Hidrógeno H es un elemento químico, uno de los más comunes en nuestro Universo. La masa de hidrógeno como elemento en la composición de las sustancias es el 75% del contenido total de átomos de otro tipo. Está incluido en la conexión más importante y vital del planeta: el agua. Una característica distintiva del hidrógeno es también que es el primer elemento en el sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev.
Descubrimiento y exploración
Las primeras referencias al hidrógeno en los escritos de Paracelso datan del siglo XVI. Pero su aislamiento de la mezcla gaseosa del aire y el estudio de las propiedades combustibles ya fueron realizados en el siglo XVII por el científico Lemery. El hidrógeno fue estudiado a fondo por el químico, físico y naturalista inglés Henry Cavendish, quien demostró experimentalmente que la masa del hidrógeno es la más pequeña en comparación con otros gases. En las etapas posteriores del desarrollo de la ciencia, muchos científicos trabajaron con él, en particular Lavoisier, quien lo llamó "dar a luz agua".
Característica según puesto en el PSHE
Elemento que abretabla periódica de D. I. Mendeleev, es hidrógeno. Las propiedades físicas y químicas del átomo muestran cierta dualidad, ya que el hidrógeno se asigna simultáneamente al primer grupo, el subgrupo principal, si se comporta como un metal y cede un solo electrón en el proceso de una reacción química, y al séptimo - en el caso de llenado completo de la capa de valencia, es decir, recepción de partículas negativas, que lo caracteriza como similar a los halógenos.
Características de la estructura electrónica del elemento
Las propiedades del átomo de hidrógeno, las sustancias complejas de las que forma parte y la sustancia más simple H2 están determinadas principalmente por la configuración electrónica del hidrógeno. La partícula tiene un electrón con Z=(-1), que gira en su órbita alrededor del núcleo, conteniendo un protón con unidad de masa y carga positiva (+1). Su configuración electrónica se escribe como 1s1, lo que significa la presencia de una partícula negativa en el primer y único orbital s del hidrógeno.
Cuando se desprende o se cede un electrón, y un átomo de este elemento tiene tal propiedad que se relaciona con los metales, se obtiene un catión. De hecho, el ion hidrógeno es una partícula elemental positiva. Por lo tanto, un hidrógeno desprovisto de un electrón se denomina simplemente protón.
Propiedades físicas
Si describimos brevemente las propiedades físicas del hidrógeno, entonces es un gas incoloro, ligeramente soluble con una masa atómica relativa igual a 2, 14,5 veces más ligero que el aire, con una temperaturalicuefacción de -252,8 grados centígrados.
Puedes ver fácilmente por experiencia que H2 es el más fácil. Para hacer esto, basta con llenar tres bolas con varias sustancias (hidrógeno, dióxido de carbono, aire común) y liberarlas simultáneamente de su mano. El que está lleno de CO2 llegará al suelo más rápido que nadie, después descenderá la mezcla de aire inflado y el que contiene H2 se elevará hasta el techo.
La pequeña masa y tamaño de las partículas de hidrógeno justifican su capacidad para penetrar a través de diversas sustancias. En el ejemplo de la misma pelota, esto es fácil de comprobar, en un par de días se desinflará sola, ya que el gas simplemente atravesará la goma. Además, el hidrógeno puede acumularse en la estructura de algunos metales (paladio o platino) y evaporarse cuando aumenta la temperatura.
La propiedad de baja solubilidad del hidrógeno se utiliza en la práctica de laboratorio para su aislamiento por el método de desplazamiento de agua. Las propiedades físicas del hidrógeno (la siguiente tabla contiene los principales parámetros) determinan el alcance de su aplicación y los métodos de producción.
| Parámetro de un átomo o molécula de una sustancia simple | Significado |
| Masa atómica (masa molar) | 1,008 g/mol |
| Configuración electrónica | 1s1 |
| Retícula cristalina | hexagonal |
| Conductividad térmica | (300 K) 0,1815 W/(m·K) |
| Densidad en n. y. | 0, 08987 gr/l |
| Punto de ebullición | -252, 76 °C |
| Poder calorífico específico | 120, 9 106 J/kg |
| Punto de fusión | -259, 2 °C |
| Solubilidad en agua | 18, 8ml/L |
Composición isotópica
Como muchos otros representantes del sistema periódico de elementos químicos, el hidrógeno tiene varios isótopos naturales, es decir, átomos con el mismo número de protones en el núcleo, pero diferente número de neutrones: partículas con carga cero y unidad masa. Ejemplos de átomos que tienen esta propiedad son el oxígeno, el carbono, el cloro, el bromo y otros, incluidos los radiactivos.
Las propiedades físicas del hidrógeno 1H, el más común de los representantes de este grupo, difieren significativamente de las mismas características de sus contrapartes. En particular, difieren las características de las sustancias en las que se incluyen. Entonces, hay agua ordinaria y deuterada, que contiene en su composición en lugar de un átomo de hidrógeno con un solo protón, deuterio 2H - su isótopo con dos partículas elementales: positiva y sin carga. Este isótopo es dos veces más pesado que el hidrógeno ordinario, lo que explica la diferencia fundamental en las propiedades de los compuestos que forman. En la naturaleza, el deuterio es 3200 veces más raro que el hidrógeno. El tercer representante es el tritio 3Н, en el núcleo tiene dos neutrones y un protón.
Métodos de obtención y selección
Los métodos industriales y de laboratorio para producir hidrógeno son muy diferentes. Sí, en pequeñas cantidades.el gas se produce principalmente a través de reacciones que involucran minerales, mientras que la producción a gran escala utiliza síntesis orgánica en mayor medida.
En el laboratorio se utilizan las siguientes interacciones químicas:
- La reacción de metales alcalinos y alcalinotérreos con agua para formar álcali y el gas deseado.
- La electrólisis de una solución electrolítica acuosa, H2↑ se libera en el ánodo y el oxígeno se libera en el cátodo.
- Descomposición de hidruros de metales alcalinos con agua, los productos son álcalis y, en consecuencia, H gas2↑.
- Reacción de ácidos diluidos con metales para formar sales y H2↑.
- La acción de los álcalis sobre el silicio, el aluminio y el zinc también promueve la liberación de hidrógeno en paralelo con la formación de sales complejas.
En intereses industriales, el gas se obtiene por métodos como:
- Descomposición térmica del metano en presencia de un catalizador a sus sustancias constituyentes simples (350 grados alcanza el valor de un indicador como la temperatura) - hidrógeno H2↑ y carbono C.
- Pasar agua vaporizada a través de coque a 1000 grados centígrados para formar dióxido de carbono CO2 y H2↑ (el método más común)
- Conversión de metano gaseoso en un catalizador de níquel a temperaturas que alcanzan los 800 grados.
- El hidrógeno es un subproducto de la electrólisis de soluciones acuosas de cloruros de potasio o sodio.
Químicointeracciones: generalidades
Las propiedades físicas del hidrógeno explican en gran medida su comportamiento en los procesos de reacción con uno u otro compuesto. La valencia del hidrógeno es 1, ya que se ubica en el primer grupo de la tabla periódica, y el grado de oxidación muestra otro diferente. En todos los compuestos, excepto los hidruros, el hidrógeno en so=(1+), en moléculas como ХН, ХН2, ХН3 – (1 -).
Una molécula de gas hidrógeno, formada mediante la creación de un par de electrones generalizado, consta de dos átomos y es bastante estable energéticamente, por lo que en condiciones normales es algo inerte y entra en reacciones cuando cambian las condiciones normales. Dependiendo del grado de oxidación del hidrógeno en la composición de otras sustancias, puede actuar tanto como agente oxidante como reductor.
Sustancias con las que reacciona y forma hidrógeno
Interacciones elementales para formar sustancias complejas (a menudo a temperaturas elevadas):
- Metal alcalino y alcalinotérreo + hidrógeno=hidruro.
- Halógeno + H2=halogenuro de hidrógeno.
- Azufre + hidrógeno=sulfuro de hidrógeno.
- Oxígeno + H2=agua.
- Carbono + hidrógeno=metano.
- Nitrógeno + H2=amoníaco.
Interacción con sustancias complejas:
- Producir gas de síntesis a partir de monóxido de carbono e hidrógeno.
- Recuperación de metales a partir de sus óxidos mediante H2.
- Saturación de hidrógeno de alifáticos insaturadoshidrocarburos.
Enlace de hidrógeno
Las propiedades físicas del hidrógeno son tales que le permiten, al estar en combinación con un elemento electronegativo, formar un tipo especial de enlace con el mismo átomo de moléculas vecinas que tienen pares de electrones no compartidos (por ejemplo, oxígeno, nitrógeno y flúor). El ejemplo más claro sobre el que es mejor considerar tal fenómeno es el agua. Se puede decir que está unido con enlaces de hidrógeno, que son más débiles que los covalentes o iónicos, pero debido a que hay muchos de ellos, tienen un efecto significativo en las propiedades de la sustancia. Esencialmente, el enlace de hidrógeno es una interacción electrostática que une las moléculas de agua en dímeros y polímeros, dando lugar a su alto punto de ebullición.
Hidrógeno en compuestos minerales
La composición de todos los ácidos inorgánicos incluye un protón, un catión de un átomo como el hidrógeno. Una sustancia cuyo residuo ácido tiene un estado de oxidación mayor que (-1) se denomina compuesto polibásico. Contiene varios átomos de hidrógeno, lo que hace que la disociación en soluciones acuosas sea multietapa. Cada protón subsiguiente se separa del resto del ácido cada vez con más dificultad. Por el contenido cuantitativo de hidrógenos en el medio, se determina su acidez.
El hidrógeno también contiene grupos hidroxilo de bases. En ellos, el hidrógeno está unido a un átomo de oxígeno, por lo que el estado de oxidación de este residuo alcalino es siempre igual a (-1). El contenido de hidroxilos en el medio determina su basicidad.
Aplicación en actividades humanas
Los cilindros con una sustancia, así como los recipientes con otros gases licuados, como el oxígeno, tienen un aspecto específico. Están pintados de verde oscuro con letras rojas brillantes de "Hidrógeno". Se bombea gas a un cilindro a una presión de unas 150 atmósferas. Las propiedades físicas del hidrógeno, en particular la ligereza del estado gaseoso de agregación, se aprovechan para llenarlo en una mezcla con globos de helio, globos, etc.
El hidrógeno, cuyas propiedades físicas y químicas la gente aprendió a usar hace muchos años, se usa actualmente en muchas industrias. La mayor parte se destina a la producción de amoníaco. El hidrógeno también participa en la producción de metales (hafnio, germanio, galio, silicio, molibdeno, tungsteno, zirconio y otros) a partir de óxidos, actuando en la reacción como agente reductor, ácidos cianhídrico y clorhídrico, alcohol metílico y líquido artificial. Gasolina. La industria alimentaria lo utiliza para convertir los aceites vegetales en grasas sólidas.
Determiné las propiedades químicas y el uso del hidrógeno en diversos procesos de hidrogenación e hidrogenación de grasas, carbones, hidrocarburos, aceites y fuel oil. Con su ayuda, se fabrican piedras preciosas, lámparas incandescentes, se forjan y se sueldan productos metálicos bajo la influencia de una llama de oxígeno e hidrógeno.
