Editorii noștri vor examina ceea ce ați trimis și vor stabili dacă să revizuiți articolul.

Hidrogen (H), o substanță gazoasă incoloră, inodoră, fără gust, inflamabilă, care este cel mai simplu membru al familiei de elemente chimice. Atomul de hidrogen are un nucleu format dintr-un proton care poartă o unitate de sarcină electrică pozitivă; un electron, care poartă o unitate de sarcină electrică negativă, este, de asemenea, asociat cu acest nucleu. În condiții obișnuite, hidrogenul gazos este o agregare slabă de molecule de hidrogen, fiecare constând dintr-o pereche de atomi, o moleculă diatomică, H2. Cea mai veche proprietate chimică importantă cunoscută a hidrogenului este aceea că arde cu oxigen pentru a forma apă, H2O; într-adevăr, numele hidrogen este derivat din cuvintele grecești care înseamnă „făuritor de apă”.

fapte

Deși hidrogenul este cel mai abundent element din univers (de trei ori mai abundent decât heliul, următorul element cel mai răspândit), acesta reprezintă doar aproximativ 0,14% din scoarța Pământului în greutate. Cu toate acestea, apare în cantități mari ca parte a apei din oceane, pachete de gheață, râuri, lacuri și atmosferă. Ca parte a nenumăraților compuși de carbon, hidrogenul este prezent în toate țesuturile animale și vegetale și în petrol. Chiar dacă se spune adesea că există mai mulți compuși cunoscuți ai carbonului decât ai oricărui alt element, faptul este că, deoarece hidrogenul este conținut în aproape toți compușii carbonului și formează, de asemenea, o multitudine de compuși cu toate celelalte elemente (cu excepția unora dintre gaze nobile), este posibil ca compușii de hidrogen să fie mai numeroși.

Hidrogenul elementar își găsește principala aplicație industrială în fabricarea amoniacului (un compus de hidrogen și azot, NH3) și în hidrogenarea monoxidului de carbon și a compușilor organici.

Hidrogenul are trei izotopi cunoscuți. Numerele de masă ale izotopilor hidrogenului sunt 1, 2 și 3, cel mai abundent fiind izotopul de masă 1 numit în general hidrogen (simbol H sau 1 H), dar cunoscut și sub numele de protiu. Izotopul de masă 2, care are un nucleu de un proton și un neutron și a fost numit deuteriu, sau hidrogen greu (simbol D, sau 2 H), constituie 0,0156 la sută din amestecul obișnuit de hidrogen. Tritiul (simbolul T sau 3 H), cu un proton și doi neutroni în fiecare nucleu, este izotopul de masă 3 și constituie aproximativ 10 −15 până la 10 −16 procente de hidrogen. Practica de a da nume distincte izotopilor de hidrogen este justificată de faptul că există diferențe semnificative în proprietățile lor.

Paracelsus, medic și alchimist, în secolul al XVI-lea a experimentat fără să știe, cu hidrogen, când a descoperit că un gaz inflamabil a fost dezvoltat atunci când un metal a fost dizolvat în acid. Cu toate acestea, gazul a fost confundat cu alte gaze inflamabile, cum ar fi hidrocarburile și monoxidul de carbon. În 1766, Henry Cavendish, chimist și fizician englez, a arătat că hidrogenul, numit atunci aer inflamabil, flogiston sau principiul inflamabil, era diferit de alte gaze combustibile datorită densității sale și a cantității sale care a evoluat dintr-o cantitate dată de acid și metal. În 1781 Cavendish a confirmat observațiile anterioare că apa s-a format atunci când hidrogenul a fost ars, iar Antoine-Laurent Lavoisier, tatăl chimiei moderne, a inventat cuvântul francez hydrogène din care derivă forma engleză. În 1929, Karl Friedrich Bonhoeffer, chimist fizic german, și Paul Harteck, chimist austriac, pe baza lucrărilor teoretice anterioare, au arătat că hidrogenul obișnuit este un amestec de două tipuri de molecule, orto-hidrogen și para-hidrogen. Datorită structurii simple a hidrogenului, proprietățile sale pot fi calculate teoretic relativ ușor. Prin urmare, hidrogenul este adesea folosit ca model teoretic pentru atomi mai complecși, iar rezultatele sunt aplicate calitativ altor atomi.

Proprietati fizice si chimice

Tabelul enumeră proprietățile importante ale hidrogenului molecular, H2. Punctele de topire și fierbere extrem de scăzute rezultă din forțele slabe de atracție dintre molecule. Existența acestor forțe intermoleculare slabe este, de asemenea, dezvăluită de faptul că, atunci când hidrogenul gazos se extinde de la presiune ridicată la scăzută la temperatura camerei, temperatura acestuia crește, în timp ce temperatura celor mai multe alte gaze scade. Conform principiilor termodinamice, acest lucru implică faptul că forțele de respingere depășesc forțele de atracție dintre moleculele de hidrogen la temperatura camerei - în caz contrar, expansiunea ar răci hidrogenul. De fapt, la -68,6 ° C predomină forțele de atracție și, prin urmare, hidrogenul se răcește după ce li se permite să se extindă sub această temperatură. Efectul de răcire devine atât de pronunțat la temperaturi sub cea a azotului lichid (-196 ° C) încât efectul este utilizat pentru a atinge temperatura de lichefiere a hidrogenului gazos în sine.

Hidrogenul este transparent la lumina vizibilă, la lumina infraroșie și la lumina ultravioletă la lungimi de undă sub 1800 Å. Deoarece greutatea sa moleculară este mai mică decât cea a oricărui alt gaz, moleculele sale au o viteză mai mare decât cele ale oricărui alt gaz la o anumită temperatură și se difuzează mai repede decât orice alt gaz. În consecință, energia cinetică este distribuită mai repede prin hidrogen decât prin orice alt gaz; are, de exemplu, cea mai mare conductivitate termică.

O moleculă de hidrogen este cea mai simplă moleculă posibilă. Se compune din doi protoni și doi electroni ținuți împreună de forțe electrostatice. La fel ca hidrogenul atomic, ansamblul poate exista în mai multe niveluri de energie.

Orto-hidrogen și para-hidrogen

Sunt cunoscute două tipuri de hidrogen molecular (orto și para). Acestea diferă în interacțiunile magnetice ale protonilor datorită mișcărilor de rotire ale protonilor. În orto-hidrogen, rotirile ambilor protoni sunt aliniate în aceeași direcție - adică sunt paralele. În para-hidrogen, rotirile sunt aliniate în direcții opuse și, prin urmare, sunt antiparalele. Relația alinierilor de spin determină proprietățile magnetice ale atomilor. În mod normal, transformările de un tip în altul (de exemplu, conversiile între moleculele orto și para) nu au loc și orto-hidrogenul și para-hidrogenul pot fi considerate ca două modificări distincte ale hidrogenului. Cu toate acestea, cele două forme se pot converti în anumite condiții. Echilibrul dintre cele două forme poate fi stabilit în mai multe moduri. Una dintre acestea este prin introducerea catalizatorilor (cum ar fi cărbunele activ sau diferite substanțe paramagnetice); o altă metodă este de a aplica o descărcare electrică pe gaz sau de a-l încălzi la o temperatură ridicată.

Concentrația para-hidrogenului într-un amestec care a atins echilibrul între cele două forme depinde de temperatură, după cum se arată în următoarele figuri:

Para-hidrogenul esențial pur poate fi produs prin aducerea amestecului în contact cu cărbune la temperatura hidrogenului lichid; aceasta transformă tot orto-hidrogenul în para-hidrogen. Orto-hidrogenul, pe de altă parte, nu poate fi preparat direct din amestec, deoarece concentrația para-hidrogenului nu este niciodată mai mică de 25%.

Cele două forme de hidrogen au proprietăți fizice ușor diferite. Punctul de topire al para-hidrogenului este cu 0,10 ° mai mic decât cel al unui amestec 3: 1 de orto-hidrogen și para-hidrogen. La -252,77 ° C presiunea exercitată de vapori asupra para-hidrogenului lichid este de 1.035 atmosfere (o atmosferă este presiunea atmosferei la nivelul mării în condiții standard, egală cu aproximativ 14,69 lire pe inch pătrat), comparativ cu 1.000 atmosferă pentru presiunea de vapori a amestecului orto - para 3: 1. Ca rezultat al diferitelor presiuni de vapori ale para-hidrogenului și orto-hidrogenului, aceste forme de hidrogen pot fi separate prin cromatografie gazoasă la temperatură scăzută, un proces analitic care separă diferite specii atomice și moleculare pe baza diferențelor lor de volatilitate.