Ia memiliki posisi spesifiknya sendiri dalam tabel periodik, yang mencerminkan sifat-sifat yang ditunjukkannya dan berbicara tentang struktur elektroniknya. Namun di antara semuanya ada satu atom khusus yang menempati dua sel sekaligus. Ia berada dalam dua kelompok unsur yang sifat-sifatnya sangat berlawanan. Ini adalah hidrogen. Fitur-fitur tersebut menjadikannya unik.

Hidrogen bukan hanya sekedar unsur, tetapi juga zat sederhana, serta merupakan bagian integral dari banyak senyawa kompleks, unsur biogenik dan organogenik. Oleh karena itu, mari kita perhatikan ciri-ciri dan sifat-sifatnya lebih detail.

Hidrogen sebagai unsur kimia

Hidrogen merupakan unsur golongan pertama subkelompok utama, serta unsur golongan ketujuh dari subkelompok utama pada periode minor pertama. Periode ini hanya terdiri dari dua atom: helium dan unsur yang sedang kita pertimbangkan. Mari kita uraikan ciri-ciri utama posisi hidrogen dalam tabel periodik.

1. Nomor atom hidrogen adalah 1, jumlah elektronnya sama, dan jumlah protonnya sama. Massa atom - 1,00795. Ada tiga isotop unsur ini dengan nomor massa 1, 2, 3. Namun, sifat masing-masing isotop sangat berbeda, karena peningkatan massa bahkan sebesar satu untuk hidrogen akan langsung berlipat ganda.
2. Fakta bahwa ia hanya mengandung satu elektron pada permukaan luarnya memungkinkannya berhasil menunjukkan sifat pengoksidasi dan pereduksi. Selain itu, setelah menyumbangkan elektron, ia tetap berada dalam orbital bebas, yang berperan dalam pembentukan ikatan kimia sesuai dengan mekanisme donor-akseptor.
3. Hidrogen adalah zat pereduksi kuat. Oleh karena itu, tempat utamanya dianggap sebagai kelompok pertama dari subkelompok utama, yang mengepalai logam paling aktif - alkali.
4. Namun, ketika berinteraksi dengan zat pereduksi kuat, seperti logam, ia juga dapat menjadi zat pengoksidasi dengan menerima elektron. Senyawa ini disebut hidrida. Menurut fitur ini, ia mengepalai subkelompok halogen yang serupa.
5. Karena massa atomnya yang sangat kecil, hidrogen dianggap sebagai unsur paling ringan. Selain itu, kepadatannya juga sangat rendah sehingga juga menjadi patokan ringan.

Jadi, jelaslah bahwa atom hidrogen adalah unsur yang sepenuhnya unik, tidak seperti semua unsur lainnya. Oleh karena itu, sifat-sifatnya juga istimewa, dan zat sederhana dan kompleks yang terbentuk sangatlah penting. Mari kita pertimbangkan lebih jauh.

Substansi sederhana

Jika kita berbicara tentang unsur ini sebagai molekul, maka kita harus mengatakan bahwa unsur ini bersifat diatomik. Artinya, hidrogen (zat sederhana) adalah gas. Rumus empirisnya akan dituliskan sebagai H2, dan rumus grafisnya akan ditulis melalui hubungan sigma tunggal H-H. Mekanisme pembentukan ikatan antar atom bersifat kovalen nonpolar.

1. Reformasi uap metana.
2. Gasifikasi batubara - prosesnya melibatkan pemanasan batubara hingga 1000 0 C, menghasilkan pembentukan hidrogen dan batubara karbon tinggi.
3. Elektrolisa. Metode ini hanya dapat digunakan untuk larutan berbagai garam dalam air, karena lelehannya tidak menyebabkan keluarnya air di katoda.

Metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen:

1. Hidrolisis hidrida logam.
2. Pengaruh asam encer terhadap logam aktif dan aktivitas sedang.
3. Interaksi logam alkali dan alkali tanah dengan air.

Untuk mengumpulkan hidrogen yang dihasilkan, Anda harus memegang tabung reaksi dalam posisi terbalik. Bagaimanapun, gas ini tidak dapat dikumpulkan dengan cara yang sama seperti karbon dioksida, misalnya. Ini adalah hidrogen, jauh lebih ringan dari udara. Ia menguap dengan cepat, dan meledak dalam jumlah besar bila bercampur dengan udara. Oleh karena itu, tabung reaksi harus dibalik. Setelah diisi harus ditutup dengan sumbat karet.

Untuk memeriksa kemurnian hidrogen yang dikumpulkan, Anda harus membawa korek api yang menyala ke leher. Jika tepukannya tumpul dan pelan, berarti gasnya bersih, dengan sedikit pengotor udara. Jika keras dan bersiul, berarti kotor, banyak mengandung komponen asing.

Area penggunaan

Ketika hidrogen dibakar, sejumlah besar energi (panas) dilepaskan sehingga gas ini dianggap sebagai bahan bakar yang paling menguntungkan. Apalagi ramah lingkungan. Namun, hingga saat ini penerapannya di bidang ini masih terbatas. Hal ini disebabkan oleh masalah sintesis hidrogen murni yang kurang dipahami dan belum terpecahkan, yang cocok untuk digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor, mesin dan perangkat portabel, serta boiler pemanas perumahan.

Memang cara memproduksi gas ini cukup mahal, sehingga perlu dikembangkan metode sintesis khusus terlebih dahulu. Salah satu yang memungkinkan Anda mendapatkan produk dalam volume besar dan biaya minimal.

Ada beberapa area utama di mana gas yang kami pertimbangkan digunakan.

1. Sintesis kimia. Hidrogenasi digunakan untuk memproduksi sabun, margarin, dan plastik. Dengan partisipasi hidrogen, metanol dan amonia, serta senyawa lainnya, disintesis.
2. Dalam industri makanan - sebagai aditif E949.
3. Industri penerbangan (ilmu roket, manufaktur pesawat terbang).
4. Industri tenaga listrik.
5. Meteorologi.
6. Bahan bakar ramah lingkungan.

Tentu saja, hidrogen sama pentingnya dengan ketersediaannya yang berlimpah di alam. Berbagai senyawa yang dibentuknya memainkan peran yang lebih besar.

Senyawa hidrogen

Ini adalah zat kompleks yang mengandung atom hidrogen. Ada beberapa jenis utama zat tersebut.

1. Hidrogen halida. Rumus umumnya adalah HHal. Yang paling penting di antaranya adalah hidrogen klorida. Ini adalah gas yang larut dalam air untuk membentuk larutan asam klorida. Asam ini banyak digunakan di hampir semua sintesis kimia. Apalagi baik organik maupun anorganik. Hidrogen klorida adalah senyawa dengan rumus empiris HCL dan merupakan salah satu produksi terbesar di negara kita setiap tahunnya. Hidrogen halida juga termasuk hidrogen iodida, hidrogen fluorida, dan hidrogen bromida. Semuanya membentuk asam yang sesuai.
2. Mudah menguap Hampir semuanya merupakan gas yang cukup beracun. Misalnya hidrogen sulfida, metana, silan, fosfin dan lain-lain. Pada saat yang sama, mereka sangat mudah terbakar.
3. Hidrida adalah senyawa dengan logam. Mereka termasuk dalam kelas garam.
4. Hidroksida: basa, asam dan senyawa amfoter. Mereka tentu mengandung atom hidrogen, satu atau lebih. Contoh : NaOH, K 2, H 2 SO 4 dan lain-lain.
5. Hidrogen hidroksida. Senyawa ini lebih dikenal dengan sebutan air. Nama lainnya adalah hidrogen oksida. Rumus empirisnya seperti ini - H 2 O.
6. Hidrogen peroksida. Ini adalah zat pengoksidasi kuat, rumusnya adalah H 2 O 2.
7. Berbagai senyawa organik: hidrokarbon, protein, lemak, lipid, vitamin, hormon, minyak atsiri dan lain-lain.

Jelaslah bahwa variasi senyawa dari unsur yang kita pertimbangkan sangatlah besar. Hal ini sekali lagi menegaskan pentingnya hal ini bagi alam dan manusia, serta bagi semua makhluk hidup.

- ini adalah pelarut terbaik

Seperti disebutkan di atas, nama umum zat ini adalah air. Terdiri dari dua atom hidrogen dan satu oksigen, dihubungkan melalui ikatan polar kovalen. Molekul air adalah dipol, hal ini menjelaskan banyak sifat yang ditunjukkannya. Secara khusus, ini adalah pelarut universal.

Di lingkungan perairan hampir semua proses kimia terjadi. Reaksi internal metabolisme plastik dan energi pada organisme hidup juga dilakukan dengan menggunakan hidrogen oksida.

Air dianggap sebagai zat terpenting di planet ini. Diketahui bahwa tidak ada organisme hidup yang dapat hidup tanpanya. Di Bumi, ia dapat berada dalam tiga keadaan agregasi:

• cairan;
• gas (uap);
• padat (es).

Tergantung pada isotop hidrogen yang membentuk molekul, ada tiga jenis air.

1. Ringan atau protium. Isotop dengan nomor massa 1. Rumusnya adalah H 2 O. Ini adalah bentuk yang biasa digunakan semua organisme.
2. Deuterium atau berat, rumusnya D 2 O. Mengandung isotop 2 H.
3. Super berat atau tritium. Rumusnya seperti T 3 O, isotopnya adalah 3 H.

Cadangan air protium segar di planet ini sangatlah penting. Saat ini sudah terjadi kekurangan pasokan di banyak negara. Metode sedang dikembangkan untuk mengolah air asin untuk menghasilkan air minum.

Hidrogen peroksida adalah obat universal

Senyawa ini, sebagaimana disebutkan di atas, merupakan zat pengoksidasi yang sangat baik. Namun, dengan perwakilan yang kuat dia juga bisa berperilaku sebagai pemulih. Selain itu, ia memiliki efek bakterisida yang nyata.

Nama lain senyawa ini adalah peroksida. Dalam bentuk inilah ia digunakan dalam pengobatan. Larutan 3% kristal hidrat dari senyawa yang dimaksud adalah obat medis yang digunakan untuk mengobati luka kecil dengan tujuan untuk mendisinfeksi luka tersebut. Namun, hal ini terbukti meningkatkan waktu penyembuhan luka.

Hidrogen peroksida juga digunakan dalam bahan bakar roket, dalam industri untuk desinfeksi dan pemutihan, dan sebagai bahan pembusa untuk produksi bahan yang sesuai (busa, misalnya). Selain itu, peroksida membantu membersihkan akuarium, memutihkan rambut, dan memutihkan gigi. Namun, hal ini menyebabkan kerusakan pada jaringan, sehingga tidak direkomendasikan oleh spesialis untuk tujuan ini.

Oksigen adalah unsur paling melimpah di Bumi. Bersama dengan nitrogen dan sejumlah kecil gas lainnya, oksigen bebas membentuk atmosfer bumi. Kandungannya di udara adalah 20,95% volume atau 23,15% massa. Di kerak bumi, 58% atom adalah atom oksigen terikat (47% massa). Oksigen merupakan bagian dari air (cadangan oksigen terikat di hidrosfer sangat besar), batuan, banyak mineral dan garam, dan ditemukan dalam lemak, protein dan karbohidrat yang menyusun organisme hidup. Hampir seluruh oksigen bebas di bumi tercipta dan diawetkan sebagai hasil proses fotosintesis.

Properti fisik.

Oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau, sedikit lebih berat dari udara. Ia sedikit larut dalam air (31 ml oksigen larut dalam 1 liter air pada suhu 20 derajat), tetapi masih lebih baik daripada gas atmosfer lainnya, sehingga air diperkaya dengan oksigen. Kepadatan oksigen dalam kondisi normal adalah 1,429 g/l. Pada suhu -183 0 C dan tekanan 101,325 kPa, oksigen berubah wujud menjadi cair. Oksigen cair berwarna kebiruan, tertarik ke medan magnet, dan pada suhu -218,7°C membentuk kristal biru.

Oksigen alami memiliki tiga isotop O 16, O 17, O 18.

Alotropi- kemampuan suatu unsur kimia untuk ada dalam bentuk dua atau lebih zat sederhana yang hanya berbeda dalam jumlah atom dalam molekul atau strukturnya.

Ozon O 3 – terdapat di lapisan atas atmosfer pada ketinggian 20-25 km dari permukaan bumi dan membentuk apa yang disebut “lapisan ozon”, yang melindungi bumi dari radiasi ultraviolet Matahari yang berbahaya; ungu pucat, gas beracun dalam jumlah banyak dengan bau yang spesifik, menyengat namun menyenangkan. Titik leleh -192,7 0 C, titik didih 111,9 0 C. Kita lebih baik melarutkan oksigen dalam air.

Ozon adalah oksidator kuat. Aktivitas oksidatifnya didasarkan pada kemampuan molekul untuk terurai dengan pelepasan atom oksigen:

Ini mengoksidasi banyak zat sederhana dan kompleks. Dengan beberapa logam membentuk ozonida, misalnya kalium ozonida:

K + O 3 = KO 3

Ozon diproduksi di perangkat khusus - ozonizer. Di dalamnya, di bawah pengaruh pelepasan listrik, oksigen molekuler diubah menjadi ozon:

Reaksi serupa terjadi di bawah pengaruh pelepasan petir.

Penggunaan ozon disebabkan oleh sifat pengoksidasinya yang kuat: ozon digunakan untuk memutihkan kain, mendisinfeksi air minum, dan dalam pengobatan sebagai disinfektan.

Menghirup ozon dalam jumlah banyak berbahaya karena mengiritasi selaput lendir mata dan organ pernapasan.

Sifat kimia.

Dalam reaksi kimia dengan atom unsur lain (kecuali fluor), oksigen hanya menunjukkan sifat pengoksidasi

Sifat kimia yang paling penting adalah kemampuannya membentuk oksida dengan hampir semua unsur. Pada saat yang sama, oksigen bereaksi langsung dengan sebagian besar zat, terutama bila dipanaskan.

Sebagai hasil dari reaksi-reaksi ini, biasanya oksida terbentuk, lebih jarang peroksida:

2Ca + O 2 = 2CaO

2Ba + O 2 = 2BaO

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Oksigen tidak berinteraksi langsung dengan halogen, emas, tetapi oksidanya diperoleh secara tidak langsung. Saat dipanaskan, belerang, karbon, dan fosfor terbakar dalam oksigen.

Interaksi oksigen dengan nitrogen hanya dimulai pada suhu 1200 0 C atau dalam pelepasan listrik:

N 2 + O 2 = 2TIDAK

Dengan hidrogen, oksigen membentuk air:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Selama reaksi ini, sejumlah besar panas dilepaskan.

Campuran dua volume hidrogen dengan satu volume oksigen meledak ketika dinyalakan; itu disebut gas peledak.

Banyak logam yang bersentuhan dengan oksigen di udara akan mengalami kerusakan - korosi. Beberapa logam dalam kondisi normal hanya teroksidasi dari permukaan (misalnya aluminium, kromium). Film oksida yang dihasilkan mencegah interaksi lebih lanjut.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

Dalam kondisi tertentu, zat kompleks juga berinteraksi dengan oksigen. Dalam hal ini, oksida terbentuk, dan dalam beberapa kasus, oksida dan zat sederhana.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

4NН 3 +ЗО 2 =2N 2 +6Н 2 О

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

Saat berinteraksi dengan zat kompleks, oksigen bertindak sebagai zat pengoksidasi. Properti pentingnya, kemampuan untuk mempertahankan pembakaran zat.

Oksigen juga membentuk senyawa dengan hidrogen - hidrogen peroksida H 2 O 2 - cairan transparan tidak berwarna dengan rasa astringen yang menyengat, sangat larut dalam air. Secara kimiawi, hidrogen peroksida adalah senyawa yang sangat menarik. Hal ini ditandai dengan stabilitas yang rendah: ketika didiamkan, ia perlahan terurai menjadi air dan oksigen:

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

Cahaya, panas, adanya basa, dan kontak dengan zat pengoksidasi atau pereduksi mempercepat proses dekomposisi. Bilangan oksidasi oksigen dalam hidrogen peroksida = - 1, mis. memiliki nilai perantara antara bilangan oksidasi oksigen dalam air (-2) dan oksigen molekuler (0), sehingga hidrogen peroksida menunjukkan dualitas redoks. Sifat pengoksidasi hidrogen peroksida jauh lebih menonjol daripada sifat pereduksi, dan sifat tersebut muncul dalam lingkungan asam, basa, dan netral.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O

Sifat kimia hidrogen

Dalam kondisi biasa, molekul Hidrogen relatif sedikit aktif, hanya berikatan langsung dengan non-logam yang paling aktif (dengan fluor, dan dalam cahaya dengan klor). Namun, ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan banyak unsur.

Hidrogen bereaksi dengan zat sederhana dan kompleks:

- Interaksi hidrogen dengan logam mengarah pada pembentukan zat kompleks - hidrida, dalam rumus kimianya atom logam selalu didahulukan:

Pada suhu tinggi, Hidrogen bereaksi secara langsung dengan beberapa logam(basa, alkali tanah dan lain-lain), membentuk zat kristal putih - hidrida logam (Li H, Na H, KH, CaH 2, dll.):

H 2 + 2Li = 2LiH

Hidrida logam mudah terurai oleh air untuk membentuk alkali dan hidrogen yang sesuai:

Ca H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

- Ketika hidrogen berinteraksi dengan non-logam senyawa hidrogen yang mudah menguap terbentuk. Dalam rumus kimia senyawa hidrogen yang mudah menguap, atom hidrogen dapat menempati urutan pertama atau kedua, bergantung pada lokasinya di PSHE (lihat pelat pada slide):

1). Dengan oksigen Hidrogen membentuk air:

Video "Pembakaran hidrogen"

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

Pada suhu normal, reaksi berlangsung sangat lambat, di atas 550°C - disertai ledakan (campuran 2 volume H 2 dan 1 volume O 2 disebut gas yang mudah meledak) .

Video "Ledakan gas yang meledak"

Video "Persiapan dan ledakan campuran bahan peledak"

2). Dengan halogen Hidrogen membentuk hidrogen halida, misalnya:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Pada saat yang sama, Hidrogen meledak dengan fluor (bahkan dalam gelap dan pada suhu -252°C), bereaksi dengan klor dan brom hanya jika disinari atau dipanaskan, dan dengan yodium hanya jika dipanaskan.

3). Dengan nitrogen Hidrogen bereaksi membentuk amonia:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

hanya pada katalis dan pada suhu dan tekanan tinggi.

4). Saat dipanaskan, Hidrogen bereaksi dengan kuat dengan belerang:

H 2 + S = H 2 S (hidrogen sulfida),

jauh lebih sulit dengan selenium dan telurium.

5). Dengan karbon murni Hidrogen dapat bereaksi tanpa katalis hanya pada suhu tinggi:

2H 2 + C (amorf) = CH 4 (metana)

- Hidrogen mengalami reaksi substitusi dengan oksida logam , dalam hal ini air terbentuk di dalam produk dan logamnya tereduksi. Hidrogen - menunjukkan sifat-sifat zat pereduksi:

Hidrogen digunakan untuk pemulihan banyak logam, karena ia mengambil oksigen dari oksidanya:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O, dst.

Penerapan hidrogen

Video "Menggunakan Hidrogen"

Saat ini hidrogen diproduksi dalam jumlah besar. Sebagian besar digunakan dalam sintesis amonia, hidrogenasi lemak dan hidrogenasi batubara, minyak dan hidrokarbon. Selain itu, hidrogen digunakan untuk sintesis asam klorida, metil alkohol, asam hidrosianat, dalam pengelasan dan penempaan logam, serta dalam pembuatan lampu pijar dan batu mulia. Hidrogen dijual dalam silinder dengan tekanan lebih dari 150 atm. Mereka dicat hijau tua dan memiliki tulisan merah "Hidrogen".

Hidrogen digunakan untuk mengubah lemak cair menjadi lemak padat (hidrogenasi), menghasilkan bahan bakar cair dengan menghidrogenasi batu bara dan bahan bakar minyak. Dalam metalurgi, hidrogen digunakan sebagai zat pereduksi oksida atau klorida untuk menghasilkan logam dan non-logam (germanium, silikon, galium, zirkonium, hafnium, molibdenum, tungsten, dll.).

Penggunaan praktis hidrogen bervariasi: biasanya digunakan untuk mengisi balon, dalam industri kimia berfungsi sebagai bahan mentah untuk produksi banyak produk yang sangat penting (amonia, dll.), dalam industri makanan - untuk produksi lemak padat dari minyak nabati, dll. Suhu tinggi (hingga 2600 °C), diperoleh dengan membakar hidrogen dalam oksigen, digunakan untuk melelehkan logam tahan api, kuarsa, dll. Hidrogen cair adalah salah satu bahan bakar jet yang paling efisien. Konsumsi hidrogen global setiap tahun melebihi 1 juta ton.

SIMULATOR

No.2. Hidrogen

TUGAS PENUGASAN

Tugas No.1
Tuliskan persamaan reaksi interaksi hidrogen dengan zat berikut: F 2, Ca, Al 2 O 3, merkuri (II) oksida, tungsten (VI) oksida. Sebutkan produk reaksi, sebutkan jenis reaksinya.

Tugas No.2
Lakukan transformasi sesuai skema:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> JADI 2

Tugas No.3.
Hitung massa air yang dapat diperoleh dengan membakar 8 g hidrogen?

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. Dengan meningkatnya nomor atom suatu unsur atau jari-jari atom, energi ionisasi menurun (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 tingkat energi rendah ke tingkat energi lebih tinggi, yang menyebabkan warna, tidak termasuk.

Senyawa unsur golongan IA - IIA adalah 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, misalnya: 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. Ion litium, berilium, dan magnesium bertindak sebagai zat pengompleks dalam senyawa kompleks dengan stabilitas rendah.

Hidrogen. Sifat kimia hidrogen

Hidrogen adalah unsur s yang paling ringan. Konfigurasi elektroniknya dalam keadaan dasar adalah 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 serupa 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 memiliki titik leleh yang sangat rendah (-259,2 o C) dan titik didih (-252,8 o C). Karena energi disosiasinya 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. Dipercayai bahwa di planet-planet jauh di tata surya - Jupiter dan Saturnus, hidrogen berada dalam keadaan 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:

Inilah dasar penggunaan hidrogen sebagai zat pereduksi untuk produksi 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).

Sejumlah besar hidrogen dihasilkan sebagai produk sampingan selama elektrolisis larutan natrium klorida berair 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.

Hidrogen menempati urutan pertama dalam tabel periodik, di golongan I dan VII sekaligus. Simbol hidrogen adalah H (lat. Hidrogenium). Ini adalah gas yang sangat ringan, tidak berwarna dan tidak berbau. Ada tiga isotop hidrogen: 1H - protium, 2H - deuterium dan 3H - tritium (radioaktif). Udara atau oksigen yang bereaksi dengan hidrogen H₂ sederhana sangat mudah terbakar dan juga mudah meledak. Hidrogen tidak mengeluarkan produk beracun. Ini larut dalam etanol dan sejumlah logam (terutama subkelompok samping).

Kelimpahan hidrogen di Bumi

Seperti oksigen, hidrogen sangat penting. Namun, tidak seperti oksigen, hampir semua hidrogen terikat pada zat lain. Ia ditemukan dalam keadaan bebas hanya di atmosfer, namun jumlahnya di sana sangat kecil. Hidrogen adalah bagian dari hampir semua senyawa organik dan organisme hidup. Paling sering ditemukan dalam bentuk oksida - air.

Ciri-ciri fisikokimia

Hidrogen tidak aktif, dan ketika dipanaskan atau dengan adanya katalis, ia bereaksi dengan hampir semua unsur kimia sederhana dan kompleks.

Reaksi hidrogen dengan unsur kimia sederhana

Pada suhu tinggi, hidrogen bereaksi dengan oksigen, belerang, klor, dan nitrogen. Anda akan mempelajari eksperimen apa saja dengan gas yang dapat dilakukan di rumah.

Pengalaman interaksi hidrogen dengan oksigen dalam kondisi laboratorium

Mari kita ambil hidrogen murni, yang masuk melalui tabung saluran keluar gas, dan membakarnya. Itu akan terbakar dengan nyala api yang hampir tidak terlihat. Jika Anda menempatkan tabung hidrogen di bejana apa pun, ia akan terus terbakar dan tetesan air akan terbentuk di dinding. Oksigen ini bereaksi dengan hidrogen:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q

Ketika hidrogen terbakar, banyak energi panas yang dihasilkan. Suhu kombinasi oksigen dan hidrogen mencapai 2000 °C. Oksigen mengoksidasi hidrogen, sehingga reaksi ini disebut reaksi oksidasi.

Dalam kondisi normal (tanpa pemanasan), reaksi berlangsung lambat. Dan pada suhu di atas 550 ° C terjadi ledakan (terbentuk gas detonasi). Dahulu hidrogen sering digunakan dalam balon, namun banyak terjadi kecelakaan akibat terbentuknya gas yang meledak. Integritas bola rusak, dan terjadi ledakan: hidrogen bereaksi dengan oksigen. Oleh karena itu, helium sekarang digunakan, yang dipanaskan secara berkala dengan nyala api.

Klorin bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrogen klorida (hanya dengan adanya cahaya dan panas). Reaksi kimia hidrogen dan klorin terlihat seperti ini:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Fakta menarik: reaksi fluor dengan hidrogen menyebabkan ledakan bahkan dalam kegelapan dan suhu di bawah 0 °C.

Interaksi nitrogen dengan hidrogen hanya dapat terjadi bila dipanaskan dan dengan adanya katalis. Reaksi ini menghasilkan amonia. Persamaan reaksi:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃

Reaksi belerang dan hidrogen terjadi dengan pembentukan gas - hidrogen sulfida. Hasilnya bau telur busuk:

H₂ + S = H₂S

Hidrogen tidak hanya larut dalam logam, tetapi juga dapat bereaksi dengannya. Akibatnya terbentuk senyawa yang disebut hidrida. Beberapa hidrida digunakan sebagai bahan bakar roket. Mereka juga digunakan untuk menghasilkan energi nuklir.

Reaksi dengan unsur kimia kompleks

Misalnya hidrogen dengan oksida tembaga. Mari kita ambil tabung hidrogen dan melewatkannya melalui bubuk oksida tembaga. Seluruh reaksi terjadi ketika dipanaskan. Serbuk tembaga hitam akan berubah menjadi merah kecoklatan (warna tembaga polos). Tetesan cairan juga akan muncul di area labu yang tidak dipanaskan - ini telah terbentuk.

Reaksi kimia:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Seperti yang bisa kita lihat, hidrogen bereaksi dengan oksida dan tembaga tereduksi.

Reaksi pemulihan

Jika suatu zat menghilangkan oksida selama reaksi, maka zat tersebut merupakan zat pereduksi. Dengan menggunakan contoh reaksi oksida tembaga dengan kita melihat bahwa hidrogen adalah zat pereduksi. Ia juga bereaksi dengan beberapa oksida lain seperti HgO, MoO₃ dan PbO. Dalam reaksi apa pun, jika salah satu unsur merupakan zat pengoksidasi, unsur lainnya akan menjadi zat pereduksi.

Semua senyawa hidrogen

Senyawa hidrogen dengan bukan logam- gas yang sangat mudah menguap dan beracun (misalnya hidrogen sulfida, silan, metana).

Hidrogen halida- Hidrogen klorida paling umum digunakan. Ketika dilarutkan, ia membentuk asam klorida. Golongan ini juga mencakup: hidrogen fluorida, hidrogen iodida, dan hidrogen bromida. Semua senyawa ini menghasilkan pembentukan asam yang sesuai.

Hidrogen peroksida(rumus kimia H₂O₂) menunjukkan sifat pengoksidasi yang kuat.

Hidrogen hidroksida atau air H₂O.

Hidrida- ini adalah senyawa dengan logam.

Hidroksida- ini adalah asam, basa dan senyawa lain yang mengandung hidrogen.

Senyawa organik: protein, lemak, lipid, hormon dan lain-lain.