Unsur paling umum di alam semesta adalah hidrogen. Dalam materi bintang, ia berbentuk inti – proton – dan merupakan bahan untuk proses termonuklir. Hampir setengah massa Matahari juga terdiri dari molekul H2. Isinya di kerak bumi mencapai 0,15%, dan atom terdapat dalam minyak, gas alam, dan air. Bersama dengan oksigen, nitrogen, dan karbon, ini adalah unsur organogenik yang ditemukan di semua organisme hidup di Bumi. Dalam artikel kami, kami akan mempelajari fisik dan Sifat kimia hidrogen, kami akan menentukan bidang utama penerapannya dalam industri dan signifikansinya di alam.
Posisi dalam tabel periodik unsur kimia Mendeleev
Unsur pertama yang ditemukan dalam tabel periodik adalah hidrogen. Massa atomnya adalah 1,0079. Ia memiliki dua isotop stabil (protium dan deuterium) dan satu isotop radioaktif (tritium). Sifat fisik ditentukan oleh tempat bukan logam dalam tabel unsur kimia. Dalam kondisi normal, hidrogen (rumusnya H2) adalah gas yang hampir 15 kali lebih ringan dari udara. Struktur atom suatu unsur unik: hanya terdiri dari inti dan satu elektron. Molekul suatu zat bersifat diatomik, partikel-partikel di dalamnya terikat secara kovalen ikatan non-polar. Intensitas energinya cukup tinggi - 431 kJ. Hal ini menjelaskan rendahnya aktivitas kimia koneksi dalam kondisi normal. Rumus elektronik hidrogen adalah: H:H.
Zat tersebut juga memiliki sejumlah sifat yang tidak memiliki analogi di antara nonlogam lainnya. Mari kita lihat beberapa di antaranya.
Kelarutan dan konduktivitas termal
Logam menghantarkan panas paling baik, tetapi hidrogen mendekati konduktivitas termalnya. Penjelasan atas fenomena tersebut terletak pada kecepatan pergerakan termal molekul cahaya suatu zat yang sangat tinggi, oleh karena itu, dalam atmosfer hidrogen, benda yang dipanaskan menjadi dingin 6 kali lebih cepat daripada di udara. Senyawa ini sangat larut dalam logam; misalnya, hampir 900 volume hidrogen dapat diserap oleh satu volume paladium. Logam dapat masuk ke dalam reaksi kimia dengan H2, yang menunjukkan sifat pengoksidasi hidrogen. Dalam hal ini, hidrida terbentuk:
2Na + H 2 =2 NaH.
Dalam reaksi ini, atom suatu unsur menerima elektron dari partikel logam, menjadi anion dengan muatan negatif tunggal. Zat sederhana H2 dalam hal ini adalah zat pengoksidasi, yang biasanya tidak khas.
Hidrogen sebagai zat pereduksi
Yang menyatukan logam dan hidrogen bukan hanya konduktivitas termal yang tinggi, tetapi juga kemampuan atomnya dalam proses kimia untuk melepaskan elektronnya sendiri, yaitu untuk beroksidasi. Misalnya, oksida basa bereaksi dengan hidrogen. Reaksi redoks berakhir dengan pelepasan logam murni dan pembentukan molekul air:
CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Interaksi suatu zat dengan oksigen bila dipanaskan juga menyebabkan terbentuknya molekul air. Prosesnya eksotermik dan disertai pelepasan jumlah besar energi termal. Jika campuran gas H 2 dan O 2 bereaksi dengan perbandingan 2:1, maka disebut meledak jika dinyalakan:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
Air adalah dan memainkan peran penting dalam pembentukan hidrosfer, iklim, dan cuaca bumi. Ini memastikan sirkulasi unsur-unsur di alam, mendukung semua proses kehidupan organisme - penghuni planet kita.
Interaksi dengan non-logam
Sifat kimia hidrogen yang paling penting adalah reaksinya dengan unsur non-logam. Pada kondisi normal bersifat inert secara kimiawi, sehingga zat tersebut hanya dapat bereaksi dengan halogen, misalnya dengan fluor atau klor, yang paling aktif di antara semua nonlogam. Jadi, campuran fluor dan hidrogen meledak dalam gelap atau dingin, dan dengan klorin - saat dipanaskan atau dalam cahaya. Produk reaksinya adalah hidrogen halida, larutan berair yang dikenal sebagai asam fluorida dan klorida. C berinteraksi pada suhu 450-500 derajat, tekanan 30-100 mPa dan dengan adanya katalis:
N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.
Hidrogen mempunyai sifat kimia yang dianggap sangat penting untuk industri. Misalnya, Anda bisa mendapatkan produk kimia yang berharga - amonia. Ini adalah bahan baku utama untuk produksi asam nitrat dan pupuk nitrogen: urea, amonium nitrat.
Bahan organik
Antara karbon dan hidrogen mengarah pada produksi hidrokarbon paling sederhana - metana:
C + 2H 2 = CH 4.
Zat tersebut merupakan komponen alam yang paling penting dan dimanfaatkan sebagai spesies berharga bahan bakar dan bahan baku industri sintesis organik.
Dalam kimia senyawa karbon, unsur merupakan bagian dari sejumlah besar zat: alkana, alkena, karbohidrat, alkohol, dll. Banyak reaksi yang diketahui senyawa organik dengan molekul H2. Mereka memiliki nama yang umum - hidrogenasi atau hidrogenasi. Jadi, aldehida dapat direduksi dengan hidrogen menjadi alkohol, hidrokarbon tak jenuh - menjadi alkana. Misalnya, etilen diubah menjadi etana:
C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.
Sifat kimia hidrogen, seperti hidrogenasi minyak cair: bunga matahari, jagung, lobak, memiliki arti praktis yang penting. Ini mengarah pada produksi lemak padat - lemak babi, yang digunakan dalam produksi gliserin, sabun, stearin, dan margarin keras. Untuk perbaikan penampilan dan rasa produk makanan, susu, lemak hewani, gula, dan vitamin ditambahkan ke dalamnya.
Dalam artikel kami, kami mempelajari sifat-sifat hidrogen dan menemukan perannya dalam alam dan kehidupan manusia.
DEFINISI
Hidrogen– unsur pertama Tabel Periodik Unsur Kimia D.I. Mendeleev. Simbol - N.
Massa atom – 1 sma. Molekul hidrogen bersifat diatomik – H2.
Konfigurasi elektron atom hidrogen adalah 1s 1. Hidrogen termasuk dalam keluarga elemen s. Dalam senyawanya ia menunjukkan bilangan oksidasi -1, 0, +1. Hidrogen alami terdiri dari dua isotop stabil - protium 1H (99,98%) dan deuterium 2H (D) (0,015%) - dan isotop radioaktif tritium 3H (T) (jumlah jejak, waktu paruh - 12,5 tahun) .
Sifat kimia hidrogen
Dalam kondisi biasa, molekul hidrogen menunjukkan nilai yang relatif rendah reaktivitas, yang dijelaskan oleh tingginya kekuatan ikatan dalam molekul. Ketika dipanaskan, ia berinteraksi dengan hampir semua zat sederhana yang dibentuk oleh unsur-unsur subkelompok utama (kecuali gas mulia, B, Si, P, Al). Dalam reaksi kimia, ia dapat bertindak sebagai zat pereduksi (lebih sering) dan zat pengoksidasi (lebih jarang).
Pameran hidrogen sifat-sifat zat pereduksi(H 2 0 -2e → 2H +) dalam reaksi berikut:
1. Reaksi interaksi dengan zat sederhana – nonlogam. Hidrogen bereaksi dengan halogen, apalagi, reaksi interaksi dengan fluor dalam kondisi normal, dalam gelap, dengan ledakan, dengan klorin - di bawah penerangan (atau penyinaran UV) menurut mekanisme rantai, dengan brom dan yodium hanya ketika dipanaskan; oksigen(campuran oksigen dan hidrogen dengan perbandingan volume 2:1 disebut “gas eksplosif”), abu-abu, nitrogen Dan karbon:
H 2 + Hal 2 = 2HHal;
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q (t);
H 2 + S = H 2 S (t = 150 – 300C);
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);
2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).
2. Reaksi interaksi dengan zat kompleks. Hidrogen bereaksi tidak cukup dengan oksida logam aktif , dan hanya mampu mereduksi logam yang berada pada rangkaian aktivitas di sebelah kanan seng:
CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O (t);
WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O (t).
Hidrogen bereaksi dengan oksida non-logam:
H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);
2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 – 300 atm., kat = ZnO, Cr 2 O 3).
Hidrogen masuk ke dalam reaksi hidrogenasi dengan senyawa organik golongan sikloalkana, alkena, arena, aldehida dan keton, dll. Semua reaksi ini dilakukan dengan pemanasan, di bawah tekanan, menggunakan platina atau nikel sebagai katalis:
CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3 ;
C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12 ;
C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8 ;
CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;
CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3 .
Hidrogen sebagai oksidator(H 2 +2e → 2H -) muncul dalam reaksi dengan basa dan logam alkali tanah. Dalam hal ini, hidrida terbentuk - senyawa ionik kristal di mana hidrogen menunjukkan bilangan oksidasi -1.
2Na +H 2 ↔ 2NaH (t, hal).
Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).
Sifat fisik hidrogen
Hidrogen adalah gas ringan, tidak berwarna, tidak berbau, berdensitas pada kondisi sekitar. – 0,09 g/l, 14,5 kali lebih ringan dari udara, t mendidih = -252.8C, t pl = - 259.2C. Hidrogen sulit larut dalam air dan pelarut organik, sangat larut dalam beberapa logam: nikel, paladium, platinum.
Menurut kosmokimia modern, hidrogen adalah unsur paling umum di alam semesta. Bentuk utama keberadaan hidrogen di luar angkasa– atom individu. Hidrogen adalah unsur paling melimpah ke-9 di Bumi di antara semua unsur. Jumlah utama hidrogen di Bumi dalam keadaan terikat - dalam komposisi air, minyak, gas alam, batu bara dll. Hidrogen jarang ditemukan dalam bentuk zat sederhana - dalam komposisi gas vulkanik.
Produksi hidrogen
Ada metode laboratorium dan industri untuk memproduksi hidrogen. Metode laboratorium meliputi interaksi logam dengan asam (1), serta interaksi aluminium dengan larutan alkali dalam air (2). Di antara metode industri dalam produksi hidrogen, elektrolisis larutan alkali dan garam (3) dan konversi metana (4) memainkan peran penting:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);
CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Jika 23,8 g logam timah bereaksi berlebih dari asam klorida hidrogen dilepaskan dalam jumlah yang cukup untuk memperoleh 12,8 g logam tembaga Tentukan bilangan oksidasi timah pada senyawa yang dihasilkan. |
| Larutan | Berdasarkan struktur elektronik atom timah (...5s 2 5p 2), kita dapat menyimpulkan bahwa timah mempunyai dua bilangan oksidasi - +2, +4. Berdasarkan hal ini, kami membuat persamaan untuk reaksi yang mungkin terjadi: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3). Mari kita cari jumlah zat tembaga: v(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 12,8/64 = 0,2 mol. Menurut persamaan 3, jumlah zat hidrogen: v(H 2) = v(Cu) = 0,2 mol. Mengetahui massa timah, kita menemukan jumlah zatnya: v(Sn) = m(Sn)/M(Sn) = 23,8/119 = 0,2 mol. Mari kita bandingkan jumlah zat timah dan hidrogen menurut persamaan 1 dan 2 dan menurut kondisi soal: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (persamaan 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (persamaan 2); v(Sn): v(H 2) = 0,2:0,2 = 1:1 (kondisi masalah). Oleh karena itu, timah bereaksi dengan asam klorida menurut persamaan 1 dan bilangan oksidasi timah adalah +2. |
| Menjawab | Bilangan oksidasi timah adalah +2. |
CONTOH 2
| Latihan | Gas yang dilepaskan melalui aksi 2,0 g seng per 18,7 ml asam klorida 14,6% (kepadatan larutan 1,07 g/ml) dilewatkan ketika dipanaskan lebih dari 4,0 g tembaga (II) oksida. Berapa massa campuran padat yang dihasilkan? |
| Larutan | Ketika seng bereaksi dengan asam klorida, hidrogen dilepaskan: Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (1), yang bila dipanaskan akan mereduksi tembaga(II) oksida menjadi tembaga(2): CuO + H 2 = Cu + H 2 O. Mari kita cari jumlah zat pada reaksi pertama: m(larutan HCl) = 18,7. 1,07 = 20,0 gram; m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 gram; v(HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. Persediaan seng terbatas, sehingga jumlah hidrogen yang dilepaskan adalah: v(H 2) = v(Zn) = 0,031 mol. Pada reaksi kedua, persediaan hidrogen terbatas karena: v(СuО) = 4,0/80 = 0,05 mol. Akibat reaksi tersebut, 0,031 mol CuO akan berubah menjadi 0,031 mol Cu, dan kehilangan massanya menjadi: m(СuО) – m(Сu) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 gram. Massa campuran padat CuO dan Cu setelah melewati hidrogen adalah: 4,0-0,5 = 3,5 gram. |
| Menjawab | Massa campuran padat CuO dan Cu adalah 3,5 g. |
Hidrogen adalah unsur pertama dalam Tabel periodik unsur kimia, mempunyai nomor atom 1 dan relatif massa atom 1.0079. Apa sifat fisik hidrogen?
Sifat fisik hidrogen
Diterjemahkan dari bahasa Latin, hidrogen berarti “melahirkan air.” Pada tahun 1766, ilmuwan Inggris G. Cavendish mengumpulkan “udara yang mudah terbakar” yang dilepaskan ketika asam bekerja pada logam dan mulai mempelajari sifat-sifatnya. Pada tahun 1787, A. Lavoisier mendefinisikan “udara yang mudah terbakar” ini sebagai udara baru unsur kimia, yang merupakan bagian dari air.
Beras. 1.A.Lavoisier.
Hidrogen memiliki 2 isotop stabil - protium dan deuterium, serta satu isotop radioaktif - tritium, yang jumlahnya sangat kecil di planet kita.
Hidrogen adalah unsur paling melimpah di ruang angkasa. Matahari dan sebagian besar bintang memiliki hidrogen sebagai unsur utamanya. Gas ini juga ditemukan dalam air, minyak, dan gas alam. Total kandungan hidrogen di Bumi adalah 1%.
Beras. 2. Rumus hidrogen.
Sebuah atom zat ini mengandung inti dan satu elektron. Ketika hidrogen kehilangan elektron, ia membentuk ion bermuatan positif, yaitu ion bermuatan positif sifat logam. Tetapi atom hidrogen juga tidak hanya mampu kehilangan, tetapi juga memperoleh elektron. Dalam hal ini sangat mirip dengan halogen. Oleh karena itu, hidrogen dalam Tabel Periodik termasuk dalam golongan I dan VII. Sifat non-logam hidrogen lebih menonjol.
Molekul hidrogen terdiri dari dua atom yang dihubungkan oleh ikatan kovalen
Dalam kondisi normal, hidrogen adalah unsur gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ini 14 kali lebih ringan dari udara, dan titik didihnya -252,8 derajat Celcius.
Tabel “Sifat fisik hidrogen”
Kecuali properti fisik Hidrogen juga memiliki sejumlah sifat kimia. Hidrogen, ketika dipanaskan atau di bawah pengaruh katalis, bereaksi dengan logam dan non-logam, belerang, selenium, telurium, dan juga dapat mereduksi oksida dari banyak logam.
Produksi hidrogen
Dari metode industri untuk memproduksi hidrogen (kecuali elektrolisis larutan garam berair), hal-hal berikut harus diperhatikan:
- melewatkan uap air melalui batubara panas pada suhu 1000 derajat:
- konversi metana dengan uap air pada suhu 900 derajat:
CH 4 +2H 2 O=CO 2 +4H 2
Skema generalisasi "HIDROGEN"
SAYA. Hidrogen adalah unsur kimiaa) Posisi di PSHE
- nomor seri No.1
- periode 1
- kelompok I (subgrup utama “A”)
- massa relatif Ar(H)=1
- Nama latin Hydrogenium (melahirkan air)
b) Prevalensi hidrogen di alam
|
Hidrogen adalah unsur kimia. |
Di kerak bumi(litosfer dan hidrosfer) – 1% berat (Tempat ke-10 di antara semua elemen) |
|
SUASANA - 0,0001% berdasarkan jumlah atom |
|
|
Unsur paling umum di alam semesta – 92% dari semua atom (utama komponen bintang dan gas antarbintang) |
|
Hidrogen adalah bahan kimia elemen |
Dalam koneksi |
H 2 O - air(11% berdasarkan berat) |
|
CH 4 – gas metana(25% berat) |
||
|
Bahan organik (minyak, gas alam yang mudah terbakar dan lain-lain) Pada organisme hewan dan tumbuhan(yaitu, di komposisi protein, asam nukleat, lemak, karbohidrat dan lain-lain) Di dalam tubuh manusia rata-rata mengandung sekitar 7 kilogram hidrogen. |
c) Valensi hidrogen dalam senyawa
II. Hidrogen adalah zat sederhana (H 2)
Kuitansi
|
1. Laboratorium (alat Kipp) A) Interaksi logam dengan asam: Zn+ 2HCl = ZnCl 2 + H 2 garam B) Interaksi logam aktif dengan air: 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 basis |
|
2. Industri · Elektrolisis air surel saat ini 2H 2 O =2H 2 + O 2 · Dari gas alam t, Ni CH 4 + 2H 2 O=4H 2 +CO 2 |
Menemukan hidrogen di alam.
Hidrogen tersebar luas di alam, kandungannya di kerak bumi (litosfer dan hidrosfer) adalah 1% berdasarkan massa dan 16% berdasarkan jumlah atom. Hidrogen adalah bagian dari zat yang paling melimpah di Bumi - air (11,19% massa Hidrogen), dalam komposisi senyawa yang membentuk batu bara, minyak, gas alam, tanah liat, serta organisme hewan dan tumbuhan (yaitu, dalam komposisi protein, asam nukleat, lemak, karbohidrat dan lain-lain). Hidrogen sangat langka dalam keadaan bebasnya; ia ditemukan dalam jumlah kecil di gas vulkanik dan gas alam lainnya. Hidrogen bebas dalam jumlah kecil (0,0001% berdasarkan jumlah atom) terdapat di atmosfer. Di ruang dekat Bumi, Hidrogen dalam bentuk aliran proton membentuk sabuk radiasi internal (“proton”) Bumi. Di luar angkasa, Hidrogen merupakan unsur yang paling melimpah. Dalam bentuk plasma, ia membentuk sekitar setengah massa Matahari dan sebagian besar bintang, sebagian besar gas di medium antarbintang dan nebula gas. Hidrogen terdapat di atmosfer sejumlah planet dan komet dalam bentuk H 2 bebas, metana CH 4, amonia NH 3, air H 2 O, dan radikal. Dalam bentuk aliran proton, Hidrogen merupakan bagian dari radiasi sel darah Matahari dan sinar kosmik.
Ada tiga isotop hidrogen:
a) hidrogen ringan - protium,
b) hidrogen berat – deuterium (D),
c) hidrogen superberat – tritium (T).
Tritium merupakan isotop (radioaktif) yang tidak stabil, sehingga praktis tidak pernah ditemukan di alam. Deuterium stabil, tetapi ukurannya sangat kecil: 0,015% (dari massa seluruh hidrogen terestrial).
Valensi hidrogen dalam senyawa
Dalam senyawa, hidrogen menunjukkan valensi SAYA.
Sifat fisik hidrogen
Zat sederhana hidrogen (H 2) berupa gas, lebih ringan dari udara, tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, titik didih = – 253 0 C, hidrogen tidak larut dalam air, mudah terbakar. Hidrogen dapat dikumpulkan dengan memindahkan udara dari tabung reaksi atau air. Dalam hal ini, tabung reaksi harus dibalik.
Produksi hidrogen
Di laboratorium, hidrogen dihasilkan sebagai hasil reaksi
Zn + H 2 JADI 4 = ZnSO 4 + H 2.
Alih-alih seng, Anda bisa menggunakan besi, aluminium, dan beberapa logam lainnya, dan sebagai pengganti asam sulfat, Anda bisa menggunakan beberapa asam encer lainnya. Hidrogen yang dihasilkan dikumpulkan dalam tabung reaksi dengan menggantikan air (lihat Gambar 10.2 b) atau hanya dalam labu terbalik (Gambar 10.2 a).
Dalam industri, hidrogen diproduksi dalam jumlah besar dari gas alam (terutama metana) dengan mereaksikannya dengan uap air pada suhu 800 °C dengan adanya katalis nikel:
CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 (t, Ni)
atau mengolah batubara pada suhu tinggi dengan uap air:
2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2. (T)
Hidrogen murni diperoleh dari air dengan menguraikannya sengatan listrik(mengalami elektrolisis):
2H 2 O = 2H 2 + O 2 (elektrolisis).
Karakteristik elemen s
Blok elemen s mencakup 13 elemen, yang umumnya merupakan pembentukan tingkat energi eksternal pada atom sublevel snya.
Meskipun hidrogen dan helium diklasifikasikan sebagai unsur s, karena sifat spesifiknya, keduanya harus dipertimbangkan secara terpisah. Hidrogen, natrium, kalium, magnesium, kalsium adalah elemen penting.
Senyawa unsur s menunjukkan pola umum sifat-sifatnya, yang dijelaskan oleh kesamaan struktur elektronik atom-atomnya. Semua elektron terluar merupakan elektron valensi dan berperan dalam pembentukan ikatan kimia. Oleh karena itu, bilangan oksidasi maksimum unsur-unsur ini dalam senyawa adalah sama dengan nomor elektron pada lapisan terluar dan sama dengan jumlah golongan dimana unsur tersebut berada. Bilangan oksidasi logam berelemen s selalu positif. Ciri lainnya adalah setelah elektron pada lapisan terluar dipisahkan, ion dengan kulit gas mulia tetap ada. Ketika meningkat nomor seri unsur, jari-jari atom, energi ionisasi berkurang (dari 5,39 eV y Li menjadi 3,83 eV y Fr), dan aktivitas reduksi unsur meningkat.
Sebagian besar senyawa unsur s tidak berwarna (tidak seperti senyawa unsur d), karena transisi elektron d dari elektron rendah tingkat energi ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Senyawa unsur golongan IA - IIA merupakan garam yang khas, dalam larutan berair hampir seluruhnya terdisosiasi menjadi ion dan tidak mengalami hidrolisis kation (kecuali garam Be 2+ dan Mg 2+).
kovalen ionik hidrogen hidrida
Kompleksasi tidak khas untuk ion unsur s. Kompleks kristal unsur s dengan ligan H 2 O-kristal hidrat telah dikenal sejak zaman dahulu, contoh: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-boraks, KAl (SO 4) 2 12H 2 O-alum. Molekul air dalam kristal hidrat dikelompokkan di sekitar kation, tetapi terkadang mengelilingi anion sepenuhnya. Karena muatan ionnya kecil dan jari-jari ionnya besar, logam alkali paling kecil kemungkinannya untuk membentuk kompleks, termasuk kompleks aqua. Sebagai agen pengompleks di senyawa kompleks Ion litium, berilium, dan magnesium memiliki stabilitas rendah.
Hidrogen. Sifat kimia hidrogen
Hidrogen adalah unsur s yang paling ringan. Miliknya konfigurasi elektronik dalam keadaan dasar 1S 1. Sebuah atom hidrogen terdiri dari satu proton dan satu elektron. Keunikan hidrogen adalah elektron valensinya terletak langsung di lingkup kerja inti atom. Hidrogen tidak memiliki lapisan elektron perantara, sehingga hidrogen tidak dapat dianggap sebagai analog elektronik logam alkali.
Seperti logam alkali, hidrogen adalah zat pereduksi dan menunjukkan bilangan oksidasi +1. Spektrum hidrogen mirip dengan spektrum logam alkali. Yang membuat hidrogen mirip dengan logam alkali adalah kemampuannya menghasilkan ion H+ yang terhidrasi dan bermuatan positif dalam larutan.
Seperti halogen, atom hidrogen kehilangan satu elektron. Hal ini menentukan keberadaan ion H - hidrida.
Selain itu, seperti atom halogen, atom hidrogen mempunyai ciri energi ionisasi yang tinggi (1312 kJ/mol). Dengan demikian, hidrogen menempati posisi khusus dalam Tabel Periodik Unsur.
Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta, jumlahnya mencapai setengah massa matahari dan sebagian besar bintang.
Di Matahari dan planet lain, hidrogen berada dalam keadaan atom, dalam medium antarbintang dalam bentuk molekul diatomik yang terionisasi sebagian.
Hidrogen memiliki tiga isotop; protium 1 H, deuterium 2 D dan tritium 3 T, dan tritium adalah isotop radioaktif.
Molekul hidrogen dibedakan berdasarkan kekuatan tinggi dan kemampuan polarisasi rendah, ukuran kecil dan massa rendah, serta memiliki mobilitas tinggi. Oleh karena itu, hidrogen mempunyai peranan yang sangat penting suhu rendah meleleh (-259,2 o C) dan mendidih (-252,8 o C). Karena energi disosiasi yang tinggi (436 kJ/mol), peluruhan molekul menjadi atom terjadi pada suhu di atas 2000 o C. Hidrogen merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ia memiliki kepadatan rendah - 8,99·10 -5 g/cm Pada tekanan yang sangat tinggi, hidrogen berubah menjadi bentuk logam. Hal ini diyakini terjadi di planet yang jauh tata surya- Di Jupiter dan Saturnus, hidrogen berada dalam bentuk logam. Ada anggapan bahwa komposisi inti bumi juga mengandung hidrogen metalik, yang ditemukan pada tekanan sangat tinggi yang diciptakan oleh mantel bumi.
Sifat kimia. Pada suhu kamar, molekul hidrogen hanya bereaksi dengan fluor, jika disinari dengan cahaya - dengan klorin dan brom, dan ketika dipanaskan dengan O 2, S, Se, N 2, C, I 2.
Reaksi hidrogen dengan oksigen dan halogen berlangsung melalui mekanisme radikal.
Interaksi dengan klorin merupakan contoh reaksi tidak bercabang bila disinari dengan cahaya (aktivasi fotokimia) atau bila dipanaskan (aktivasi termal).
Сl+ H2 = HCl + H (perkembangan rantai)
H+ Cl 2 = HCl + Cl
Ledakan gas yang meledak - campuran hidrogen-oksigen - adalah contoh proses rantai bercabang, ketika permulaan rantai tidak hanya mencakup satu, tetapi beberapa tahap:
H 2 + O 2 = 2OH
H+ O2 = OH+O
O+ H2 = OH+ H
OH + H 2 = H 2 O + H
Proses ledakan dapat dihindari jika Anda bekerja dengan hidrogen murni.
Karena hidrogen mempunyai sifat oksidasi positif (+1) dan negatif (-1), hidrogen dapat menunjukkan sifat reduksi dan pengoksidasi.
Sifat pereduksi hidrogen muncul ketika berinteraksi dengan non-logam:
H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g),
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g),
Reaksi ini berlangsung dengan pelepasan sejumlah besar panas, yang menunjukkan tingginya energi (kekuatan) ikatan H-Cl, H-O. Oleh karena itu, hidrogen menunjukkan sifat pereduksi terhadap banyak oksida dan halida, misalnya:
Hal inilah yang menjadi dasar penggunaan hidrogen sebagai zat pereduksi untuk memperolehnya zat sederhana dari oksida halida.
Agen pereduksi yang lebih kuat lagi adalah atom hidrogen. Ini terbentuk dari pelepasan elektron molekuler di bawah kondisi tekanan rendah.
Hidrogen memiliki aktivitas reduksi yang tinggi pada saat pelepasan selama interaksi logam dengan asam. Hidrogen ini mereduksi CrCl 3 menjadi CrCl 2:
2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^
Interaksi hidrogen dengan nitrogen oksida (II) penting:
2NO + 2H2 = N2 + H2O
Digunakan dalam sistem pemurnian untuk produksi asam nitrat.
Sebagai zat pengoksidasi, hidrogen berinteraksi dengan logam aktif:
Dalam hal ini, hidrogen berperilaku seperti halogen, bentuknya mirip dengan halida hidrida.
Hidrida unsur s golongan I mempunyai struktur ionik tipe NaCl. Secara kimia, hidrida ionik berperilaku seperti senyawa basa.
Hidrida kovalen meliputi hidrida unsur nonlogam yang kurang elektronegatif dibandingkan hidrogen itu sendiri, misalnya hidrida dengan komposisi SiH 4, BH 3, CH 4. Secara kimiawi, hidrida non-logam adalah senyawa asam.
Ciri khas hidrolisis hidrida adalah pelepasan hidrogen; reaksi berlangsung melalui mekanisme redoks.
Hidrida dasar
Asam hidrida
Karena pelepasan hidrogen, hidrolisis berlangsung sempurna dan ireversibel (?H<0, ?S>0). Dalam hal ini, hidrida basa membentuk basa, dan hidrida asam membentuk asam.
Potensi standar sistem adalah B. Oleh karena itu, ion H merupakan zat pereduksi kuat.
Di laboratorium, hidrogen diproduksi dengan mereaksikan seng dengan asam sulfat 20% dalam peralatan Kipp.
Seng teknis sering kali mengandung sedikit pengotor arsenik dan antimon, yang direduksi oleh hidrogen pada saat dilepaskan menjadi gas beracun: arsine SbH 3 dan stable SbH Hidrogen ini dapat meracuni Anda. Dengan seng murni secara kimia, reaksi berlangsung lambat karena tegangan lebih dan arus hidrogen yang baik tidak dapat diperoleh. Laju reaksi ini ditingkatkan dengan menambahkan kristal tembaga sulfat; reaksi dipercepat dengan pembentukan pasangan galvanik Cu-Zn.
Hidrogen yang lebih murni dibentuk oleh aksi alkali pada silikon atau aluminium ketika dipanaskan:
Dalam industri, hidrogen murni diperoleh melalui elektrolisis air yang mengandung elektrolit (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2).
Hidrogen dalam jumlah besar dihasilkan sebagai produk sampingan selama elektrolisis larutan berair natrium klorida dengan diafragma yang memisahkan ruang katoda dan anoda,
Jumlah hidrogen terbesar diperoleh dengan gasifikasi bahan bakar padat (antrasit) dengan uap air super panas:
Atau dengan konversi gas alam (metana) dengan uap super panas:
Campuran yang dihasilkan (gas sintesis) digunakan dalam produksi banyak senyawa organik. Hasil hidrogen dapat ditingkatkan dengan melewatkan gas sintesis melalui katalis, yang mengubah CO menjadi CO 2 .
Aplikasi. Sejumlah besar hidrogen dikonsumsi dalam sintesis amonia. Untuk produksi hidrogen klorida dan asam klorida, untuk hidrogenasi lemak nabati, untuk reduksi logam (Mo, W, Fe) dari oksida. Api hidrogen-oksigen digunakan untuk pengelasan, pemotongan dan peleburan logam.
Hidrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket. Bahan bakar hidrogen adalah ramah lingkungan dan lebih boros energi dibandingkan bensin, sehingga di masa depan dapat menggantikan produk minyak bumi. Saat ini, beberapa ratus mobil di dunia menggunakan bahan bakar hidrogen. Masalah energi hidrogen terkait dengan penyimpanan dan transportasi hidrogen. Hidrogen disimpan di kapal tanker bawah tanah dalam keadaan cair di bawah tekanan 100 atm. Mengangkut hidrogen cair dalam jumlah besar menimbulkan risiko serius.
