Hydrogen H нь химийн элемент бөгөөд манай орчлон ертөнцөд хамгийн түгээмэл байдаг. Бодисын найрлага дахь элемент болох устөрөгчийн масс нь өөр төрлийн атомын нийт агууламжийн 75% -ийг эзэлдэг. Энэ нь дэлхий дээрх хамгийн чухал, амин чухал холбоо болох усанд багтдаг. Устөрөгчийн нэг онцлог шинж чанар нь Д. И. Менделеевийн химийн элементүүдийн үечилсэн системийн анхны элемент юм.
Нээлт ба хайгуул
Парацелсусын зохиолууд дахь устөрөгчийн тухай анхны ишлэлүүд нь XVI зуунаас эхтэй. Гэхдээ түүнийг агаарын хийн хольцоос тусгаарлах, шатамхай шинж чанарыг судлах ажлыг XVII зуунд эрдэмтэн Лемери аль хэдийн хийсэн. Устөрөгчийг Английн химич, физикч, байгаль судлаач Хенри Кавендиш сайтар судалж, устөрөгчийн масс бусад хийтэй харьцуулахад хамгийн бага болохыг туршилтаар нотолсон. Шинжлэх ухааны хөгжлийн дараагийн үе шатанд олон эрдэмтэд түүнтэй хамтран ажиллаж, ялангуяа Лавуазье түүнийг "усыг төрүүлсэн" гэж нэрлэжээ.
PHE-д байгаа албан тушаалын онцлог
Нээдэг элементД. И. Менделеевийн үелэх систем нь устөрөгч юм. Атомын физик, химийн шинж чанар нь зарим хоёрдмол шинж чанарыг харуулдаг, учир нь устөрөгч нь химийн урвалын явцад метал шиг ажиллаж, нэг электроныг өгдөг бол эхний бүлэг буюу үндсэн дэд бүлэгт нэгэн зэрэг хамаарагддаг. долдугаарт - валентийн бүрхүүлийг бүрэн дүүргэх тохиолдолд, өөрөөр хэлбэл галогентэй төстэй сөрөг бөөмийг хүлээн авах.
Элементийн электрон бүтцийн онцлог
Устөрөгчийн атомын шинж чанар, түүний бүрэлдэхүүн хэсэг болох нийлмэл бодисууд болон хамгийн энгийн бодис H2 нь устөрөгчийн электрон тохиргоогоор үндсэндээ тодорхойлогддог. Бөөм нь цөмийг тойрон тойрог замдаа эргэдэг, нэгж масстай, эерэг цэнэгтэй (+1) нэг протон агуулсан Z=(-1) бүхий нэг электронтой. Түүний электрон тохиргоо нь 1s1 гэж бичигдсэн бөгөөд энэ нь устөрөгчийн хамгийн анхны бөгөөд цорын ганц s-орбиталд нэг сөрөг бөөмс байгааг илтгэнэ.
Электроныг салгах эсвэл өгөхөд энэ элементийн атом нь металтай холбоотой шинж чанартай бол катион үүснэ. Үнэн хэрэгтээ устөрөгчийн ион нь эерэг элементийн бөөмс юм. Иймд электронгүй устөрөгчийг энгийнээр протон гэж нэрлэдэг.
Физик шинж чанар
Хэрэв устөрөгчийн физик шинж чанарыг товч тайлбарлавал энэ нь агаараас 14.5 дахин хөнгөн, температуртай, 2-той тэнцүү харьцангуй атомын масстай, өнгөгүй, бага зэрэг уусдаг хий юм.-252.8 хэмийн шингэрүүлэх.
Та туршлагаасаа H2 нь хамгийн хялбар гэдгийг хялбархан харж болно. Үүнийг хийхийн тулд гурван бөмбөгийг устөрөгч, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, энгийн агаар гэх мэт янз бүрийн бодисоор дүүргэж, нэгэн зэрэг гараас нь гаргахад хангалттай. CO2-аар дүүрсэн нь бусад хүнээс хурдан газарт хүрч, дараа нь хөөрсөн агаарын хольц доошилж, H2 агуулсан нь газарт хүрэх болно. тааз хүртэл өснө.
Устөрөгчийн бөөмсийн жижиг масс, хэмжээ нь янз бүрийн бодисоор дамжин нэвтрэх чадварыг зөвтгөдөг. Ижил бөмбөгний жишээн дээр үүнийг шалгахад хялбар байдаг, хий нь резинээр дамжин өнгөрөх тул хэдхэн хоногийн дараа өөрөө унтрах болно. Мөн устөрөгч нь зарим металлын (палладий эсвэл цагаан алт) бүтцэд хуримтлагдаж, температур нэмэгдэхэд түүнээс уурших боломжтой.
Устөрөгчийн бага уусах шинж чанарыг лабораторийн практикт усыг нүүлгэн шилжүүлэх аргаар тусгаарлахад ашигладаг. Устөрөгчийн физик шинж чанар (доорх хүснэгтэд үндсэн параметрүүдийг агуулсан) нь түүний хэрэглээний цар хүрээ, үйлдвэрлэх аргыг тодорхойлдог.
| Энгийн бодисын атом эсвэл молекулын параметр | Утга |
| Атомын масс (молийн масс) | 1.008 г/моль |
| Цахим тохиргоо | 1с1 |
| Болор тор | Зургаан өнцөгт |
| Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр | (300 К) 0.1815 Вт/(м К) |
| N-н нягтрал. y. | 0, 08987 г/л |
| Буцлах цэг | -252, 76 °C |
| Тодорхой илчлэг | 120, 9 106 Ж/кг |
| Хайлах цэг | -259, 2 °C |
| Усанд уусах чадвар | 18, 8мл/л |
Изотопын найрлага
Химийн элементүүдийн үечилсэн системийн бусад олон төлөөлөгчдийн нэгэн адил устөрөгч нь хэд хэдэн байгалийн изотоптой, өөрөөр хэлбэл цөм дэх ижил тооны протонтой атомууд, гэхдээ өөр тооны нейтронууд - тэг цэнэг ба нэгжтэй бөөмстэй. масс. Ийм шинж чанартай атомуудын жишээ бол хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгч, хлор, бром болон бусад, түүний дотор цацраг идэвхт бодисууд юм.
Устөрөгчийн физик шинж чанар 1H, энэ бүлгийн төлөөлөгчдөөс хамгийн түгээмэл нь түүний ижил төстэй шинж чанаруудаас эрс ялгаатай. Ялангуяа тэдгээрийн найрлагад орсон бодисуудын шинж чанар өөр өөр байдаг. Тиймээс, нэг протонтой устөрөгчийн атомын оронд түүний найрлагад агуулагдах энгийн ба детерт ус байдаг, дейтерий 2H - эерэг ба цэнэггүй гэсэн хоёр элементийн бөөмс бүхий изотоп. Энэхүү изотоп нь энгийн устөрөгчөөс хоёр дахин хүнд бөгөөд энэ нь тэдгээрийн бүрдүүлдэг нэгдлүүдийн шинж чанарын үндсэн ялгааг тайлбарладаг. Байгальд дейтерий нь устөрөгчөөс 3200 дахин ховор байдаг. Гурав дахь төлөөлөгч нь тритиум 3Н, цөмд хоёр нейтрон, нэг протонтой.
Олгох, сонгох арга
Устөрөгчийг үйлдвэрлэх лабораторийн болон үйлдвэрлэлийн арга нь маш өөр. Тийм ээ, бага хэмжээгээрхийг голчлон ашигт малтмалтай холбоотой урвалаар гаргаж авдаг бол их хэмжээний үйлдвэрлэлд органик синтезийг илүү ихээр ашигладаг.
Дараах химийн харилцан үйлчлэлийг лабораторид ашигладаг:
- Шүлт ба шүлтлэг шороон металлын устай шүлт болон хүссэн хий үүсгэх урвал.
- Усан электролитийн уусмалын электролиз, H2↑ анод дээр, хүчилтөрөгч катод дээр ялгардаг.
- Шүлтлэг металлын гидридийг усаар задлах, бүтээгдэхүүн нь шүлтлэг бөгөөд үүний дагуу H хий2↑.
- Сингэрүүлсэн хүчлүүдийн металлуудтай урвалд орж давс, H2↑.
- Цахиур, хөнгөн цагаан, цайр зэрэгт шүлтийн үйлчлэл нь нийлмэл давс үүсэхтэй зэрэгцэн устөрөгчийг ялгаруулдаг.
Үйлдвэрлэлийн ашиг сонирхлын үүднээс хийг дараах аргаар гаргаж авдаг:
- Катализаторын дэргэд метаны дулааны задрал нь энгийн бодисыг бүрдүүлдэг (350 градус нь температур гэх мэт үзүүлэлтийн утгад хүрдэг) - устөрөгч H2↑ ба нүүрстөрөгч C.
- Нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO2 болон H2↑ үүсгэхийн тулд 1000 градусын температурт коксоор ууртай усыг нэвтрүүлэх (хамгийн түгээмэл арга)
- 800 хэм хүрэх температурт никель катализатор дээрх хийн метаныг хувиргах.
- Устөрөгч нь кали эсвэл натрийн хлоридын усан уусмалын электролизийн дайвар бүтээгдэхүүн юм.
Химийнхарилцан үйлчлэл: ерөнхий зүйл
Устөрөгчийн физик шинж чанар нь түүний нэг буюу өөр нэгдлүүдтэй урвалд орох үйл явцыг ихээхэн тайлбарладаг. Устөрөгчийн валент нь 1 байна, учир нь энэ нь үелэх системийн эхний бүлэгт байрладаг бөгөөд исэлдэлтийн зэрэг нь өөр байна. Гидридээс бусад бүх нэгдлүүдэд устөрөгч s.o.=(1+), ХН, ХН2, ХН3 зэрэг молекулуудад - (1) -).
Ерөнхий электрон хос үүсгэх замаар үүссэн устөрөгчийн хийн молекул нь хоёр атомаас бүрдэх ба энергийн хувьд нэлээд тогтвортой байдаг тул хэвийн нөхцөлд бага зэрэг идэвхгүй бөгөөд хэвийн нөхцөл өөрчлөгдөхөд урвалд ордог. Бусад бодисын найрлага дахь устөрөгчийн исэлдэлтийн зэргээс хамааран исэлдүүлэгч болон бууруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
Энэ нь урвалд орж устөрөгч үүсгэдэг бодисууд
Нэгдмэл бодис үүсгэх элементийн харилцан үйлчлэл (ихэвчлэн өндөр температурт):
- Шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металл + устөрөгч=гидрид.
- Галоген + H2=галоген устөрөгч.
- Хүхэр + устөрөгч=хүхэрт устөрөгч.
- Хүчилтөрөгч + H2=ус.
- Нүүрстөрөгч + устөрөгч=метан.
- Азот + H2=аммиак.
Нийлмэл бодисуудтай харилцан үйлчлэл:
- Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл ба устөрөгчөөс синтез хий үйлдвэрлэх.
- H2 ашиглан металыг исэлээс нь гаргаж авах.
- Ханаагүй алифатикийн устөрөгчийн ханалтнүүрсустөрөгч.
Устөрөгчийн холбоо
Устөрөгчийн физик шинж чанарууд нь электрон сөрөг элементтэй хослуулан электрон хосгүй хөрш зэргэлдээх молекулуудын ижил атомтай тусгай төрлийн холбоо үүсгэх боломжийг олгодог (жишээлбэл, хүчилтөрөгч, азот ба фтор). Ийм үзэгдлийг авч үзэх нь дээр хамгийн тод жишээ бол ус юм. Энэ нь ковалент эсвэл ионыхоос сул устөрөгчийн холбоогоор оёсон гэж хэлж болно, гэхдээ тэдгээр нь олон байдаг тул бодисын шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Үндсэндээ устөрөгчийн холбоо нь усны молекулуудыг димер болон полимер болгон холбож, буцлах өндөр цэгийг бий болгодог электростатик харилцан үйлчлэл юм.
Эрдсийн нэгдэл дэх устөрөгч
Бүх органик бус хүчлүүдийн найрлагад устөрөгч зэрэг атомын протон-катион орно. Хүчиллэг үлдэгдэл нь (-1)-ээс их исэлдэх төлөвтэй бодисыг олон суурьт нэгдэл гэнэ. Энэ нь хэд хэдэн устөрөгчийн атом агуулдаг бөгөөд энэ нь усан уусмал дахь диссоциацийг олон үе шаттай болгодог. Дараагийн протон бүр бусад хүчлээс салах нь улам бүр хэцүү болдог. Орчуулагч дахь устөрөгчийн тоон агууламжаар түүний хүчиллэгийг тодорхойлно.
Устөрөгч нь мөн суурийн гидроксил бүлгүүдийг агуулдаг. Тэдгээрийн дотор устөрөгч нь хүчилтөрөгчийн атомтай холбогддог тул энэ шүлтийн үлдэгдлийн исэлдэлтийн төлөв үргэлж (-1) тэнцүү байдаг. Дунд дахь гидроксилийн агууламж нь түүний суурь чанарыг тодорхойлдог.
Хүний үйл ажиллагаанд ашиглах
Бодис агуулсан цилиндр, түүнчлэн хүчилтөрөгч зэрэг бусад шингэрүүлсэн хийтэй савнууд нь өвөрмөц дүр төрхтэй байдаг. Тэдгээр нь тод улаан "Устөрөгч" гэсэн үсгээр хар ногоон өнгөөр будсан. 150 орчим атмосферийн даралтын дор хий нь цилиндрт шахагдана. Устөрөгчийн физик шинж чанар, ялангуяа хийн агрегатын хөнгөн байдлыг гелийн бөмбөлөг, бөмбөлөг гэх мэт хольцоор дүүргэхэд ашигладаг.
Хүмүүсийн физик, химийн шинж чанарыг нь олон жилийн өмнөөс хэрэглэж сурсан устөрөгчийг одоогоор олон салбарт ашиглаж байна. Үүний ихэнх нь аммиакийн үйлдвэрлэлд ордог. Устөрөгч нь исэлээс металл (гафни, германий, галлий, цахиур, молибден, вольфрам, циркони болон бусад) үйлдвэрлэхэд оролцдог бөгөөд урвалд бууруулагч, гидроциан ба давсны хүчил, метилийн спирт, хиймэл шингэн зэрэг үүрэг гүйцэтгэдэг. түлш. Хүнсний үйлдвэрүүд үүнийг ургамлын тосыг хатуу тос болгон хувиргахад ашигладаг.
Өөх тос, нүүрс, нүүрсустөрөгч, тос, мазутыг устөрөгчжүүлэх, устөрөгчжүүлэх янз бүрийн процесст устөрөгчийн химийн шинж чанар, хэрэглээг тодорхойлсон. Үүний тусламжтайгаар үнэт чулуу, улайсдаг чийдэн үйлдвэрлэж, металл эдлэлийг хүчилтөрөгч-устөрөгчийн дөлөөр хуурамчаар хийж, гагнаж байна.
