HIDROGEN, H (lat. hidrogenium; a. hidrogen; n. Wasserstoff; f. hidrogene; i. hidrogeno), — unsur kimia Sistem periodik unsur Mendeleev, yang diklasifikasikan secara bersamaan ke dalam golongan I dan VII, nomor atom 1, massa atom 1,0079. Hidrogen alami memiliki isotop stabil - protium (1 H), deuterium (2 H, atau D) dan radioaktif - tritium (3 H, atau T). Untuk senyawa alami, rasio rata-rata D/H = (158±2).10 -6 Kandungan kesetimbangan 3 H di Bumi adalah ~5,10 27 atom.
Sifat fisik hidrogen
Hidrogen pertama kali dijelaskan pada tahun 1766 oleh ilmuwan Inggris G. Cavendish. Dalam kondisi normal, hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Di alam ditemukan dalam keadaan bebas dalam bentuk molekul H2. Energi disosiasi molekul H2 adalah 4,776 eV; potensial ionisasi atom hidrogen adalah 13,595 eV. Hidrogen adalah zat paling ringan yang diketahui, pada 0°C dan 0,1 MPa 0,0899 kg/m 3 ; suhu mendidih - 252,6°C, suhu leleh - 259,1°C; parameter kritis: t - 240°C, tekanan 1,28 MPa, kepadatan 31,2 kg/m 3. Gas yang paling konduktif secara termal dari semua gas - 0,174 W/(m.K) pada 0°C dan 1 MPa, panas spesifik 14.208.10 3 J(kg.K).
Sifat kimia hidrogen
Hidrogen cair sangat ringan (massa jenis pada -253°C adalah 70,8 kg/m 3) dan bersifat cair (pada -253°C adalah 13,8 cP). Dalam sebagian besar senyawa, hidrogen menunjukkan bilangan oksidasi +1 (mirip dengan logam alkali), lebih jarang -1 (mirip dengan hidrida logam). Dalam kondisi normal hidrogen molekuler tidak aktif; kelarutan dalam air pada 20°C dan 1 MPa 0,0182 ml/g; sangat larut dalam logam - Ni, Pt, Pd, dll. Dengan oksigen ia membentuk air dengan pelepasan panas 143,3 MJ/kg (pada 25°C dan 0,1 MPa); pada suhu 550°C ke atas, reaksi disertai dengan ledakan. Ketika berinteraksi dengan fluor dan klor, reaksi juga terjadi secara eksplosif. Senyawa hidrogen utama: H 2 O, amonia NH 3, hidrogen sulfida H 2 S, CH 4, logam dan halogen hidrida CaH 2, HBr, Hl, serta senyawa organik C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH, dan seterusnya.
Hidrogen di alam
Hidrogen merupakan unsur yang tersebar luas di alam, kandungannya 1% (berat). Reservoir utama hidrogen di Bumi adalah air (11,19% massa). Hidrogen adalah salah satu komponen utama dari semua senyawa organik alami. Dalam keadaan bebas, ia terdapat dalam gas vulkanik dan gas alam lainnya, dalam (0,0001%, berdasarkan jumlah atom). Merupakan bagian terbesar dari massa Matahari, bintang, gas antarbintang, nebula gas. Di atmosfer planet ia terdapat dalam bentuk H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH, dll. Merupakan bagian dari radiasi sel darah Matahari (fluks proton) dan sinar kosmik(aliran elektron).
Produksi dan penggunaan hidrogen
Bahan baku untuk produksi industri hidrogen - gas penyulingan minyak, produk gasifikasi, dll. Metode utama memperoleh hidrogen: reaksi hidrokarbon dengan uap air, oksidasi parsial hidrokarbon, konversi oksida, elektrolisis air. Hidrogen digunakan untuk menghasilkan amonia, alkohol, bensin sintetis, dari asam klorida, pengolahan air produk minyak bumi, pemotongan logam dengan nyala hidrogen-oksigen.
Hidrogen adalah bahan bakar gas yang menjanjikan. Deuterium dan tritium telah diterapkan dalam energi nuklir.
interaksi dengan air membentuk alkali; c) pasif, tidak aktif; b) ketika berinteraksi dengan logam, mereka membentuk garam; d) logam khas; 2. Logam yang dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen (dengan mereaksikannya dengan air pada suhu rendah): a) Zn; b) mg; c) Au; d) Hg; e) ke; 3. Oksida dan hidroksida yang dapat bereaksi dengan asam dan basa disebut: a) amfoter b) asam c) basa 4. Dari kiri ke kanan dalam periode, sifat logam: a) bertambah b) melemah c) tetap tidak berubah 5 .Subkelompok unsur hasil samping golongan VII: a) klor b) fosfor c) mangan d) fransium 6. Muatan inti atom ditentukan: a) dengan nomor periode b) dengan nomor golongan c) dengan. nomor urut 7. Struktur atom unsur bernomor urut 17 dan 35 : a) total elektron; c) kuantitas tingkat elektronik; d) jumlah elektron pada tingkat energi terakhir; b) jumlah neutron; 8. Unsur dengan rumus elektronik 1s22s2р63s2p4: a) karbon; b) belerang; c) klorin; d) natrium; 9. Atom karbon mempunyai rumus elektronik: a) 1s22s22р3 b) 1s22s2 c) 1s22s22p2 10. Atom unsur manakah yang mempunyai struktur tingkat energi terakhir sebagai berikut…3s23p5: a) fosfor; b) fluor; c) klorin; d) magnesium; 11. Banyaknya elektron tidak berpasangan pada kulit elektron unsur No. 19: a) 1; b) 2; di 3; d) 4; 12. Nomor urut suatu unsur yang atom-atomnya mampu membentuk oksida yang lebih tinggi dari jenis RO3: a) No. 11 (natrium); b) No.14 (silikon); c) No.16 (belerang); 13. Suatu unsur dengan rumus elektronik 1s22s22p63s23p5 membentuk senyawa yang mudah menguap koneksi hidrogen ketik: a) RH4; b) RH3; c) H2R; d) SDM; 14. Volume 3 mol hidrogen pada kondisi normal: a) 22,4 liter; b) 44,8 liter; c) 67,2 liter; d) 89,6 liter; e) 112 liter; 15. Unsur periode keempat, terletak pada subkelompok sekunder; oksida dan hidroksida menunjukkan karakter amfoter. Unsur ini membentuk oksida tipe RO dan hidroksida R(OH)2. a) magnesium b) kalsium c) seng d) karbon 16. Valensi maksimum silikon: a) IV b) V c) VI d) VII 17. Valensi minimum selenium (No. 34): a) I b) II c ) III d ) IV 18. Berat molekul garam yang diperoleh dari interaksi dua unsur oksida yang lebih tinggi dengan konfigurasi atom di dalamnya masing-masing 1s22s22p63s23p64s1 dan 1s22s22p3 adalah: a) 85; b) 111; c) 63; d) 101; e) 164; 19. Hasil kali “X”, yang diperoleh dari transformasi: garam Al Al(OH)3 X a) Al Cl3 b) Al H3 c) Na Al O2 d) Al e) Al2O3 20. Jumlah koefisien pada persamaan reaksi yang diagramnya H2S + O2 → SO2 + H2O a) 5; b) 6; Pukul 7; d) 8; e) 9; 21. Masa molar magnesium oksida (dalam g/mol): a) 24; b) 36; c) 40; d) 80; e) 82; 22. Banyaknya mol besi (III) oksida yang menyusun 800 g senyawa ini: a) 1; b) 2; di 3; d) 4; e) 5; 23. Ketika 8 g metana CH4 dibakar, 401 kJ kalor dilepaskan. Hitung efek termal (Q) dari reaksi kimia CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g) + Q: a) + 401 kJ; b) + 802 kJ; c) - 802 kJ; d) + 1604 kJ; e) - 1604 kJ; 24. Dalam kondisi normal, 128 g oksigen menempati volume: a) 11,2 l; b) 22,4 liter; c) 44,8 liter; d) 67,2 liter; e) 89,6 liter; 25. Fraksi massa hidrogen dalam senyawa SiH4 adalah: a) 30%; b) 12,5%; c) 40%; d) 60%; e) 65%; 26. Fraksi massa oksigen dalam senyawa EO2 adalah 50%. Nama unsur E dalam senyawa: a) nitrogen; b) titanium; c) belerang; d) selenium; e) karbon; 27. Banyaknya mol besi (III) oksida yang berinteraksi dengan 44,8 liter hidrogen (n.s.): a) 0,67 mol; b) 2 mol; c) 0,3 mol; d) 0,4 mol; e) 5 mol; 28. Massa asam klorida yang diperlukan untuk memperoleh 44,8 liter hidrogen (n.s.) (Mg + 2HCl = MgCl2 + H2): a) 146 g; b) 73 gram; c) 292 gram; d) 219 gram; e) 20 gram; 29. Massa garam yang terkandung dalam 400 g larutan natrium klorida 80%: a) 146 g; b) 320 gram; c) 210 gram; d) 32 gram; e) 200 gram; 30. Massa garam yang terbentuk dari interaksi kalium hidroksida dengan 300 g larutan asam ortofosfat 65%: a) 422 g; b) 196 gram; c) 360 gram; d) 435 gram; e) 200 gram;
Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana dan paling melimpah di alam. Anak sekolah yang lebih tua sudah mengetahui bahwa reaksi logam seperti magnesium dan seng dengan encer asam anorganik menyebabkan pembentukan hidrogen. Mereka juga mengetahui tentang pengujian gas hidrogen dengan karakteristik “pop”. Hidrogen paling banyak termasuk dalam formula koneksi sederhana, yang dengannya pembelajaran kimia di sekolah dimulai, misalnya metana air asam sulfat amonia dan etanol
Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Menurut perkiraan yang ada, hidrogen menyumbang lebih dari 90% atom dan sekitar 75% massa alam semesta. Di antara unsur-unsur yang ada di Bumi, hidrogen merupakan unsur yang paling berlimpah kesembilan. Ia membentuk 0,76% massa bumi dan ditemukan di jumlah yang hampir sama berbagai koneksi, seperti karbon. Paling koneksi penting Hidrogen alami adalah air. Hidrogen juga ditemukan dalam senyawa organik seperti batu bara dan minyak.
Hidrogen bukan hanya salah satu unsur yang paling umum, ia juga sangat berbeda dari semua unsur lainnya dalam sejumlah sifat kimia dan fisiknya. Selain itu, ia membentuk rangkaian senyawa khusus. Ini adalah satu-satunya elemen yang diberi nama varietas unik tersebut ikatan kimia(lihat bagian 2.1). Ada konsep seperti Bom H(lihat bagian 1.3), bakteri hidrogen dan bahkan energi hidrogen (lihat di bawah).
Bakteri hidrogen mampu menghasilkan energi dengan mengoksidasi hidrogen menjadi air. Energi ini diperlukan bagi bakteri hidrogen untuk mengasimilasi karbon dioksida. Pada kondisi tertentu mereka juga mampu mengoksidasi senyawa organik tertentu.
Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang merupakan gas yang mudah terbakar. Itulah sebabnya ahli kimia Flemish I. B. Van Helmont (1579-1644), yang pertama kali mengisolasi hidrogen, menyebutnya “gas yang mudah terbakar”. Dalam kondisi laboratorium, hidrogen pertama kali diperoleh melalui aksi asam pada besi oleh T. Mayern, dan kemudian (pada tahun 1672) oleh R. Boyle. Pada tahun 1766, hidrogen dipelajari dengan cermat oleh ahli kimia dan fisikawan Inggris G. Cavendish, yang menyebutnya “udara yang mudah terbakar”. Nama "hidrogen" diperkenalkan oleh Lavoisier, membentuk istilah latin"hidrogen" dari kata-kata Yunani“hidro” (air) dan “gen” (melahirkan).
Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)
Lavoisier dianggap sebagai pendiri kimia modern. Kontribusinya yang paling penting terhadap kimia adalah penggulingan teori yang salah flogiston. Menurut teori ini, semua zat yang mudah terbakar terdiri dari dua komponen - flogiston dan kerak. Ketika zat yang mudah terbakar dibakar, ia kehilangan flogistonnya dan berubah menjadi kerak (“abu” atau “kapur”). Lavoisier secara eksperimental menunjukkan bahwa oksigen dari udara berperan dalam proses pembakaran. Dia juga menetapkan peran oksigen dalam respirasi dan merupakan orang pertama yang membedakan antara unsur dan senyawa.
Antoine Lavoisier (dari lukisan Thalstrup).
Struktur atom hidrogen
Atom hidrogen memiliki struktur paling sederhana: terdiri dari sebuah inti, yaitu satu proton, serta satu elektron, yang terletak di orbital ls yang mengelilingi inti (lihat Bagian 1.2). Seperti struktur sederhana menentukan banyak hal properti unik hidrogen. Pertama, atom hidrogen hanya memiliki valensi kulit elektron. Oleh karena itu, satu-satunya elektronnya tidak terlindung dari aksi muatan inti oleh elektron internal. Kedua, ini cangkang luar cukup dengan memperoleh atau kehilangan satu elektron saja untuk mencapai kestabilan konfigurasi elektronik. Terakhir, karena atom hidrogen hanya terdiri dari satu elektron dan satu proton, maka ukurannya sangat kecil. Faktanya, jari-jari kovalennya (0,029 nm) dan jari-jari van der Waals (0,12 nm) memiliki nilai minimum di antara semua unsur (lihat Bagian 2.2). Fitur-fitur ini menjelaskan banyak hal sifat khas hidrogen dan itu posisi khusus V tabel periodik.
Posisi pada tabel periodik
Karena atom hidrogen kehilangan elektron tunggalnya untuk membentuk ion positif bermuatan tunggal, unsur ini ditempatkan di bagian atas golongan 1 pada tabel periodik. Namun, meskipun hidrogen dalam kondisi tertentu dapat diperoleh
Tabel 12.1. Energi ionisasi hidrogen, litium, dan natrium
Tabel 12.2. Afinitas elektron hidrogen, fluor dan klor
Tabel 12.3. Entalpi ikatan rata-rata dalam molekul hidrogen, fluor, dan klor
sifat logam (lihat Gambar 2.15), dalam kondisi normal hanya mendeteksi sifat non-logam. Perbandingan energi ionisasinya dengan energi ionisasi litium dan natrium (Tabel 12.1) menunjukkan bahwa hidrogen sangat berbeda dengan unsur logam alkali golongan I lainnya.
Atom hidrogen juga mampu, meskipun sulit, mengikat elektron, membentuk ion. Berdasarkan sifat ini, tampaknya ia dapat ditempatkan di bagian atas golongan VII bersama dengan halogen. Namun, hidrogen bukanlah unsur p, dan perbandingan afinitas elektronnya (lihat Bagian 2.1) dengan afinitas elektron fluor dan klor (Tabel 12.2) menunjukkan bahwa hidrogen tidak termasuk dalam golongan VII.
Perhatikan juga bahwa meskipun hidrogen, seperti halogen, membentuk molekul diatomik, ikatan dalam molekul hidrogen jauh lebih kuat dibandingkan molekul fluor atau klor. Hal ini dapat diverifikasi dengan membandingkan entalpi ikatannya (lihat Bagian 5.3) yang ditunjukkan pada Tabel. 12.3.
Dalam tabel periodik, hidrogen terletak dalam dua kelompok unsur yang sifatnya sangat berlawanan. Fitur ini menjadikannya benar-benar unik. Hidrogen bukan hanya sekedar unsur atau zat, tetapi juga bagian yang tidak terpisahkan banyak senyawa kompleks, unsur organogenik dan biogenik. Oleh karena itu, mari kita lihat lebih dekat sifat dan karakteristiknya.
Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi logam dan asam telah diamati pada abad ke-16, yaitu pada saat terbentuknya kimia sebagai ilmu pengetahuan. Ilmuwan Inggris terkenal Henry Cavendish mempelajari zat tersebut mulai tahun 1766 dan memberinya nama “udara yang mudah terbakar”. Saat dibakar, gas ini menghasilkan air. Sayangnya, kepatuhan ilmuwan tersebut pada teori flogiston (“materi ultrahalus” hipotetis) menghalanginya untuk mengambil kesimpulan yang tepat.
Ahli kimia dan naturalis Perancis A. Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier dan dengan bantuan gasometer khusus, mensintesis air pada tahun 1783, dan kemudian menganalisisnya melalui penguraian uap air dengan besi panas. Dengan demikian, para ilmuwan dapat sampai pada kesimpulan yang tepat. Mereka menemukan bahwa “udara yang mudah terbakar” tidak hanya merupakan bagian dari air, tetapi juga dapat diperoleh darinya.
Pada tahun 1787, Lavoisier mengemukakan bahwa gas yang diteliti adalah zat sederhana dan, karenanya, merupakan salah satu unsur kimia utama. Dia menyebutnya hidrogen (dari kata Yunani hydor - air + gennao - saya melahirkan), yaitu “melahirkan air.”
Nama Rusia "hidrogen" diusulkan pada tahun 1824 oleh ahli kimia M. Soloviev. Penentuan komposisi air menandai berakhirnya “teori flogiston”. Pada pergantian abad ke-18 dan ke-19, diketahui bahwa atom hidrogen sangat ringan (dibandingkan dengan atom unsur lain) dan massanya diambil sebagai satuan perbandingan utama. massa atom, menerima nilai 1.
Properti fisik
Hidrogen adalah zat paling ringan yang diketahui sains (14,4 kali lebih ringan dari udara), massa jenisnya 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). bahan ini meleleh (memadat) dan mendidih (mencairkan) masing-masing pada -259,1 °C dan -252,8 °C (hanya helium yang memiliki titik didih dan titik leleh lebih rendah).
Suhu kritis hidrogen sangat rendah (-240 °C). Oleh karena itu, pencairannya merupakan proses yang rumit dan mahal. Tekanan kritis zat adalah 12,8 kgf/cm², dan massa jenis kritisnya adalah 0,0312 g/cm³. Di antara semua gas, hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi: pada 1 atm dan 0 °C sama dengan 0,174 W/(mxK).
Kapasitas kalor jenis suatu zat pada kondisi yang sama adalah 14,208 kJ/(kgxK) atau 3,394 kal/(rx°C). Unsur ini sedikit larut dalam air (sekitar 0,0182 ml/g pada 1 atm dan 20 °C), tetapi mudah larut dalam sebagian besar logam (Ni, Pt, Pa dan lain-lain), terutama dalam paladium (sekitar 850 volume per volume Pd ) .
Sifat terakhir dikaitkan dengan kemampuannya untuk berdifusi, dan difusi melalui paduan karbon (misalnya, baja) dapat disertai dengan penghancuran paduan tersebut karena interaksi hidrogen dengan karbon (proses ini disebut dekarbonisasi). DI DALAM keadaan cair zat ini sangat ringan (densitas - 0,0708 g/cm³ pada t° = -253 °C) dan cair (viskositas - 13,8 spoise dalam kondisi yang sama).
Dalam banyak senyawa, unsur ini menunjukkan valensi +1 (bilangan oksidasi), seperti natrium dan logam alkali lainnya. Biasanya dianggap sebagai analog dari logam-logam ini. Oleh karena itu, dia mengepalai kelompok I sistem periodik. Dalam hidrida logam, ion hidrogen terlihat muatan negatif(bilangan oksidasi -1), yaitu Na+H- memiliki struktur yang mirip dengan Na+Cl- klorida. Sesuai dengan hal ini dan beberapa fakta lainnya (kesamaan sifat fisik unsur “H” dan halogen, kemampuan menggantikannya dengan halogen dalam senyawa organik), Hidrogen diklasifikasikan dalam golongan VII sistem periodik.
Dalam kondisi normal, molekul hidrogen memiliki aktivitas rendah, hanya berikatan langsung dengan non-logam yang paling aktif (fluor dan klor, dengan yang terakhir dalam cahaya). Pada gilirannya, ketika dipanaskan, ia berinteraksi dengan banyak unsur kimia.
Atom hidrogen mengalami peningkatan aktivitas kimia(jika dibandingkan dengan molekuler). Dengan oksigen membentuk air menurut rumus:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
melepaskan 285,937 kJ/mol kalor atau 68,3174 kkal/mol (25 °C, 1 atm). Pada kondisi suhu normal, reaksi berlangsung agak lambat, dan pada t° >= 550 °C reaksi tidak dapat dikendalikan. Batas ledakan campuran hidrogen + oksigen berdasarkan volume adalah 4–94% H₂, dan campuran hidrogen + udara adalah 4–74% H₂ (campuran dua volume H₂ dan satu volume O₂ disebut gas peledakan).
Unsur ini digunakan untuk mereduksi sebagian besar logam, karena menghilangkan oksigen dari oksida:
Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,
CuO + H₂ = Cu + H₂O, dst.
Hidrogen membentuk hidrogen halida dengan halogen yang berbeda, misalnya:
H₂ + Cl₂ = 2HCl.
Namun, ketika bereaksi dengan fluor, hidrogen meledak (ini juga terjadi dalam gelap, pada -252 ° C), dengan brom dan klor hanya bereaksi ketika dipanaskan atau diterangi, dan dengan yodium - hanya ketika dipanaskan. Ketika berinteraksi dengan nitrogen, amonia terbentuk, tetapi hanya pada katalis, pada tekanan dan suhu tinggi:
ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.
Saat dipanaskan, hidrogen bereaksi aktif dengan belerang:
H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfida),
dan jauh lebih sulit dengan telurium atau selenium. Hidrogen bereaksi dengan karbon murni tanpa katalis, tetapi pada suhu tinggi:
2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metana).
Zat ini bereaksi langsung dengan beberapa logam (alkali, alkali tanah dan lain-lain), membentuk hidrida, misalnya:
H₂ + 2Li = 2LiH.
Penting signifikansi praktis mempunyai interaksi antara hidrogen dan karbon(II) monoksida. Dalam hal ini, tergantung pada tekanan, suhu dan katalis, senyawa organik yang berbeda terbentuk: HCHO, CH₃OH, dll. Hidrokarbon tak jenuh menjadi jenuh selama reaksi, misalnya:
С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.
Hidrogen dan senyawanya memainkan peran luar biasa dalam kimia. Itu mengkondisikan sifat asam yang disebut asam protik, cenderung terbentuk dengan elemen yang berbeda ikatan hidrogen, yang memiliki pengaruh signifikan tentang sifat-sifat banyak senyawa anorganik dan organik.
Produksi hidrogen
Jenis bahan baku utama untuk produksi industri Unsur ini meliputi gas penyulingan minyak, gas yang mudah terbakar secara alami, dan gas oven kokas. Itu juga diperoleh dari air melalui elektrolisis (di tempat-tempat yang tersedia listrik). Satu dari metode yang paling penting produksi bahan dari gas alam Interaksi katalitik hidrokarbon, terutama metana, dengan uap air (yang disebut konversi) dipertimbangkan. Misalnya:
CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.
Oksidasi hidrokarbon yang tidak sempurna dengan oksigen:
CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.
Karbon monoksida (II) yang disintesis mengalami konversi:
CO + H₂O = CO₂ + H₂.
Hidrogen yang dihasilkan dari gas alam adalah yang termurah.
Digunakan untuk elektrolisis air D.C., yang dilewatkan melalui larutan NaOH atau KOH (tidak digunakan asam untuk menghindari korosi pada peralatan). Dalam kondisi laboratorium, bahan diperoleh dengan elektrolisis air atau sebagai hasil reaksi antara asam klorida dan seng. Namun, bahan pabrik yang sudah jadi dalam bentuk silinder lebih sering digunakan.
Dari gas penyulingan minyak dan gas oven kokas elemen ini diisolasi dengan menghilangkan semua komponen lain dari campuran gas, karena komponen tersebut lebih mudah mencair selama pendinginan dalam.
Bahan ini mulai diproduksi secara industri pada masa itu akhir XVIII abad. Kemudian digunakan untuk isian balon. Pada saat ini Hidrogen banyak digunakan dalam industri, terutama industri kimia, untuk produksi amonia.
Konsumen massal zat ini adalah produsen metil dan alkohol lainnya, bensin sintetis, dan banyak produk lainnya. Mereka diperoleh melalui sintesis dari karbon monoksida (II) dan hidrogen. Hidrogen digunakan untuk hidrogenasi zat berat dan padat bahan bakar cair, lemak, dll., untuk sintesis HCl, perlakuan hidro pada produk minyak bumi, serta dalam pemotongan/pengelasan logam. Elemen terpenting untuk energi nuklir adalah isotopnya - tritium dan deuterium.
Peran biologis hidrogen
Sekitar 10% massa organisme hidup (rata-rata) berasal dari unsur ini. Itu adalah bagian dari air dan kelompok yang paling penting senyawa alami, termasuk protein, asam nukleat, lipid, karbohidrat. Untuk apa ini digunakan?
Materi ini memainkan peran yang menentukan: dalam pemeliharaan struktur spasial protein (kuartener), dalam penerapan prinsip saling melengkapi asam nukleat(yaitu dalam implementasi dan penyimpanan informasi genetik), secara umum dalam “pengenalan” pada tingkat molekuler.
Ion hidrogen H+ mengambil bagian dalam reaksi/proses dinamis yang penting dalam tubuh. Termasuk: dalam oksidasi biologis, yang menyediakan energi bagi sel hidup, dalam reaksi biosintetik, dalam fotosintesis pada tumbuhan, dalam fotosintesis bakteri dan fiksasi nitrogen, dalam menjaga keseimbangan asam-basa dan homeostasis, dalam proses transpor membran. Seiring dengan karbon dan oksigen, ia membentuk senyawa fungsional dan dasar struktural fenomena kehidupan.
Unsur kimia yang paling umum di alam semesta adalah hidrogen. Ini semacam acuan, karena dalam tabel periodik nomor atomnya sama dengan satu. Umat manusia berharap dapat mempelajarinya lebih lanjut sebagai salah satu hal yang paling memungkinkan Kendaraan di masa depan. Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana, paling ringan, paling umum, terdapat banyak di mana-mana - tujuh puluh lima persen dari total massa materi. Ia ada di bintang mana pun, terutama terdapat banyak hidrogen di dalamnya raksasa gas. Perannya dalam reaksi fusi bintang sangatlah penting. Tanpa hidrogen tidak ada air, artinya tidak ada kehidupan. Semua orang ingat bahwa molekul air mengandung satu atom oksigen, dan dua atom di dalamnya adalah hidrogen. Ini adalah rumus terkenal H 2 O.
Bagaimana kami menggunakannya
Hidrogen ditemukan pada tahun 1766 oleh Henry Cavendish saat menganalisis reaksi oksidasi suatu logam. Setelah beberapa tahun mengamati, ia menyadari bahwa air terbentuk selama pembakaran hidrogen. Sebelumnya, para ilmuwan mengisolasi unsur ini, tetapi tidak menganggapnya independen. Pada tahun 1783, hidrogen menerima nama hidrogen (diterjemahkan dari bahasa Yunani "hydro" - air, dan "gen" - melahirkan). Unsur yang menghasilkan air adalah hidrogen. Ini adalah gas yang rumus molekulnya adalah H2. Jika suhunya mendekati suhu kamar dan tekanannya normal, elemen ini tidak terlihat. Hidrogen bahkan mungkin tidak dapat dideteksi oleh indera manusia - ia tidak berasa, tidak berwarna, dan tidak berbau. Namun pada tekanan dan suhu -252,87 C (sangat sangat dingin!) gas ini dicairkan. Cara penyimpanannya begini, karena dalam bentuk gas memakan banyak lebih banyak ruang. Hidrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket.
Hidrogen dapat menjadi padat, logam, tetapi hal ini memerlukan tekanan yang sangat tinggi, dan inilah yang dilakukan oleh para ilmuwan paling terkemuka - fisikawan dan kimiawan - saat ini. Sekarang elemen ini sudah berfungsi bahan bakar alternatif untuk transportasi. Penerapannya mirip dengan cara kerja mesin pembakaran internal: Ketika hidrogen dibakar, banyak energi kimianya dilepaskan. Sebuah metode untuk menciptakan sel bahan bakar berdasarkan itu: bila digabungkan dengan oksigen, terjadi reaksi, dan melalui ini, air dan listrik terbentuk. Mungkin transportasi akan segera “beralih” dari bensin ke hidrogen - banyak pembuat mobil tertarik untuk menciptakan bahan alternatif yang mudah terbakar, dan ada keberhasilannya. Namun mesin hidrogen murni masih berada di masa depan; ada banyak kesulitan di sini. Namun, keuntungannya adalah pembuatan tangki bahan bakar dengan hidrogen padat berjalan lancar, dan para ilmuwan serta insinyur tidak akan mundur.
Informasi dasar
Hidrogenium (lat.) - hidrogen, nomor seri pertama dalam tabel periodik, disebut H. Atom hidrogen memiliki massa 1,0079, merupakan gas yang dalam kondisi normal tidak memiliki rasa, bau, atau warna. Ahli kimia sejak abad keenam belas telah mendeskripsikan gas tertentu yang mudah terbakar, dengan cara yang berbeda-beda. Tapi itu berhasil untuk semua orang dalam kondisi yang sama - ketika logam terkena asam. Hidrogen, bahkan oleh Cavendish sendiri, hanya disebut sebagai “udara yang mudah terbakar” selama bertahun-tahun. Baru pada tahun 1783 Lavoisier membuktikan adanya air komposisi yang kompleks, melalui sintesis dan analisis, dan empat tahun kemudian dia memberikannya ke “udara yang mudah terbakar” nama modern. Akar dari ini kata majemuk banyak digunakan ketika diperlukan untuk memberi nama senyawa hidrogen dan proses apa pun yang melibatkannya. Misalnya hidrogenasi, hidrida dan sejenisnya. A nama Rusia diusulkan pada tahun 1824 oleh M. Solovyov.
Di alam, sebaran unsur ini tidak ada bandingannya. Di litosfer dan hidrosfer kerak bumi massanya satu persen, tetapi atom hidrogennya sebanyak enam belas persen. Air paling melimpah di Bumi, dan 11,19% massanya adalah hidrogen. Hal ini juga tentunya terdapat di hampir semua senyawa yang membentuk minyak, batu bara, semua gas alam, dan tanah liat. Hidrogen terdapat di semua organisme tumbuhan dan hewan - dalam komposisi protein, lemak, asam nukleat, karbohidrat, dan sebagainya. Keadaan bebas tidak khas untuk hidrogen dan hampir tidak pernah terjadi - hanya terdapat sedikit dalam gas alam dan vulkanik. Jumlah hidrogen yang sangat kecil di atmosfer adalah 0,0001% berdasarkan jumlah atom. Namun seluruh aliran proton mewakili hidrogen di ruang dekat Bumi, yang membentuk sabuk radiasi internal planet kita.
Ruang angkasa
Tidak ada unsur yang umum di ruang angkasa selain hidrogen. Volume hidrogen dalam unsur Matahari lebih dari setengah massanya. Kebanyakan bintang menghasilkan hidrogen dalam bentuk plasma. Sebagian besar berbagai gas nebula dan medium antarbintang juga terdiri dari hidrogen. Ia hadir di komet dan atmosfer sejumlah planet. Tentu saja, tidak masuk bentuk murni, - kadang-kadang sebagai H 2 bebas, kadang-kadang sebagai metana CH 4 , kadang-kadang sebagai amonia NH 3 , bahkan seperti air H 2 O. Radikal CH, NH, SiN, OH, PH dan sejenisnya sangat umum. Sebagai aliran proton, hidrogen adalah bagian dari sel darah radiasi sinar matahari dan sinar kosmik.
Dalam hidrogen biasa, campuran dua isotop stabil adalah hidrogen ringan (atau protium 1 H) dan hidrogen berat (atau deuterium - 2 H atau D). Ada isotop lain: tritium radioaktif - 3 H atau T, jika tidak - hidrogen superberat. Dan juga sangat tidak stabil 4 N. Di alam, senyawa hidrogen mengandung isotop dengan proporsi sebagai berikut: untuk satu atom deuterium terdapat 6800 atom protium. Tritium terbentuk di atmosfer dari nitrogen, yang dipengaruhi oleh neutron dari sinar kosmik, namun dalam jumlah yang dapat diabaikan. Apa arti nomor massa isotop? Angka tersebut menunjukkan bahwa inti protium hanya memiliki satu proton, sedangkan deuterium tidak hanya memiliki satu proton, tetapi juga satu neutron dalam inti atomnya. Tritium dalam intinya sudah memiliki dua neutron untuk setiap proton. Tapi 4 H mengandung tiga neutron per proton. Itu sebabnya properti fisik dan sifat kimia isotop hidrogen sangat berbeda dibandingkan dengan isotop semua unsur lainnya - perbedaan massanya terlalu besar.
Struktur dan sifat fisik
Struktur atom hidrogen adalah yang paling sederhana dibandingkan dengan semua unsur lainnya: satu inti - satu elektron. Potensi ionisasi - energi pengikatan inti dengan elektron - 13,595 elektron volt (eV). Justru karena kesederhanaan struktur inilah atom hidrogen cocok dijadikan model mekanika kuantum kapan harus menghitung tingkat energi atom yang lebih kompleks. Dalam molekul H2 terdapat dua atom yang dihubungkan oleh suatu bahan kimia Ikatan kovalen. Energi peluruhannya sangat tinggi. Atom hidrogen dapat terbentuk di reaksi kimia, seperti seng dan asam klorida. Namun, praktis tidak ada interaksi dengan hidrogen yang terjadi - keadaan atom hidrogen sangat pendek, atom-atom segera bergabung kembali menjadi molekul H2.
DENGAN titik fisik hidrogen adalah yang paling ringan dari semuanya zat yang diketahui- lebih dari empat belas kali lebih ringan dari udara (ingat terbang jauh balon udara pada hari libur - mereka memiliki hidrogen di dalamnya). Namun, ia dapat mendidih, mencair, meleleh, mengeras, dan hanya helium yang lebih mendidih dan meleleh suhu rendah. Sulit untuk mencairkannya; Anda memerlukan suhu di bawah -240 derajat Celcius. Tapi ia memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi. Ia hampir tidak larut dalam air, tetapi ia berinteraksi dengan baik dengan hidrogen logam - ia larut di hampir semua logam, terutama dalam paladium (satu volume hidrogen membutuhkan delapan ratus lima puluh volume). Hidrogen cair ringan dan cair, dan bila dilarutkan dalam logam, sering kali merusak paduan karena interaksi dengan karbon (baja, misalnya), terjadi difusi dan dekarbonisasi.
Sifat kimia
Dalam senyawa, sebagian besar hidrogen menunjukkan bilangan oksidasi (valensi) +1, seperti natrium dan logam alkali lainnya. Ia dianggap sebagai analoginya, yang memimpin kelompok pertama sistem periodik. Tetapi ion hidrogen dalam hidrida logam bermuatan negatif, dengan bilangan oksidasi -1. Unsur ini juga dekat dengan halogen, bahkan mampu menggantikannya dalam senyawa organik. Artinya hidrogen juga dapat dimasukkan ke dalam golongan ketujuh sistem periodik. Dalam kondisi normal, molekul hidrogen tidak berbeda aktivitasnya, hanya bergabung dengan non-logam paling aktif: baik dengan fluor, dan jika ringan - dengan klorin. Tetapi ketika dipanaskan, hidrogen menjadi berbeda - ia bereaksi dengan banyak unsur. Hidrogen atom, dibandingkan dengan hidrogen molekuler, sangat aktif secara kimia, sehingga air terbentuk dalam hubungannya dengan oksigen, dan energi serta panas dilepaskan secara bersamaan. Pada suhu kamar reaksi ini sangat lambat, tetapi bila dipanaskan di atas lima ratus lima puluh derajat, terjadi ledakan.
Hidrogen digunakan untuk mereduksi logam karena menghilangkan oksigen dari oksidanya. Dengan fluor, hidrogen membentuk ledakan bahkan dalam kegelapan dan pada suhu minus dua ratus lima puluh dua derajat Celcius. Klorin dan brom merangsang hidrogen hanya jika dipanaskan atau disinari, dan yodium hanya jika dipanaskan. Hidrogen dan nitrogen membentuk amonia (begitulah cara sebagian besar pupuk dibuat). Ketika dipanaskan, ia bereaksi sangat aktif dengan belerang, dan diperoleh hidrogen sulfida. Dengan telurium dan selenium sulit menyebabkan reaksi hidrogen, tetapi dengan karbon murni reaksi terjadi pada suhu yang sangat tinggi, dan diperoleh metana. Hidrogen membentuk berbagai senyawa organik dengan karbon monoksida; tekanan, suhu, katalis mempengaruhi hal ini, dan semua ini sangat penting secara praktis. Secara umum, peran hidrogen dan senyawanya sangat penting karena memberikan sifat asam pada asam protik. Ikatan hidrogen terbentuk dengan banyak unsur, mempengaruhi sifat senyawa anorganik dan organik.
Penerimaan dan penggunaan
Masukkan hidrogen skala industri dari gas alam- mudah terbakar, kokas, gas penyulingan minyak. Bisa juga diproduksi dengan elektrolisis dimana listrik tidak terlalu mahal. Namun dengan cara yang paling penting Produksi hidrogen adalah interaksi katalitik hidrokarbon, sebagian besar metana, dengan uap air, ketika konversi diperoleh. Metode oksidasi hidrokarbon dengan oksigen juga banyak digunakan. Memproduksi hidrogen dari gas alam adalah cara termurah. Dua lainnya adalah penggunaan gas oven kokas dan gas kilang - hidrogen dilepaskan ketika komponen lainnya dicairkan. Mereka lebih mudah dicairkan, dan untuk hidrogen, seperti yang kita ingat, dibutuhkan -252 derajat.
Hidrogen peroksida sangat populer digunakan. Perawatan dengan solusi ini sangat sering digunakan. Formula molekul H 2 O 2 tidak mungkin disebutkan oleh jutaan orang yang ingin menjadi pirang dan mencerahkan rambut mereka, serta mereka yang menyukai kebersihan di dapur. Bahkan mereka yang mengobati goresan akibat bermain dengan anak kucing sering kali tidak menyadari bahwa mereka menggunakan perawatan hidrogen. Tapi semua orang tahu sejarahnya: sejak 1852, hidrogen untuk waktu yang lama digunakan dalam bidang penerbangan. Pesawat yang ditemukan oleh Henry Giffard ini dibuat berdasarkan hidrogen. Mereka disebut zeppelin. Zeppelin diusir dari angkasa karena pesatnya perkembangan manufaktur pesawat terbang. Pada tahun 1937 ada kecelakaan besar ketika pesawat Hindenburg terbakar. Setelah kejadian ini, zeppelin tidak pernah digunakan lagi. Namun pada akhir abad kedelapan belas, distribusi balon berisi hidrogen meluas. Selain produksi amonia, hidrogen kini dibutuhkan untuk produksi metil alkohol dan alkohol lainnya, bensin, bahan bakar minyak berat terhidrogenasi dan bahan bakar padat. Anda tidak dapat melakukannya tanpa hidrogen saat mengelas, saat memotong logam - itu bisa berupa oksigen-hidrogen dan atom-hidrogen. Dan tritium dan deuterium memberi kehidupan pada energi nuklir. Seperti yang kita ingat, ini adalah isotop hidrogen.
Neumyvakin
Hidrogen adalah unsur kimia yang baik sehingga memiliki penggemarnya sendiri. Ivan Pavlovich Neumyvakin - dokter Ilmu Medis, profesor, penerima Hadiah Negara dan dia memiliki lebih banyak gelar dan penghargaan, di antaranya. Sebagai seorang dokter pengobatan tradisional, ia dinobatkan sebagai penyembuh tradisional terbaik di Rusia. Dialah yang mengembangkan banyak metode dan prinsip penyediaan perawatan medis kepada astronot yang sedang terbang. Dialah yang menciptakan rumah sakit unik - rumah sakit di pesawat luar angkasa. Pada saat yang sama, dia adalah koordinator negara bagian untuk pengobatan kosmetik. Ruang dan kosmetik. Ketertarikannya terhadap hidrogen tidak bertujuan untuk menghasilkan banyak uang, seperti yang terjadi sekarang kedokteran nasional, tetapi sebaliknya - untuk mengajari orang cara menyembuhkan sesuatu secara harfiah dengan obat yang murah, tanpa kunjungan tambahan ke apotek.
Dia mempromosikan pengobatan dengan obat yang ada di setiap rumah. Ini adalah hidrogen peroksida. Anda dapat mengkritik Neumyvakin sebanyak yang Anda suka, dia akan tetap bersikeras: ya, memang, semuanya dapat disembuhkan dengan hidrogen peroksida, karena ia memenuhi sel-sel internal tubuh dengan oksigen, menghancurkan racun, menormalkan asam dan basa. keseimbangan, dan dari sini jaringan diregenerasi, seluruh tubuh organisme diremajakan. Belum ada seorang pun yang pernah melihat seseorang disembuhkan dengan hidrogen peroksida, apalagi memeriksanya, namun Neumyvakin mengklaim bahwa dengan menggunakan obat ini, Anda dapat sepenuhnya menghilangkan penyakit virus, bakteri dan jamur, mencegah perkembangan tumor dan aterosklerosis, mengalahkan depresi, meremajakan. tubuh dan tidak pernah sakit ARVI dan pilek.
Obat mujarab
Ivan Pavlovich yakin bahwa dengan penggunaan obat sederhana ini dengan benar dan mengikuti semua petunjuk sederhana, Anda dapat mengatasi banyak penyakit, termasuk penyakit yang sangat serius. Daftarnya sangat banyak: mulai dari penyakit periodontal dan radang amandel hingga infark miokard, stroke, dan diabetes. Hal-hal sepele seperti sinusitis atau osteochondrosis hilang dari sesi pengobatan pertama. Bahkan tumor kanker mereka menjadi takut dan lari dari hidrogen peroksida karena sistem kekebalan tubuh terstimulasi, kehidupan tubuh dan pertahanannya diaktifkan.
Bahkan anak-anak pun bisa diobati dengan cara ini, hanya saja sebaiknya ibu hamil menahan diri untuk tidak mengonsumsi hidrogen peroksida untuk saat ini. Juga tidak disarankan metode ini orang dengan transplantasi organ karena kemungkinan ketidakcocokan jaringan. Dosisnya harus diperhatikan dengan ketat: dari satu tetes menjadi sepuluh, tambahkan satu tetes setiap hari. Tiga kali sehari (tiga puluh tetes larutan hidrogen peroksida tiga persen per hari, wow!) setengah jam sebelum makan. Solusinya dapat diberikan secara intravena dan di bawah pengawasan medis. Terkadang hidrogen peroksida dikombinasikan dengan obat lain untuk mendapatkan efek yang lebih efektif. Solusinya digunakan secara internal hanya dalam bentuk encer - dengan air bersih.
Secara eksternal
Bahkan sebelum Profesor Neumyvakin menciptakan metodenya, kompres dan pembilasan sudah sangat populer. Semua orang tahu bahwa, seperti kompres alkohol, hidrogen peroksida tidak dapat digunakan dalam bentuk murni, karena akan menyebabkan luka bakar jaringan, namun kutil atau infeksi jamur dilumasi secara lokal dengan larutan kuat - hingga lima belas persen.
Untuk ruam kulit dan sakit kepala, prosedur yang melibatkan hidrogen peroksida juga dilakukan. Kompres harus dibuat menggunakan kain katun yang direndam dalam larutan dua sendok teh hidrogen peroksida tiga persen dan lima puluh miligram air bersih. Tutupi kain dengan film dan bungkus dengan wol atau handuk. Kompres berlangsung dari seperempat jam hingga satu setengah jam pada pagi dan sore hari hingga pemulihan.
Pendapat dokter
Pendapatnya berbeda-beda; tidak semua orang senang dengan khasiat hidrogen peroksida; terlebih lagi, mereka tidak hanya tidak mempercayainya, mereka juga menertawakannya. Di antara para dokter ada juga yang mendukung Neumyvakin bahkan ikut mengembangkan teorinya, namun mereka minoritas. Kebanyakan Dokter menganggap pengobatan jenis ini tidak hanya tidak efektif, tetapi juga seringkali membawa malapetaka.
Memang, belum ada satu pun kasus yang terbukti secara resmi di mana seorang pasien disembuhkan dengan hidrogen peroksida. Pada saat yang sama, tidak ada informasi tentang penurunan kesehatan sehubungan dengan penggunaan metode ini. Namun waktu yang berharga telah hilang, dan seseorang yang telah menderita salah satu penyakit serius dan sepenuhnya bergantung pada obat mujarab Neumyvakin berisiko terlambat memulai pengobatan tradisional yang sebenarnya.
