हाइड्रोजन के भौतिक गुण। हाइड्रोजन के गुण और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 17:47

हाइड्रोजन एच एक रासायनिक तत्व है, जो हमारे ब्रह्मांड में सबसे आम में से एक है। पदार्थों की संरचना में एक तत्व के रूप में हाइड्रोजन का द्रव्यमान दूसरे प्रकार के परमाणुओं की कुल सामग्री का 75% है। यह ग्रह पर सबसे महत्वपूर्ण और महत्वपूर्ण संबंध में शामिल है - पानी। हाइड्रोजन की एक विशिष्ट विशेषता यह भी है कि यह डी.आई. मेंडेलीफ के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली में पहला तत्व है।

खोज और अन्वेषण

पेरासेलसस के लेखन में हाइड्रोजन का पहला संदर्भ सोलहवीं शताब्दी का है। लेकिन हवा के गैस मिश्रण से इसका अलगाव और ज्वलनशील गुणों का अध्ययन पहले ही सत्रहवीं शताब्दी में वैज्ञानिक लेमेरी द्वारा किया गया था। अंग्रेजी रसायनज्ञ, भौतिक विज्ञानी और प्रकृतिवादी हेनरी कैवेन्डिश द्वारा हाइड्रोजन का गहन अध्ययन किया गया, जिन्होंने प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि हाइड्रोजन का द्रव्यमान अन्य गैसों की तुलना में सबसे छोटा है। विज्ञान के विकास के बाद के चरणों में, कई वैज्ञानिकों ने उनके साथ काम किया, विशेष रूप से लावोज़ियर, जिन्होंने उन्हें "पानी को जन्म देना" कहा।

PSHE में स्थिति के अनुसार विशेषता

तत्व जो खुलता हैD. I. Mendeleev की आवर्त सारणी हाइड्रोजन है। परमाणु के भौतिक और रासायनिक गुण कुछ द्वैत दिखाते हैं, क्योंकि हाइड्रोजन एक साथ पहले समूह, मुख्य उपसमूह को सौंपा जाता है, यदि यह धातु की तरह व्यवहार करता है और रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रक्रिया में एक एकल इलेक्ट्रॉन को छोड़ देता है, और सातवां - वैलेंस शेल के पूर्ण भरने के मामले में, अर्थात, नकारात्मक कण का स्वागत है, जो इसे हैलोजन के समान बताता है।

तत्व की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की विशेषताएं

हाइड्रोजन परमाणु के गुण, जटिल पदार्थ जिसका वह भाग है, और सरलतम पदार्थ H₂ मुख्य रूप से हाइड्रोजन के इलेक्ट्रॉन विन्यास द्वारा निर्धारित होते हैं। कण में Z=(-1) के साथ एक इलेक्ट्रॉन होता है, जो नाभिक के चारों ओर अपनी कक्षा में घूमता है, जिसमें एक प्रोटॉन इकाई द्रव्यमान और धनात्मक आवेश (+1) के साथ होता है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s^{1 लिखा गया है, जिसका अर्थ है हाइड्रोजन के लिए पहले और केवल s-कक्षीय में एक ऋणात्मक कण की उपस्थिति।}

जब एक इलेक्ट्रॉन अलग हो जाता है या दे दिया जाता है, और इस तत्व के एक परमाणु में ऐसा गुण होता है कि यह धातुओं से संबंधित होता है, तो एक धनायन प्राप्त होता है। वास्तव में, हाइड्रोजन आयन एक धनात्मक प्राथमिक कण है। इसलिए, एक इलेक्ट्रॉन रहित हाइड्रोजन को केवल एक प्रोटॉन कहा जाता है।

भौतिक गुण

यदि हम संक्षेप में हाइड्रोजन के भौतिक गुणों का वर्णन करते हैं, तो यह एक रंगहीन, थोड़ा घुलनशील गैस है जिसका सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान हवा से 2, 14.5 गुना हल्का है, तापमान के साथ-252.8 डिग्री सेल्सियस का द्रवीकरण।

आप अनुभव से आसानी से देख सकते हैं कि एच₂ सबसे आसान है। ऐसा करने के लिए, तीन गेंदों को विभिन्न पदार्थों - हाइड्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, साधारण हवा से भरने के लिए पर्याप्त है - और साथ ही उन्हें अपने हाथ से मुक्त करें। CO₂ से भरा हुआ किसी और की तुलना में तेजी से जमीन पर पहुंचेगा, इसके बाद फुलाया हुआ हवा का मिश्रण उतरेगा, और जिसमें H_{2 होगा छत पर चढ़ जाएगा।}

हाइड्रोजन कणों का छोटा द्रव्यमान और आकार विभिन्न पदार्थों के माध्यम से प्रवेश करने की इसकी क्षमता को सही ठहराता है। उसी गेंद के उदाहरण पर, यह सत्यापित करना आसान है, कुछ दिनों में यह अपने आप ख़राब हो जाएगी, क्योंकि गैस केवल रबर से होकर गुजरेगी। इसके अलावा, हाइड्रोजन कुछ धातुओं (पैलेडियम या प्लैटिनम) की संरचना में जमा हो सकता है, और तापमान बढ़ने पर उसमें से वाष्पित हो सकता है।

हाइड्रोजन के निम्न विलेयता गुण का प्रयोग प्रयोगशाला अभ्यास में जल विस्थापन विधि द्वारा इसके पृथक्करण के लिए किया जाता है। हाइड्रोजन के भौतिक गुण (नीचे दी गई तालिका में मुख्य पैरामीटर हैं) इसके अनुप्रयोग के दायरे और उत्पादन के तरीकों को निर्धारित करते हैं।

एक साधारण पदार्थ के परमाणु या अणु का पैरामीटर	अर्थ
परमाणु द्रव्यमान (दाढ़ द्रव्यमान)	1.008 ग्राम/मोल
इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन	1s1
क्रिस्टल जाली	हेक्सागोनल
तापीय चालकता	(300 के) 0.1815 डब्ल्यू/(एम के)
घनत्व n पर। वाई.	0, 08987 ग्राम/ली
क्वथनांक	-252, 76 डिग्री सेल्सियस
विशिष्ट कैलोरी मान	120, 9 106 जम्मू/किग्रा
गलनांक	-259, 2 डिग्री सेल्सियस
पानी में घुलनशीलता	18, 8मिली/लीटर

समस्थानिक रचना

रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली के कई अन्य प्रतिनिधियों की तरह, हाइड्रोजन में कई प्राकृतिक समस्थानिक होते हैं, अर्थात्, नाभिक में प्रोटॉन की समान संख्या वाले परमाणु, लेकिन न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या - शून्य आवेश और इकाई वाले कण द्रव्यमान। परमाणुओं के उदाहरण जिनमें यह गुण होता है, वे हैं ऑक्सीजन, कार्बन, क्लोरीन, ब्रोमीन और अन्य, जिनमें रेडियोधर्मी भी शामिल हैं।

हाइड्रोजन के भौतिक गुण ¹H, इस समूह के प्रतिनिधियों में सबसे आम, अपने समकक्षों की समान विशेषताओं से काफी भिन्न है। विशेष रूप से, जिन पदार्थों में वे शामिल होते हैं, उनकी विशेषताएं भिन्न होती हैं। तो, एक एकल प्रोटॉन, ड्यूटेरियम ²H के साथ हाइड्रोजन परमाणु के बजाय इसकी संरचना में साधारण और ड्यूटेरेटेड पानी होता है - इसका आइसोटोप दो प्राथमिक कणों के साथ होता है: सकारात्मक और अपरिवर्तित। यह समस्थानिक साधारण हाइड्रोजन से दोगुना भारी होता है, जो उनके द्वारा बनाए गए यौगिकों के गुणों में मूलभूत अंतर की व्याख्या करता है। प्रकृति में, ड्यूटेरियम हाइड्रोजन से 3200 गुना दुर्लभ है। तीसरा प्रतिनिधि ट्रिटियम ^{3Н है, नाभिक में इसके दो न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन होता है।}

प्राप्त करने और चुनने के तरीके

हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए प्रयोगशाला और औद्योगिक तरीके बहुत अलग हैं। हाँ, कम मात्रा मेंगैस मुख्य रूप से खनिजों से जुड़ी प्रतिक्रियाओं के माध्यम से उत्पन्न होती है, जबकि बड़े पैमाने पर उत्पादन में कार्बनिक संश्लेषण का अधिक से अधिक उपयोग होता है।

प्रयोगशाला में निम्नलिखित रासायनिक अंतःक्रियाओं का उपयोग किया जाता है:

1. क्षार और क्षारीय मृदा धातुओं की जल के साथ अभिक्रिया से क्षार और वांछित गैस बनती है।
2. एक जलीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस, एच_{2↑ एनोड पर छोड़ा जाता है, और ऑक्सीजन कैथोड पर छोड़ा जाता है।}
3. पानी के साथ क्षार धातु हाइड्राइड का अपघटन, उत्पाद क्षार हैं और, तदनुसार, एच गैस_2↑.
4. धातुओं के साथ तनु अम्लों की अभिक्रिया से लवण बनता है और H_2↑.
5. सिलिकॉन, एल्यूमीनियम और जस्ता पर क्षार की क्रिया भी जटिल लवण के निर्माण के समानांतर हाइड्रोजन की रिहाई को बढ़ावा देती है।

औद्योगिक हितों में गैस निम्न विधियों द्वारा प्राप्त की जाती है:

1. अपने घटक सरल पदार्थों के उत्प्रेरक की उपस्थिति में मीथेन का थर्मल अपघटन (350 डिग्री तापमान जैसे संकेतक के मूल्य तक पहुंचता है) - हाइड्रोजन एच_{2↑ और कार्बन सी.}
2. कोक के माध्यम से वाष्पशील पानी को 1000 डिग्री सेल्सियस पर पारित करके कार्बन डाइऑक्साइड CO₂ और H_{2↑ (सबसे आम तरीका)}
3. निकेल उत्प्रेरक पर गैसीय मीथेन का रूपांतरण 800 डिग्री तक तापमान पर होता है।
4. हाइड्रोजन पोटेशियम या सोडियम क्लोराइड के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस का उप-उत्पाद है।

रासायनिकबातचीत: सामान्यता

हाइड्रोजन के भौतिक गुण मोटे तौर पर एक या दूसरे यौगिक के साथ प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं में इसके व्यवहार की व्याख्या करते हैं। हाइड्रोजन की संयोजकता 1 है, क्योंकि यह आवर्त सारणी में पहले समूह में स्थित है, और ऑक्सीकरण की डिग्री एक अलग दिखाती है। सभी यौगिकों में, हाइड्राइड को छोड़कर, s.o.=(1+) में हाइड्रोजन, ХН, ХН₂, ХН_{3 जैसे अणुओं में - (1 -)।}

एक हाइड्रोजन गैस अणु, एक सामान्यीकृत इलेक्ट्रॉन जोड़ी बनाने से बनता है, जिसमें दो परमाणु होते हैं और ऊर्जावान रूप से काफी स्थिर होते हैं, यही कारण है कि सामान्य परिस्थितियों में यह कुछ हद तक निष्क्रिय होता है और सामान्य परिस्थितियों में परिवर्तन होने पर प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है। अन्य पदार्थों की संरचना में हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण की डिग्री के आधार पर, यह ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

पदार्थ जिनके साथ यह प्रतिक्रिया करता है और हाइड्रोजन बनाता है

जटिल पदार्थ बनाने के लिए मौलिक अंतःक्रियाएं (अक्सर ऊंचे तापमान पर):

1. क्षारीय और क्षारीय पृथ्वी धातु + हाइड्रोजन=हाइड्राइड।
2. हैलोजन + एच_{2=हाइड्रोजन हैलाइड।}
3. सल्फर + हाइड्रोजन=हाइड्रोजन सल्फाइड।
4. ऑक्सीजन + एच_{2=पानी।}
5. कार्बन + हाइड्रोजन=मीथेन।
6. नाइट्रोजन + एच_{2=अमोनिया।}

जटिल पदार्थों के साथ बातचीत:

1. कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन से संश्लेषण गैस का उत्पादन।
2. H_{2. का उपयोग करके उनके ऑक्साइड से धातुओं की वसूली}
3. असंतृप्त स्निग्ध की हाइड्रोजन संतृप्तिहाइड्रोकार्बन।

हाइड्रोजन बंधन

हाइड्रोजन के भौतिक गुण ऐसे हैं कि वे इसे एक विद्युत ऋणात्मक तत्व के संयोजन में, पड़ोसी अणुओं से एक ही परमाणु के साथ एक विशेष प्रकार का बंधन बनाने की अनुमति देते हैं, जिसमें असंबद्ध इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और फ्लोरीन)। सबसे स्पष्ट उदाहरण जिस पर इस तरह की घटना पर विचार करना बेहतर है, वह है पानी। यह कहा जा सकता है कि यह हाइड्रोजन बांड के साथ सिला जाता है, जो सहसंयोजक या आयनिक से कमजोर होते हैं, लेकिन इस तथ्य के कारण कि उनमें से कई हैं, पदार्थ के गुणों पर उनका महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। अनिवार्य रूप से, हाइड्रोजन बॉन्डिंग एक इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन है जो पानी के अणुओं को डिमर और पॉलिमर में बांधता है, जिससे इसका उच्च क्वथनांक होता है।

खनिज यौगिकों में हाइड्रोजन

सभी अकार्बनिक अम्लों की संरचना में एक प्रोटॉन शामिल होता है - हाइड्रोजन जैसे परमाणु का एक धनायन। वह पदार्थ जिसके अम्ल अवशेषों की ऑक्सीकरण अवस्था (-1) से अधिक होती है, पॉलीबेसिक यौगिक कहलाता है। इसमें कई हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, जो जलीय घोलों में बहुस्तरीय पृथक्करण करते हैं। प्रत्येक बाद का प्रोटॉन बाकी एसिड से अधिक से अधिक कठिन हो जाता है। माध्यम में हाइड्रोजन की मात्रात्मक सामग्री से इसकी अम्लता निर्धारित होती है।

हाइड्रोजन में क्षारों के हाइड्रॉक्सिल समूह भी होते हैं। उनमें हाइड्रोजन एक ऑक्सीजन परमाणु से जुड़ा होता है, फलस्वरूप इस क्षार अवशेष की ऑक्सीकरण अवस्था सदैव (-1) के बराबर होती है। माध्यम में हाइड्रॉक्सिल की सामग्री इसकी मौलिकता निर्धारित करती है।

मानव गतिविधियों में आवेदन

एक पदार्थ के साथ सिलेंडर, साथ ही अन्य तरलीकृत गैसों के साथ कंटेनर, जैसे कि ऑक्सीजन, की एक विशिष्ट उपस्थिति होती है। उन्हें चमकीले लाल "हाइड्रोजन" अक्षर के साथ गहरे हरे रंग में रंगा गया है। लगभग 150 वायुमंडल के दबाव में गैस को एक सिलेंडर में पंप किया जाता है। हाइड्रोजन के भौतिक गुण, विशेष रूप से एकत्रीकरण की गैसीय अवस्था का हल्कापन, इसे हीलियम गुब्बारे, गुब्बारे, आदि के मिश्रण में भरने के लिए उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोजन, जिन भौतिक और रासायनिक गुणों का लोगों ने कई साल पहले उपयोग करना सीखा था, वर्तमान में कई उद्योगों में उपयोग किया जाता है। इसका अधिकांश भाग अमोनिया के उत्पादन में जाता है। हाइड्रोजन ऑक्साइड से धातुओं (हेफ़नियम, जर्मेनियम, गैलियम, सिलिकॉन, मोलिब्डेनम, टंगस्टन, ज़िरकोनियम, और अन्य) के उत्पादन में भी शामिल है, जो एक कम करने वाले एजेंट, हाइड्रोसायनिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड, मिथाइल अल्कोहल और कृत्रिम तरल के रूप में प्रतिक्रिया में कार्य करता है। ईंधन। खाद्य उद्योग इसका उपयोग वनस्पति तेलों को ठोस वसा में बदलने के लिए करता है।

वसा, कोयले, हाइड्रोकार्बन, तेल और ईंधन तेल के हाइड्रोजनीकरण और हाइड्रोजनीकरण की विभिन्न प्रक्रियाओं में हाइड्रोजन के रासायनिक गुणों और उपयोग को निर्धारित किया। इसकी मदद से कीमती पत्थरों, गरमागरम लैंप का उत्पादन किया जाता है, धातु उत्पादों को जाली और ऑक्सीजन-हाइड्रोजन लौ के प्रभाव में वेल्डेड किया जाता है।