bertindak sebagai zat pengoksidasi dan zat pereduksi.
Zat yang bereaksi dan membentuk hidrogen
Interaksi unsur untuk membentuk zat kompleks (seringkali pada suhu tinggi):
- Alkali dan logam alkali tanah + hidrogen=hidrida.
- Halogen + H2=hidrogen halida.
- Sulfur + hidrogen=hidrogen sulfida.
- Oksigen + H2=air.
- Karbon + hidrogen=metana.
- Nitrogen + H2=amonia.
Interaksi dengan zat kompleks:
- Menghasilkan gas sintesis dari karbon monoksida dan hidrogen.
- Pemulihan logam dari oksidanya menggunakan H2.
- Saturasi hidrogen dari alifatik tak jenuhhidrokarbon.
ikatan hidrogen
Sifat fisik hidrogen sedemikian rupa sehingga memungkinkannya, dalam kombinasi dengan elemen elektronegatif, untuk membentuk jenis ikatan khusus dengan atom yang sama dari molekul tetangga yang memiliki pasangan elektron yang tidak digunakan bersama (misalnya, oksigen, nitrogen dan fluor). Contoh paling jelas yang lebih baik untuk mempertimbangkan fenomena seperti itu adalah air. Dapat dikatakan bahwa itu dijahit dengan ikatan hidrogen, yang lebih lemah daripada ikatan kovalen atau ion, tetapi karena jumlahnya banyak, mereka memiliki efek signifikan pada sifat-sifat zat. Pada dasarnya, ikatan hidrogen adalah interaksi elektrostatik yang mengikat molekul air menjadi dimer dan polimer, sehingga menghasilkan titik didih yang tinggi.
Hidrogen dalam senyawa mineral
Komposisi semua asam anorganik mencakup proton - kation atom seperti hidrogen. Suatu zat yang residu asamnya memiliki bilangan oksidasi lebih besar dari (-1) disebut senyawa polibasa. Ini mengandung beberapa atom hidrogen, yang membuat disosiasi dalam larutan berair bertingkat. Setiap proton berikutnya semakin sulit melepaskan diri dari sisa asam. Dengan kandungan kuantitatif hidrogen dalam medium, keasamannya ditentukan.
Hidrogen juga mengandung gugus hidroksil basa. Di dalamnya, hidrogen terhubung ke atom oksigen, akibatnya, keadaan oksidasi residu alkali ini selalu sama dengan (-1). Kandungan hidroksil dalam medium menentukan kebasaannya.
Aplikasi dalam aktivitas manusia
Silinder dengan zat, serta wadah dengan gas cair lainnya, seperti oksigen, memiliki penampilan khusus. Mereka dicat hijau tua dengan huruf "Hidrogen" merah cerah. Gas dipompa ke dalam silinder di bawah tekanan sekitar 150 atmosfer. Sifat fisik hidrogen, khususnya ringannya keadaan agregasi gas, digunakan untuk mengisinya dalam campuran dengan balon helium, balon, dll.
Hidrogen, sifat fisik dan kimia yang dipelajari orang bertahun-tahun yang lalu, saat ini digunakan di banyak industri. Sebagian besar digunakan untuk produksi amonia. Hidrogen juga terlibat dalam produksi logam (hafnium, germanium, galium, silikon, molibdenum, tungsten, zirkonium, dan lain-lain) dari oksida, bertindak dalam reaksi sebagai zat pereduksi, asam hidrosianat dan klorida, metil alkohol, dan cairan buatan. bahan bakar. Industri makanan menggunakannya untuk mengubah minyak nabati menjadi lemak padat.
Menentukan sifat kimia dan penggunaan hidrogen dalam berbagai proses hidrogenasi dan hidrogenasi lemak, batubara, hidrokarbon, minyak dan bahan bakar minyak. Dengan bantuannya, batu mulia, lampu pijar diproduksi, produk logam ditempa dan dilas di bawah pengaruh nyala oksigen-hidrogen.
