Նորմալ պայմաններում ջրածինը արձագանքում է. Ջրածին. ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ

Ջրածինը պարզ նյութ է H 2 (երկջրածին, դիպրոտիում, թեթեւ ջրածին):

Կարճ ջրածնի հատկանիշը:

• Ոչ մետաղական.
• Անգույն գազ, որը դժվար է հեղուկացնել։
• Ջրի մեջ վատ լուծվող:
• Այն ավելի լավ է լուծվում օրգանական լուծիչների մեջ։
• Քիմիական ներծծվում են մետաղներով՝ երկաթ, նիկել, պլատին, պալադիում:
• Ուժեղ նվազեցնող միջոց.
• Փոխազդում է (բարձր ջերմաստիճաններում) ոչ մետաղների, մետաղների, մետաղների օքսիդների հետ։
• Ատոմային ջրածինը H 0, որը ստացվում է H 2-ի ջերմային տարրալուծման արդյունքում, ունի ամենաբարձր վերականգնող հատկությունը։
• Ջրածնի իզոտոպներ.
  • 1 H - պրոտիում
  • 2 H - դեյտերիում (D)
  • 3 H - տրիտիում (T)
• Հարաբերական մոլեկուլային քաշ = 2,016
• Պինդ ջրածնի հարաբերական խտությունը (t = -260 ° C) = 0,08667
• Հեղուկ ջրածնի հարաբերական խտությունը (t = -253 ° C) = 0,07108
• Գերճնշում (n.a.) = 0,08988 գ / լ
• հալման կետ = -259,19 ° C
• եռման կետ = -252,87 ° C
• Ջրածնի լուծելիության ծավալային գործակիցը.
  • (t = 0 ° C) = 2,15;
  • (t = 20 ° C) = 1,82;
  • (t = 60 ° C) = 1,60;

1. Ջերմային տարրալուծումջրածինը(t = 2000-3500 ° C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Ջրածնի փոխազդեցությունը ոչ մետաղներ:

• H 2 + F 2 = 2HF (t = -250 .. + 20 ° C)
• H 2 + Cl 2 = 2HCl (երբ այրվում է կամ լույսի ներքո սենյակային ջերմաստիճան):
  • Cl 2 = 2Cl 0
  • Cl 0 + H 2 = HCl + H 0
  • H 0 + Cl 2 = HCl + Cl 0
• H 2 + Br 2 = 2HBr (t = 350-500 ° C, պլատինե կատալիզատոր)
• H 2 + I 2 = 2HI (t = 350-500 ° C, պլատինե կատալիզատոր)
• H 2 + O 2 = 2H 2 O:
  • H 2 + O 2 = 2OH 0
  • OH 0 + H 2 = H 2 O + H 0
  • H 0 + O 2 = OH 0 + O 0
  • O 0 + H 2 = OH 0 + H 0
• H 2 + S = H 2 S (t = 150..200 ° C)
• 3H 2 + N 2 = 2NH 3 (t = 500 ° C, երկաթի կատալիզատոր)
• 2H 2 + C (կոքս) = CH 4 (t = 600 ° C, պլատինե կատալիզատոր)
• H 2 + 2C (coke) = C 2 H 2 (t = 1500..2000 ° C)
• H 2 + 2C (կոքս) + N 2 = 2HCN (t ավելի քան 1800 ° C)

3. Ջրածնի փոխազդեցությունը բարդ նյութեր:

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

4. Ջրածնի մասնակցությունը ռեդոքս ռեակցիաներ:

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

Ջրածնի միացություններ

D 2 - diduterium:

• Ծանր ջրածին.
• Անգույն գազ, որը դժվար է հեղուկացնել։
• Դիդեյտերիումը պարունակվում է բնական ջրածնի մեջ 0,012-0,016% (ըստ կշռի):
• Դիդեուտերիումի և պրոտիումի գազային խառնուրդում իզոտոպների փոխանակումը տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճաններում։
• Վատ է լուծվում սովորական և ծանր ջրում։
• Սովորական ջրի հետ իզոտոպային փոխանակումը աննշան է:
• Քիմիական հատկությունները նման են թեթև ջրածնի, բայց դիդեուտերիումը ավելի քիչ ռեակտիվ է։
• Հարաբերական մոլեկուլային քաշը = 4,028
• Հեղուկ դիդեուտերիումի հարաբերական խտությունը (t = -253 ° C) = 0,17
• հալման կետ = -254,5 ° C
• եռման կետ = -249,49 ° C

T 2 - դիթրիտ:

• Գերծանր ջրածին.
• Անգույն ռադիոակտիվ գազ.
• Կես կյանքը 12,34 տարի է:
• Բնության մեջ դիթրիտը ձևավորվում է նեյտրոնների կողմից տիեզերական ճառագայթմամբ 14 N միջուկների ռմբակոծման արդյունքում, դիթրիտի հետքերը հանդիպում են բնական ջրերում։
• Ստացեք դիթրիտում միջուկային ռեակտորդանդաղ նեյտրոններով լիթիումի ռմբակոծում։
• Հարաբերական մոլեկուլային քաշը = 6.032
• հալման կետ = -252,52 ° C
• եռման կետ = -248,12 ° C

HD - դեյտերիումի ջրածին:

• Անգույն գազ.
• Չի լուծվում ջրի մեջ։
• Քիմիական հատկությունները նման են H 2-ին:
• Հարաբերական մոլեկուլային քաշը = 3,022
• Պինդ ջրածնի դեյտերիդի հարաբերական խտությունը (t = -257 ° C) = 0,146
• Գերճնշում (n.o.) = 0,135 գ / լ
• հալման կետ = -256,5 ° C
• եռման կետ = -251,02 ° C

Ջրածնի օքսիդներ

H 2 O - ջուր:

• Անգույն հեղուկ։
• Ըստ թթվածնի իզոտոպային բաղադրության՝ ջուրը բաղկացած է H 2 16 O-ից՝ H 2 18 O և H 2 17 O խառնուրդներով։
• Ըստ ջրածնի իզոտոպային բաղադրության՝ ջուրը բաղկացած է 1 H 2 O-ից՝ HDO-ի խառնուրդով։
• Հեղուկ ջուրը ենթարկվում է պրոտոլիզի (H 3 O + և OH -).
  • H 3 O + (օքսոնիումի կատիոն) ամենաուժեղ թթունն է ջրային լուծույթում;
  • OH - (հիդրօքսիդի իոն) ամենաուժեղ հիմքն է ջրային լուծույթում;
  • Ջուրը ամենաթույլ զուգակցված պրոտոլիտն է։
• Շատ նյութերով ջուրը ձևավորում է բյուրեղային հիդրատներ։
• Ջուրը քիմիապես ակտիվ նյութ է։
• Ջուրը բազմակողմանի հեղուկ լուծիչ է անօրգանական միացությունների համար:
• Ջրի հարաբերական մոլեկուլային քաշը = 18.02
• Պինդ ջրի (սառույցի) հարաբերական խտությունը (t = 0 ° C) = 0,917
• Հեղուկ ջրի հարաբերական խտություն.
  • (t = 0 ° C) = 0,999841
  • (t = 20 ° C) = 0,998203
  • (t = 25 ° C) = 0,997044
  • (t = 50 ° C) = 0,97180
  • (t = 100 ° C) = 0,95835
• խտություն (n.o.) = 0,8652 գ / լ
• հալման կետ = 0 ° C
• եռման կետ = 100 ° C
• Ջրի իոնային արտադրանք (25 ° C) = 1,008 10 -14

1. Ջրի ջերմային տարրալուծում.
2H 2 O ↔ 2H 2 + O 2 (1000 ° C-ից բարձր)

D 2 O - դեյտերիումի օքսիդ:

• Ծանր ջուր.
• Անգույն հիգրոսկոպիկ հեղուկ։
• Մածուցիկությունը ավելի բարձր է, քան ջրի մածուցիկությունը:
• Անսահմանափակ քանակությամբ խառնվում է սովորական ջրի հետ։
• Կիսածանր ջրի HDO-ն առաջանում է իզոտոպների փոխանակման ժամանակ։
• Լուծման հզորությունը ավելի ցածր է, քան սովորական ջրինը:
• Դեյտերիումի օքսիդի քիմիական հատկությունները նման են ջրի հատկություններին, սակայն բոլոր ռեակցիաները ավելի դանդաղ են ընթանում։
• Բնական ջրում առկա է ծանր ջուր (զանգվածային հարաբերակցությունը սովորական ջրին 1:5500):
• Դեյտերիումի օքսիդը ստացվում է բնական ջրի կրկնակի էլեկտրոլիզից, որի ժամանակ ծանր ջուրը կուտակվում է էլեկտրոլիտի մնացորդում։
• Ծանր ջրի հարաբերական մոլեկուլային քաշը = 20.03
• Հեղուկ ծանր ջրի հարաբերական խտությունը (t = 11,6 ° C) = 1,1071
• Հեղուկ ծանր ջրի հարաբերական խտությունը (t = 25 ° C) = 1,1042
• հալման կետ = 3,813 ° C
• եռման կետ = 101,43 ° C

T 2 O - տրիտիումի օքսիդ:

• Սուպեր ծանր ջուր.
• Անգույն հեղուկ։
• Մածուցիկությունը ավելի բարձր է, իսկ լուծարման հզորությունը՝ ավելի ցածր, քան սովորական և ծանր ջրին:
• Անսահմանափակ քանակությամբ խառնվում է սովորական և ծանր ջրի հետ:
• Սովորական և ծանր ջրի հետ իզոտոպային փոխանակումը հանգեցնում է HTO, DTO-ի առաջացմանը։
• Գերծանր ջրի քիմիական հատկությունները նման են ջրի հատկություններին, սակայն բոլոր ռեակցիաներն ընթանում են նույնիսկ ավելի դանդաղ, քան ծանր ջրում:
• Տրիտիումի օքսիդի հետքերը հանդիպում են բնական ջրում և մթնոլորտում։
• Գերծանր ջուրը ստացվում է տաքացած պղնձի CuO օքսիդի վրայով տրիտիումի միջոցով:
• Գերծանր ջրի հարաբերական մոլեկուլային քաշը = 22.03
• հալման կետ = 4,5 ° C

Ջրածինը (H) շատ թեթև է քիմիական տարր, երկրակեղևում 0,9% զանգվածային պարունակությամբ, իսկ ջրում՝ 11,19%։

Ջրածնի բնութագրումը

Հեշտությամբ գազերի մեջ առաջինն է։ Նորմալ պայմաններում այն ​​անհամ է, անգույն և բացարձակապես առանց հոտի։ Երբ այն մտնում է թերմոսֆերա, փոքր քաշի պատճառով թռչում է տիեզերք։

Ամբողջ տիեզերքում դա ամենաբազմաթիվ քիմիական տարրն է (նյութերի ընդհանուր զանգվածի 75%-ը)։ Այնքան շատ, որ շատ աստղեր կան արտաքին տարածքամբողջությամբ բաղկացած է դրանից: Օրինակ՝ արևը։ Դրա հիմնական բաղադրիչը ջրածինն է։ Իսկ ջերմությունն ու լույսը էներգիայի արտազատման արդյունք են, երբ նյութի միջուկները միաձուլվում են։ Նաև տիեզերքում կան նրա մոլեկուլների ամբողջ ամպեր՝ տարբեր չափերի, խտության և ջերմաստիճանի:

Ֆիզիկական հատկություններ

Բարձր ջերմաստիճանը և ճնշումը զգալիորեն փոխում են դրա որակները, բայց նորմալ պայմաններում դա.

Ունի բարձր ջերմային հաղորդունակություն՝ համեմատած այլ գազերի հետ,

Ոչ թունավոր և վատ լուծվող ջրում,

0,0899 գ / լ խտությամբ 0 ° C և 1 ատմ.,

Այն վերածվում է հեղուկի -252,8 ° C ջերմաստիճանում

Այն դժվարանում է -259,1 ° C-ում,

Այրման տեսակարար ջերմություն 120.9.106 Ջ / կգ:

Հեղուկ կամ պինդ վիճակի փոխակերպումը պահանջում է բարձր ճնշում և շատ ցածր ջերմաստիճան: Հեղուկ վիճակում այն ​​հեղուկ է և թեթև։

Քիմիական հատկություններ

Ճնշման տակ և սառչելիս (-252,87 գ. C) ջրածինը ստանում է հեղուկ վիճակ, որն իր քաշով ավելի թեթև է, քան ցանկացած անալոգային։ Նրանում ավելի քիչ տեղ է զբաղեցնում, քան գազային վիճակում։

Նա տիպիկ ոչ մետաղ է։ Լաբորատորիաներում այն ​​արտադրվում է մետաղների (օրինակ՝ ցինկ կամ երկաթ) նոսր թթուների հետ փոխազդելու միջոցով։ Նորմալ պայմաններում այն ​​ոչ ակտիվ է և արձագանքում է միայն ակտիվ ոչ մետաղների հետ։ Ջրածինը կարող է առանձնացնել թթվածինը օքսիդներից և նվազեցնել մետաղները միացություններից: Նա և իր խառնուրդները ջրածնային կապ են կազմում որոշ տարրերի հետ։

Գազը հեշտությամբ լուծվում է էթանոլում և շատ մետաղներում, հատկապես պալադիումում: Արծաթը չի լուծում այն: Ջրածինը կարող է օքսիդացվել այրման ժամանակ թթվածնում կամ օդում, ինչպես նաև հալոգենների հետ փոխազդեցության արդյունքում։

Թթվածնի հետ զուգակցվելիս առաջանում է ջուր։ Եթե ​​ջերմաստիճանը նորմալ է, ապա ռեակցիան դանդաղ է, եթե 550 ° C-ից բարձր է` պայթյունով (վերածվում է պայթուցիկ գազի):

Բնության մեջ ջրածնի հայտնաբերում

Չնայած մեր մոլորակի վրա շատ ջրածին կա, այն իր մաքուր տեսքով գտնելը հեշտ չէ։ Քչերը կարելի է գտնել հրաբխային ժայթքման ժամանակ, նավթի արտադրության ժամանակ և օրգանական նյութերի քայքայման վայրում։

Ընդհանուր քանակի կեսից ավելին ջրի հետ բաղադրության մեջ է։ Ընդգրկված է նաև նավթի, զանազան կավի, այրվող գազերի, կենդանիների և բույսերի կառուցվածքում (յուրաքանչյուր կենդանի բջջի առկայությունը ատոմների քանակով 50% է)։

Ջրածնի ցիկլը բնության մեջ

Ամեն տարի վիթխարի քանակությամբ (միլիարդոն տոննա) բույսերի մնացորդները քայքայվում են ջրային մարմիններում և հողում, և այդ տարրալուծումը մթնոլորտ է ցողում ջրածնի հսկայական զանգված: Այն նաև արտազատվում է բակտերիաների հետևանքով առաջացած ցանկացած խմորման, այրման ժամանակ և թթվածնի հետ միասին մասնակցում է ջրի ցիկլին։

Ջրածնի կիրառությունները

Տարրը ակտիվորեն օգտագործվում է մարդկության կողմից իր գործունեության մեջ, ուստի մենք սովորել ենք, թե ինչպես այն ձեռք բերել արդյունաբերական մասշտաբով.

Օդերեւութաբանություն, քիմիական արտադրություն;

Մարգարինի արտադրություն;

Որպես հրթիռների վառելիք (հեղուկ ջրածին);

Էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերություն էլեկտրական գեներատորների հովացման համար;

Մետաղների եռակցում և կտրում.

Ջրածնի զանգվածն օգտագործվում է սինթետիկ բենզինի (անորակ վառելիքի որակը բարելավելու համար), ամոնիակի, քլորաջրածնի, սպիրտների և այլ նյութերի արտադրության մեջ։ Միջուկային էներգիան ակտիվորեն օգտագործում է իր իզոտոպները։

«Ջրածնի պերօքսիդ» դեղամիջոցը լայնորեն օգտագործվում է մետալուրգիայում, էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ, ցելյուլոզայի և թղթի արդյունաբերության մեջ, սպիտակեղենի և բամբակյա գործվածքների սպիտակեցման, մազերի ներկերի և կոսմետիկայի, պոլիմերների և վերքերի բուժման բժշկության մեջ:

Այս գազի «պայթուցիկ» բնույթը կարող է մահացու զենք լինել. ջրածնային ռումբ... Դրա պայթյունն ուղեկցվում է հսկայական քանակությամբ ռադիոակտիվ նյութերի արտանետմամբ և կործանարար է բոլոր կենդանի էակների համար։

Հեղուկ ջրածնի և մաշկի շփումը կարող է հանգեցնել ուժեղ և ցավոտ ցրտահարության:

Հեղուկ

Ջրածին(լատ. Ջրածին; նշվում է խորհրդանիշով Հ) - տարրերի պարբերական աղյուսակի առաջին տարրը: Լայնորեն տարածված է բնության մեջ։ Ջրածնի ամենաառատ իզոտոպի՝ 1 H-ի կատիոնը (և միջուկը) պրոտոնն է։ 1 H միջուկի հատկությունները հնարավորություն են տալիս լայնորեն կիրառել NMR սպեկտրոսկոպիան օրգանական նյութերի վերլուծության մեջ։

Ջրածնի երեք իզոտոպներ ունեն իրենց անունները՝ 1 H - պրոտիում (H), 2 H - դեյտերիում (D) և 3 H - տրիտիում (ռադիոակտիվ) (T):

Պարզ նյութ ջրածին - H 2 - բաց անգույն գազ: Այն դյուրավառ է և պայթուցիկ, երբ խառնվում է օդի կամ թթվածնի հետ: Ոչ թունավոր: Լուծենք էթանոլի և մի շարք մետաղների մեջ՝ երկաթ, նիկել, պալադիում, պլատին։

Պատմություն

Թթուների և մետաղների փոխազդեցության ժամանակ այրվող գազի արտազատումը նկատվել է 16-17-րդ դարերում քիմիայի՝ որպես գիտության ձևավորման արշալույսին։ Միխայիլ Վասիլևիչ Լոմոնոսովը նույնպես ուղղակիորեն մատնանշեց դրա բաժանումը, բայց արդեն հաստատ գիտակցելով, որ դա ֆլոգիստոն չէ։ Անգլիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Հենրի Քավենդիշը ուսումնասիրել է այս գազը 1766 թվականին և այն անվանել «այրվող օդ»։ Երբ այրվում էր, «այրվող օդը» ջուր էր արտադրում, սակայն Քևենդիշի հավատարմությունը ֆլոգիստոնի տեսությանը խանգարեց նրան ճիշտ եզրակացություններ անել: Ֆրանսիացի քիմիկոս Անտուան ​​Լավուազեն ինժեներ Ժ.Մյունյեի հետ, օգտագործելով հատուկ գազաչափեր, 1783 թվականին սինթեզել է ջուրը, այնուհետև վերլուծել այն՝ տաք երկաթով քայքայելով ջրի գոլորշին։ Այսպիսով, նա հաստատեց, որ «այրվող օդը» ջրի մաս է և կարելի է ստանալ դրանից։

անվան ծագումը

Լավուազիեն ջրածնին տվել է hydrogène անունը՝ «ջուր ծնել»։ Ռուսական «ջրածին» անվանումն առաջարկել է քիմիկոս Մ.Ֆ.

Տարածվածություն

Ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ տարրն է: Այն կազմում է բոլոր ատոմների մոտ 92%-ը (8%-ը հելիումի ատոմներ են, մնացած բոլոր տարրերի մասնաբաժինը միասին վերցրած 0,1%-ից պակաս է)։ Այսպիսով, ջրածինը աստղերի և միջաստղային գազի հիմնական բաղադրիչն է։ Աստղային ջերմաստիճանների պայմաններում (օրինակ՝ Արեգակի մակերևութային ջերմաստիճանը ~ 6000 ° C է), ջրածինը գոյություն ունի պլազմայի տեսքով, միջաստղային տարածության մեջ այս տարրը գոյություն ունի առանձին մոլեկուլների, ատոմների և իոնների տեսքով և կարող է ձևավորվել։ մոլեկուլային ամպեր, որոնք զգալիորեն տարբերվում են չափերով, խտությամբ և ջերմաստիճանով:

Երկրի ընդերքը և կենդանի օրգանիզմները

Երկրակեղևում ջրածնի զանգվածային բաժինը 1% է, սա տասներորդ ամենաառատ տարրն է: Այնուամենայնիվ, նրա դերը բնության մեջ որոշվում է ոչ թե զանգվածով, այլ ատոմների քանակով, որոնց հարաբերակցությունը այլ տարրերի մեջ 17% է (երկրորդ տեղը թթվածնից հետո, որի ատոմների մասնաբաժինը ~ 52%)։ Ուստի ջրածնի նշանակությունը Երկրի վրա տեղի ունեցող քիմիական գործընթացներում գրեթե նույնքան մեծ է, որքան թթվածինը։ Ի տարբերություն թթվածնի, որը գոյություն ունի Երկրի վրա և՛ կապված, և՛ ազատ վիճակում, Երկրի վրա գրեթե ողջ ջրածինը միացությունների տեսքով է. Մթնոլորտում պարունակվում է շատ փոքր քանակությամբ ջրածին պարզ նյութի տեսքով (0,00005% ծավալով):

Ջրածինը գրեթե բոլոր օրգանական նյութերի մի մասն է և առկա է բոլոր կենդանի բջիջներում։ Կենդանի բջիջներում ջրածինը կազմում է ատոմների թվի գրեթե 50%-ը։

Ստանալով

Պարզ նյութերի ստացման արդյունաբերական մեթոդները կախված են բնության մեջ համապատասխան տարրի հայտնաբերման ձևից, այսինքն՝ ինչ կարող է լինել դրա արտադրության հումքը։ Այսպիսով, թթվածինը, որը հասանելի է ազատ վիճակում, ստացվում է ֆիզիկական մեթոդով՝ հեղուկ օդից բաժանելով։ Գրեթե ամբողջ ջրածինը միացությունների տեսքով է, ուստի այն ստանալու համար կիրառվում են քիմիական մեթոդներ։ Մասնավորապես, կարող են օգտագործվել տարրալուծման ռեակցիաներ: Ջրածնի արտադրության մեթոդներից մեկը ջրի քայքայման ռեակցիան է էլեկտրական հոսանքի միջոցով։

Ջրածնի արտադրության հիմնական արդյունաբերական մեթոդը մեթանի ռեակցիան է ջրի հետ, որը բնական գազի մի մասն է։ Այն իրականացվում է բարձր ջերմաստիճանում (հեշտ է համոզվել, որ ոչ մի ռեակցիա տեղի չի ունենում, երբ մեթանն անցնում է նույնիսկ եռացող ջրով).

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 կՋ

Լաբորատորիայում պարզ նյութեր ստանալու համար պարտադիր չէ, որ օգտագործում են բնական հումք, այլ ընտրում են այն ելանյութերը, որոնցից ավելի հեշտ է մեկուսացնել պահանջվող նյութը։ Օրինակ՝ լաբորատորիայում օդից թթվածին չի ստացվում։ Նույնը վերաբերում է ջրածնի արտադրությանը։ Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներից մեկը, որը երբեմն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, ջրի տարրալուծումն է էլեկտրական հոսանքով։

Սովորաբար լաբորատոր պայմաններում ջրածինը արտադրվում է ցինկի և աղաթթվի փոխազդեցությամբ։

Արդյունաբերության մեջ

1.Աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզ.

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Ջրային գոլորշիների անցումը շիկացած կոքսի վրա մոտ 1000 ° C ջերմաստիճանում:

H 2 O + C? H 2 + CO

3.Բնական գազից.

Steam-ի փոխարկում.

CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 ° C)

Թթվածնով կատալիտիկ օքսիդացում.

2CH 4 + O 2? 2CO + 4H 2

4. Ածխաջրածինների ճեղքում և բարեփոխում նավթի վերամշակման գործընթացում:

Լաբորատորիայում

1.Նոսրացած թթուների ազդեցությունը մետաղների վրա.Նման ռեակցիան իրականացնելու համար առավել հաճախ օգտագործվում են ցինկ և նոսր աղաթթու.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Կալցիումի փոխազդեցությունը ջրի հետ.

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.Հիդրիդների հիդրոլիզ.

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Ալկալիների ազդեցությունը ցինկի կամ ալյումինի վրա.

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Էլեկտրոլիզով։Ալկալիների կամ թթուների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ընթացքում կաթոդում ջրածինը առաջանում է, օրինակ.

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

Ֆիզիկական հատկություններ

Ջրածինը կարող է գոյություն ունենալ երկու ձևով (փոփոխություններ)՝ օրթո- և պարաջրածնի տեսքով: Օրթաջրածնի մոլեկուլ o-H 2 (m.p. -259.10 ° C, bp. -252.56 ° C) միջուկային պտույտներն ուղղված են նույն կերպ (զուգահեռ), էջ-H 2 (m.p. -259.32 ° C, bp. -252.89 ° C) - միմյանց հակառակ (հակ զուգահեռ): Հավասարակշռության խառնուրդ o-Հ 2 և էջ-H 2 տվյալ ջերմաստիճանում կոչվում է հավասարակշռության ջրածին ե-Հ 2.

Ջրածնի փոփոխությունները կարելի է առանձնացնել հեղուկ ազոտի ջերմաստիճանում ակտիվ ածխածնի վրա կլանման միջոցով: Շատ ցածր ջերմաստիճաններում օրթոհաջրածնի և պարահիդրոգենի միջև հավասարակշռությունը գրեթե ամբողջությամբ փոխվում է դեպի վերջինս: 80 Կ-ում ձևերի հարաբերակցությունը մոտավորապես 1:1 է: Ջեռուցման ժամանակ կլանված պարաջրածինը վերածվում է օրթոհրածնի, մինչև ձևավորվի սենյակային ջերմաստիճանում խառնուրդի հավասարակշռություն (օրթո-զույգ՝ 75:25): Առանց կատալիզատորի փոխակերպումը տեղի է ունենում դանդաղ (միջաստղային միջավայրի պայմաններում՝ բնորոշ ժամանակներով մինչև տիեզերական), ինչը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել առանձին փոփոխությունների հատկությունները։

Ջրածինը ամենաթեթև գազն է, այն 14,5 անգամ թեթև է օդից։ Ակնհայտ է, որ որքան փոքր է մոլեկուլների զանգվածը, այնքան բարձր է նրանց արագությունը նույն ջերմաստիճանում: Որպես ամենաթեթև, ջրածնի մոլեկուլները շարժվում են ավելի արագ, քան ցանկացած այլ գազի մոլեկուլներ և այդպիսով կարող են ավելի արագ ջերմություն փոխանցել մի մարմնից մյուսը: Դրանից բխում է, որ գազային նյութերի մեջ ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունն ունի ջրածինը։ Նրա ջերմային հաղորդունակությունը մոտ յոթ անգամ գերազանցում է օդի ջերմային հաղորդունակությունը։

Ջրածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է՝ Н 2։ Նորմալ պայմաններում այն ​​անգույն, անհոտ ու անհամ գազ է։ Խտությունը 0,08987 գ / լ (n.u.), եռման կետը −252,76 ° C, այրման տեսակարար ջերմությունը 120,9 × 10 6 Ջ / կգ, ջրի մեջ մի փոքր լուծվող՝ 18,8 մլ/լ: Ջրածինը հեշտությամբ լուծվում է բազմաթիվ մետաղներում (Ni, Pt, Pd և այլն), հատկապես պալադիումում (850 ծավալ Pd-ի 1 ծավալի համար): Մետաղներում ջրածնի լուծելիությունը կապված է դրանց միջով ցրվելու ունակության հետ. Դիֆուզիան ածխածնային համաձուլվածքի միջոցով (օրինակ՝ պողպատ) երբեմն ուղեկցվում է համաձուլվածքի քայքայմամբ՝ ջրածնի և ածխածնի փոխազդեցության պատճառով (այսպես կոչված, ածխաթթվացում)։ Գործնականում անլուծելի է արծաթի մեջ:

Հեղուկ ջրածինգոյություն ունի շատ նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում՝ -252,76-ից -259,2 °C: Այն անգույն հեղուկ է, շատ թեթև (խտությունը -253 ° C 0,0708 գ / սմ 3) և հեղուկ (մածուցիկություն -253 ° C 13,8 cpoise): Ջրածնի կրիտիկական պարամետրերը շատ ցածր են՝ ջերմաստիճանը −240,2 ° C է, իսկ ճնշումը՝ 12,8 ատմ։ Սա բացատրում է ջրածնի հեղուկացման դժվարությունները: Հեղուկ վիճակում հավասարակշռված ջրածինը բաղկացած է 99,79% para-H 2, 0,21% ortho-H 2:

Պինդ ջրածին, հալման կետ −259,2 ° C, խտություն 0,0807 գ / սմ 3 (-262 ° C-ում) - ձյան նման զանգված, վեցանկյուն համակարգի բյուրեղներ, տիեզերական խումբ P6 / mmc, բջջային պարամետրեր ա=3,75 գ= 6.12. Բարձր ճնշման դեպքում ջրածինը վերածվում է մետաղական վիճակի։

Իզոտոպներ

Ջրածինը հայտնվում է երեք իզոտոպների տեսքով, որոնք ունեն առանձին անվանումներ՝ 1 H - պրոտիում (H), 2 H - դեյտերիում (D), 3 H - տրիտում (ռադիոակտիվ) (T):

Պրոտիումը և դեյտերիումը 1 և 2 զանգվածային թվերով կայուն իզոտոպներ են: Նրանց պարունակությունը բնության մեջ համապատասխանաբար կազմում է 99,9885 ± 0,0070% և 0,0115 ± 0,0070%: Այս հարաբերակցությունը կարող է փոքր-ինչ տարբերվել՝ կախված ջրածնի արտադրության աղբյուրից և եղանակից:

Ջրածնի իզոտոպը 3 H (տրիտում) անկայուն է։ Նրա կիսատ կյանքը 12,32 տարի է։ Տրիտիումը բնության մեջ հանդիպում է շատ փոքր քանակությամբ։

Գրականությունը պարունակում է նաև տվյալներ ջրածնի իզոտոպների վերաբերյալ 4–7 զանգվածային թվերով և 10–22–10–23 վրկ կիսատևողությամբ։

Բնական ջրածինը բաղկացած է H 2 և HD (ջրածնի դեյտերիդ) մոլեկուլներից՝ 3200:1 հարաբերակցությամբ: Մաքուր դեյտերիումի ջրածնի D 2 պարունակությունն էլ ավելի քիչ է։ HD-ի և D 2-ի կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունը մոտավորապես 6400:1 է:

Քիմիական տարրերի բոլոր իզոտոպներից ամենաշատը միմյանցից տարբերվում են ջրածնի իզոտոպների ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները։ Դա պայմանավորված է ատոմային զանգվածների ամենամեծ հարաբերական փոփոխությամբ։

	Ջերմաստիճանը հալվելը, Կ	Ջերմաստիճանը եռացող, Կ	Եռակի կետ, Կ / կՊա	Քննադատական կետ, Կ / կՊա	Խտություն հեղուկ / գազ, կգ / մ³

Դեյտերիումը և տրիտումը նույնպես ունեն օրթո և պարա փոփոխություններ. էջ-D 2, o-D 2, էջ-T 2, o-T 2. Հետերոիզոտոպային ջրածինը (HD, HT, DT) չունի օրթո և պարա փոփոխություններ:

Քիմիական հատկություններ

Ջրածնի տարանջատված մոլեկուլների մասնաբաժինը

Ջրածնի H 2 մոլեկուլները բավականին ուժեղ են, և ջրածնի արձագանքման համար պետք է շատ էներգիա ծախսվի.

H 2 = 2H - 432 կՋ

Հետևաբար, սովորական ջերմաստիճանում ջրածինը փոխազդում է միայն շատ ակտիվ մետաղների հետ, օրինակ՝ կալցիումի հետ՝ ձևավորելով կալցիումի հիդրիդ.

Ca + H 2 = CaH 2

և միակ ոչ մետաղով` ֆտորով, որը ձևավորում է ֆտորաջրածինը.

Մետաղների և ոչ մետաղների մեծ մասի հետ ջրածինը արձագանքում է բարձր ջերմաստիճանի կամ այլ ազդեցության տակ, օրինակ՝ լույսի ներքո.

О 2 + 2Н 2 = 2Н 2 О

Այն կարող է թթվածին «վերցնել» որոշ օքսիդներից, օրինակ.

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Գրավոր հավասարումն արտացոլում է ջրածնի վերականգնող հատկությունները։

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Հալոգեններով առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ.

F 2 + H 2 → 2HF, ռեակցիան ընթանում է պայթյունով մթության մեջ և ցանկացած ջերմաստիճանում,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, ռեակցիան ընթանում է պայթյունով, միայն լույսի ներքո։

Ուժեղ տաքացման տակ արձագանքում է մուրի հետ.

C + 2H 2 → CH 4

Փոխազդեցություն ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետ

Ակտիվ մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ ջրածինը ձևավորում է հիդրիդներ.

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Հիդրիդներ- աղի, պինդ նյութեր, հեշտությամբ հիդրոլիզվող.

CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2

Փոխազդեցություն մետաղների օքսիդների հետ (սովորաբար d-տարրեր)

Օքսիդները վերածվում են մետաղների.

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Օրգանական միացությունների հիդրոգենացում

Մոլեկուլային ջրածինը լայնորեն օգտագործվում է օրգանական սինթեզի մեջ՝ օրգանական միացությունների վերացման համար։ Այս գործընթացները կոչվում են հիդրոգենացման ռեակցիաներ... Այս ռեակցիաները կատարվում են կատալիզատորի առկայության դեպքում բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում: Կատալիզատորը կարող է լինել կամ միատարր (օրինակ՝ Wilkinson-ի կատալիզատոր) կամ տարասեռ (օրինակ՝ Raney նիկել, պալադիում-ածխածին):

Այսպիսով, մասնավորապես, չհագեցած միացությունների կատալիտիկ հիդրոգենացման ժամանակ, ինչպիսիք են ալկենները և ալկինները, առաջանում են հագեցած միացություններ՝ ալկաններ։

Ջրածնի երկրաքիմիա

Ազատ ջրածինը H 2 համեմատաբար հազվադեպ է երկրային գազերում, սակայն ջրի տեսքով այն չափազանց կարևոր դեր է խաղում երկրաքիմիական գործընթացներում։

Ջրածինը կարող է լինել հանքանյութերի մի մասը՝ ամոնիումի իոնի, հիդրօքսիլ իոնի և բյուրեղային ջրի տեսքով։

Մթնոլորտում ջրածինը շարունակաբար արտադրվում է արեգակնային ճառագայթման միջոցով ջրի տարրալուծման արդյունքում: Ունենալով ցածր զանգված՝ ջրածնի մոլեկուլներն ունեն բարձր արագությունդիֆուզիոն շարժում (այն մոտ է երկրորդ տիեզերական արագությանը) և, ընկնելով մթնոլորտի վերին շերտերը, կարող է թռչել արտաքին տարածություն։

Բուժման առանձնահատկությունները

Օդի հետ խառնվելիս ջրածինը առաջացնում է պայթուցիկ խառնուրդ՝ այսպես կոչված, պայթուցիկ գազ։ Այս գազը առավել պայթյունավտանգ է, երբ ջրածնի և թթվածնի ծավալային հարաբերակցությունը 2:1 է, կամ ջրածինը և օդը մոտավորապես 2:5 է, քանի որ օդը պարունակում է մոտ 21% թթվածին: Ջրածինը նույնպես հրդեհավտանգ է: Հեղուկ ջրածինը կարող է ուժեղ ցրտահարության պատճառ դառնալ, եթե այն շփվի մաշկի հետ:

Ջրածնի պայթուցիկ կոնցենտրացիաները թթվածնի հետ առաջանում են 4%-ից մինչև 96% ծավալով։ Օդի հետ խառնելիս 4%-ից մինչև 75 (74)% ծավալով:

Տնտեսություն

Լայնածավալ մեծածախ մատակարարումների համար ջրածնի արժեքը տատանվում է 2-5 դոլար մեկ կգ-ի համար:

Դիմում

Ատոմային ջրածինը օգտագործվում է ատոմային ջրածնի եռակցման համար:

Քիմիական արդյունաբերություն

• Ամոնիակի, մեթանոլի, օճառի և պլաստիկի արտադրության մեջ
• Հեղուկ բուսական յուղերից մարգարինի արտադրության մեջ
• Գրանցված է որպես սննդային հավելում E949(փաթեթավորման գազ)

Սննդի արդյունաբերություն

Ավիացիոն արդյունաբերություն

Ջրածինը շատ թեթև է և միշտ օդ է բարձրանում: Մի անգամ օդանավերն ու օդապարիկները լցվել են ջրածնով։ Բայց 30-ական թթ. XX դար տեղի են ունեցել մի քանի աղետներ, որոնց ժամանակ պայթել և այրվել են օդանավերը։ Մեր օրերում դիրիժաբլերը լցված են հելիումով, չնայած դրա զգալիորեն բարձր արժեքին։

Վառելիք

Ջրածինը օգտագործվում է որպես շարժիչ:

Հետազոտություններ են կատարվում ջրածնի օգտագործման համար՝ որպես վառելիք մեքենաների և բեռնատարների համար: Ջրածնային շարժիչները չեն աղտոտում միջավայրըև արտանետում է միայն ջրի գոլորշի:

Ջրածին-թթվածնային վառելիքի բջիջները օգտագործում են ջրածինը քիմիական ռեակցիայից էներգիան ուղղակիորեն էլեկտրական էներգիայի փոխակերպելու համար:

«Հեղուկ ջրածին»(«LH») ջրածնի հեղուկ ագրեգատային վիճակ է՝ 0,07 գ/սմ³ ցածր տեսակարար կշռով և կրիոգեն հատկություններով՝ 14,01 Կ (−259,14 ° C) սառեցման կետով և 20,28 Կ (−252,87 ° C) եռման կետով։ Գ). Այն անգույն, անհոտ հեղուկ է, որը օդի հետ խառնվելիս դասակարգվում է որպես պայթուցիկ՝ 4-75% դյուրավառությամբ։ Հեղուկ ջրածնի մեջ իզոմերների սպին հարաբերակցությունը կազմում է` 99,79% - պարաջրածին; 0.21% - օրթոհրածին: Ջրածնի ընդլայնման գործակիցը փոխելիս համախառն վիճակմինչև գազայինը 848:1 է 20 °C-ում:

Ինչպես ցանկացած գազի դեպքում, ջրածնի հեղուկացումը հանգեցնում է դրա ծավալի նվազմանը: Հեղուկացումից հետո «LH»-ը ճնշման տակ պահվում է ջերմամեկուսացված տարաներում։ Հեղուկ ջրածին (ռուս. Հեղուկ ջրածին, LH2, LH 2) ակտիվորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ՝ որպես գազի պահեստավորման ձև, իսկ տիեզերական արդյունաբերության մեջ՝ որպես հրթիռային վառելիք։

Պատմություն

Արհեստական ​​սառեցման առաջին փաստագրված օգտագործումը 1756 թվականին իրականացրեց անգլիացի գիտնական Ուիլյամ Քալենը, Գասպար Մոնժը առաջինն էր, ով ստացավ ծծմբի օքսիդի հեղուկ վիճակը 1784 թվականին, Մայքլ Ֆարադեյն առաջինն էր, ով ստացավ հեղուկ ամոնիակ, ամերիկացի գյուտարար Օլիվեր Էվանսը: առաջինն էր, որ մշակեց սառնարանային կոմպրեսորը 1805 թվականին, Ջեյքոբ Պերկինսն առաջինն էր, ով արտոնագրեց հովացման մեքենա 1834 թվականին, իսկ Ջոն Գորին ԱՄՆ առաջին արտոնագիրն էր, որը արտոնագրեց օդորակիչ 1851 թվականին։ Վերներ Սիմենսը 1857 թվականին առաջարկեց վերականգնողական հովացման հայեցակարգը, իսկ 1876 թվականին Կարլ Լինդը արտոնագրեց հեղուկ օդի արտադրության սարքավորում՝ օգտագործելով Joule-Thomson կասկադի ընդարձակման էֆեկտը և վերականգնողական սառեցումը 1876 թվականին: 1885 թվականին լեհ ֆիզիկոս և քիմիկոս Զիգմունդ Վրոբլվսկին հրապարակեց ջրածնի կրիտիկական ջերմաստիճանը 33 Կ, կրիտիկական ճնշումը 13,3 ատմ։ Ջրածինը առաջին անգամ հեղուկացրել է Ջեյմս Դյուարը 1898 թվականին՝ օգտագործելով վերականգնողական սառնարան և իր գյուտը, Dewar անոթը: Հեղուկ ջրածնի կայուն իզոմերի՝ պարաջրածնի առաջին սինթեզն իրականացվել է Փոլ Հարտեկի և Կառլ Բոնհոֆերի կողմից 1929 թվականին։

Ջրածնի իզոմերների սպին

Ջրածինը սենյակային ջերմաստիճանում բաղկացած է հիմնականում սպինի իզոմերից՝ օրթոհրածնից։ Արտադրությունից հետո հեղուկ ջրածինը գտնվում է մետաստաբիլ վիճակում և պետք է վերածվի պարահիդրոգեն ձևի, որպեսզի խուսափի պայթուցիկ էկզոտերմիկ ռեակցիայից, որը տեղի է ունենում ցածր ջերմաստիճանի ժամանակ փոխվելու դեպքում: Փոխակերպումը պարաջրածնային փուլին սովորաբար կատարվում է կատալիզատորների միջոցով, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդը, քրոմի օքսիդը, ակտիվացված ածխածինը, պլատինե ծածկված ասբեստը, հազվագյուտ հողային մետաղները կամ օգտագործելով ուրան կամ նիկել հավելումներ:

Օգտագործումը

Հեղուկ ջրածինը կարող է օգտագործվել որպես վառելիքի պահեստավորման ձև ներքին այրման շարժիչների և վառելիքի բջիջների համար: Տարբեր սուզանավեր (նախագծեր 212A և 214, Գերմանիա) և ջրածնի փոխադրման գաղափարներ ստեղծվել են՝ օգտագործելով ջրածնի այս ագրեգատային ձևը (տե՛ս օրինակ «DeepC» կամ «BMW H2R»): Կառույցների մոտիկության պատճառով «ԺՎ»-ի վրա սարքավորում ստեղծողները կարող են օգտագործել կամ փոփոխել միայն հեղուկացված բնական գազի («LNG») օգտագործող համակարգերը։ Այնուամենայնիվ, ավելի ցածր զանգվածային էներգիայի խտության պատճառով այրման համար պահանջվում է ջրածնի ավելի մեծ ծավալ, քան բնական գազը: Եթե ​​մխոցային շարժիչներում «CNG»-ի փոխարեն օգտագործվում է հեղուկ ջրածին, ապա սովորաբար պահանջվում է ավելի դժվար վառելիքի համակարգ: Ուղղակի ներարկման դեպքում ավելացած ընդունման կորուստները նվազեցնում են գլանների լցոնումը:

Հեղուկ ջրածինը օգտագործվում է նաև նեյտրոնների սառեցման համար նեյտրոնների ցրման փորձերում։ Նեյտրոնի և ջրածնի միջուկի զանգվածները գործնականում հավասար են, հետևաբար, էներգիայի փոխանակումը առաձգական բախման ժամանակ ամենաարդյունավետն է:

Առավելությունները

Ջրածնի օգտագործման առավելությունը դրա օգտագործման «զրոյական արտանետումն է»։ Օդի հետ նրա փոխազդեցության արդյունքը ջուրն է։

Խոչընդոտներ

«ԺՎ»-ի մեկ լիտրը կշռում է ընդամենը 0,07 կգ։ Այսինքն՝ դրա տեսակարար կշիռը 70,99 գ/լ է 20 Կ.-ում: Հեղուկ ջրածինը պահանջում է կրիոգեն պահպանման տեխնոլոգիա, օրինակ՝ հատուկ ջերմամեկուսացված տարաներ և պահանջում է հատուկ մշակում, որը բնորոշ է բոլոր կրիոգեն նյութերին: Այն այս առումով մոտ է հեղուկ թթվածնին, սակայն հրդեհի վտանգի պատճառով ավելի շատ զգուշություն է պահանջում: Նույնիսկ ջերմամեկուսացված տարաների դեպքում դժվար է այն պահել հեղուկ պահելու համար անհրաժեշտ ցածր ջերմաստիճանում (այն սովորաբար գոլորշիանում է օրական 1% արագությամբ): Դրա հետ վարվելիս պետք է նաև հետևել սովորական անվտանգության նախազգուշական միջոցներին ջրածնի հետ աշխատելիս. այն բավականաչափ ցուրտ է հեղուկացնելու օդը, որը պայթուցիկ է:

Հրթիռային վառելիք

Հեղուկ ջրածինը հրթիռային վառելիքի ընդհանուր բաղադրիչն է, որն օգտագործվում է մեկնարկային մեքենաների և տիեզերանավերի ռեակտիվ արագացման համար: Ջրածնային վառելիքով աշխատող հեղուկ շարժիչով հրթիռային շարժիչների մեծ մասում այն ​​առաջին անգամ օգտագործվում է վարդակն ու շարժիչի այլ մասերը վերականգնող եղանակով սառեցնելու համար, նախքան այն խառնվում է օքսիդիչի հետ և այրվում՝ առաջացնելով մղում: Օգտագործված ժամանակակից H 2 / O 2 շարժիչները սպառում են նոր հարստացված վառելիքի խառնուրդ, ինչը հանգեցնում է արտանետումների մեջ որոշ չայրված ջրածնի: Բացի մոլեկուլային քաշը նվազեցնելու միջոցով շարժիչի հատուկ իմպուլսի ավելացումից, այն ավելի է նվազեցնում վարդակի և այրման պալատի էրոզիան:

Այլ ոլորտներում «LH»-ի օգտագործման նման խոչընդոտները, ինչպիսիք են կրիոգեն բնույթը և ցածր խտությունը, նույնպես սահմանափակող գործոն են տվյալ դեպքում օգտագործման համար: 2009 թվականի համար կա միայն մեկ արձակման մեքենա (LV «Delta-4»), որն ամբողջությամբ ջրածնային հրթիռ է։ Հիմնականում «ԺՎ»-ն օգտագործվում է կա՛մ հրթիռների վերին աստիճաններում, կա՛մ բլոկների վրա, որոնք կատարում են օգտակար բեռը վակուումում տարածություն տեղափոխելու աշխատանքի զգալի մասը։ Որպես այս տեսակի վառելիքի խտության բարձրացման միջոցառումներից մեկը՝ առաջարկներ կան օգտագործել ցեխոտ ջրածինը, այսինքն՝ «ԺՎ»-ի կիսասառեցված ձևը։

Ջրածինը Քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի առաջին տարրն է, ունի 1 ատոմային թիվ և 1,0079 հարաբերական ատոմային զանգված: Որո՞նք են ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները:

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Լատիներենից թարգմանաբար ջրածին նշանակում է «ջուր ծնել»։ Դեռ 1766 թվականին անգլիացի գիտնական Գ.Քավենդիշը հավաքեց մետաղների վրա թթուների ազդեցությամբ արտազատվող «այրվող օդը» և սկսեց ուսումնասիրել դրա հատկությունները։ 1787 թվականին Ա.Լավուազյեն այս «այրվող օդը» սահմանեց որպես նոր քիմիական տարր, որը ջրի մաս է։

Բրինձ. 1. Ա.Լավուազե.

Ջրածինը ունի 2 կայուն իզոտոպ՝ պրոտիում և դեյտերիում, ինչպես նաև ռադիոակտիվ՝ տրիտում, որի քանակությունը մեր մոլորակի վրա շատ փոքր է։

Ջրածինը տիեզերքում ամենաառատ տարրն է։ Արեգակը և աստղերի մեծ մասը ունեն ջրածինը որպես իրենց հիմնական տարր: Նաև այս գազը ջրի, նավթի, բնական գազի մի մասն է։ Երկրի վրա ջրածնի ընդհանուր պարունակությունը կազմում է 1%:

Բրինձ. 2. Ջրածնի բանաձևը.

Այս նյութի ատոմը ներառում է միջուկ և մեկ էլեկտրոն: Երբ էլեկտրոնը կորչում է ջրածնից, այն ձևավորում է դրական լիցքավորված իոն, այսինքն՝ դրսևորում է մետաղական հատկություններ։ Բայց նաև ջրածնի ատոմն ունակ է ոչ միայն կորցնելու, այլև կցել էլեկտրոնը։ Դրանում այն ​​շատ նման է հալոգեններին։ Հետևաբար, Պարբերական աղյուսակում ջրածինը պատկանում է և՛ I, և՛ VII խմբերին: Ավելի մեծ չափով են արտահայտված ջրածնի ոչ մետաղական հատկությունները։

Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք կապված են կովալենտային կապով

Նորմալ պայմաններում ջրածինը անգույն գազային տարր է, որն ունի հոտ և անհամ։ Այն 14 անգամ թեթեւ է օդից, իսկ եռման ջերմաստիճանը -252,8 աստիճան Ցելսիուս է։

Աղյուսակ «Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները»

Բացի այդ ֆիզիկական հատկություններջրածինը ունի նաև մի շարք քիմիական հատկություններ. Ջրածինը տաքացնելիս կամ կատալիզատորների ազդեցության տակ փոխազդում է մետաղների և ոչ մետաղների, ծծմբի, սելենի, թելուրի հետ և կարող է նաև նվազեցնել բազմաթիվ մետաղների օքսիդները:

Ջրածնի արտադրություն

Ջրածնի արտադրության արդյունաբերական մեթոդներից (բացառությամբ աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի) պետք է նշել հետևյալը.

• ջրի գոլորշի անցնելով տաք ածխի միջով 1000 աստիճան ջերմաստիճանում.

• մեթանի փոխակերպումը ջրային գոլորշիով 900 աստիճան ջերմաստիճանում.

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

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինը համեմատաբար քիչ ակտիվ է, ուղղակիորեն զուգակցվում է միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի, լույսի և քլորի հետ): Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն արձագանքում է բազմաթիվ տարրերի հետ:

Ջրածինը փոխազդում է պարզ և բարդ նյութերի հետ.

- Ջրածնի փոխազդեցությունը մետաղների հետ հանգեցնում է բարդ նյութերի՝ հիդրիդների առաջացմանը, որոնց քիմիական բանաձևերում միշտ առաջին տեղում է մետաղի ատոմը.

Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջրածինը ուղղակիորեն արձագանքում է որոշ մետաղներով(ալկալային, ալկալային հող և այլն), ձևավորելով սպիտակ բյուրեղային նյութեր՝ մետաղական հիդրիդներ (Li H, Na H, KH, CaH 2 և այլն):

H 2 + 2Li = 2LiH

Մետաղների հիդրիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրի միջոցով՝ ձևավորելով համապատասխան ալկալի և ջրածին.

Ք.ա H 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 2

- Երբ ջրածինը փոխազդում է ոչ մետաղների հետ առաջանում են ցնդող ջրածնային միացություններ։ Վ քիմիական բանաձեւցնդող ջրածնի միացությունը, ջրածնի ատոմը կարող է կանգնել ինչպես առաջին, այնպես էլ երկրորդ տեղում՝ կախված PSCE-ում իր գտնվելու վայրից (տես սլայդի ափսեը).

1). ԹթվածնովՋրածինը ձևավորում է ջուրը.

Տեսանյութ «Ջրածնի այրում».

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

Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով (կոչվում է 2 ծավալ H 2 և 1 ծավալ O 2 խառնուրդ թթվածին գազ) .

Տեսանյութ «Թթվածաջրածին գազի պայթյուն».

Видео «Պայթուցիկ խառնուրդի պատրաստում և պայթյուն».

2). ՀալոգեններովՋրածինը առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Միևնույն ժամանակ, ջրածինը պայթում է ֆտորով (նույնիսկ մթության մեջ և –252 ° C-ում), քլորի և բրոմի հետ արձագանքում է միայն լուսավորության կամ տաքացման դեպքում, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացնելիս:

3). ԱզոտովՋրածինը փոխազդում է ամոնիակի ձևավորման հետ.

ЗН 2 + N 2 = 2NН 3

միայն կատալիզատորի վրա և բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում:

4). Ջրածինը տաքացնելիս ակտիվորեն արձագանքում է մոխրագույնով:

H 2 + S = H 2 S (ջրածնի սուլֆիդ),

շատ ավելի դժվար է սելենի և թելուրի հետ:

5). Մաքուր ածխածնի հետՋրածինը կարող է արձագանքել առանց կատալիզատորի միայն բարձր ջերմաստիճաններում.

2H 2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան)

- Ջրածինը մտնում է փոխարինման ռեակցիա մետաղների օքսիդներով , մինչդեռ արտադրանքի մեջ ջուր է գոյանում և մետաղը կրճատվում է։ Ջրածին - ցուցադրում է վերականգնող նյութի հատկությունները.

Օգտագործվում է ջրածին շատ մետաղների վերականգնման համարքանի որ այն թթվածին է վերցնում դրանց օքսիդներից.

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O և այլն:

Ջրածնի կիրառում

Տեսանյութ «Ջրածնի կիրառում».

Ներկայումս ջրածինը արտադրվում է հսկայական քանակությամբ։ Դրա շատ մեծ մասն օգտագործվում է ամոնիակի սինթեզի, ճարպերի հիդրոգենացման և ածխի, յուղերի և ածխաջրածինների հիդրոգենացման մեջ։ Բացի այդ, սինթեզի համար օգտագործվում է ջրածին աղաթթվի, մեթիլ սպիրտ, հիդրոցյանաթթու, մետաղների եռակցման և դարբնման, ինչպես նաև շիկացած լամպերի և թանկարժեք քարերի արտադրության մեջ։ Ջրածինը վաճառվում է բալոններում 150 ատմ-ից ավելի ճնշման տակ: Նրանք ունեն մուգ կանաչ գույն և կարմիր մակագրություն՝ «Ջրածին»։

Ջրածինը օգտագործվում է հեղուկ ճարպերը պինդի փոխակերպելու համար (հիդրոգենացում), հեղուկ վառելիքի արտադրությունը ածխի և մազութի հիդրոգենացման միջոցով։ Մետաղագործության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես օքսիդների կամ քլորիդների վերականգնիչ՝ մետաղներ և ոչ մետաղներ (գերմանիում, սիլիցիում, գալիում, ցիրկոնիում, հաֆնիում, մոլիբդեն, վոլֆրամ և այլն) ստանալու համար։

Ջրածնի գործնական կիրառումը բազմազան է. այն սովորաբար լցվում է փուչիկ-զոնդերով, քիմիական արդյունաբերության մեջ այն ծառայում է որպես հումք շատ կարևոր ապրանքներ (ամոնիակ և այլն) ստանալու համար, սննդի մեջ՝ պինդ ճարպեր ստանալու համար։ Բուսական յուղեր և այլն: Բարձր ջերմաստիճանը (մինչև 2600°C), որն առաջանում է թթվածնի մեջ ջրածնի այրման արդյունքում, օգտագործվում է հրակայուն մետաղներ, քվարց և այլն հալեցնելու համար: Հեղուկ ջրածինը ամենաարդյունավետ ռեակտիվ վառելիքներից է: Ջրածնի տարեկան համաշխարհային սպառումը գերազանցում է 1 մլն տոննան։

Մարզիչներ

# 2. Ջրածին

ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ խարիսխի

Առաջադրանք թիվ 1
Կազմի՛ր հետևյալ նյութերի հետ ջրածնի փոխազդեցության ռեակցիաների հավասարումները՝ F 2, Ca, Al 2 O 3, սնդիկի (II) օքսիդ, վոլֆրամի (VI) օքսիդ։ Անվանե՛ք ռեակցիայի արտադրանքները, նշե՛ք ռեակցիաների տեսակները:

Առաջադրանք թիվ 2
Կատարեք փոխակերպումները ըստ սխեմայի.
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Առաջադրանք թիվ 3.
Հաշվե՛ք ջրի զանգվածը, որը կարելի է ստանալ 8 գ ջրածին այրելով: