Folyékony

Hidrogén (Lat. Hidrogén.; jelzi a szimbólumot H.) - Az első eleme az időszakos elemek. Széles körben elterjedt a természetben. A leggyakoribb hidrogén-izotóp 1 h - proton kationja (és kernel). A Nucleus 1 órás tulajdonságai lehetővé teszik az NMR-spektroszkópia széles körben történő használatát a szerves anyagok analízisében.

Három hidrogénatom ISOTOP saját nevét: 1 H - étrend (H), 2 H - deutérium (D) és 3 H - trícium (radioaktív) (T).

Egyszerű anyag hidrogén - H 2 - könnyű színtelen gáz. Levegővel vagy oxigénnel, üzemanyaggal és robbanóanyaggal. Nem mérgező. Az etanolban és a Roseetalban oldódik: mirigy, nikkel, palládium, platina.

Történelem

Az éghető gáz szétválasztását a savak és fémek kölcsönhatásában a XVI és XVII. Században megfigyelték a kémia kialakulásának hajnalán, Közvetlenül rámutatott rá, és Mikhail Vasilyevich Lomonosov, de már határozottan tudatában van annak, hogy ez nem phlogiston. Angol fizikus és vegyész Henry Cavendish 1766-ban vizsgálta ezt a gázt, és "tűzveszélyes levegőnek" nevezte. Az "éghető levegő" égése során vizet adott, de a Cavendish Flogiston elméletének elkötelezettsége megakadályozta, hogy a megfelelő következtetéseket levonja. Francia kémikus Antoine Lavoisier együtt Engineer J. Mesomy, speciális gasometers, 1783-ban realizált szintézisét vizet, majd az elemzés, víz bontására gőz forró vas. Így azt találta, hogy az "éghető levegő" része a víznek, és beszerezhető tőle.

A név eredete

Lavoisier adta a hidrogén nevét Hydrogène - "Horning Water". Az orosz neve "Hydrogen" azt javasolta, hogy Chemist MF Soloviev 1824-ben - analógiával Slomonosovsky "oxigén".

Előfordulás

A hidrogén a világegyetem leggyakoribb eleme. Az atomok körülbelül 92% -át teszi ki (8% a hélium atomok, az összes többi elem részesedése kisebb, mint 0,1%). Így a hidrogén a csillagok és a penette gázok fő összetevője. A csillaghőmérsékletek (például a Nap felületi hőmérséklete ~ 6000 ° C) A hidrogén a plazma formájában létezik, a belső térben ez az elem egyedi molekulák, atomok és ionok formájában létezik Molekuláris felhők, amelyek jelentősen különböznek a méretben, sűrűségben és hőmérsékleten.

Föld kéreg és élő szervezetek

A hidrogén tömegrésze a földkéregben 1% - ez a tizedik elem a prevalencia. Azonban a természetben betöltött szerepét a nem tömeg, valamint az atomok száma határozza meg, amelynek aránya a fennmaradó elemek között 17% (második hely az oxigén után, az atomok aránya ~ 52%). Ezért a földön előforduló kémiai folyamatokban a hidrogén értéke majdnem olyan nagy, mint az oxigén. A Földön és a hozzájuk tartozó oxigénektől eltérően és a szabad állapotokban szinte az összes hidrogén a földön vegyületek formájában van; Csak egy kis mennyiségű hidrogénben egy egyszerű anyag formájában van egy légkörben (0,00005 térfogat%).

A hidrogén szinte minden szerves anyag része, és minden élő sejtben van jelen. Az élő sejtek a hidrogén atomok tekintetében közel 50% -ot tesznek ki.

Megszerzés

Az egyszerű anyagok megszerzésének ipari módszerei attól függnek, hogy milyen formában van a megfelelő elem a természetben, azazis nyersanyag lehet az előkészítéshez. Így a szabad állapotban meglévő oxigént fizikai módszerrel kapjuk - a folyékony levegőtől való elválasztás. A hidrogén szinte teljes mértékben vegyületek formájában van, ezért kémiai módszereket alkalmaznak annak elérésére. Különösen a bomlási reakciók alkalmazhatók. A hidrogén megszerzésének egyik módja a vízbomlás elektromos ütéssel történő reakciója.

A hidrogén megszerzésének fő ipari módszere metán vízzel való reakció, amely a földgáz részét képezi. Magas hőmérsékleten történik (könnyű megbizonyosodni arról, hogy amikor a metán áthalad, még forró vízen keresztül is, nincs reakciót):

CH 4 + 2N 2 O \u003d CO 2 + 4N 2 -165 kJ

A laboratóriumban nem feltétlenül természetes nyersanyagokat használnak az egyszerű anyagok beszerzésére, de válassza ki a forrású anyagokat, amelyek közül könnyebb kiválasztani a szükséges anyagot. Például a laboratóriumi oxigénben nincs a levegőből. Ugyanez vonatkozik a hidrogén előállítására is. A hidrogén előállítási laboratóriumi módszere, amelyet néha az iparban használnak, az elektromos stroke víz bomlása.

Általában a hidrogén-laboratóriumokat a cink sósavval történő kölcsönhatásával állítjuk elő.

Az iparban

1.Elektrolizálja a sók vizes oldatait:

2NACL + 2H 2O → H 2 + 2NAOH + CL 2

2. Célja a vízgőz forró koksz felett körülbelül 1000 ° C-os hőmérsékleten:

H 2 o + c? H 2 + CO

3. A földgázzal.

Vízgőzzel történő átalakítás:

CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 ° C)

Katalitikus oxidáció oxigénnel:

2CH 4 + O 2? 2CO + 4H 2

4. A szénhidrogének korrekciója és reformálása az olajfinomítás folyamatában.

A laboratóriumban

1.A hígított savak fémek hatására. Az ilyen reakció végrehajtásához a cinket és a hígított sósavat leggyakrabban használják:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Kalcium kölcsönhatás vízzel:

Ca + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3.Hidrolízis-hidridek:

NAH + H 2O → NaOH + H 2

4.Akció lúgok cink vagy alumínium:

2AL + 2NAOH + 6H 2O → 2NA + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2O → K 2 + H 2

5.Elektrolízis segítségével. A lúgos vizes oldatok elektrolízisével a katódon a hidrogén szabadul fel, például:

2H 3O + + 2E - → H 2 + 2H 2 O

Fizikai tulajdonságok

A hidrogén két formában létezhet (módosítások) - orto és parasátiumként. Ortodorod molekulában o.-H 2 (m. Pl. -259,10 ° C, t. Kip. -252,56 ° C) NMR-háta irányulnak egyformán (párhuzamos), és a Pharalodorod p.-H2 (m. -259,32 ° C, t. -252,89 ° C) - ellentétes egymással (párhuzamos). Egyensúlyi keverék o.-H 2 I. p.-H 2 egy adott hőmérsékleten hívják egyensúlyi hidrogén e.-H 2.

Osztjuk a hidrogén-kanadarémiai módosításokat aktív szöggel folyékony nitrogén hőmérsékleten. Nagyon alacsony hőmérsékleten az ortopomia és a vízálló egyensúly szinte az utóbbi felé irányul. 80 ° C-on a forma arány körülbelül 1: 1. A fűtés alatt lévő deszorbeált paralodin ortodoxidra fordul az egyensúly kialakulására a keverék szobahőmérsékleten (orto-gőz: 75:25). Katalizátor nélkül, az átalakulás lassan megy végbe (a körülmények a csillagközi anyag - jellegzetes alkalommal, legfeljebb kozmológiai), amely lehetővé teszi, hogy megtanulják a tulajdonságait az egyes módosítások.

Hidrogén - A legtöbb fénysugár, ez 1,5,5-szer. Nyilvánvaló, hogy a molekulák kevésbé súlya, annál nagyobb sebességük ugyanabban a hőmérsékleten. Mivel a legegyszerűbb, hidrogén molekulák gyorsabban mozognak, mint a molekulák más gáz, és így gyorsabban továbbítja a hőt az egyik test a másik. Ebből következik, hogy a hidrogén a legmagasabb hővezető képességgel rendelkezik a gáz-halmazállapotú anyagok között. A termikus vezetőképessége körülbelül hétszer magasabb, mint a levegő hővezető képessége.

Hidrogén molekula Dvotomen - H 2. Normál körülmények között, színes, szag és ízlés nélkül gáz. Sűrűsége 0,08987 g / l (n.u.), forráspont -252,76 ° C, specifikus hőfeszültség 120,9 × 10 6 J / kg, kisebbség vízben - 18,8 ml / l. A hidrogén sok fémben (NI, PT, PDI DR), különösen a palládiumban (850 térfogat 1 Pd térfogatban). A fémekben lévő hidrogén oldékonysága összefügg a diffundáláshoz; A széntartalmú ötvözet (például az acél) diffúzióját néha az ötvözet megsemmisítésével kíséri, mivel a szén-dioxid (az úgynevezett dekarbonizáció) kölcsönhatása következtében. Gyakorlatilag nem oldódik.

Folyékony hidrogénvan egy nagyon keskeny hőmérséklet -252,76 és -259,2 ° C. Ez egy színtelen folyadék, nagyon könnyű (sűrűség -253 ° C 0,0708 g / cm3) és folyadék (viszkozitás -253 ° C 13,8 Schuaz). A kritikus hidrogénk paraméterek nagyon alacsonyak: hőmérséklet -240,2 ° C és 12,8 atm nyomás. Ez magyarázza a hidrogén lakóhelye nehézségeit. Folyékony állapotban az egyensúlyi hidrogén 99,79% para-H2, 0,21% Ortho-H2.

Szilárd hidrogén, olvadáspont -259,2 ° C, sűrűség 0,0807 g / cm3 (-262 ° C) - hószerű tömeg, hexogonális Singonia kristályok, P6 / MMC térbeli csoport a.=3,75 c.\u003d 6.12. Magas nyomás esetén a hidrogén fém állapotba kerül.

Izotópok

A hidrogén három izotóp formájában található, amelyek egyedi nevekkel rendelkeznek: 1H - Diétás (H), 2H - Deutérium (D), 3H - trícium (radioaktív) (t).

Az étrend és a deutérium stabil izotópok, melynek tartalma az 1 és a 2. A természet tartalma 99,9885 ± 0,0070% és 0,0115 ± 0,0070%. Ez az arány kissé változhat a hidrogén előállításának forrásától és módjától függően.

A hidrogén izotóp 3 óra (trícium) instabil. A felezési ideje 12,32 év. A terméket nagyon kis mennyiségben tartalmazza.

Az irodalom továbbá ad adatokat a hidrogén izotópok tömegszámú 4 - 7 és felezési ideje 10 -22 - 10 -23 s.

A természetes hidrogén H 2 és HD molekulákból áll 3200: 1 arányban. A tiszta deutérium hidrogén D 2 tartalma még kevesebb. A HD és a D2 koncentrációinak aránya körülbelül 6400: 1.

A kémiai elemek összes izotópja, a hidrogén izotópok fizikai és kémiai tulajdonságai a legerősebbek. Ez az atomok tömegének legnagyobb relatív változásának köszönhető.

	Hőfok olvasztó K.	Hőfok forró K.	Tripoe pont, K / kpa.	Kritikai pont, K / kpa.	Sűrűség folyékony / gáz kg / m³.

A deutérium és a trícium is orto- és parametrikus: p.-D 2, o.-D 2, p.-T 2, o.-T 2. A heteroizotóp hidrogén (HD, HT, DT) nincs orto és parametriai.

Kémiai tulajdonságok

A disszociált hidrogén molekulák aránya

A H 2 hidrogénmolekulák meglehetősen tartósak, és annak érdekében, hogy a hidrogén reakcióba kerüljön, nagy energiát kell költeni:

H 2 \u003d 2n - 432 kj

Ezért a szokásos hőmérsékleten a hidrogén nagyon aktív fémekkel reagál, például kalciummal, kalcium-hidridet képezve:

Ca + N 2 \u003d SAN 2

és az egyetlen nem-metallol-fluorral, amely fluoridot képez:

A legtöbb fém és nemfém esetében a hidrogén emelkedett hőmérsékleten vagy más hatással reagál, például a világításkor:

O 2 + 2n 2 \u003d 2n 2

Lehet, hogy "elveszi" oxigént néhány oxidból, például:

Cuo + h 2 \u003d Cu + H 2 O

A rögzített egyenlet tükrözi a hidrogén csökkentő tulajdonságait.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Halogének halogénfajtákkal rendelkezik:

F 2 + h 2 → 2HF, a reakció egy robbanással halad a sötétben és bármilyen hőmérsékleten,

CL 2 + H2 → 2HCL, a reakció robbanással jár, csak a fényben.

Az erős fűtéssel kölcsönhatásba lép:

C + 2H 2 → CH 4

Kölcsönhatás lúgos és lump-földfémekkel

Az aktív fémekkel való kölcsönhatáskor a hidrogén hidrogénatomok:

2na + h 2 → 2nah

Ca + H 2 → CAH 2

Mg + h 2 → MGH 2

Hidridek - Sóoldat, szilárd anyagok, könnyen hidrolizálva:

CAH 2 + 2H 2O → CA (OH) 2 + 2H 2

Interakció fémek oxidokkal (általában D-elemek)

Az oxidokat fémbe helyezik:

Cuo + h 2 → Cu + h 2 o

FE 2 O 3 + 3H 2 → 2FE + 3H 2O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Szerves vegyületek hidrogénezése

A molekuláris hidrogént széles körben alkalmazzuk a szerves szintézissel a szerves vegyületek helyreállítására. Ezeket a folyamatokat hívják reakciók Hidrogénezés. Ezeket a reakciókat egy katalizátor jelenlétében emelt nyomáson és hőmérsékleten végezzük. A katalizátor lehet homogén (pl. Katalizátor Wilkinson) és heterogén (pl. Rena nikkel, palládium a sarokban).

Így különösen a telítetlen vegyületek, például alkének és alkinek, telített vegyületek katalitikus hidrogénezésével alkán.

A hidrogén geokémia

A szabad hidrogén H2 viszonylag ritkán található a Föld gázaiban, de víz formájában rendkívül fontos részvételt kap a geokémiai folyamatokban.

A hidrogén ásványi anyagok ammóniumion, hidroxilion és kristályos víz formájában lehetnek.

A légkörben a hidrogén folyamatosan a napsugárzás vízbomlásának következtében alakul ki. A kis tömegű, hidrogén molekulák nagy sebességgel rendelkeznek a diffúziós mozgás (közel a második kozmikus sebességhez), és a légkör felső rétegeibe esnek, repülhetnek a világűrbe.

A keringés jellemzői

A levegőben lévő keverékben a hidrogén robbanásveszélyes keveréket képez - az úgynevezett patkánygáz. Ez a gáz a legnagyobb robbanékonyság a hidrogén és az oxigén 2: 1, vagy a hidrogén és a levegő körülbelül 2: 5, mivel az oxigén levegője körülbelül 21%. A hidrogén is látható. Folyékony hidrogén a bőrbe való belépéskor súlyos fagyást okozhat.

Robbanásveszélyes koncentrációjú hidrogén oxigénnel 4% -ról 96% -os volumetriai. A levegővel 4-75 (74) térfogatszázalékból származó keverékkel keverék.

Gazdaság

A hidrogén költsége nagyméretű tápellátásban 2-5 $ / kg tartományban van.

Alkalmazás

Atom hidrogént alkalmazunk atom hidrogén hegesztéshez.

Vegyipar

• Ammónia, metanol, szappan és műanyag előállításában
• A margarin termelésében folyékony zöldségolajokból
• Élelmiszer-adalékként regisztráltak E949. (Csomagoló gáz)

Élelmiszeripar

Légi közlekedési ágazat

A hidrogén nagyon tüdő, és a levegőben mindig felemelkedik. Egyszer az ügynökségek és a léggömbök tele voltak hidrogénnel. De a 30-as években. XX. Század Volt egy nem harcos, amely alatt a léghajók felrobbantak és égtek. Napjainkban a léghajók nagymértékben magasabb költségeket töltenek be héliummal.

Üzemanyag

A hidrogént rakéta üzemanyagként használják.

Tanulmányok folyamatban vannak a hidrogén üzemanyagként az utasok és a teherautók számára. A hidrogénmotorok nem szennyezik a környezetet, és csak vízgőzöt osztanak ki.

A hidrogén-oxigén üzemanyagcellákban a hidrogén hidrogént alkalmaz, hogy közvetlenül átalakítsa a kémiai reakció energiát elektromos.

"Folyékony hidrogén" ("Fa") - folyékony csoportos hidrogén állapota, alacsony specifikus sűrűség 0,07 g / cm3 és kriogén tulajdonságok 14,01 K (-259,14 ° C) és egy forráspont 20,28 K (-252,87 ° C) ). Ez egy színtelen, nem szagú folyadék, amely levegővel keverve, robbanásveszélyes anyagokra utal, amelyeknek a 4-75% -os gyújtási koefficienssel rendelkeznek. Az izomerek spin aránya folyékony hidrogénben: 99,79% -patronage; 0,21% - ortodoxikus. A hidrogénbővítési együttható a gáznemű összesített állapotának megváltoztatásakor 848: 1 20 ° C-on.

Ami bármilyen más gázt illeti, a hidrogén cseppfolyósága a térfogat csökkenéséhez vezet. A cseppfolyósítás után az "LB" -ot termikusan elkülönített tartályokban tárolják nyomás alatt. Folyékony hidrogén (ENG) Folyékony hidrogén., LH2., LH 2.) Az iparban aktívan használják az iparban, mint a gáztárolás, a kozmikus stúdióban, mint rakéta üzemanyag.

Történelem

Az első dokumentált mesterséges hűtés 1756-ben végzett az angol tudós William Cullen, Gáspár Monge először kapott folyékony állapotban a kén-oxid 1784, Michael Faraday kapott cseppfolyós ammóniát, az amerikai feltaláló Oliver Evans első kifejlesztett egy hűtőkompresszor 1805 , Jacob Perkins szabadalmaztatott hűtőgép 1834-ben és John Gori először az amerikai szabadalmaztatott légkondicionálóban 1851-ben. Werner Siemens javaslatot tett az regeneratív hűtés 1857-ben, Karl Linda szabadalmaztatott berendezések megszerzésére cseppfolyós levegő alkalmazásával kaszkád „Joule - Thomson expanziós hatáshoz”, és regeneratív hűtés 1876-ban. 1885-ben lengyel orvos és kémikus Zigmund Vro? Blavsky a hidrogén 33 K, kritikus nyomás 13,3 atm. és a forráspont 23 K. Forwardy, James Dewar-t 1898-ban cseppfolyósították regeneratív hűtés és találmánya, dewar desig. A folyékony hidrogén stabil izomerének első szintézisét Paul Harek és Karl Bonheffph 1929-ben végezte.

A hidrogén spin izomerjei

A szobahőmérsékleten a hidrogén főként spin izomerből, ortodoródból áll. A termelés után a folyékony hidrogén metastable állapotban van, és parafrogén formává kell alakulni, hogy elkerülhető legyen a robbanásveszélyes exoterm reakció elkerülése érdekében, amely alacsony hőmérsékleten változik. Az átalakulás a vizes fázist általában elő, például katalizátorok, például vas-oxid, króm-oxid, aktív szén bevont platina azbeszt, a ritka földfémek vagy használja urán vagy nikkel adalékanyagok.

Használ

A folyékony hidrogén használható a belső égésű motorok és az üzemanyagcellák üzemanyag tárolási formájaként. Különböző tengeralattjárókat ("212a" és "214", Németország) és a hidrogénszállítás fogalmát a hidrogén-aggregátum formájában hozták létre (lásd például a "DEEPC" vagy a "BMW H2R"). A struktúrák közelségének köszönhetően az "LB" berendezések alkotói felhasználhatók vagy csak a cseppfolyósított földgázzal ("LNG") segítségével módosíthatják a rendszereket. Az égetés alacsonyabb volumetrikus energiasűrűsége miatt azonban nagyobb mennyiségű hidrogén szükséges, mint a földgáz. Ha a dugattyús motorok "LNG" helyett folyékony hidrogént használnak, általában több óriási üzemanyag-rendszert igényel. Közvetlen injekcióval a bemeneti útvonal megnövekedett vesztesége csökkenti a hengerek feltöltését.

A folyékony hidrogént a neutron szétszórási kísérletekben végzett neutronokhoz is alkalmazzuk. A neutron tömegek és a hidrogénmag szinte egyenlőek, így a rugalmas ütközésű energiacsere a leghatékonyabb.

Előnyök

A hidrogén alkalmazásának előnye a használatának "nulla kibocsátása". A levegővel való kölcsönhatás terméke víz.

Akadályok

Egy liter "ZHV" súlya csak 0,07 kg. Vagyis a specifikus sűrűség 70,99 g / l 20 ° C-on. A folyékony hidrogén kriogén tárolási technológiát igényel, például speciális hőszigetelt tartályokat, és speciális kezelést igényel, amely az összes kriogén anyaghoz jellemző. Ez a helyzet e tekintetben a folyékony oxigénhez, de nagyobb óvatosságot igényel a tűzveszély miatt. Még a hőszigetelésű tartályok esetében is nehezen tartalmazhat olyan alacsony hőmérsékleten, amely folyékony állapotban menteni kell (általában napi 1% -os sebességgel elpárolog). A kezelés során szükség van a szokásos biztonsági intézkedésekre is, amikor hidrogénnel dolgozik - elég hideg a levegő cseppfolyósításához, amely robbanásveszélyes.

Rakéta üzemanyag

A folyékony hidrogén a rakétaüzemanyagok közös komponense, amelyet hordozó rakéták és űrhajók reaktív gyorsítására használnak. A legtöbb folyékony rakéta motoron hidrogénnel, először a motor fúvóka regeneratív hűtésére használják, mielőtt az oxidálószerrel és az égéssel összekeverjük a vontatáshoz. A H 2 / O 2 komponenseken használt modern motorok fogyasztják az üzemanyag-keveréket, amely hidrogénnel túlterhelt, ami a kipufogógáz egy bizonyos számú el nem égetett hidrogénhez vezet. A konkrét impulzus növelése mellett a molekulatömeg csökkenése miatt továbbra is csökkenti a fúvóka és az égéskamra erózióját.

A "HB" használatának más területeken a kriogén jellegű és az alacsony sűrűségű területek kezelésére irányuló akadályok is elrettentőek ebben az esetben. 2009-re csak egy hordozó rakéta van (RN "delta-4"), amely teljesen hidrogén rakéta. Alapvetően a "HB" -et a rakéták felső szakaszán vagy blokkokban használják, hogy a hasznos terhelés helyére való kimenetén lévő munka jelentős része vákuumban történik. Az ilyen típusú tüzelőanyagok sűrűségének növelésére irányuló intézkedések egyike, vannak javaslatok a lucid hidrogén, azaz a "FAI" félig.

A hidrogén kémiai elem egy H-szimbólummal és az atomszámmal 1. A standard atomtömege körülbelül 1,008, a hidrogén az időszakos asztal legegyszerűbb eleme. A egyatomos formában (H) a leggyakoribb kémiai az univerzumban, elszámolt mintegy 75% -át a teljes tömeg a Barione. Csillagok, főként a plazma állapotban hidrogénből állnak. A leggyakoribb izotóp a hidrogén, az úgynevezett tőke (ez a név ritkán használják, a szimbólum 1H) egy proton és egy neutron. A széles körben elterjedt megjelenése atomos hidrogén először történt a rekombináció korszakában. A normál hőmérsékleten és nyomáson, hidrogén színtelen, nem-szag és íz, nem-toxikus, nem-fémes, gyúlékony-dioxid gáz molekuláris képlete H2. Mivel a hidrogén könnyen kovalens kötéseket képez a legtöbb nemfémelemekkel, a földön a legtöbb hidrogén molekuláris formában, például vízben vagy szerves vegyületekben létezik. A hidrogén különösen fontos szerepet játszik a savas lúgos reakciókban, mivel a savalapú reakciók többsége az oldható molekulák közötti protonok cseréjével jár. Ionos vegyületek, hidrogén vehet az alakja egy negatív töltés (azaz aniont), míg az úgynevezett hidridet, vagy egy pozitív töltésű (azaz kationt), a nézet azt a H + szimbólum. A hidrogén-kation van leírva, mint amely egy egyszerű proton, de valójában a hidrogén kationok ionos kapcsolatok mindig bonyolultabb. Mivel az egyetlen semleges atom, amelyre a Schrödinger egyenlet megoldásából analitikusan, hidrogénatom (azaz, a tanulmány az energia és a kötődését a atom) kulcsfontosságú szerepet játszott a fejlesztés a kvantummechanika. Eleinte, a hidrogén gáz mesterségesen szerezhetők be az elején a 16. század a reakció a sav a fémek. A 1766-1781. Henry Cavendish volt az első, aki elismeri, hogy a hidrogéngáz egy diszkrét anyag, és hogy ezek a víz, ha égő, úgy, hogy így nevezték: a görög hidrogén úton „víz termelő”. Az ipari hidrogéntermelés elsősorban a földgáz gőzátalakításának köszönhető, és kevésbé valószínű, nagyobb energiatergetív módszerekkel, például vízelektrolízissel. A legtöbb hidrogén közelében használja a termelési helyek, a két leggyakoribb felhasználási - a feldolgozás a fosszilis tüzelőanyagok (például hidrokrakkoló) és az ammónia előállítása, elsősorban a műtrágya piacon. A hidrogén aggodalomra ad okot a kohászatban, mivel törékeny sok fémet, ami bonyolítja a csővezetékek és tároló tartályok kialakítását.

Tulajdonságok

Égés

A hidrogéngáz (dihidrogén vagy molekuláris hidrogén) gyúlékony gáz, amely levegőben éget a levegőben, 4-75 térfogat% -os koncentrációban. Az entalpia égő 286 kJ / mol:

2H2 (g) + O2 (G) → 2H2O (L) + 572 KJ (286 kJ / mol)

A hidrogéngáz robbanásveszélyes keverékeket képez levegővel 4-74% -os koncentrációkban, és klórral koncentrációkban 5,95% -ra. A robbanásveszélyes reakciók szikrák, meleg vagy napfény által okozhatók. A hidrogén öngyulladási hőmérséklete, a levegőben lévő spontán gyulladás hőmérséklete 500 ° C (932 ° F). A tiszta hidrogén-oxigén lángok az ultraibolya sugárzást és a magas oxigénkeverékkel szinte láthatatlanok a szabad szemmel, amint azt a kozmikus transzfer fő motorjának gyenge kábelének bizonyítják, összehasonlítva egy jól látható kozmikus kozmikus szilárd rakétaerősítéssel az ammónium-perklorát kompozitot használja. Az égő hidrogén szivárgásának kimutatása érdekében szükség lehet a lángérzékelőre; Az ilyen szivárgások nagyon veszélyesek lehetnek. A hidrogén láng más körülmények között kék, és hasonlít a földgáz kék lángja. A "Hindenburg" léghajó halála a hidrogénégés hírhedt példája, és az ügyet még mindig megvitatták. Az incidens látható narancssárga lángját egy hidrogén elegy oxigénnel gyakorolta, kombinálva a léghajó szénvegyületekkel. A H2 mindegyik oxidáló elemgel reagál. A hidrogén lehet spontán módon reagálni szobahőmérsékleten klór és fluor, hogy a megfelelő hidrogén-halogenidek, hidrogén-klorid és hidrogén-fluorid, amelyek szintén potenciálisan veszélyes savak.

Elektron energiaszintek

Az elektron fő állapotának energiaszintje a hidrogénatomban -13,6 EV, ami egyenértékű egy ultraibolya foton, amelynek hullámhossza körülbelül 91 nm. A hidrogén energiaszintje meglehetősen pontosan kiszámítható az atom borov-modelljével, amely az elektront "orbitális" protonként fogalmazza meg analóg módon a Föld földi pályával. Az atomirtót és a protont azonban elektromágneses erővel együtt tartják, és a bolygók és az égi tárgyakat gravitációval tartják. A korai kvantummechanikában feltételezett szögletes lendület diszkretizálása miatt az elektron a bór-modellben csak bizonyos megengedett távolságokat foglalhat el a protonból, következésképpen csak bizonyos megengedett energiákat. A hidrogénatom pontosabb leírása egy tisztán kvantummechanikus feldolgozásból származik, amelyben a Schrödinger-egyenletet használják, a Dirac-egyenletet, vagy akár a FANMAN-os integrált sémáját az elektron valószínűségi eloszlásának sűrűsége kiszámításához a proton körül. A legösszetettebb feldolgozási módszerek lehetővé teszik a vákuum relativitásának és polarizációjának speciális elméletének kis hatását. A kvantum megmunkálásban az elektron a főállapot hidrogénatomjában egyáltalán nem rendelkezik rotációs nyomatékkal, amely szemlélteti, hogy a "Planetary Orbit" hogyan különbözik az elektron mozgásától.

Elemi molekuláris formák

A ducomi hidrogén molekulák két különböző spin izomerje van, amelyeket a maguk relatív spinja különböztet meg. Az ortodox formában a két proton hátsó része párhuzamos, és hármas állapotot képez, molekuláris centrifugálási kvantumszámmal (1/2 + 1/2); Parasarodorod formájában, a párhuzamos hátsó részek, és egy szingulettet képeznek egy molekuláris spin kvantumszámmal (1/2 1/2). A standard hőmérséklet és a nyomás, a hidrogéngáz a gőz körülbelül 25% -át és az orto-forma 75% -át tartalmazza, más néven "normál forma". Az ortodoródus egyensúlyi aránya a paramentodorhoz a hőmérséklettől függ, de mivel az orto forma izgatott állapot, és nagyobb energiával rendelkezik, mint egy gőz, instabil és nem tisztítható. Nagyon alacsony hőmérsékleten az egyensúlyi állapot szinte kizárólag a gőzformából áll. A tiszta paravodoród folyadék- és gázfázisának termikus tulajdonságai lényegesen eltérnek a normál forma tulajdonságaitól, mivel a rotációs hősapkák közötti különbségek miatt részletesebben a hidrogén spin izomerjeiben részletesebben tárgyaljuk. Az orto / párosított különbség más hidrogén tartalmú molekulákban vagy funkcionális csoportokban, például vízben és metilénben is megtalálható, de kis értéke van a termikus tulajdonságaikhoz. A gőz és az ORTO H2 közötti nonkatalizált összekapcsolás növeli a hőmérsékletet; Így a gyorsan kondenzált H2 nagy mennyiségű nagy energiát tartalmaz, amelyet nagyon lassan átalakítanak egy para-formává. A kondenzált H2 orto / pár együtthatója fontos tényező a folyékony hidrogén előkészítésében és tárolásában: az orto-gőz átalakulása exotermikus, és elegendő hőt biztosít a hidrogénfolyadék részének elpárologtatásához, ami cseppfolyósított anyag elvesztéséhez vezet . Katalizátorok orto-para-konverzióhoz, például vas-oxidhoz, aktivált szén, bevont azbeszt, ritkaföldfémek, uránvegyületek, króm-oxid vagy egyes nikkelvegyületek esetében, hidrogénnel hűtjük.

Fázis

Gáznemű hidrogén

Folyékony hidrogén

Táplált hidrogén

Kemény hidrogén

Fémhidrogén

Összeköttetés

Kovalens és szerves vegyületek

Míg a H2 normál körülmények között nem nagyon reaktív, a legtöbb elemhez kapcsolódik. A hidrogén képes olyan elemeket képezhet, amelyek elektronálható, például halogének (például F, Cl, BR, I) vagy oxigén; Ezekben a vegyületekben a hidrogén részleges pozitív töltést igényel. A fluor-, oxigén- vagy nitrogénhez való kötődés során a hidrogén képes részt venni az átlagos teljesítmény eszméletlen kommunikáció formájában, más hasonló molekulák hidrogénezésével, egy hidrogénkötésű jelenség, amely kulcsfontosságú a sok biológiai molekula stabilitásához. A hidrogén kevésbé elektrongatív elemekkel, például fémekkel és metalloidokkal is rendelkezik, ahol részleges negatív töltést igényel. Ezek a vegyületek gyakran hidridekként ismertek. A hidrogén kiterjedt vegyületeket képez szén-dioxiddal, úgynevezett szénhidrogénekkel, és még nagyobb mennyiségű vegyületet - heteroatomokkal, amely az élő lényekkel való átfogó kapcsolatuk miatt szerves vegyületek. Tulajdonságaik tanulmányozása szerves kémiával foglalkozik, és az élő szervezetek keretében folytatott kutatása biokémia néven ismert. Néhány meghatározás szerint a "szerves" vegyületeknek csak szénnek kell tartalmazniuk. Mindazonáltal a legtöbbjük hidrogént is tartalmaz, és mivel ez egy szénhidrogénkötés, amely a vegyületek ezen osztályát specifikus kémiai jellemzőiknek adja, a szén-hidrogénkötések szükségesek a "Szerves" szó egyes meghatározása során. Ismeretes több millió szénhidrogének, és általában komplex szintetikus úton vannak kialakítva, amelyek ritkán tartalmazzák az elemi hidrogént.

Hidridek

A hidrogénvegyületeket gyakran hidrideknek nevezik. A "hidrid" kifejezés azt sugallja, hogy az atom n negatív vagy anionos karaktert szerzett, amelyet H-, és akkor alkalmazzuk, ha a hidrogén egy elektromos elemű vegyületet képez. A létezését a hidrid anion által javasolt Gilbert N. Lewis 1916-ban az egyedüli tartalmazó hidridek a csoport az 1. és 2. mutattuk Moers 1920 Elektrolízis az olvadt lítium-hidrid (LIH), termelő sztöchiometrikus mennyiségű hidrogén per anód. Az 1. és 2. csoport fémjein kívüli hidridek esetében ez a kifejezés félrevezető, tekintettel a hidrogén alacsony elektrószázhatóságára. A 2. csoport hidridjei kivétele a BEH2, amely polimer. A lítium-alumínium-hidridben az ALH-4 anion hidrid-központokat hordoz, szilárdan az AL (III). Bár a hidridek a fő csoport szinte minden elemében alakulhatnak ki, a lehetséges vegyületek száma és kombinációja nagymértékben eltér; Például több mint 100 bináris bordáló hidrid ismert és csak egy bináris alumínium-hidrid. India bináris hidridje még nincs azonosítva, bár nagy komplexumok vannak. A szervetlen kémia során a hidridek áthidaló ligandumokként is szolgálhatnak, amelyek két fémközpontot kötnek a koordinációs komplexumban. Ez a funkció különösen jellemző a csoport elemeit 13, különösen borants (bór-hidridek), és alumínium-komplexek, valamint a fürtözött carboards.

Protonok és savak

A hidrogén-oxidáció eltávolítja az elektronját, és ad a H + -t, amely nem tartalmaz elektronokat és kernelt, amely általában egy protonból áll. Ezért a H + -et gyakran protonnak nevezik. Ez a faj központi a savas vita. A páncélozott papír elmélete szerint a savak protonok adományozói, és a bázisok protonok elfogadják. A meztelen proton, H +, nem létezhet az oldatban vagy az ionos kristályokban, mivel ellenállhatatlan vonzereje más atomokhoz vagy molekulákhoz elektronokkal. A magas plazmával kapcsolatos hőmérsékletek kivételével az ilyen protonokat nem lehet eltávolítani az atomok és molekulák elektronikus felhőkéből, és továbbra is kapcsolódnak hozzájuk. Azonban a "proton" kifejezést néha metaforikusan alkalmazzák, hogy pozitív töltésű vagy kationos hidrogént jelenítsenek meg más fajokhoz, és mint például "H +" -ként jelezve, anélkül, hogy bármilyen jelentést jelentene, hogy bármilyen egyedi proton szabadon léteznek. Annak érdekében, hogy elkerüljék egy meztelen "szolvated proton" megjelenését az oldatban, néha úgy tekintik, hogy a savas vizes oldatok kevésbé fiktív fajokat tartalmaznak, az úgynevezett "Hydronium ion" (H 3O +). Azonban még ebben az esetben is az ilyen szolvated hidrogénkationok valóságosabban érzékelik szervezett klaszterek, amelyek a H 9O + 4-hez közel képződnek. Más oxóniumionok kimutathatók, ha a víz savas oldatban van más oldószerekkel. Annak ellenére, hogy egzotikázta a Földön, az Univerzum egyik leggyakoribb ionja a h + 3, amelyet protonizált molekuláris hidrogén- vagy trihidrogén kationként ismertünk.

Izotópok

A hidrogénnek három természetes izotópja van 1H, 2H és 3H. Mások, erősen instabil magok (4H és 7 óra között) szintetizálták a laboratóriumban, de nem figyelték meg a természetben. Az 1H a leggyakoribb hidrogén-izotóp, amely több mint 99,98% -os prevalenciával rendelkezik. Mivel az izotóp magja csak egy protonból áll, leíró, de ritkán alkalmazott formális elvek. 2H, egy másik stabil hidrogén izotóp, deutérium néven ismert, és egy protont és egy neutronot tartalmaz a rendszermagban. Úgy gondolják, hogy az univerzum minden deutérium nagy robbanás alatt állt elő, és eddig óta létezik. A deutérium nem radioaktív elem, és nem jelent jelentős veszélyt a toxicitás. A molekulákkal dúsított víz, amely a normál hidrogén helyett a deutériumot tartalmazza, súlyos víznek nevezzük. A deutériumot és vegyületeit neradoaktív címként használják kémiai kísérletekben és oldószerekben 1H-NMR spektroszkópiában. A nehéz vizet neutron retarderként és a nukleáris reaktorok hűtőfolyadékként használják. A Deutérium szintén potenciális üzemanyag a kereskedelmi nukleáris szintézis számára. A 3H tríciumként ismert, és egy protont és két neutronot tartalmaz a rendszermagban. Radioaktív, hélium-3-ra esik a béta-bomláson keresztül, amelynek felezési ideje 12,32 év. Olyan radioaktív, hogy fényes festékben használható, ami hasznos lehet a gyártásban, például egy fényes tárcsával. Az üveg megakadályozza kis mennyiségű sugárzást. Kis mennyiségű trícium alakul ki természetesen a kozmikus sugarak kölcsönhatásában, légköri gázokkal; A nukleáris fegyverek tesztelése során a Tritmiumot is felszabadították. A nukleáris szintézis reakciói alkalmazásában alkalmazzák az izotóp geokémiai indikátorként és az autonóm erővel rendelkező speciális világítóberendezéseknél. A vegyi és biológiai címkézés során a TRITHIUMOT is radioaktív címkékként is alkalmazták. A hidrogén az egyetlen elem, amely különböző neveket tartalmaz az izotópokhoz, amelyeket ma széles körben használnak. A radioaktivitás korai tanulmányozása során különböző nehéz radioaktív izotópokat kaptak saját nevüknek, de az ilyen neveket már nem használják, kivéve a deutériumot és a tríciumot. A D és T szimbólumokat (2H és 3H helyett) néha a deutérium és a trícium esetében használják, de a P átjáró megfelelő szimbólumát már használják a foszforra, és ezért nem áll rendelkezésre áthaladáshoz. Nómenklatúra-irányelveiben a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Szövetsége lehetővé teszi, hogy bármilyen karaktert használjon D, T, 2H és 3H-ról, bár előnyösek 2H és 3H. Egy egzotikus Muong Atom (MU szimbólum), amely antimuonból és egy elektronból áll, néha könnyű hidrogén-radioizotópnak tekinthető az antimunió és az elektron közötti tömegkülönbség miatt, amelyet 1960-ban fedeztek fel. A muon élettartama alatt 2,2 μs, muong lehet benne olyan vegyületekben, mint a falfestmény (MUCL) vagy a nátrium-muionid (NAMU), hasonló a hidrogén-klorid és a nátrium-hidridhez.

Történelem

Nyitás és használat

1671-ben Robert Boyle kinyitotta és leírta a vasfűrészpor és a híg savak közötti reakciót, amely hidrogén-gázhalmazt eredményez. 1766-ban Henry Cavendish volt az első, aki diszkrét anyagként felismeri a hidrogéngázt, és ezt a gázt "gyúlékony levegő" fém savreakció miatt hívta fel. Azt javasolta, hogy a "tűzveszélyes levegő" valójában azonos volt a "phlogiston" nevű hipotetikus anyaggal, és újra felfedezte 1781-ben, hogy a gáz égés közben vizet termel. Úgy gondolják, hogy ő volt, aki kinyitotta a hidrogént elemként. 1783-ban az antoin lavoisier adta ezt az elemet, hogy a név hidrogénje (a görög ὑΔρο-Hydro "víz" és -γενήή gének, ami azt jelenti, hogy "Teremtő"), amikor ő és Laplace reprodukálta a Cavendish beavatkozás adatait hidrogén. A Lavoisier hidrogént termelt a kísérletek megőrzésére, hogy a gőz áramlását fém vasalattal reagáltatva a tűzben fűtött izzólámpán keresztül. Az anaerobvas vas oxidáció magas hőmérsékleten vizet vázlatosan vázlatosan ábrázolható a következő reakciók beállítása:

FE + H2O → FEO + H2

2 FE + 3 H2O → FE2O3 + 3 H2

3 FE + 4 H2O → FE3O4 + 4 H2

Számos fém, például cirkónium, hasonló reakciónak van kitéve, amely hidrogénnel vezet. A hidrogént először James Dewar 1898-ban, regeneratív hűtéssel és találmányával, vákuum-lombik alkalmazásával. A következő évben szilárd hidrogént termelt. A Deuteriumot Harold Jura 1931 decemberében fedezték fel, és a Tritmiumot 1934-ben készítették el Ernest Rutherford, Marka Oliphant és Paul Harek. A hagyományos hidrogén helyett deutériumból származó nehéz vizet a Jura csoport 1932-ben fedezte fel. Francois Isaac de Rivaz építette az első "Rivaz", a belső égésű motor, amelyet a hidrogén és az oxigén 1806-ban hajtott. Edward Daniel Clark feltalálta a hidrogén gázvezetéket 1819-ben. A DEBERENER FIEMAN (az első teljes öngyújtó) 1823-ban találták fel. Az első hidrogénhengeret Jacques Charles 1783-ban találta fel. A hidrogén a találmány után 1852-ben a találmány után a levegőmozgás első megbízható formáját, a Henri Giffard hidrogénnel emelte. A German Count Ferdinand von Tzpelinin elősegítette a hidrogénnel a levegőbe emelt merev léghajók ötletét, amelyet később zeppelineknek neveztek; Az első közülük 1900-ban levette a levegőt. A rendszeresen menetrend szerinti járatok 1910-ben kezdődtek, és 1914 augusztusában a második világháború elején 35 000 utasot átadtak komoly események nélkül. A háború alatt a hidrogénáramlást megfigyelő platformként és bombázóként használták fel. Az első nem győztes transzatlanti járatot a British Airship R34 1919-ben gyártotta. A rendszeres személyszállítási szolgáltatás az 1920-as években folytatódott, és a héliumtartalékok megnyitása az Egyesült Államokban jobb repülésbiztonsággal kell rendelkeznie, de az amerikai kormány megtagadta az erre a célra szolgáló gáz eladását, így H2-t használtak Hindenburgi légkörében, amely megsemmisült A milánói tűz következtében az új -jersi május 6-án, 1937. május 6-án. Az incidens a rádióban sugárzott, és videofelvételt végeztek. Széles körben feltételezték, hogy a gyújtás oka a hidrogénszivárgás volt, de a későbbi vizsgálatok azt mutatják, hogy az aluminizált szövetek bevonata statikus elektromossággal rendelkezik. De ezúttal már megsérült a hidrogén hírnevét. Ugyanebben az évben az első hidrogénhűtéses turbogenerátort gáznemű hidrogénnel adagolták a rotor és az 1937-es állórész, Dayton, Ohio, Dayton Power & Light Co; A hidrogéngáz termikus vezetőképességének köszönhetően a leggyakoribb gáz a mai területen való használatra. A hidrogén akkumulátort először 1977-ben használták fel a navigációs technológiai műholdas-2 USA (NTS-2) fedélzetén. MKS, Mars Odyssey és Mars Global Surveyor nikkel-hidrogén elemekkel van felszerelve. A sötét része a pályája, a Hubble Űrteleszkóp is powered by nikkel-hidrogén akkumulátorok, melyeket végül helyébe 2009 májusában több mint 19 éve a start után 13 évvel a design.

Szerepe a kvantumelméletben

Ennek köszönhetően csak proton és elektron, hidrogénatom, egy hidrogénatom, valamint az általa létrehozott fény spektruma, amely az atomszerkezet elméletének fejlődésében központi volt. Ezenkívül a hidrogén molekula és a megfelelő H + 2 kation megfelelő egyszerűségének vizsgálata a kémiai kötés jellegének megértéséhez vezetett, amely a kvantummechanika fizikai feldolgozását követte 2020 közepén. az egyik első kvantum hatásokat, amelyek tisztán megfigyelhető (de nem érteni Abban az időben), megfigyelése volt Maxwell részvételével hidrogén fél évszázada, mielőtt a teljes kvantummechanikai elmélete megjelent. Maxwell megjegyezte, hogy az adott hő kapacitás H2 visszafordíthatatlanul indul a szobahőmérséklet alatti dioxidgázból, és egyre inkább hasonlít az egy osomikus gáz specifikus hőkapacitására kriogén hőmérsékleten. A kvantumelmélet szerint az ilyen viselkedés a forgási energia távolság (kvantált) szintje miatt következik be, amely különösen széles körben van elhelyezve a H2-ben az alacsony tömege miatt. Ezek a széles körben elterjedt szintek megakadályozzák a hőenergia egyenlő szétválasztását a rotációs mozgáshoz a hidrogénben alacsony hőmérsékleten. A nehezebb atomokból álló diatomok nem rendelkeznek ilyen széles körben elhelyezett szintekkel, és nem mutatnak ugyanezt a hatást. Az anti-hidrogén a hidrogén antimerikai analógja. Antiprotonból áll, pozitronnal. Az anti-gazdaság az egyetlen fajta antimatter atom, amelyet 2015-től kapott.

A természet megkeresése

A hidrogén az univerzum leggyakoribb kémiai eleme, amelyet a normál anyag 75% -át és több mint 90% az atomok számával számoltak be. (Az univerzum nagy része azonban nem a kémiai elem formájában van, de úgy vélik, hogy még mindig észrevétlen tömegek vannak, mint például a sötét anyag és a sötét energia.) Ez az elem nagy mennyiségű csillagban van Gáz óriások. A H2 molekuláris felhők a csillagképződéshez kapcsolódnak. A hidrogén létfontosságú szerepet játszik a csillagok proton-proton-reakció és a nukleáris szintézis által a CNO cikluson keresztül. A világ minden táján a hidrogén elsősorban atom- és plazmak állapotokban található tulajdonságokkal, amelyek tökéletesen eltérnek a molekuláris hidrogén tulajdonságaitól. A plazma, az elektron és a hidrogén proton nem kapcsolódik egymáshoz, ami nagyon nagy elektromos vezetőképességhez és nagy sugárzási képességhez vezet (a nap és más csillagok fényének fénye). A mágneses és az elektromos mezőket erősen befolyásolja a feltöltött részecskék. Például a napsütéses szélben kölcsönhatásba lépnek a föld magnetoszférájával, Birkeland és a Polar sugárzás áramlásaival. A hidrogén semleges atomállapotban van az interstelláris közegben. Úgy gondoljuk, hogy a nagy mennyiségű semleges hidrogén kimutatható a dugulás rendszerek Limana-Alpha uralja a kozmológiai barion sűrűsége a világegyetem, hogy a piros elmozdulás Z \u003d 4 normál körülmények között a Földön, elemi hidrogén létezik, mint a kétatomos gáz, H2. Azonban a hidrogéngáz nagyon ritka a Föld légkörében (1 cnm térfogata) a könnyű súlya miatt, amely lehetővé teszi, hogy könnyebben legyőzze a földgömb súlyát, mint a nehezebb gázokat. A hidrogén azonban a Föld felszínén található harmadik leggyakoribb elem, elsősorban kémiai vegyületek, például szénhidrogének és víz formájában van. A hidrogéngázt egyes baktériumok és algák alkotják, és a fluutin természetes komponense, valamint a metán, amely egyre nagyobb jelentőségű hidrogénforrás. A molekuláris forma, az úgynevezett protonált molekuláris hidrogén (H + 3) az interstelláris közegben van, ahol kozmikus sugarakból származó molekuláris hidrogén ionizációja keletkezik. Ezt a feltöltött iont a Jupiter bolygó felső légkörében is megfigyelték. Az ion viszonylag ellenáll a környezetnek az alacsony hőmérséklet és sűrűség miatt. A H + 3 az Univerzum egyik leggyakoribb ionja, és kiemelkedő szerepet játszik az interstelláris közeg kémiájában. A semleges triatomi hidrogén H3 csak izgatott formában és instabil. Éppen ellenkezőleg, a hidrogén pozitív molekuláris ionja (H + 2) egy ritka molekula az univerzumban.

Hidrogéntermelés

A H2-t kémiai és biológiai laboratóriumokban állítják elő, gyakran más reakciók mellékterméke; az iparban a telítetlen szubsztrátok hidrogénezésére; és a természetben a biokémiai reakciók helyreállítási egyenértékeseinek extrudálásának eszközeként.

Gőzreformálás

A hidrogén nyerhető több módon, de a gazdasági szempontból legfontosabb folyamatok közé tartozik a hidrogén eltávolításával a szénhidrogének, mivel mintegy 95% hidrogén-termelést 2000 származott gőzreformálási. A kereskedelmi, nagy mennyiségű hidrogént általában a földgáz gőzreformálásával kapunk. Magas hőmérsékleten (1000-1400 k, 700-1100 ° C vagy 1300-2000 ° F), gőz (vízgőz) reagál a metánnal, hogy szénmonoxidot és H2-t kapjunk.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Ez a reakció jobb alacsony nyomáson, de mindazonáltal nagy nyomáson (2.0 MPa, 20 ATM vagy 600 hüvelyk higanypillér) hajtható végre. Ez annak köszönhető, hogy a nagynyomású H2 a legnépszerűbb termék, és a nyomás túlmelegedésének tisztító rendszerei jobban működnek nagyobb nyomáson. A termékek keveréke "szintézisgáz" néven ismert, mivel gyakran közvetlenül alkalmazzák a metanol és a rokon vegyületek előállítására. A metánon kívüli szénhidrogének alkalmazhatók, hogy különböző termékekkel rendelkező szintézisgázt kapjunk. A magas optimalizált technológia egyik számos szövődménye a koksz vagy a szén képződése:

CH4 → C + 2H2

Következésképpen a gőzreformálás általában felesleges H2O-t használ. A további hidrogén eltávolítható a gőzből szén-monoxiddal vízgáz-elmozdulási reakcióval, különösen vas-oxid katalizátorral. Ez a reakció egy közös ipari szén-dioxidforrás is:

CO + H2O → CO2 + H2

A H2 egyéb fontos módszerei közé tartoznak a szénhidrogének részleges oxidációja:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

És a szén reakciója, amely elősegítheti a fent leírt váltási reakciót:

C + H2O → CO + H2

Néha a hidrogént ugyanabban az ipari folyamatban, szétválasztás nélkül állítják elő és fogyasztják. Az ammónia előállítására szolgáló HOBEER folyamatban a hidrogén földgázból származik. A sóoldat elektrolízise a klór előállításához a hidrogén kialakulásához melléktermékként is vezet.

Fémsav

A laboratóriumban a H2-t általában a hígított nem-oxidáló savak reakcióképes metalokká, például cinkké reagáltatjuk CYPA készülékkel.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

Az alumínium H2-t is előállíthat, amikor a bázisokat feldolgozza:

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

A vízelektrolízis egyszerű módja a hidrogén előállítására. Az alacsony feszültségáram áramlik a vízen keresztül, és a gáz oxigén alakul ki az anódon, míg a katódon hidrogéngáz van kialakítva. Általában a katódot platina vagy más inert fémből készítjük a hidrogén termeléséhez. Ha azonban a gázt kell égetni, az égés megkönnyítése érdekében az oxigén jelenléte kívánatos, ezért mindkét elektróda inert fémekből készül. (Például a vas oxidálódik, és ezért csökkenti az oxigén mennyiségét). Az elméleti maximális hatékonyság (a hidrogén energiaértékére alkalmazott villamos energia) 80-94% tartományban van.

2 H2O (L) → 2H2 (G) + O2 (G)

Alumínium és galliumötvözet a vízhez hozzáadott granulátum formájában alkalmazható hidrogén előállítására. Ez a folyamat alumínium-oxidot, de drága galliumot is termel, amely megakadályozza az oxid bőr képződését a granulákon, újra felhasználható. A hidrogén gazdaságra vonatkozó fontos következményekkel jár, mivel a hidrogén a helyén állítható be, és nem kell szállítani.

Termokémiai tulajdonságok

Több mint 200 termokémiai ciklus van, amelyek vízzel különíthetők el, körülbelül egy tucatnyi ciklus, például vas-oxid-ciklus, cérium-oxid (IV) cérium-oxid (iii), cink-oxid cink, kéntartalmú ciklus, réz A ciklus és a klórt és a kén hibrid ciklus a vizsgálati szakaszban és a vizsgált szakaszban a hidrogén és az oxigén vízből történő előállítására és hőjéről villamos energia használata nélkül. Számos laboratórium (beleértve Franciaországban, Németországban, Görögországban, Japánban és az USA-ban) termokémiai módszereket fejleszt ki a napenergia és a víz hidrogéninek előállítására.

Anaerob korrózió

Az anaerob körülmények között a vas- és acél ötvözeteket lassan oxidáljuk víz protons, egyidejűleg a molekuláris hidrogén (H2). Anaerob vas korróziós kialakulásához vezet a vas-hidroxid (zöld rozsda), és leírható az alábbi reakció szerint: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. Az anaerob körülmények között, a vas-hidroxid (Fe (OH) 2) vízi protonokkal oxidálható mágneses és molekuláris hidrogén képződésével. Ezt a folyamatot a Shopic for Reakció: 3 Fe (OH) 2 → FE3O4 + 2H2O + H2 vas-hidroxid → magnézium + víz + hidrogén. A jól kristályosított magnetit (FE3O4) termodinamikailag stabilabb, mint a vas-hidroxid (FE (OH) 2). Ez a folyamat az oxigénmentes talajvizekben az anaerobi korrózió során fordul elő, és amikor a talaj a talajvízszint alatt csökken.

Geológiai eredet: Serpentinian reakció

Az oxigén hiányában (O2) mély geológiai feltételek, amelyek uralkodó távol a légkör a Föld, hidrogén (H2) képződik a folyamat serpentinization anaerob oxidációja víz protonok (H +) vas-szilikát (Fe2 +) jelen van a kristályrácsban a faryolitis (FE2SIO4, MINAL Olivine -gland). A megfelelő reakció, képződéséhez vezető magnetit (Fe3O4), kvarc (SiO 2) és a hidrogén (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO 2 + 3 H2 Fayalit + víz → Magnetit + kvarc + hidrogénatom. Ez a reakció nagyon hasonlít a boltos reakciójához, megfigyelhető a vas-hidroxid anaerob oxidációjában vízzel érintkezve.

Formáció a transzformátorokban

A villamosenergia-transzformátorokban kialakított összes veszélyes gáz, a hidrogén a leggyakoribb és a legtöbb hiba esetén keletkezik; Így a hidrogénképződés a komoly problémák korai jele a transzformátor életciklusában.

Alkalmazások

Fogyasztás különböző folyamatokban

Nagy mennyiségű H2 szükséges az olaj- és vegyiparban. A legmagasabb, H2-t a fosszilis tüzelőanyagok feldolgozására ("modernizáció") és ammónia termelésére használják. A petrolkémiai növényeken a H2-t hidrodeáliskilációban, hidrogénszállásokban és hidrokrakkolásban használják. A H2 számos más fontos alkalmazást tartalmaz. A H2-t hidrogénező szerként használják, különösen a telítetlen zsírok és olajok telítettségének (ilyen tárgyakban található margarin) és metanol előállítási szintjének növelésére. Ez egy hidrogénforrás is sósav előállítása során. A H2-t fémércek redukálószerként is használják. A hidrogén nagyon oldható anyag sok ritka földön és átmeneti fémben és oldható mind a nanokristályos, mind az amorf fémekben. A fémekben lévő hidrogén oldékonysága a kristályrács helyi torzulásától vagy szennyeződésétől függ. Ez akkor hasznos lehet, ha a hidrogént tisztítják a forró palládiumlemezek átadásával, de a gáz nagy oldhatósága olyan kohászati \u200b\u200bprobléma, amely hozzájárul számos fém részvételéhez, amely bonyolítja a csővezetékek és a tároló tartályok kialakítását. A reagensként való felhasználás mellett a H2-t széles körben használják fizika és technika. Hegesztési módszerek, például atom hidrogén hegesztéssel védőgázként használják. A H2-t forgórész hűtőfolyadékként használják az elektromos generátorok elektromos generátoraiban, mivel az összes gáz legmagasabb hővezető képessége van. A folyékony H2-t kriogén vizsgálatokban alkalmazzuk, beleértve a szupravezetési vizsgálatokat is. Mivel a H2 könnyebb, mint a levegő, egy kicsit több mint 1/14 a levegő sűrűségétől, akkor egyszerre széles körben használták a léggömbök és a léghajók emelőgázaként. Az újabb alkalmazásokban a hidrogént tiszta formában alkalmazzuk, vagy nitrogénnel (néha formázógázzal) keverjük, mint gázjelző az instant szivárgás kimutatására. A hidrogént az autóiparban, kémiai, energia-, repülőgép- és távközlési iparágakban használják. A hidrogén megengedett táplálékkiegészítő (E 949), amely lehetővé teszi az élelmiszertermékek tömörségének tesztelését más antioxidáns tulajdonságok mellett. A ritka hidrogén izotópok speciális alkalmazásokkal is rendelkeznek. A deutérium (hidrogén-2) nukleáris hasadási alkalmazásokban lassabb neutron-retarderként és nukleáris szintézis reakciókban alkalmazható. A deutériumvegyületeket a kémia és a biológia területén használják az izotóp reakcióhatások vizsgálata során. Trithium (hidrogén-3), termelt nukleáris reaktorok, használják a hidrogén bombák, mint egy izotópos címkét a biológiai tudományok, valamint a sugárforrás, világító festékek. A hőmérséklet a hármas pont egyensúlyi hidrogén döntő fix pont a ITS-90 hőmérséklet skála a 13,8033 Kelvin.

Hűtő közbenső

A hidrogént általában olyan erőművekben használják, mint a generátorok hűtőközegét számos kedvező tulajdonság miatt, amelyek a könnyű dioxid molekulák közvetlen eredménye. Ezek közé tartoznak az alacsony sűrűség, az alacsony viszkozitás és a maximális specifikus hő- és hővezetőképesség minden gáz között.

Energiahordozó

A hidrogén nem energiaforrás, kivéve a kereskedelmi termonukleáris erőművek hipotetikus kontextusát a deutérium vagy trícium alkalmazásával, és ez a technológia jelenleg a fejlődéstől távol van. A nap energiája a hidrogén nukleáris szintéziséből származik, de ezt a folyamatot nehéz elérni a Földön. Az elemi hidrogén a napelemből, a biológiai vagy az elektromos forrásokból nagyobb energiát igényel annak termelésre, amelyet az égés során fogyasztanak, ezért ezekben az esetekben a hidrogén energia hordozójaként működik, analóg módon az akkumulátorral. A hidrogén fosszilis forrásokból (például metán) nyerhető, de ezek a források kimerültek. Az energiatűrűség mind a folyékony hidrogén, mind a sűrített hidrogén-halmazállapotú hidrogén egységnyi térfogatú bármely gyakorlatilag elérhető nyomáson lényegesen kisebb, mint a hagyományos energiaforrásoké, bár az üzemanyag-tömeg energiasűrűsége magasabb. Azonban az elemi hidrogént széles körben megvitatták az energia kontextusában, mint lehetséges jövőbeli energiahordozó az egész gazdaságban. Például a CO2 megkötési CO2, amelyet a szén-dioxid felvétele és tárolása követ, a fosszilis tüzelőanyagok h2 termelési pontján végezhető el. A szállítás során alkalmazott hidrogén viszonylag tisztán éget, néhány NOx-kibocsátással, de szén-dioxid-kibocsátás nélkül. Azonban a hidrogéngazdasággal való teljes átalakításhoz kapcsolódó infrastruktúra költsége jelentős lesz. Az üzemanyagcellák a hidrogént és az oxigént közvetlenül a villamos energiává alakíthatják, mint a belső égésű motorok.

Félvezető ipar

A hidrogént az amorf szilícium és amorf szén szakadt kötéseinek telítésére használják, ami segít az anyag tulajdonságainak stabilizálásában. Ezenkívül potenciális elektron donor különböző oxid anyagokban, beleértve a Zno, SNO2, CDO, MGO, ZRO2, HFO2, LA2O3, Y2O3, TiO2, SRTIO3, LAALO3, SIO2, AL2O3, LAALO3, SIO2, AL2O3, ZRSIO4, HFSIO4 és Srzro3 .

Biológiai reakciók

A H2 az anaerob metabolizmus bizonyos típusainak terméke, és több mikroorganizmus termel, általában olyan reakciókkal, amelyeket vas- vagy nikkel tartalmú enzimekkel katalizálnak hidrogenázoknak neveznek. Ezek az enzimek katalizálja a reverzibilis redox reakciót a H2 és annak összetevői között - két proton és két elektron között. A gáz-halmazállapotú hidrogén létrehozása akkor fordul elő, amikor a piruvát vízbe fermentálása során kialakított helyreállító ekvivalensek átadása. A hidrogén termelésének és fogyasztásának természetes ciklusát hidrogén ciklusnak nevezik. Vízfelosztás, az a folyamat, amelyben a víz bomlik protonok, elektronok és oxigén komponenseibe, minden fotoszintetikus szervezetben könnyű reakciókban fordul elő. Néhány ilyen organizmusokat, beleértve Chlamydomonas REINHARDTIII és cianobaktériumok algák, kifejlesztette a második szakaszban a sötét reakciókban, amelyekben a protonok és az elektronok visszaáll a kialakulását H2-gáz szakosodott hidrogenázok kloroplaszt. A genetikailag módosították a cianobakteriális hidrazákat a gáznemű H2 hatékony szintézisére még oxigén jelenlétében is. Az erőfeszítéseket a bioreaktorban genetikailag módosított algák alkalmazásával is végezték.

Fontolja meg, hogy mi a hidrogén. A nem Metalla kémiai tulajdonságai és átvétele az iskolai szervetlen kémia során tanul. Ez az az elem, amely az időszakos Mendeleev rendszert fejezi ki, ezért részletes leírást érdemel.

Rövid információ az elem megnyitásáról

A hidrogén fizikai és kémiai tulajdonságainak megvizsgálása előtt megtudhatja, hogyan találták meg ezt a fontos elemet.

A tizenhatodik és tizenhatodik században dolgozó vegyészek többször is megemlítik munkáikat olyan éghető gázról, amelyet az aktív fémekkel ki kell osztani. A tizennyolcadik század második felében a Kavendshu sikerült összegyűjtenie és elemezte ezt a gázt, így megadta neki az "éghető gáz" nevét.

A hidrogén fizikai és kémiai tulajdonságai akkoriban nem vizsgálták. Csak a tizennyolcadik század végén A. Lavoisier sikerült megállapítania, hogy a víz elemzésével lehetséges. Egy kicsit később új hidrogén elemet kezdett hívni, ami azt jelenti, hogy "Víz". M. F. Solovyov a modern orosz nevét adja.

A természet megkeresése

A hidrogén kémiai tulajdonságai csak a természetben való előfordulása alapján elemezhetők. Ez az elem jelen van a hidraulikus és litoszférában, valamint az ásványi anyagok összetételében is: természetes és kapcsolódó gáz, tőzeg, olaj, szén, éghető pala. Nehéz elképzelni egy felnőtt személyt, aki nem tudja, hogy a hidrogén szerves része a víznek.

Ezenkívül ez a nonmetall állatorganizmusokban van nukleinsavak, fehérjék, szénhidrátok, zsírok formájában. A bolygónkban ez az elem szabad formában található, ritkán, talán csak természetes és vulkáni gázban található.

A plazma formájában a hidrogén a csillagok és a nap tömegének körülbelül fele, ráadásul az összekötő gáz része. Például, szabad formában, valamint metán formájában, ammónia, ez a nonmetall van jelen a készítményben az üstökösök és még néhány bolygó.

Fizikai tulajdonságok

Mielőtt figyelembe vesszük a hidrogén kémiai tulajdonságait, megjegyezzük, hogy normál körülmények között egy gáznemű anyag könnyebb, mint a levegő, amelynek több izotóp formája van. Szinte oldhatatlan vízben, magas hővezető képességgel rendelkezik. Az 1-es tömegszámmal rendelkező részletek az alakja legegyszerűbbnek tartják. A trícium, amely a radioaktív tulajdonságokkal, van kialakítva a természetben a légköri nitrogén, ha befolyásoló neuronok UV-sugárzás.

A molekula szerkezetének jellemzői

A hidrogén kémiai tulajdonságainak megfontolása, a reakció jellemzői szintén leállnak a szerkezet jellemzőire is. Ebben a diatómiai molekulában kovalens, nem poláris kémiai kötés. Az atom hidrogén kialakulása lehetséges az aktív fémek közötti kölcsönhatásban a savas oldatokon. De ebben a formában ez a nemfém csak enyhe idős rés létezhet, majdnem azonnal, hogy rekombinálják egy molekuláris megjelenés.

Kémiai tulajdonságok

Tekintsük a hidrogén kémiai tulajdonságait. A kémiai elemet alkotó legtöbb vegyületben az oxidáció mértéke +1, ami hasonlóvá teszi az aktív (lúgos) fémekkel. A hidrogén fő kémiai tulajdonságai, amelyek fémként jellemzik:

• kölcsönhatás oxigénnel vízzel képződéssel;
• a halogén termelés képződésével járó halogénekkel való reakció;
• hidrogén-szulfid beszerzése szürke csatlakoztatásakor.

Az alábbiakban a hidrogén kémiai tulajdonságait jellemző reakciók egyenlete. Felhívjuk a figyelmet arra a tényre, hogy nem fémes (egyfokozatú oxidációval), csak aktív fémekkel reagál, a megfelelő hidrideket képezi velük.

A normál hőmérsékleten a hidrogén inaktívan csatlakozik más anyagokkal való kölcsönhatásban, ezért a reakciók többségét csak előmelegítés után végezzük.

Tartsunk részletesebben az elem egyes kémiai kölcsönhatását, amely a Mendeleev kémiai elemeinek rendszeres rendszerét fejezi ki.

A vízképződés reakcióját a 285,937 KJ energia felszabadulása kíséri. Emelkedett hőmérsékleten (több mint 550 Celsius fok), ezt a folyamatot erős robbanás kíséri.

A hidrogén gáznemű kémiai tulajdonságai közül, amelyek jelentősen felhasználódtak az iparban, érdekes az interakció a fémek oxidjaival. Ez a katalitikus hidrogénezés a modern iparágban, amely a fém-oxidok feldolgozását végzi, például tiszta fémet izolálunk vas-skálából (vegyes vas-oxid). Ez a módszer lehetővé teszi a fémhulladék hatékony feldolgozását.

Az ammónia szintézise, \u200b\u200bamely magában foglalja a levegő nitrogénnel történő kölcsönhatását, szintén igényes a modern vegyiparban. A kémiai interakció folyamatainak körülményei között megjegyezzük a nyomást és a hőmérsékletet.

Következtetés

Ez hidrogénatom, amely normál körülmények között alacsony hatású kémia. A növekvő hőmérsékleten aktivitása jelentősen növekszik. Ez az anyag szerves szintézisben keres. Például hidrogénezéssel visszaállíthatja a ketonokat másodlagos alkoholokba, és az aldehidek elsődleges alkoholokká alakulnak. Ezenkívül hidrogénezéssel az etilén és az acetilénosztály telítetlen szénhidrogénjei átalakíthatók a metán sorozatának végéhez. A hidrogén a modern kémiai termelés iránti igény egyszerű anyagnak tekinthető.

Hidrogén (Lat. Hidrogén), H, kémiai elem, első egyenként az időszakos Mendeleev időszakos rendszerében; Atom súly 1.0079. Normál körülmények között hidrogén-gáz; Nincs szín, szag és íz.

A hidrogén eloszlása \u200b\u200ba természetben. A hidrogén a természetben széles körben elterjedt, a földkéreg (litoszféra és hidroszféra) tartalma 1% -kal, pedig az atomok száma 16%. A hidrogén a talajvíz (11,19% -os hidrogénatom) a leggyakoribb anyag részét képezi, a vegyületek, az olaj, az olaj, a természetes gázok, az agyagok, valamint az állatok és növények organizmusai (azaz fehérjékben) , nukleinsavak, zsírok, szénhidrátok és mások). A szabad állapotban a hidrogén rendkívül ritka, kis mennyiségben vulkáni és egyéb földgázokban található. A légkörben a szabad hidrogén (0,0001% az atomok száma) jelentéktelen mennyiségei vannak jelen. A közel földterületben a protonok áramlása formájában hidrogén a föld belső ("proton") sugárzási övét képezi. A tér hidrogénje a leggyakoribb elem. A plazma formájában a nap mintegy fele és a legtöbb csillag, az interstelláris közeg és a gázköteg gázok nagy része. A hidrogén a bolygók és az üstökösök légkörében van jelen, ingyenes H 2, metán CH 4, ammónia NH3, víz H20, CH20, CH, NH, OH, SIH, pH, stb. A protonok áramlása hidrogén belép a nap és a kozmikus sugarak korpuszkuláris sugárzásának összetételébe.

Izotópok, atom és hidrogén molekula. A szokásos hidrogén 2 stabil izotópok keverékéből áll: könnyű hidrogénatom vagy távolság (1 óra) és nehéz hidrogén, vagy deutérium (2H, vagy D). A természetes hidrogénatomok 1 atomjával 2 órán át átlagosan 6,800 atom 1 N. A radioaktív izotópot a 3. tömegszámmal a superheavy-hidrogén vagy trícium (3H, vagy t), puha β-sugárzással és Félélet t ½ \u003d 12,262. Természetben a trícium kialakul, például a légköri nitrogénből a kozmikus sugarak következtében; A légkörben elhanyagolható (a hidrogénatomok teljes számának 4 · 10 -15% -a). Rendkívül instabil izotóp 4 N. Az 1H, 2H, 3H és 4H izotópok tömegszáma 1, 2, 3 és 4, azt jelzi, hogy a sokféleség atom sokfélesége csak egy protont, deutériumot tartalmaz Proton és egy neutron, trícium - egy proton és 2 neutron, 4n - egy proton és 3 neutron. A hidrogén izotópok nagy különbsége kiemelkedőbb különbséget okoz fizikai és kémiai tulajdonságaikban, mint más elemek izotópjai esetében.

A hidrogénatom a legegyszerűbb szerkezete az összes többi elem atomjai között: egy rendszermagból és egy elektronból áll. Elektron kötő energia kernel (ionizációs potenciál) 13,595 EV. A hidrogén semleges atomja a második elektronot rögzítheti, ami ne negatív ionot képezhet H - a második elektron semleges atomjal (elektromos affinitás), 0,78 eV. A kvantummechanika lehetővé teszi a hidrogénatom összes lehetséges energiaszintjének kiszámítását, ezért adja meg az atomspektrum teljes értelmezését. A hidrogénatomot modellként használják más, összetettebb atomok energiaszintjének kvantummechanikai számításában.

A H2 hidrogénmolekula két, kovalens kémiai kötéssel összekapcsolt atomból áll. Disszociációs energia (azaz az atomok bomlása) 4,776 EV. A magok egyensúlyi helyzetében az intatomikus távolság 0,7414Å. Magas hőmérsékleten a molekuláris hidrogén disszociálja az atomokat (a disszociáció mértéke 2000 ° C-on 0,0013, 5000 ° C 0,95). Az atomos hidrogén is különböző kémiai reakciókban (például a Zn a sósavra gyakorolt \u200b\u200bhatását) is kialakítjuk. Azonban az atomi állapotban lévő hidrogén létezése csak rövid ideig tart, az atomokat H 2 molekulákba rekombezítják.

A hidrogén fizikai tulajdonságai. A hidrogén az összes ismert anyag (14,4-szer világosabb, mint a levegőben), 0,0899 g / l sűrűség 0 ° C-on és 1 atm. A hidrogén forrása (cseppfolyósított) és olvad, illetve -252,8 ° C és -259,1 ° C-on (csak a hélium alacsonyabb olvadáspontú és forráspontja). A hidrogén kritikus hőmérséklete nagyon alacsony (-240 ° C), így cseppfolyósítása nagy nehézségekkel jár; 12,8 kgf / cm2 (12,8 atm) kritikus nyomás, kritikus sűrűség 0,0312 g / cm3. Az összes gáz, a hidrogén a legnagyobb hővezető képessége, amely 0 ° C és 1 atm 0,174 W / (M · K), azaz 4.16 · 10 -4 KAL / (C · cm · ° C). A hidrogén specifikus hő kapacitása 0 ° C-on és 1 atm / p 14,208 kJ / (kg · k), azaz 3,394 cal / (R · ° C). A hidrogén vízben (0,0182 ml / g 20 ° C-on és 1 atm) vízben oldódik, de sok fémben (Ni, Pt, PA és mások), különösen a palládiumban (850 térfogat 1 térfogat PD). A fémekben lévő hidrogén oldékonysága összefügg a diffundáláshoz; A széntartalmú ötvözet (például az acél) diffúzióját néha az ötvözet megsemmisítésével kíséri, mivel a szén-dioxid (az úgynevezett dekarbonizáció) kölcsönhatása következtében. A folyékony hidrogén nagyon könnyű (sűrűség -253 ° C 0,0708 g / cm3) és a tanítás (viszkozitás -253 ° C 13,8 sztenák).

A hidrogén kémiai tulajdonságai. A legtöbb vegyületben a hidrogén Valenciát mutat (pontosabban az oxidáció mértéke) +1, mint például a nátrium és más lúgos fémek; Általában ezeknek a fémeknek az analógja, amely a Mendeleev rendszer i csoportját fejezi ki. A fémek hidridjeiben azonban a hidrogénion negatívan (az oxidáció mértéke -1) kerül felszámolásra, azaz a hidrid Na + H-t Na + CL-kloridhoz képest. Ez és más tények (a hidrogén és halogén fizikai tulajdonságainak közelsége, a halogén képességének a hidrogénatomok szerves vegyületekbe történő helyettesítésére) okot adnak a hidrogén, valamint a VII-es periódusos rendszercsoportba. Normál körülmények között a molekuláris hidrogén viszonylag aktív, közvetlenül csatlakoztatva csak a legaktív, nemfémekkel (fluorral és fényben és klórral). Azonban, amikor felmeleged, a reakcióba lép, sok elemgel. Az atomos hidrogén emelt kémiai aktivitást mutat a molekulárishoz képest. Oxigénnel a hidrogén vízzel rendelkezik:

H 2 + 1/2 o 2 \u003d h 2 o

a 285,937 KJ / mol felszabadításával 68,3174 kcal / mol hő (25 ° C és 1 atm). Normál hőmérsékleten a reakció rendkívül lassan, 550 ° C felett - robbanással folytatódik. A hidrogén-oxigén keverék robbanáshatárai 4-94% H2, a hidrogén-levegő keverék - 4-74% H2 (a 2 térfogatú H 2 és 1 térfogat keveréke egy patkány gáznak nevezték). A hidrogént sok fém helyreállítására használják, mivel az oxigén eltávolítja az oxidjaikat:

Cuo + h 2 \u003d Cu + H 2 O,

FE 3O 4 + 4H 2 \u003d 3FE + 4N 2 O stb.

Halogénekkel a hidrogén halogénfajtákat képez, például:

H 2 + cL 2 \u003d 2nsl.

Ugyanakkor fluoratommal a hidrogén robbant (még sötétben és 252 ° C-on is), klór- és brómokkal csak akkor reagál, ha világítás vagy fűtés, és a jód csak akkor melegítik. Nitrogénnel a hidrogén kölcsönhatásba lép az ammónia kialakulásával:

Zn 2 + n 2 \u003d 2nn 3

csak a katalizátoron és emelt hőmérsékleten és nyomáson. Fűtött, hogy a hidrogén erőteljesen reagál szürke:

H 2 + s \u003d h 2 s (hidrogén-szulfid),

sokkal nehezebb SELENIUM és TELLUR. A tiszta szénhidrogén katalizátor nélkül csak magas hőmérsékleten reagálhat:

2N 2 + C (amorf) \u003d CH 4 (metán).

A hidrogén közvetlenül reagál néhány fémre (lúgos, alkáliföld és mások), hidridek kialakítása:

H 2 + 2li \u003d 2lih.

Fontos gyakorlati jelentőség a hidrogén reakciók szén (II) -oxiddal, amelyben különböző szerves vegyületek alakulnak ki a hőmérséklet, a nyomás és a katalizátor, például NNO, CH 3 és mások függvényében. A telítetlen szénhidrogének hidrogénnel reagálnak, telítettek, például:

N 2N + H 2 \u003d C N 2N + 2 esetén.

A hidrogén és vegyületek szerepe a kémiaban kivételesen nagy. A hidrogén az úgynevezett protonsavak savas tulajdonságait okozza. A hidrogén ferde, hogy egyes elemekkel az úgynevezett hidrogénkötés, amely meghatározó hatást gyakorol számos szerves és szervetlen vegyület tulajdonságaira.

Hidrogén. Fő típusú nyersanyagok az ipari hidrogén termeléshez - természetes éghető gázok, koksz gáz és olajfinomító gázok. A hidrogént elektrolízis vízből (olcsó villamos energiával rendelkező helyeken) is kapjuk. A földgázból származó hidrogén előállításának legfontosabb módszerei a szénhidrogének katalitikus kölcsönhatása, főleg metán, vízgőz (átalakítás):

CH 4 + H 2 O \u003d CO + Zn 2,

és hiányos szénhidrogének oxidációja oxigénnel:

CH 4 + 1/2O 2 \u003d CO + 2N 2

A kapott szén-oxid (II) is kiváltásnak van kitéve:

CO + H 2O \u003d CO 2 + H 2.

A földgázból kivont hidrogén a legolcsóbb.

Kokszolási gáz és a gázolaj a hidrogén, hidrogén izoláljuk, hogy eltávolítjuk a megmaradt komponenseket a gázkeverék, cseppfolyósított könnyebben, mint a hidrogén, mély hűtés. A víz elektrolízise állandó áramerősséghez vezet, áthaladva Con vagy NaOH oldatán keresztül (savak nem használhatók az acélberendezés korróziójának elkerülésére). A laboratóriumokban a hidrogént víz elektrolízissel, valamint cink és sósav közötti reakciót kapunk. Azonban gyakrabban használja a kész gyári hidrogént a palackokban.

A hidrogén alkalmazása. Ipari skálán a hidrogén a 18. század végén kezdődött a léggömbök kitöltésére. Jelenleg a hidrogént széles körben alkalmazzák a vegyiparban, főként ammónia előállítására. A hidrogén nagy fogyasztója metil- és egyéb alkoholok, szintetikus benzin és egyéb termékek előállítása hidrogénatom és szén-oxid (II). Hidrogént hidrogénezésében használunk szilárd és nehéz folyékony tüzelőanyagok, zsírok és mások, a HCl-szintézis, a hidrokezeléses kőolajtermékek, hegesztés és vágás fémek egy oxigén-hidrogén láng (hőmérséklet maximum 2800 ° C), és a atomos hidrogén Hegesztés (legfeljebb 4000 ° C). Nagyon fontos felhasználás az atomenergiában talált hidrogén izotópok - deutérium és trícium.

Fenolok

Szerkezet
A szerves vegyületű molekulákban lévő hidroxilcsoport közvetlenül egy aromás maggal társítható, és egy vagy több szénatommal elválasztható. Várható, hogy az anyagok ezen tulajdonától függően szignifikánsan különböznek egymástól az atomcsoportok kölcsönös hatása miatt (emlékezzen a Theoryibutlerov egyik rendelkezésére). Valójában a 6 órás aromás gyökös fenilcsoportot tartalmazó szerves vegyületek, amelyek közvetlenül a hidroxilcsoporthoz kapcsolódnak, az alkoholok tulajdonságaitól eltérő tulajdonságokat mutatnak. Az ilyen vegyületeket fenoloknak nevezzük.

Fenolok - Szerves anyagok, amelyek molekulái egy vagy több hidroxilcsoporthoz kapcsolódó fenilcsoportot tartalmaznak.
Az alkoholokat, a fenolokat atomi, azaz a hidroxilcsoportok számában osztályozzák. A modaturált fenolok egy hidroxilcsoportot tartalmaznak a molekulában:

Vannak más polimatikus fenolokhárom és több hidroxilcsoportot tartalmaz a benzolgyűrűben.
Megismerjük az osztály - fenol C6n50N legegyszerűbb képviselőjének szerkezetét és tulajdonságait. Az anyag neve és az egész osztály - fenolok nevét képezte.

Fizikai tulajdonságok
Szilárd színtelen kristályos anyag, Tº pl \u003d 43 ° C, Tº KIR \u003d ° C, éles jellemző szaga. Mérgező. A fenol szobahőmérsékleten kissé feloldódik vízben. A fenol vizes oldatát karbolsavnak nevezzük. Ha bejutsz a bőrbe, akkor égési sérülést okoz, így fenollal gondosan kell kezelni.
A fenol molekula szerkezete
A fenol molekulában a hidroxilcsoport közvetlenül kapcsolódik a benzol-aromás mag szénatomjához.
Emlékezzünk fel a fenol molekulát alkotó atomcsoportok szerkezetére.
Az aromás gyűrű hat szénatomból áll, amely a jobb hatszöget képező, a hat szénatomos elektronikus orbitálok SP 2-hibridizációja miatt következik be. Ezek az atomok þ kötéssel vannak összekötve. A sík síkjának különböző irányaira átfedő, a sík síkjának különböző irányaira való átfedő p-elektronjai a tekercses sík oldalainak P-elektronjainak állományainak képződése egyetlen hat elektron két részét képezik p- Lengyelország, amely minden benzolgyűrűt (aromás kernel) fedez. A C6H6 benzol molekulában az aromás mag teljesen szimmetrikusan, egyetlen elektronikus pA Yustochko egyenletesen lefedi a molekula síkja alatt és feletti szénatomok gyűrűjét (24. A hidroxilcsoport oxigén és hidrogénatomjai közötti kovalens kötés erősen poláris, az O-H kötés általános elektronikus felhője oxigénatom felé tolódik, amely részleges negatív töltéssel és a hidrogénatomon - részleges pozitív töltéssel történik. Ezenkívül a hidroxilcsoport oxigénatomja két különböző, elektronikus párral rendelkezik.

A fenol molekulában a hidroxilcsoport kölcsönhatásba lép az aromás maggal, az oxigénatom elengedhetetlen elektronikus párjaival kölcsönhatásba lép a benzolgyűrű egyetlen TC-felhőjével, amely egyetlen elektronikus rendszert képez. A sérülékeny elektronikus párok és a TG-LINK felhők ilyen kölcsönhatását konjugációnak nevezik. Ennek eredményeként az elengedett elektronikus oxigénatomok összekapcsolása, az oxigénatomon lévő elektronsűrűség csökken a benzolgyűrű elektronikus rendszerével. Ez a csökkenés kompenzálódik az O-H kötés nagyobb polarizációjának köszönhetően, amely viszont a hidrogénatomon való pozitív töltés növekedéséhez vezet. Ennek következtében a fenol molekulában lévő hidroxilcsoport hidrogénje "savas" karakterrel rendelkezik.
Logikus, hogy feltételezzük, hogy a benzolgyűrű és a hidroxilcsoport elektronjai konjugálása nemcsak a tulajdonságait érinti, hanem a benzolgyűrű reakcióképességét is.
Valójában, amint emlékszel, a benzolgyűrű L-felhőjével rendelkező oxigénatom lényeges párjainak interfésze az elektronsűrűség újraelosztására vezet. Az ENSZ-csoporthoz kapcsolódó szénatomon (az elektronikus oxigénatomok hatására) kapcsolódó szénatomon csökken, és a vele szomszédos szénatomok (azaz 2. és 6. pozíció vagy orto-pozíciók) csökken. Nyilvánvaló, hogy az elektronsűrűség növekedése a benzolgyűrű szénatomjaiban a negatív töltés lokalizálásához (koncentráció) vezet. Ennek a díjnak a hatása alatt az elektronsűrűség további újraelosztása az aromás magban - a 3. és 5. atomokból (.met-helyzetben) a 4. és az 5. atomoktól a 4. (orto-helyzetbe). Ezeket a folyamatokat a rendszer kifejezheti:

Így a fenol-molekulában hidroxilcsoport jelenléte a benzolgyűrű L-felhőjének változásához vezet, az elektronsűrűség növekedése 2, 4 és 6 szénatomban (orto, dara-pozíció) és csökkenése Elektronsűrűség a 3. és az 5-szénatomokban (meta-helyzet).
Az elektronsűrűség lokalizálása az orto- és para-pozíciókban az elektrofil-részecskék támadásait a többi anyaggal való kölcsönhatás során teszi lehetővé.
Következésképpen a fenol molekulát alkotó radikálisok hatását kölcsönösen, és meghatározza annak jellemző tulajdonságait.
A fenol kémiai tulajdonságai
Sav tulajdonságok
Mint már említettük, a fenol hidroxilcsoportjának hidrogénatom savas jellegű. A fenol savtartalma erősebb, mint a víz és az alkoholok. Az alkoholokkal és vízzel ellentétben a fenol nem csak lúgos fémekkel reagál, hanem lúgokkal is, hogy fenolátot képezzen.
Azonban a fenolsav-ingatlanok kevésbé kimutathatók, mint a szervetlen és karbonsavakban. Például a fenol savas tulajdonságai körülbelül 3000-szer kisebbek, mint a szénsavban. Ezért, a nátrium-fenolát-szén-dioxid vizes oldatán keresztül áramlik, kiemelheti az ingyenes fenolt:

A nátrium-nátrium- vagy kénsav-fenolát vizes oldathoz történő hozzáadása fenol képződéséhez vezet.
Kiváló minőségű reakció a fenolra
A fenol a vas-kloriddal (іі)) reagál egy integrált komplex vegyület képződésével a lila színben.
Ez a reakció lehetővé teszi, hogy még nagyon kisebb mennyiségben is érzékelje. A benzolgyűrűben lévő egy vagy több hidroxilcsoportot tartalmazó egyéb fenolok a kék-lila árnyalatok fényes festését adják a vas-kloriddal (III) reakcióban.
A benzolgyűrű reakciói
A hidroxil-szubsztituens jelenléte szignifikánsan megkönnyíti az elektrofil reakciók áramlását a benzolgyűrűben.
1. A fenol brómozása. A fenol-brómozással szembeni benzollal szemben a katalizátor (vas-bromid (III)) nem szükséges.
Ezenkívül a fenollal való kölcsönhatás szelektíven (szelektíven) áramlik: a brómatomok orto- és para-helyzetbe kerülnek, a hidrogénatomok helyettesítése. A helyettesítés kiválasztását a fent címzett fenol-molekula elektronszerkezetének jellemzői magyarázzák. Így a fenol brómvízzel történő kölcsönhatása fehér csapadékot képez, 2,4,6-tribromofenol.
Ez a reakció, valamint a vas-klorid (III) reakció, kiváló minőségű fenol-kimutatásra szolgál.

2. A szép fenol is könnyebb, mint a benzol-nituráció. A hígított salétromsavval való reakció szobahőmérsékleten van. Ennek eredményeképpen a nitrofenol orto- és para-izomerek keveréke képződik:

3. A fenol aromás rendszermag hidrogénezése katalizátor jelenlétében könnyen megtörténik.
4. A fenol polikondenzációja aldehidekkel, különösen formaldehiddel, reakciótermékek - fenol-formaldehid gyanták és szilárd polimerek képződésével történik.
A fenol formaldehiddel történő kölcsönhatása a rendszer által leírható:

Valószínűleg észrevette, hogy a "mozgatható" hidrogénatomok továbbra is fennállnak a dimer molekulában, és így a reakció további folytatása elegendő számú reagenssel.
Polecondenzációs reakció, azaz az oldalsó alacsony molekulatömegtermék (víz) elválasztásával folyó polimer előállításának reakciója továbbra is folytatható (amíg az egyik reagens teljes fogyasztása) hatalmas makromolekulák kialakulása. A folyamatot teljes egyenletben lehet leírni:

A lineáris molekulák kialakulása normál hőmérsékleten történik. Ezt a reakciót, amikor a fűtött, az a tény, hogy a kapott termék elágazó szerkezetű, szilárd és oldhatatlan vízben. A lineáris szerkezet fenol-formaldehid gyantájának fűtése következtében az aldehid feleslegével, az egyedülálló tulajdonságokkal rendelkező szilárd műanyag tömegek. A fenol-formaldehid gyantákon alapuló polimereket lakkok és festékek gyártására használják, a fűtés, a hűtés, a víz, az alkáli és savak ellenálló műanyag termékek előállítására nagy dielektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. A fenol formaldehid gyantákon alapuló polimerek az elektromos készülékek legfontosabb és fontos részleteit, az erőegységek esetét és a gépek részeit, a nyomtatott áramköri lapok polimer alapját, a rádió címzettek számára.

A fenol-formaldehid gyantákon alapuló ragasztók képesek biztonságosan összekapcsolni a legkülönbözőbb természet részleteit, miközben a vegyület legmagasabb szilárdságát nagyon széles hőmérsékleten tartják. Az ilyen ragasztót a világító lámpák fémbázisának rögzítésére használják egy üveglombikba. Most világossá vált, hogy miért a fenolt és a termékeket széles körben használják (8. reakcióvázlat).

Az egyszerű anyagok megszerzésének ipari módszerei attól függnek, hogy milyen formában van a megfelelő elem a természetben, azazis nyersanyag lehet az előkészítéshez. Így a szabad állapotban meglévő oxigént fizikai módszerrel kapjuk - a folyékony levegőtől való elválasztás. A hidrogén szinte teljes mértékben vegyületek formájában van, ezért kémiai módszereket alkalmaznak annak elérésére. Különösen a bomlási reakciók alkalmazhatók. A hidrogén megszerzésének egyik módja a vízbomlás elektromos ütéssel történő reakciója.

A hidrogén megszerzésének fő ipari módszere metán vízzel való reakció, amely a földgáz részét képezi. Magas hőmérsékleten történik (könnyű megbizonyosodni arról, hogy amikor a metán áthalad, még forró vízen keresztül is, nincs reakciót):

CH 4 + 2N 2 0 \u003d CO 2 + 4N 2 - 165 kJ

A laboratóriumban nem feltétlenül természetes nyersanyagokat használnak az egyszerű anyagok beszerzésére, de válassza ki a forrású anyagokat, amelyek közül könnyebb kiválasztani a szükséges anyagot. Például a laboratóriumi oxigénben nincs a levegőből. Ugyanez vonatkozik a hidrogén előállítására is. A hidrogén előállításának egyik laboratóriumi módszere, amelyet néha az iparágban használnak - az elektromos stroke vízzel történő bővítése.

Általában a hidrogén-laboratóriumokat a cink sósavval történő kölcsönhatásával állítjuk elő.

Az iparban

1.Vizes sók elektrolízise:

2NACL + 2H 2O → H 2 + 2NAOH + CL 2

2.Vízgőz átvitele forró koksz felett körülbelül 1000 ° C hőmérsékleten:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Földgázból.

Vízzel történő konvertálás: CH 4 + H 2O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C) Katalitikus oxidáció oxigénnel: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Creken és reformáló szénhidrogének az olajfinomítás folyamatában.

A laboratóriumban

1.A hígított savak fémek hatására. Az ilyen reakció végrehajtásához a cinket és a sósavat leggyakrabban használják:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Kalcium kölcsönhatás vízzel:

Ca + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3.Hidrolízis-hidridek:

NAH + H 2O → NaOH + H 2

4.Akció lúgok cink vagy alumínium:

2AL + 2NAOH + 6H 2O → 2NA + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2O → K 2 + H 2

5.Elektrolízis segítségével. A lúgos vizes oldatok elektrolízisével a katódon a hidrogén szabadul fel, például:

2H 3O + + 2E - → H 2 + 2H 2 O

• Bioreaktor hidrogéntermeléshez

Fizikai tulajdonságok

A gáznemű hidrogén kétféle formában létezhet (módosítások) - orto és para-hidrogén formájában.

Az ortodorod molekulában (így pl. -259.10 ° C, t. -252,56 ° C) A nukleáris pörgetések egyformán (párhuzamos) és paravodoródon (m. -259,32 ° C, t. -252,89 ° C) - ellentétes egymással (párhuzamos).

Lehetőség van az Alto Hidrogén-altrópia formák szétválasztására aktív szögben folyékony nitrogén hőmérsékleten. Nagyon alacsony hőmérsékleten az ortopomia és a vízálló egyensúly szinte az utóbbi felé irányul. 80 ° C-on a forma arány körülbelül 1: 1. A fűtés alatt lévő deszorbeált paralodin ortodoxidra fordul az egyensúly kialakulására a keverék szobahőmérsékleten (orto-gőz: 75:25). Katalizátor nélkül az átalakulás lassan következik be, ami lehetővé teszi az egyes allotróp formák tulajdonságainak tanulmányozását. Hidrogén molekula DVKhatomna - H2. Normál körülmények között, színes, szaga és íze. A hidrogén a legegyszerűbb gáz, sűrűsége sokszor kisebb, mint a légsűrűség. Nyilvánvaló, hogy a molekulák kevésbé súlya, annál nagyobb sebességük ugyanabban a hőmérsékleten. Mivel a legegyszerűbb, hidrogén molekulák gyorsabban mozognak, mint a molekulák más gáz, és így gyorsabban továbbítja a hőt az egyik test a másik. Ebből következik, hogy a hidrogén a legmagasabb hővezető képességgel rendelkezik a gáz-halmazállapotú anyagok között. A termikus vezetőképessége körülbelül hétszer magasabb, mint a levegő hővezető képessége.

Kémiai tulajdonságok

A H2 hidrogénmolekulák meglehetősen tartósak, és a hidrogén belépésének érdekében a reakcióba való belépéshez nagy energiát kell fordítani: H 2 \u003d 2N - 432 kJ, így normál hőmérsékleten a hidrogén nagyon aktív fémekkel reagál, például kalciummal, Kalciumhidrid kialakítása: Ca + H 2 \u003d SAN 2 és egyetlen nemfehér-fluor - fluor-hidrogén kialakítása: F 2 + H2 \u003d 2HF A legtöbb fém és nemfém hidrogénnel reagál magas hőmérsékleten vagy más hatással, például a világítás során. Az oxigén valamilyen oxigént képes elvenni néhány oxidból, például: Cuo + H 2 \u003d Cu + H 2 0 A rögzített egyenlet tükrözi a helyreállítási reakciót. A helyreállítási reakciókat folyamatoknak nevezik, amelyek következtében az oxigént a vegyületből vesszük; Az oxigén konzisztens anyagokat redukálószereknek nevezzük (ugyanakkor ők oxidálják). Ezután az "oxidáció" és a "helyreállítás" fogalmának egy másik meghatározása lesz. És ez a meghatározás történelmileg először megőrzi a jelentést, és most, különösen a szerves kémiában. A helyreállítási válasz az oxidációs reakció ellentéte. Mindkét reakció mindig egyidejűleg folytatódik, mint egy folyamat: ha egy anyag oxidálása (helyreállítás), akkor egy másik helyreállítás (oxidáció) egy másik.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Halogének formákkal halogén tenyésztés:

F 2 + H 2 → 2 HF, a reakció egy robbanással halad a sötétben és bármilyen hőmérsékleten, CL 2 + H2 → 2 sója, a reakció robbanással jár, csak a fényben.

Az erős fűtéssel kölcsönhatásba lép:

C + 2H 2 → CH 4

Kölcsönhatás lúgos és lump-földfémekkel

Hidrogén formák aktív fémekkel hidridek:

Na + H 2 → 2 NAH CA + H 2 → CAH 2 mg + H 2 → MGH 2

Hidridek - Sóoldat, szilárd anyagok, könnyen hidrolizálva:

CAH 2 + 2H 2O → CA (OH) 2 + 2H 2

Interakció fémek oxidokkal (általában D-elemek)

Az oxidokat fémbe helyezik:

Cuo + h 2 → CU + H 2O 2O 3 + 3H 2 → 2 FE + 3H 2O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Szerves vegyületek hidrogénezése

A hidrogén hatású telítetlen szénhidrogéneken nikkelkatalizátor és emelt hőmérséklet jelenlétében egy reakció következik be hidrogénezés:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH3

A hidrogén helyreállítja az aldehideket az alkoholokba:

CH 3 CHO + H 2 → C 2H 5OH.

A hidrogén geokémia

A hidrogén az univerzum fő építőanyagja. Ez a leggyakoribb elem, és az összes elem a termonukleáris és nukleáris reakciók eredményeképpen alakul ki.

A szabad hidrogén H2 viszonylag ritkán található a Föld gázaiban, de víz formájában rendkívül fontos részvételt kap a geokémiai folyamatokban.

A hidrogén ásványi anyagok ammóniumion, hidroxilion és kristályos víz formájában lehetnek.

A légkörben a hidrogén folyamatosan a napsugárzás vízbomlásának következtében alakul ki. A légkör felső rétegeire költözött, és eltűnik az űrbe.

Alkalmazás

• Hidrogén-energia

Atom hidrogént alkalmazunk atom hidrogén hegesztéshez.

Az élelmiszeriparban a hidrogént az élelmiszer-adalékként regisztrálták E949.mint a csomagolási gáz.

A keringés jellemzői

A levegőben lévő keverékben a hidrogén robbanásveszélyes keveréket képez - az úgynevezett patkánygáz. Ez a gáz a legnagyobb robbanékonyság a hidrogén és az oxigén 2: 1, vagy a hidrogén és a levegő körülbelül 2: 5, mivel az oxigén levegője körülbelül 21%. A hidrogén is tűzveszélyes. Folyékony hidrogén, ha a bőrön pattanás súlyos fagyást okozhat.

Robbanásveszélyes koncentrációjú hidrogén oxigénnel 4% -ról 96% -os volumetriai. A levegővel 4-75 (74) térfogatszázalékból származó keverékkel keverék.

Hidrogén alkalmazásával

A vegyiparban hidrogént alkalmazunk ammónia, szappan és műanyag előállítására. Az élelmiszeriparban hidrogénnel a folyékony növényi olajokból a margarint. A hidrogén nagyon tüdő, és a levegőben mindig felemelkedik. Egyszer az ügynökségek és a léggömbök tele voltak hidrogénnel. De a 30-as években. XX. Század Számos szörnyű katasztrófa volt, amikor a léghajók felrobbantak és égtek. Napjainkban a léghajók tele vannak gáz héliummal. A hidrogént rakéta üzemanyagként is használják. Valahol a hidrogén széles körben alkalmazható az utasok és a teherautók üzemanyagként. A hidrogénmotorok nem szennyezik a környezetet, és csak a vízgőzt (bár a hidrogén megszerzése bizonyos környezetszennyezéshez vezet). Napunk elsősorban hidrogénből áll. A napenergia-hő és a fény az atomenergia-felszabadulás eredménye a hidrogénmagok egyesülése során.

Hidrogén használata üzemanyagként (gazdasági hatékonyság)

Az üzemanyagként használt anyagok legfontosabb jellemzője az égés hője. Az általános kémia során ismert, hogy az oxigénnel történő hidrogén kölcsönhatásának reakciója hőengedménygel történik. Ha standard körülmények között 1 mol H 2 (2 g) és 0,5 mol O 2-ot (16 g) vett be, és izgatja a reakciót, majd az egyenlet szerint

H 2 + 0,5 o 2 \u003d h 2 o

a reakció befejeződése után 1 mol H20 (18 g) 285,8 kJ / mol energiafelszabadítással van kialakítva (összehasonlítás: az acetilén égés hője 1300 kJ / mol, Propán - 2200 kJ / mol) . 1 m³ hidrogén súlya 89,8 g (44,9 mol). Ezért 12832,4 KJ energiát kapunk, hogy 1 m³ hidrogént kapjunk. Figyelembe véve azt a tényt, hogy 1 kW · h \u003d 3600 kJ, 3,56 kWh villamos energiát kapunk. Az 1 kW-os villamos energia és az 1 m³ gáz költségének ismeretében a hidrogén üzemanyagra való áttérés megvalósíthatóságáról lehet következtetni.

Például a Honda FCX 3 generáció kísérleti modellje, 156 l-es hidrogén tartálygal (3,12 kg hidrogént tartalmaz 25 MPa nyomás alatt) 355 km-es meghajtók. Ennek megfelelően 123,8 kWh-ot kapunk 3,12 kg H2-ből. 100 km-re az energiafogyasztás 36,97 kWh lesz. A villamos energia költségeinek ismerete, a gáz vagy a benzin költsége, 100 km-enkénti autó fogyasztása könnyű kiszámítani az autó átmenet negatív gazdasági hatását a hidrogén üzemanyagra. Mondjuk (Oroszország 2008), 10 cent / kWh villamos energia vezet, hogy 1 m³ hidrogén vezet 35,6 cent, és figyelembe véve a 40-45 cent vízbomlásának hatékonyságát, azonos számú kWh · h-benzin égő 12832,4kg / 42000kj / 0.7kg / l * 80tesunts / l \u003d 34 cent a kiskereskedelmi árakon, míg a hidrogén, kiszámoltuk a tökéletes választás, anélkül, hogy figyelembe véve a közlekedés, értékcsökkenés berendezések, stb Metán az égési energiával kb. 39 MJ az m³-en Az eredmény két-négyszer alatt lesz az árkülönbség (1m³ Ukrajna költsége $ 179, és Európa $ 350). Vagyis egyenértékű mennyiségű metán lesz 10-20 cent.

Azonban nem szabad elfelejtenünk, hogy hidrogén égetésekor tiszta vizet kapunk, amelyből bányászott. Vagyis megújítható plash Energia, anélkül, hogy károsítaná a környezetet, ellentétben a gázzal vagy benzinrel, amelyek elsődleges energiaforrások.

PHP ON LINE 377 FIGYELEM: require (http: //www..php): failed to open stream: Nincs megfelelő wrapper lehet találni /hsphere/local/home/winexins/Sight/Tab/Vodorod.php on line 377 FATAL Hiba: szükség (): sikertelen nyitás szükséges "http: //www..php" (becer_path \u003d ".. php on sort 377