Hydrogen H – химиялык элемент, биздин Ааламда кеңири таралган элементтердин бири. Заттардын курамындагы элемент катары суутектин массасы башка типтеги атомдордун жалпы мазмунунун 75% түзөт. Ал планетадагы эң маанилүү жана маанилүү байланышка - сууга кирет. Суутектин айырмалоочу өзгөчөлүгү дагы ал Д. И. Менделеевдин химиялык элементтеринин мезгилдик системасындагы биринчи элемент болуп саналат.
Ачылыш жана чалгындоо
Парацелстин эмгектеринде суутек жөнүндө биринчи жолу айтылгандар XVI кылымга таандык. Бирок аны абанын газ аралашмасынан бөлүп алуу жана күйүүчү касиеттерин изилдөө XVII кылымда окумуштуу Лемери тарабынан жасалган. Суутек англиялык химик, физик жана натуралист Генри Кавендиш тарабынан кылдат изилденип, башка газдарга салыштырмалуу суутектин массасы эң кичине экенин эксперимент жолу менен далилдеген. Илимдин өнүгүүсүнүн кийинки этаптарында аны менен көптөгөн илимпоздор иштешкен, атап айтканда, Лавуазье аны “суу туудурган” деп аташкан.
ПСШЕдеги позицияга ылайык мүнөздүү
Ачуучу элементД. И. Менделеевдин мезгилдик системасы – суутек. Атомдун физикалык жана химиялык касиеттери кандайдыр бир эки тараптуулукту көрсөтөт, анткени суутек бир эле учурда биринчи топко, негизги подгруппага, эгерде ал өзүн металл сыяктуу алып жүрсө жана химиялык реакция процессинде бир эле электрондон баш тартса, ал эми жетинчи - валенттик кабыкча толук толтурулган учурда, башкача айтканда, аны галогендерге окшош деп мүнөздөгөн терс бөлүкчөлөрдү кабыл алуу.
Элементтин электрондук түзүлүшүнүн өзгөчөлүктөрү
Суутек атомунун касиеттери, ал курамына кирген татаал заттар жана эң жөнөкөй зат H2 биринчи кезекте суутектин электрондук конфигурациясы менен аныкталат. Бөлүкчөдө Z=(-1) болгон бир электрон бар, ал өз орбитасында ядронун айланасында айланат, анда бирдик массасы жана оң заряды (+1) болгон бир протон бар. Анын электрондук конфигурациясы 1s1 деп жазылган, бул суутек үчүн эң биринчи жана жалгыз s-орбиталында бир терс бөлүкчөнүн болушун билдирет.
Электрон ажыратылганда же берилгенде жана бул элементтин атому металлдарга тиешелүү болгон касиетке ээ болгондо, катион алынат. Чынында, суутек иону оң элементардык бөлүкчө болуп саналат. Демек, электрону жок суутек жөн эле протон деп аталат.
Физикалык касиеттери
Эгерде суутектин физикалык касиеттерин кыскача сүрөттөп көрсөк, анда ал түссүз, бир аз эрүүчү, салыштырмалуу атомдук массасы 2ге барабар, абадан 14,5 эсе жеңил, температурасы бар газ.суюлтуу -252,8 градус Цельсий.
Тажрыйбаңыздан H2 эң оңой экенин оңой эле көрө аласыз. Бул үчүн үч шарды ар кандай заттарга - суутек, көмүр кычкыл газы, кадимки абага толтуруп, бир эле учурда колуңуздан бошотуу жетиштүү. CO2 менен толтурулганы башкаларга караганда жерге тез жетет, андан кийин үйлөнгөн аба аралашмасы түшөт, ал эми H2 шыпка чейин көтөрүлөт.
Суутек бөлүкчөлөрүнүн кичинекей массасы жана өлчөмү анын ар кандай заттар аркылуу өтүү жөндөмүн актайт. Ошол эле шардын мисалында муну текшерүү оңой, бир нече күндүн ичинде ал өзү өчүп калат, анткени газ жөн эле резинадан өтүп кетет. Ошондой эле суутек кээ бир металлдардын (палладий же платина) структурасында чогулуп, температура көтөрүлгөндө андан бууланышы мүмкүн.
Суутектин аз эригичтик касиети лабораториялык практикада аны сууну жылытуу ыкмасы менен бөлүп алуу үчүн колдонулат. Суутектин физикалык касиеттери (төмөнкү таблицада негизги параметрлер бар) анын колдонулуш чөйрөсүн жана өндүрүү ыкмаларын аныктайт.
| Жөнөкөй заттын атомунун же молекуласынын параметри | Мааниси |
| Атомдук масса (молярдык масса) | 1,008 г/моль |
| Электрондук конфигурация | 1s1 |
| Кристалл торчо | Алты бурчтуу |
| Жылуулук өткөргүчтүк | (300 К) 0,1815 Вт/(м К) |
| Тыгыздык n. ж. | 0, 08987 г/л |
| Кайнуу температурасы | -252, 76 °C |
| Өзгөчө калориялуулугу | 120, 9 106 J/kg |
| Эрүү чекити | -259, 2 °C |
| Сууда эригичтиги | 18, 8мл/л |
Изотопиялык курамы
Химиялык элементтердин мезгилдик системасынын башка көптөгөн өкүлдөрү сыяктуу эле, суутектин бир нече табигый изотоптору бар, башкача айтканда, ядросунда протондордун саны бирдей, бирок нейтрондордун саны ар түрдүү болгон атомдор - заряды жана бирдиги нөл болгон бөлүкчөлөр масса. Мындай касиетке ээ болгон атомдорго кычкылтек, көмүртек, хлор, бром жана башкалар, анын ичинде радиоактивдүү атомдор кирет.
Суутектин физикалык касиеттери 1H, бул топтун өкүлдөрүнүн эң кеңири таралган түрү, анын аналогдорунун бирдей мүнөздөмөлөрүнөн олуттуу түрдө айырмаланат. Атап айтканда, алар кирген заттардын мүнөздөмөлөрү айырмаланат. Ошентип, бир протону бар суутек атомунун ордуна өзүнүн курамында кадимки жана детертирленген суу бар, дейтерий 2H - анын эки элементардык бөлүкчөлөрү бар изотопу: оң жана зарядсыз. Бул изотоп кадимки суутектен эки эсе оор, бул алар түзгөн кошулмалардын касиеттериндеги принципиалдуу айырманы түшүндүрөт. Табиятта дейтерий суутектен 3200 эсе сейрек кездешет. Үчүнчү өкүлү тритий 3Н, ядродо эки нейтрон жана бир протон бар.
Алуу жана тандоо ыкмалары
Суутек алуу үчүн лабораториялык жана өнөр жайлык ыкмалар такыр башкача. Ооба, аз өлчөмдөгаз негизинен минералдар менен болгон реакциялар аркылуу өндүрүлөт, ал эми ири өндүрүш органикалык синтезди көбүрөөк колдонот.
Төмөнкү химиялык өз ара аракеттешүүлөр лабораторияда колдонулат:
- щелоч жана щелочтуу жер металлдардын суу менен реакциясы щелочту жана керектүү газды пайда кылуу.
- Суудагы электролит эритмесинин электролизинде H2↑ аноддо, ал эми кычкылтек катоддо бөлүнүп чыгат.
- Шелочтуу металл гидриддерин суу менен ажыратуу, продуктылар щелочтуу жана ошого жараша H газы2↑.
- Суюлтулган кислоталардын металлдар менен реакциясы туздарды жана H2↑.
- Кремнийге, алюминийге жана цинкке щелочтордун таасири комплекстүү туздардын пайда болушуна параллелдүү суутектин бөлүнүп чыгышына да көмөктөшөт.
Өнөр жай кызыкчылыктарында газ төмөнкүдөй ыкмалар менен алынат:
- Катализатордун катышуусунда метандын термикалык ажыроосу анын курамына кирген жөнөкөй заттарга (350 градус температура сыяктуу көрсөткүчтүн маанисине жетет) - суутек H2↑ жана көмүртек C.
- Көмүр кычкыл газын түзүү үчүн 1000 градус Цельсийдеги кокс аркылуу буулуу сууну өткөрүү CO2 жана H2↑ (эң таралган ыкма)
- 800 градуска жеткен температурада никель катализаторунда газ түрүндөгү метандын конверсиясы.
- Суутек калий же натрий хлориддеринин суудагы эритмелеринин электролизинин кошумча продуктусу.
Химиялыкөз ара аракеттер: жалпылыктар
Суутектин физикалык касиеттери анын тигил же бул кошулмалар менен реакция процесстериндеги жүрүм-турумун көп жагынан түшүндүрөт. Суутектин валенттүүлүгү 1ге барабар, анткени ал мезгилдик системанын биринчи тобунда жайгашкан жана кычкылдануу даражасы башканы көрсөтөт. Гидриддерден башка бардык бирикмелерде суутек s.o.=(1+), ХН, ХН2, ХН3 сыяктуу молекулаларда – (1) -).
Жалпыланган электрон жупту түзүү аркылуу пайда болгон суутек газынын молекуласы эки атомдон турат жана энергетикалык жактан бир топ туруктуу, ошондуктан нормалдуу шарттарда ал бир аз инерттүү жана нормалдуу шарттар өзгөргөндө реакцияга кирет. Башка заттардын курамындагы суутектин кычкылдануу даражасына жараша ал кычкылдандыргыч жана калыбына келтирүүчү катары да иштей алат.
Ал реакцияга кирип суутекти пайда кылган заттар
Татаал заттарды пайда кылуу үчүн элементтердин өз ара аракеттенүүсү (көп учурда жогорку температурада):
- щелочтуу жана щелочтуу жер металл + суутек=гидрид.
- Галоген + H2=галоген суутек.
- Күкүрт + суутек=күкүрттүү суутек.
- Кычкылтек + H2=суу.
- Көмүртек + суутек=метан.
- Азот + H2=аммиак.
Татаал заттар менен өз ара аракеттенүүсү:
- Көмүртек кычкылы менен суутектен синтез газын өндүрүү.
- H2 жардамы менен оксиддерден металлдарды алуу.
- Каныкпаган алифаттыктын суутек менен каныккандыгыуглеводороддор.
Суутек байланышы
Суутектин физикалык касиеттери, алар электрон терс элемент менен айкалышып, бөлүшүлбөгөн электрон жуптары бар кошуна молекулалардан (мисалы, кычкылтек, азот жана фтор). Мындай көрүнүштү карап чыгуу жакшыраак болгон эң ачык мисал - бул суу. Коваленттик же иондук байланыштарга караганда алсызыраак суутек байланыштары менен тигилген деп айтууга болот, бирок алар көп болгондуктан, заттын касиетине олуттуу таасир этет. Негизинен, суутек байланышы суунун молекулаларын димерлерге жана полимерлерге байлап, анын жогорку кайноо температурасын пайда кылган электростатикалык өз ара аракеттешүү.
Минералдык кошулмалардагы суутек
Бардык органикалык эмес кислоталардын курамына протон – суутек сыяктуу атомдун катиондору кирет. Кислотанын калдыгынын кычкылдануу даражасы (-1)ден жогору болгон зат көп негиздүү кошулма деп аталат. Анын курамында бир нече суутек атомдору бар, бул суудагы эритмелердеги диссоциацияны көп баскычтуу кылат. Ар бир кийинки протон кислотанын калган бөлүгүнөн ажырап баратат. чөйрөдөгү суутектердин сандык мазмуну боюнча анын кычкылдуулугу аныкталат.
Суутек ошондой эле негиздердин гидроксил топторун камтыйт. Аларда суутек кычкылтек атому менен байланышкан, натыйжада бул щелочтун калдыктарынын кычкылдануу даражасы дайыма (-1) барабар. Ортодогу гидроксилдердин курамы анын негиздүүлүгүн аныктайт.
Адам ишмердүүлүгүндө колдонуу
Зат салынган баллондор, ошондой эле кычкылтек сыяктуу башка суюлтулган газдары бар идиштер өзгөчө көрүнүшкө ээ. Алар ачык кызыл түстөгү "Суутек" тамгасы менен кочкул жашыл түскө боёлгон. Газ баллонго 150 атмосферага жакын басым астында куюлат. Суутектин физикалык касиеттери, атап айтканда агрегациянын газ абалынын жеңилдиги, аны гелий шарлары, шарлар жана башкалар менен аралашмага толтуруу үчүн колдонулат.
Адамдар көп жылдар мурун физикалык жана химиялык касиеттерин колдонууну үйрөнүшкөн водород учурда көптөгөн тармактарда колдонулат. Анын басымдуу бөлүгү аммиак өндүрүшүнө кетет. Суутек оксиддерден металлдарды (гафний, германий, галлий, кремний, молибден, вольфрам, цирконий жана башка) алууда да катышат, реакцияда калыбына келтирүүчү, циандык жана туз кислоталарын, метил спиртин, жасалма суюктук ролун аткарат. күйүүчү май. Тамак-аш өнөр жайы аны өсүмдүк майларын катуу майга айландыруу үчүн колдонот.
Майларды, көмүрдү, углеводороддорду, майларды жана мазутту гидрогендөө жана гидрогендөө процесстеринде суутектин химиялык касиеттерин жана колдонулушун аныктаган. Анын жардамы менен асыл таштар, ысытуу лампалары чыгарылат, металл буюмдары согулуп, кычкылтек-водород жалынын таасири астында ширетилип алынат.
