Metode industri untuk memproduksi zat sederhana bergantung pada bentuk di mana unsur yang bersangkutan ditemukan di alam, yaitu bahan mentah untuk produksinya. Jadi, oksigen, yang tersedia dalam keadaan bebas, diperoleh secara fisik - dengan pemisahan dari udara cair. Hampir seluruh hidrogen berbentuk senyawa, sehingga digunakan untuk memperolehnya metode kimia. Secara khusus, reaksi dekomposisi dapat digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah melalui penguraian air oleh arus listrik.

Dasar metode industri menghasilkan hidrogen - reaksi metana, yang merupakan bagian dari gas alam, dengan air. Ini dilakukan pada suhu tinggi (mudah untuk memverifikasi bahwa ketika metana dilewatkan bahkan melalui air mendidih, tidak ada reaksi yang terjadi):

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

Di laboratorium, untuk memperoleh zat sederhana tidak harus menggunakan bahan baku alami, tetapi memilih bahan awal yang lebih mudah untuk mengisolasi zat yang diperlukan. Misalnya di laboratorium, oksigen tidak diperoleh dari udara. Hal yang sama berlaku untuk produksi hidrogen. Salah satu metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen, yang terkadang digunakan dalam industri, adalah penguraian air oleh arus listrik.

Biasanya, hidrogen diproduksi di laboratorium dengan mereaksikan seng dengan asam klorida.

Di industri

1.Elektrolisa larutan berair garam:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Melewatkan uap air ke atas minuman bersoda panas pada suhu sekitar 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Dari gas alam.

Konversi uap: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Oksidasi katalitik dengan oksigen: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Pemecahan dan reformasi hidrokarbon selama penyulingan minyak.

Di laboratorium

1.Pengaruh asam encer pada logam. Untuk melakukan reaksi ini, seng dan asam klorida paling sering digunakan:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interaksi kalsium dengan air:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidrolisis hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Pengaruh alkali pada seng atau aluminium:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Menggunakan elektrolisis. Selama elektrolisis larutan alkali atau asam dalam air, hidrogen dilepaskan di katoda, misalnya:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

  • Bioreaktor untuk produksi hidrogen

Properti fisik

Gas hidrogen dapat ada dalam dua bentuk (modifikasi) - dalam bentuk orto - dan para-hidrogen.

Dalam molekul ortohidrogen (mp. −259.10 °C, bp −252.56 °C) putaran inti diarahkan secara identik (paralel), dan dalam parahidrogen (mp. −259.32 °C, bp. titik didih -252.89 °C) - saling berhadapan (antiparalel).

Bentuk hidrogen alotropik dapat dipisahkan dengan adsorpsi pada karbon aktif pada suhu nitrogen cair. Pada suhu yang sangat rendah, kesetimbangan antara ortohidrogen dan parahidrogen hampir sepenuhnya bergeser ke arah yang terakhir. Pada 80 K perbandingan bentuk kira-kira 1:1. Ketika dipanaskan, parahidrogen yang terdesorbsi berubah menjadi ortohidrogen hingga terbentuk kesetimbangan suhu kamar campuran (ortho-para: 75:25). Tanpa katalis, transformasi terjadi secara perlahan, sehingga memungkinkan untuk mempelajari sifat-sifat bentuk alotropik individu. Molekul hidrogen bersifat diatomik - H₂. Dalam kondisi normal, gas ini tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Hidrogen adalah gas paling ringan, massa jenisnya jauh lebih kecil daripada massa jenis udara. Jelasnya, semakin kecil massa molekul, semakin tinggi kecepatannya pada suhu yang sama. Sebagai molekul paling ringan, molekul hidrogen bergerak lebih cepat daripada molekul gas lainnya sehingga dapat mentransfer panas dari satu benda ke benda lain lebih cepat. Oleh karena itu hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara zat gas. Konduktivitas termalnya kira-kira tujuh kali lebih tinggi daripada konduktivitas termal udara.

Sifat kimia

Molekul hidrogen H₂ cukup kuat, dan agar hidrogen dapat bereaksi, banyak energi yang harus dikeluarkan: H 2 = 2H - 432 kJ Oleh karena itu, pada suhu biasa, hidrogen hanya bereaksi dengan sangat logam aktif, misalnya, dengan kalsium, membentuk kalsium hidrida: Ca + H 2 = CaH 2 dan dengan satu-satunya non-logam - fluor, membentuk hidrogen fluorida: F 2 + H 2 = 2HF Dengan sebagian besar logam dan non-logam, hidrogen bereaksi pada suhu tinggi atau pengaruh lain, misalnya saat diterangi. Ia dapat “mengambil” oksigen dari beberapa oksida, misalnya: CuO + H 2 = Cu + H 2 0 Persamaan tertulis mencerminkan reaksi reduksi. Reaksi reduksi adalah proses di mana oksigen dihilangkan dari suatu senyawa; Zat yang menghilangkan oksigen disebut zat pereduksi (mereka sendiri yang teroksidasi). Selanjutnya akan diberikan definisi lain dari konsep “oksidasi” dan “reduksi”. A definisi ini, yang secara historis merupakan yang pertama, tetap penting hingga saat ini, khususnya dalam kimia organik. Reaksi reduksi merupakan kebalikan dari reaksi oksidasi. Kedua reaksi ini selalu terjadi secara bersamaan sebagai satu proses: ketika suatu zat dioksidasi (direduksi), reduksi (oksidasi) zat lain tentu terjadi secara bersamaan.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Bentuk dengan halogen hidrogen halida:

F 2 + H 2 → 2 HF, reaksi terjadi secara eksplosif dalam gelap dan pada suhu berapa pun, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, reaksi terjadi secara eksplosif, hanya dalam cahaya.

Ia berinteraksi dengan jelaga di bawah suhu tinggi:

C + 2H 2 → CH 4

Interaksi dengan logam alkali dan alkali tanah

Hidrogen terbentuk dengan logam aktif hidrida:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Hidrida- seperti garam, padatan, mudah terhidrolisis:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interaksi dengan oksida logam (biasanya unsur d)

Oksida direduksi menjadi logam:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogenasi senyawa organik

Ketika hidrogen bekerja pada hidrokarbon tak jenuh dengan adanya katalis nikel dan pada suhu tinggi, terjadi reaksi hidrogenasi:

CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Hidrogen mereduksi aldehida menjadi alkohol:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Geokimia hidrogen

Hidrogen adalah basa bahan konstruksi semesta. Ini adalah unsur yang paling umum, dan semua unsur terbentuk darinya sebagai hasil reaksi termonuklir dan nuklir.

Hidrogen H2 bebas relatif jarang terdapat dalam gas bumi, namun dalam bentuk air ia berperan sangat penting dalam proses geokimia.

Hidrogen dapat terdapat dalam mineral dalam bentuk ion amonium, ion hidroksil, dan air kristal.

Di atmosfer, hidrogen terus diproduksi sebagai hasil penguraian air oleh radiasi matahari. Ia bermigrasi ke atmosfer atas dan lepas ke luar angkasa.

Aplikasi

  • Energi hidrogen

Atom hidrogen digunakan untuk pengelasan atom hidrogen.

DI DALAM Industri makanan hidrogen terdaftar sebagai aditif makanan E949, seperti kemasan gas.

Fitur pengobatan

Hidrogen, bila bercampur dengan udara, membentuk campuran yang mudah meledak - yang disebut gas peledak. Gas ini paling mudah meledak jika perbandingan volume hidrogen dan oksigen adalah 2:1, atau hidrogen dan udara kira-kira 2:5, karena udara mengandung sekitar 21% oksigen. Hidrogen juga merupakan bahaya kebakaran. Hidrogen cair dapat menyebabkan radang dingin parah jika terkena kulit.

Konsentrasi hidrogen dan oksigen yang mudah meledak terjadi dari 4% hingga 96% volume. Bila dicampur dengan udara dari 4% menjadi 75(74)% volume.

Penggunaan hidrogen

Dalam industri kimia, hidrogen digunakan dalam produksi amonia, sabun, dan plastik. Dalam industri makanan, margarin dibuat dari minyak nabati cair dengan menggunakan hidrogen. Hidrogen sangat ringan dan selalu naik di udara. Dahulu kala, kapal udara dan balon diisi dengan hidrogen. Namun di usia 30-an. abad XX Beberapa bencana dahsyat terjadi ketika kapal udara meledak dan terbakar. Saat ini, kapal udara diisi dengan gas helium. Hidrogen juga digunakan sebagai bahan bakar roket. Suatu hari nanti, hidrogen dapat digunakan secara luas sebagai bahan bakar mobil dan truk. Mesin hidrogen tidak menimbulkan polusi lingkungan dan hanya melepaskan uap air (walaupun produksi hidrogen itu sendiri menyebabkan pencemaran lingkungan). Matahari kita sebagian besar terbuat dari hidrogen. Panas dan cahaya matahari merupakan hasil pelepasan energi nuklir dari fusi inti hidrogen.

Menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar (hemat biaya)

Karakteristik paling penting dari zat yang digunakan sebagai bahan bakar adalah panas pembakarannya. Dari kursus kimia umum Diketahui bahwa reaksi antara hidrogen dan oksigen terjadi dengan pelepasan panas. Jika kita mengambil 1 mol H 2 (2 g) dan 0,5 mol O 2 (16 g) dalam kondisi standar dan merangsang reaksi, maka menurut persamaan

H 2 + 0,5 O 2 = H 2 O

setelah reaksi selesai, terbentuk 1 mol H 2 O (18 g) dengan pelepasan energi 285,8 kJ/mol (sebagai perbandingan: kalor pembakaran asetilena adalah 1300 kJ/mol, propana - 2200 kJ/mol) . 1 m³ hidrogen memiliki berat 89,8 g (44,9 mol). Oleh karena itu, untuk menghasilkan 1 m³ hidrogen, akan dikeluarkan energi sebesar 12832,4 kJ. Mengingat 1 kWh = 3600 kJ, maka diperoleh listrik 3,56 kWh. Mengetahui tarif listrik 1 kWh dan biaya 1 m³ gas, kita dapat menyimpulkan bahwa disarankan untuk beralih ke bahan bakar hidrogen.

Misalnya, model eksperimental Honda FCX generasi ke-3 dengan tangki hidrogen 156 liter (mengandung 3,12 kg hidrogen pada tekanan 25 MPa) menempuh jarak 355 km. Dengan demikian, dari 3,12 kg H2 diperoleh 123,8 kWh. Per 100 km, konsumsi energinya sebesar 36,97 kWh. Mengetahui biaya listrik, biaya bahan bakar atau bensin, dan konsumsinya per mobil per 100 km, mudah untuk menghitung dampak ekonomi negatif dari peralihan mobil ke bahan bakar hidrogen. Katakanlah (Rusia 2008), 10 sen per kWh listrik menghasilkan fakta bahwa 1 m³ hidrogen menghasilkan harga 35,6 sen, dan dengan mempertimbangkan efisiensi penguraian air sebesar 40-45 sen, jumlah kWh yang sama dari pembakaran bensin biayanya 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 sen/l=34 sen dengan harga eceran, sedangkan untuk hidrogen kami menghitung pilihan ideal, tanpa memperhitungkan transportasi, penyusutan peralatan, dll. Untuk metana dengan energi pembakaran sekitar 39 MJ per m³, hasilnya akan dua hingga empat kali lebih rendah karena perbedaan harga (1 m³ untuk Ukraina berharga $179, dan untuk Eropa $350). Artinya, jumlah metana yang setara akan berharga 10-20 sen.

Namun, kita tidak boleh lupa bahwa ketika kita membakar hidrogen, kita mendapatkan air bersih dari mana hidrogen tersebut diekstraksi. Artinya, kita punya energi terbarukan penimbun energi tanpa membahayakan lingkungan, tidak seperti gas atau bensin, yang merupakan sumber energi utama.

Php online 377 Peringatan: memerlukan(http://www..php): gagal membuka streaming: tidak ada pembungkus yang sesuai dapat ditemukan di /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php on line 377 Fatal error: require(): Pembukaan gagal diperlukan "http://www..php" (include_path="..php on line 377

Hidrogen adalah zat sederhana H2 (dihidrogen, diprotium, hidrogen ringan).

Singkat karakteristik hidrogen:

  • Bukan metal.
  • Gas tidak berwarna, sulit dicairkan.
  • Sulit larut dalam air.
  • Ini larut lebih baik dalam pelarut organik.
  • Chemisorpsi oleh logam: besi, nikel, platinum, paladium.
  • Agen pereduksi kuat.
  • Berinteraksi (pada suhu tinggi) dengan non-logam, logam, oksida logam.
  • Atom hidrogen H0, yang diperoleh dari dekomposisi termal H2, memiliki kemampuan reduksi terbesar.
  • Isotop hidrogen:
    • 1 jam - protium
    • 2 jam - deuterium (D)
    • 3 jam - tritium (T)
  • Berat molekul relatif = 2,016
  • Massa jenis relatif hidrogen padat (t=-260°C) = 0,08667
  • Massa jenis relatif hidrogen cair (t=-253°C) = 0,07108
  • Tekanan berlebih (no.s.) = 0,08988 g/l
  • suhu leleh = -259,19°C
  • titik didih = -252,87°C
  • Koefisien kelarutan hidrogen volumetrik:
    • (t=0°C) = 2,15;
    • (t=20°C) = 1,82;
    • (t=60°C) = 1,60;

1. Dekomposisi termal hidrogen(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Interaksi hidrogen dengan non-logam:

  • H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
  • H 2 +Cl 2 = 2HCl (bila dibakar atau terkena cahaya pada suhu kamar):
    • Cl 2 = 2Cl 0
    • Cl 0 +H 2 = HCl+H 0
    • H 0 +Cl 2 = HCl+Cl 0
  • H 2 +Br 2 = 2HBr (t=350-500°C, katalis platina)
  • H 2 +I 2 = 2HI (t=350-500°C, katalis platina)
  • H 2 +O 2 = 2H 2 O:
    • H 2 + O 2 = 2OH 0
    • OH 0 +H 2 = H 2 O+H 0
    • H 0 +O 2 = OH 0 +O 0
    • O 0 +H 2 = OH 0 +H 0
  • H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
  • 3H 2 +N 2 = 2NH 3 (t=500°C, katalis besi)
  • 2H 2 +C(kokas) = ​​CH 4 (t=600°C, katalis platina)
  • H 2 +2C(kokas) = ​​C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
  • H 2 +2C(kokas)+N 2 = 2HCN (t lebih dari 1800°C)

3. Interaksi hidrogen dengan zat kompleks:

  • 4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (t lebih dari 570°C)
  • H 2 +Ag 2 SO 4 = 2Ag+H 2 SO 4 (t lebih dari 200°C)
  • 4H 2 +2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600°C, katalis Fe 2 O 3)
  • 3H 2 +2BCl 3 = 2B+6HCl (t = 800-1200°C)
  • H 2 +2EuCl 3 = 2EuCl 2 +2HCl (t = 270°C)
  • 4H 2 +CO 2 = CH 4 +2H 2 O (t = 200°C, katalis CuO 2)
  • H 2 +CaC 2 = Ca+C 2 H 2 (lebih dari 2200°C)
  • H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t hingga 0°C, larutan)

4. Partisipasi hidrogen dalam reaksi redoks:

  • 2H 0 (Zn, dil. HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
  • 8H 0 (Al, konsentrasi KOH)+KNO 3 = NH 3 +KOH+2H 2 O
  • 2H 0 (Zn, dil. HCl) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
  • 2H 0 (Al)+NaOH(konsentrasi)+Ag 2 S = 2Ag↓+H 2 O+NaHS
  • 2H 0 (Zn, dil. H 2 SO 4) + C 2 N 2 = 2HCN

Senyawa hidrogen

D 2 - dideuterium:

  • Hidrogen berat.
  • Gas tidak berwarna, sulit dicairkan.
  • Dideutherium terkandung dalam hidrogen alami sebesar 0,012-0,016% (berat).
  • Dalam campuran gas dideuterium dan protium, pertukaran isotop terjadi pada suhu tinggi.
  • Sedikit larut dalam air biasa dan berat.
  • Dengan air biasa, pertukaran isotop dapat diabaikan.
  • Sifat kimia mirip dengan hidrogen ringan, tetapi dideuterium kurang reaktif.
  • Berat molekul relatif = 4,028
  • Massa jenis relatif dideuterium cair (t=-253°C) = 0,17
  • suhu leleh = -254,5°C
  • titik didih = -249,49°C

T 2 - ditritium:

  • Hidrogen superberat.
  • Gas radioaktif tidak berwarna.
  • Waktu paruh 12,34 tahun.
  • Di alam, ditritium terbentuk sebagai hasil pemboman inti 14 N oleh neutron dari radiasi kosmik; jejak ditritium telah ditemukan di perairan alami.
  • Ditritium diproduksi di reaktor nuklir dengan membombardir litium dengan neutron lambat.
  • Berat molekul relatif = 6,032
  • suhu leleh = -252,52°C
  • titik didih = -248,12°C

HD - deuterium hidrogen:

  • Gas tidak berwarna.
  • Tidak larut dalam air.
  • Sifat kimia mirip dengan H2.
  • Berat molekul relatif = 3,022
  • Massa jenis relatif hidrogen deuterium padat (t=-257°C) = 0,146
  • Tekanan berlebih (no.s.) = 0,135 g/l
  • suhu leleh = -256,5°C
  • titik didih = -251,02°C

Hidrogen oksida

H 2 O - air:

  • Cairan tidak berwarna.
  • Menurut komposisi isotop oksigen, air terdiri dari H 2 16 O dengan pengotor H 2 18 O dan H 2 17 O
  • Menurut komposisi isotop hidrogen, air terdiri dari 1 H 2 O dengan campuran HDO.
  • Air cair mengalami protolisis (H 3 O + dan OH -):
    • H 3 O + (kation oksonium) adalah yang paling banyak asam kuat dalam larutan air;
    • OH - (ion hidroksida) adalah basa terkuat dalam larutan air;
    • Air adalah protolit konjugat terlemah.
  • Dengan banyak zat, air membentuk kristal hidrat.
  • Air adalah zat yang aktif secara kimia.
  • Air adalah pelarut cair universal untuk senyawa anorganik.
  • Berat molekul relatif air = 18,02
  • Massa jenis relatif air padat (es) (t=0°C) = 0,917
  • Kepadatan relatif air cair:
    • (t=0°C) = 0,999841
    • (t=20°C) = 0,998203
    • (t=25°C) = 0,997044
    • (t=50°C) = 0,97180
    • (t=100°C) = 0,95835
  • massa jenis (n.s.) = 0,8652 g/l
  • titik leleh = 0°C
  • titik didih = 100°C
  • Produk ionik air (25°C) = 1,008·10 -14

1. Dekomposisi termal air:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (di atas 1000°C)

D 2 O - deuterium oksida:

  • Air deras.
  • Cairan higroskopis tidak berwarna.
  • Viskositasnya lebih tinggi dibandingkan air.
  • Dicampur dengan air biasa dalam jumlah tidak terbatas.
  • Pertukaran isotop menghasilkan HDO air semi-berat.
  • Daya pelarutnya lebih rendah dibandingkan air biasa.
  • Sifat kimia deuterium oksida mirip dengan sifat kimia air, namun semua reaksi berlangsung lebih lambat.
  • Ada air deras di dalamnya air alami(perbandingan massa dengan air biasa 1:5500).
  • Deuterium oksida diperoleh dengan elektrolisis berulang-ulang air alami, di mana air berat terakumulasi dalam residu elektrolit.
  • Berat molekul relatif air berat = 20,03
  • Massa jenis relatif air berat cair (t=11,6°C) = 1,1071
  • Massa jenis relatif air berat cair (t=25°C) = 1,1042
  • suhu leleh = 3,813°C
  • titik didih = 101,43°C

T 2 O - tritium oksida:

  • Air yang sangat deras.
  • Cairan tidak berwarna.
  • Viskositasnya lebih tinggi dan daya larutnya lebih rendah dibandingkan air biasa dan air berat.
  • Dicampur dengan air biasa dan air berat dalam jumlah tidak terbatas.
  • Pertukaran isotop dengan air biasa dan air berat mengarah pada pembentukan HTO, DTO.
  • Sifat kimia air superberat mirip dengan sifat kimia air, tetapi semua reaksi berlangsung lebih lambat dibandingkan air berat.
  • Jejak tritium oksida ditemukan di air dan atmosfer alami.
  • Air superberat diperoleh dengan melewatkan tritium di atas oksida tembaga panas CuO.
  • Berat molekul relatif air superberat = 22,03
  • titik leleh = 4,5°C

Hidrogen (H) sangat ringan unsur kimia, dengan kandungan 0,9% berat di kerak bumi, dan 11,19% di air.

Karakteristik hidrogen

Ini adalah gas pertama yang paling ringan. Pada kondisi normal tidak berasa, tidak berwarna, dan sama sekali tidak berbau. Ketika memasuki termosfer, ia terbang ke luar angkasa karena bobotnya yang rendah.

Di seluruh alam semesta, ia adalah unsur kimia yang paling banyak jumlahnya (75% dari total massa zat). Sedemikian rupa sehingga banyak bintang luar angkasa seluruhnya terdiri dari itu. Misalnya saja Matahari. Komponen utamanya adalah hidrogen. Dan panas dan cahaya adalah hasil pelepasan energi ketika inti suatu material bergabung. Juga di luar angkasa terdapat seluruh awan molekulnya dengan berbagai ukuran, kepadatan dan suhu.

Properti fisik

Suhu dan tekanan tinggi secara signifikan mengubah kualitasnya, tetapi dalam kondisi normal:

Ia memiliki konduktivitas termal yang tinggi jika dibandingkan dengan gas lainnya,

Tidak beracun dan sulit larut dalam air,

Dengan massa jenis 0,0899 g/l pada 0°C dan 1 atm.,

Berubah menjadi cair pada suhu -252,8°C

Menjadi keras pada -259.1°C.,

Kalor jenis pembakaran 120.9.106 J/kg.

Untuk berubah menjadi cair atau padat, tekanan tinggi dan sangat suhu rendah. Dalam keadaan cair, ia cair dan ringan.

Sifat kimia

Di bawah tekanan dan pendinginan (-252,87 derajat C), hidrogen memperoleh bentuk cair, yang bobotnya lebih ringan daripada analog mana pun. Dibutuhkan lebih sedikit ruang di dalamnya dibandingkan dalam bentuk gas.

Ini adalah tipikal non-logam. Di laboratorium, logam ini diproduksi dengan mereaksikan logam (seperti seng atau besi) dengan asam encer. Dalam kondisi normal ia tidak aktif dan hanya bereaksi dengan nonlogam aktif. Hidrogen dapat memisahkan oksigen dari oksida, dan mereduksi logam dari senyawanya. Ia dan campurannya membentuk ikatan hidrogen dengan unsur-unsur tertentu.

Gas ini sangat larut dalam etanol dan banyak logam, terutama paladium. Perak tidak melarutkannya. Hidrogen dapat teroksidasi selama pembakaran dalam oksigen atau udara, dan ketika berinteraksi dengan halogen.

Ketika bergabung dengan oksigen, air terbentuk. Jika suhunya normal maka reaksi berlangsung lambat, jika di atas 550°C akan meledak (berubah menjadi gas yang dapat meledak).

Menemukan hidrogen di alam

Meskipun terdapat banyak hidrogen di planet kita, tidak mudah untuk menemukannya dalam bentuk murni. Sedikit yang dapat ditemukan selama letusan gunung berapi, selama produksi minyak, dan saat bahan organik terurai.

Lebih dari separuh jumlah totalnya mengandung air. Ia juga termasuk dalam struktur minyak, berbagai tanah liat, gas yang mudah terbakar, hewan dan tumbuhan (keberadaannya di setiap sel hidup adalah 50% dari jumlah atom).

Siklus hidrogen di alam

Setiap tahun, sejumlah besar (miliaran ton) sisa tanaman terurai di badan air dan tanah, dan penguraian ini melepaskan sejumlah besar hidrogen ke atmosfer. Ini juga dilepaskan selama fermentasi yang disebabkan oleh bakteri, pembakaran dan, bersama dengan oksigen, berpartisipasi dalam siklus air.

Aplikasi Hidrogen

Unsur tersebut digunakan secara aktif oleh umat manusia dalam aktivitasnya, sehingga kita telah belajar memperolehnya dalam skala industri untuk:

Meteorologi, produksi bahan kimia;

produksi margarin;

Sebagai bahan bakar roket (hidrogen cair);

Industri tenaga listrik untuk mendinginkan generator listrik;

Pengelasan dan pemotongan logam.

Banyak hidrogen digunakan dalam produksi bensin sintetis (untuk meningkatkan kualitas bahan bakar berkualitas rendah), amonia, hidrogen klorida, alkohol, dan bahan lainnya. Energi nuklir secara aktif menggunakan isotopnya.

Obat "hidrogen peroksida" banyak digunakan dalam metalurgi, industri elektronik, produksi pulp dan kertas, untuk memutihkan kain linen dan katun, untuk produksi pewarna rambut dan kosmetik, polimer dan obat-obatan untuk pengobatan luka.

Sifat “meledak” dari gas ini dapat menjadi senjata yang mematikan – bom hidrogen. Ledakannya disertai dengan pelepasan sejumlah besar zat radioaktif dan berdampak buruk bagi semua makhluk hidup.

Kontak antara hidrogen cair dan kulit dapat menyebabkan radang dingin yang parah dan menyakitkan.

Kuliah 29

Hidrogen. Air

Garis besar perkuliahan:

Air. Sifat kimia dan fisik

Peran hidrogen dan air di alam

Hidrogen sebagai unsur kimia

Hidrogen adalah satu-satunya unsur tabel periodik D.I.Mendeleev, yang lokasinya ambigu. Miliknya simbol kimia dalam tabel periodik dicatat dua kali: pada golongan IA dan VIIA. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa hidrogen memiliki sejumlah sifat yang menyatukannya dengan logam alkali dan halogen (Tabel 14).

Tabel 14

Membandingkan sifat-sifat hidrogen dengan sifat-sifatnya logam alkali dan halogen

Kemiripannya dengan logam alkali Kemiripan dengan halogen
Di luar tingkat energi Atom hidrogen mengandung satu elektron. Hidrogen adalah unsur s Sebelum penyelesaian tingkat terluar dan satu-satunya, atom hidrogen, seperti atom halogen, kekurangan satu elektron
Hidrogen menunjukkan sifat pereduksi. Sebagai hasil oksidasi, hidrogen menerima bilangan oksidasi yang paling sering ditemukan pada senyawanya +1 Hidrogen, seperti halogen, dalam senyawa dengan logam alkali dan alkali tanah memiliki bilangan oksidasi -1, yang menegaskan sifat pengoksidasinya.
Diasumsikan bahwa hidrogen padat dengan kisi kristal logam ada di luar angkasa. Seperti fluor dan klor, hidrogen adalah gas dalam kondisi normal. Molekulnya, seperti molekul halogen, bersifat diatomik dan terbentuk melalui ikatan kovalen nonpolar

Di alam, hidrogen terdapat dalam bentuk tiga isotop dengan nomor massa 1, 2 dan 3: protium 1 1 H, deuterium 2 1 D dan tritium 3 1 T. Dua yang pertama adalah isotop stabil, dan yang ketiga adalah radioaktif. Protium mendominasi campuran isotop alami. Perbandingan kuantitatif antara isotop H:D:T adalah 1:1,46 · 10 -5: 4,00 · 10 -15.

Senyawa isotop hidrogen berbeda sifat satu sama lain. Misalnya, titik didih dan titik beku air protium ringan (H 2 O) masing-masing sama dengan – 100 o C dan 0 o C, dan air deuterium (D 2 O) – 101,4 o C dan 3,8 o C. Laju reaksi yang melibatkan air ringan lebih tinggi dari air berat.



Di Alam Semesta, hidrogen adalah unsur yang paling umum - ia menyumbang sekitar 75% massa Alam Semesta atau lebih dari 90% dari seluruh atomnya. Hidrogen adalah bagian dari air di cangkang geologi terpenting bumi - hidrosfer.

Hidrogen, bersama dengan karbon, membentuk semua zat organik, yaitu bagian dari cangkang hidup bumi - biosfer. DI DALAM kerak bumi- litosfer - kandungan massa hidrogen hanya 0,88%, yaitu menempati urutan ke-9 di antara semua unsur. Amplop udara Atmosfer bumi mengandung kurang dari sepersejuta volume total yang disebabkan oleh molekul hidrogen. Itu hanya ditemukan di atmosfer bagian atas.

Produksi dan penggunaan hidrogen

Hidrogen pertama kali diperoleh pada abad ke-16 oleh dokter dan alkemis abad pertengahan Paracelsus, dengan merendam pelat besi di dalamnya. asam sulfat, dan pada tahun 1766, ahli kimia Inggris Henry Cavendish membuktikan bahwa hidrogen dihasilkan tidak hanya melalui interaksi besi dengan asam sulfat, tetapi juga logam lain dengan asam lainnya. Cavendish juga menjelaskan untuk pertama kalinya sifat-sifat hidrogen.

DI DALAM laboratorium kondisi, hidrogen diperoleh:

1. Interaksi logam dengan asam:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Interaksi logam alkali dan alkali tanah dengan air

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

DI DALAM industri Hidrogen diperoleh dengan cara berikut:

1. Elektrolisis larutan garam, asam dan basa dalam air. Solusi yang paling umum digunakan adalah garam meja:

2NaCl + 2H 2 O →el. arus H 2 + Cl 2 + NaOH

2. Pengurangan uap air dengan kokas panas:

C + H 2 O → t CO + H 2

Campuran karbon monoksida dan hidrogen yang dihasilkan disebut gas air (gas sintesis), dan banyak digunakan untuk sintesis berbagai produk kimia (amonia, metanol, dll). Untuk memisahkan hidrogen dari gas air, karbon monoksida diubah menjadi karbon dioksida ketika dipanaskan dengan uap air:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. Memanaskan metana dengan adanya uap air dan oksigen. Metode ini saat ini menjadi yang utama:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

Hidrogen banyak digunakan untuk:

1. sintesis industri amonia dan hidrogen klorida;

2. memperoleh metanol dan bahan bakar cair sintetik sebagai bagian dari gas sintesis (2 volume hidrogen dan 1 volume CO);

3. hydrotreating dan hydrocracking fraksi minyak;

4. hidrogenasi lemak cair;

5. pemotongan dan pengelasan logam;

6. memperoleh tungsten, molibdenum dan renium dari oksidanya;

7. mesin luar angkasa sebagai bahan bakar.

8. Dalam reaktor termonuklir, isotop hidrogen digunakan sebagai bahan bakar.

Sifat fisik dan kimia hidrogen

Hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. Kepadatan di no. 0,09 g/l (14 kali lebih ringan dari udara). Hidrogen sulit larut dalam air (hanya 2 volume gas per 100 volume air), tetapi diserap dengan baik oleh logam-d - nikel, platinum, paladium (hingga 900 volume hidrogen dilarutkan dalam satu volume paladium).

DI DALAM reaksi kimia Hidrogen menunjukkan sifat pereduksi dan pengoksidasi. Paling sering, hidrogen bertindak sebagai zat pereduksi.

1. Interaksi dengan nonlogam. Hidrogen membentuk senyawa hidrogen yang mudah menguap dengan nonlogam (lihat Kuliah 25).

Dengan halogen laju reaksi dan kondisi bervariasi dari fluor ke yodium: dengan fluor, hidrogen bereaksi secara eksplosif bahkan dalam gelap, dengan klorin reaksi berlangsung cukup tenang dengan sedikit penyinaran dengan cahaya, dengan brom dan yodium reaksinya dapat dibalik dan hanya terjadi ketika dipanaskan:

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + Saya 2 → t 2HI

Dengan oksigen dan sulfur hidrogen bereaksi dengan sedikit pemanasan. Campuran oksigen dan hidrogen dengan perbandingan 1:2 disebut gas yang mudah meledak:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

Dengan nitrogen, fosfor dan karbon reaksi terjadi di bawah panas, tekanan tinggi dan dengan adanya katalis. Reaksi bersifat reversibel:

3H 2 + N 2 → kucing., p, t2NH 3

2H 2 + 3P → kucing., p, t3PH 3

H 2 + C → kucing., p, t CH 4

2. Interaksi dengan zat kompleks. Pada suhu tinggi, hidrogen mereduksi logam dari oksidanya:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. Pada interaksi dengan logam alkali dan alkali tanah Hidrogen menunjukkan sifat pengoksidasi:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. Interaksi dengan zat organik. Hidrogen secara aktif berinteraksi dengan banyak zat organik, reaksi seperti ini disebut reaksi hidrogenasi. Reaksi tersebut akan dibahas lebih rinci di Bagian III dari koleksi “Kimia Organik”.

Saat mulai mempertimbangkan sifat kimia dan fisik hidrogen, perlu diperhatikan bahwa dalam keadaan biasanya, unsur kimia ini berbentuk gas. Gas hidrogen tidak berwarna tidak berbau dan tidak berasa. Unsur kimia ini pertama kali diberi nama hidrogen setelah ilmuwan A. Lavoisier melakukan eksperimen dengan air, sehingga ilmu pengetahuan dunia mengetahui bahwa air adalah cairan multikomponen yang mengandung Hidrogen. Peristiwa ini terjadi pada tahun 1787, namun jauh sebelum tanggal tersebut, hidrogen dikenal oleh para ilmuwan dengan nama “gas yang mudah terbakar”.

Hidrogen di alam

Menurut para ilmuwan, hidrogen terkandung di kerak bumi dan air (sekitar 11,2% dari total volume air). Gas ini merupakan bagian dari banyak mineral yang telah diekstraksi manusia dari perut bumi selama berabad-abad. Beberapa sifat hidrogen merupakan karakteristik minyak, gas alam dan tanah liat, serta organisme hewan dan tumbuhan. Namun dalam bentuknya yang murni, yaitu tidak tergabung dengan unsur kimia lain dalam tabel periodik, gas ini sangat langka di alam. Gas ini bisa muncul ke permukaan bumi saat terjadi letusan gunung berapi. Hidrogen bebas hadir di atmosfer dalam jumlah yang dapat diabaikan.

Sifat kimia hidrogen

Karena sifat kimia hidrogen bersifat heterogen, unsur kimia ini termasuk dalam golongan I sistem Mendeleev dan golongan VII sistem. Sebagai anggota golongan pertama, hidrogen pada dasarnya adalah logam alkali yang memiliki bilangan oksidasi +1 di sebagian besar senyawa yang ditemukannya. Valensi yang sama merupakan karakteristik natrium dan logam alkali lainnya. Karena sifat kimia ini, hidrogen dianggap sebagai unsur yang mirip dengan logam-logam ini.

Jika kita berbicara tentang hidrida logam, maka ion hidrogen memiliki valensi negatif - bilangan oksidasinya adalah -1. Na+H- dibuat dengan skema yang sama seperti Na+Cl- klorida. Fakta inilah yang menjadi alasan untuk menggolongkan hidrogen ke golongan VII sistem periodik. Hidrogen, dalam bentuk molekul, asalkan berada dalam lingkungan biasa, tidak aktif, dan hanya dapat bergabung dengan non-logam yang lebih aktif. Logam-logam ini termasuk fluor; dengan adanya cahaya, hidrogen bergabung dengan klor. Jika hidrogen dipanaskan, ia menjadi lebih aktif, bereaksi dengan banyak unsur dalam tabel periodik Mendeleev.

Hidrogen atom menunjukkan sifat kimia yang lebih aktif daripada hidrogen molekuler. Molekul oksigen membentuk air - H2 + 1/2O2 = H2O. Ketika hidrogen berinteraksi dengan halogen, hidrogen halida H2 + Cl2 = 2HCl terbentuk, dan hidrogen masuk ke dalam reaksi ini tanpa adanya cahaya dan pada suhu negatif yang cukup tinggi - hingga - 252°C. Sifat kimia hidrogen memungkinkannya digunakan untuk mereduksi banyak logam, karena ketika bereaksi, hidrogen menyerap oksigen dari oksida logam, misalnya CuO + H2 = Cu + H2O. Hidrogen berpartisipasi dalam pembentukan amonia melalui interaksi dengan nitrogen dalam reaksi ZH2 + N2 = 2NH3, tetapi dengan menggunakan katalis dan suhu serta tekanan ditingkatkan.

Reaksi hebat terjadi ketika hidrogen bereaksi dengan belerang dalam reaksi H2 + S = H2S, yang menghasilkan hidrogen sulfida. Interaksi hidrogen dengan telurium dan selenium sedikit kurang aktif. Jika tidak ada katalis, maka ia bereaksi dengan karbon murni, hidrogen hanya jika tercipta suhu tinggi. 2H2 + C (amorf) = CH4 (metana). Selama aktivitas hidrogen dengan beberapa alkali dan logam lain, diperoleh hidrida, misalnya H2 + 2Li = 2LiH.

Sifat fisik hidrogen

Hidrogen sangat ringan bahan kimia. Setidaknya para ilmuwan mengatakan demikian saat ini, tidak ada zat yang lebih ringan dari hidrogen. Massanya 14,4 kali lebih ringan dari udara, massa jenisnya 0,0899 g/l pada 0°C. Pada suhu -259,1°C, hidrogen mampu meleleh - ini adalah suhu yang sangat kritis, yang tidak lazim terjadi pada sebagian besar transformasi senyawa kimia dari satu negara bagian ke negara bagian lainnya. Hanya unsur seperti helium yang melebihi sifat fisik hidrogen dalam hal ini. Pencairan hidrogen sulit dilakukan karena suhu kritisnya (-240°C). Hidrogen adalah gas yang paling menghantarkan panas yang diketahui umat manusia. Semua properti yang dijelaskan di atas adalah yang paling signifikan properti fisik hidrogen, yang digunakan manusia untuk tujuan tertentu. Selain itu, sifat-sifat ini adalah yang paling relevan dengan ilmu pengetahuan modern.