Ջրածինը բնության մեջ (0,9% երկրակեղևում)։ Ջրածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

Ջրածինը հատուկ տարր է, որը զբաղեցնում է Մենդելեևի պարբերական համակարգում միանգամից երկու բջիջ։ Այն գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք ունեն հակադիր հատկություններ, և այս հատկանիշն այն դարձնում է յուրահատուկ։ Ջրածինը պարզ նյութ է և անբաժանելի մասն էշատ բարդ միացություններ, այն օրգանածին և կենսագեն տարր է: Արժե մանրամասն ծանոթանալ դրա հիմնական հատկանիշներին և հատկություններին:

Ջրածինը Մենդելեևի պարբերական համակարգում

Ջրածնի հիմնական հատկանիշները նշված են.

• տարրի սերիական համարը 1 է (կան նույն թվով պրոտոններ և էլեկտրոններ);
• ատոմային զանգվածկազմում է 1,00795;
• ջրածինը ունի երեք իզոտոպ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի հատուկ հատկություններ.
• միայն մեկ էլեկտրոնի պարունակության շնորհիվ ջրածինը կարողանում է վերականգնող և օքսիդացնող հատկություն ցուցաբերել, իսկ էլեկտրոնի նվիրաբերումից հետո ջրածինը ունենում է ազատ ուղեծիր, որը մասնակցում է բաղադրությանը։ քիմիական կապերըստ դոնոր-ընդունող մեխանիզմի;
• ջրածինը ցածր խտությամբ թեթև տարր է.
• ջրածինը ուժեղ վերականգնող նյութ է, այն բացում է խումբը ալկալիական մետաղներհիմնական ենթախմբի առաջին խմբում;
• երբ ջրածինը փոխազդում է մետաղների և այլ ուժեղ վերականգնող նյութերի հետ, այն ընդունում է դրանց էլեկտրոնը և դառնում օքսիդացնող նյութ։ Նման միացությունները կոչվում են հիդրիդներ։ Ըստ նշված հատկանիշի՝ ջրածինը պայմանականորեն պատկանում է հալոգենների խմբին (աղյուսակում վերևում բերված է ֆտորը՝ փակագծերում), որոնց հետ ունի նմանություններ։

Ջրածինը որպես պարզ նյութ

Ջրածինը գազ է, որի մոլեկուլը բաղկացած է երկուսից. Այս նյութը հայտնաբերվել է 1766 թվականին բրիտանացի գիտնական Հենրի Քավենդիշի կողմից։ Նա ապացուցեց, որ ջրածինը գազ է, որը պայթում է, երբ փոխազդում է թթվածնի հետ։ Ջրածինը ուսումնասիրելուց հետո քիմիկոսները պարզեցին, որ այս նյութը ամենաթեթևն է մարդուն հայտնի բոլոր նյութերից:

Մեկ այլ գիտնական Լավուազեն տարրին տվել է «hydrogenium» անունը, որը լատիներեն նշանակում է «ջուր ծնել»։ 1781 թվականին Հենրի Քավենդիշը ապացուցեց, որ ջուրը թթվածնի և ջրածնի համակցություն է։ Այլ կերպ ասած՝ ջուրը թթվածնի հետ ջրածնի ռեակցիայի արդյունքն է։ Ջրածնի այրվող հատկությունները հայտնի էին նույնիսկ հին գիտնականներին. համապատասխան գրառումները թողել է Պարասելսուսը, ով ապրել է 16-րդ դարում։

Մոլեկուլային ջրածինը բնական գազային միացություն է, որը տարածված է բնության մեջ, որը բաղկացած է երկու ատոմից և երբ առաջանում է այրվող բեկոր: Ջրածնի մոլեկուլը կարող է քայքայվել ատոմների, որոնք վերածվում են հելիումի միջուկների, քանի որ նրանք ի վիճակի են մասնակցել միջուկային ռեակցիաներ. Նման գործընթացները պարբերաբար տեղի են ունենում տիեզերքում և Արեգակի վրա։

Ջրածինը և նրա ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածինը ունի հետևյալ ֆիզիկական պարամետրերը.

• եռում է -252,76 °C;
• հալվում է -259,14 °C-ում; *նշված ջերմաստիճանի սահմաններում ջրածինը անհոտ, անգույն հեղուկ է.
• ջրածինը մի փոքր լուծելի է ջրի մեջ;
• Ջրածինը տեսականորեն կարող է անցնել մետաղական վիճակի, երբ տրամադրվում է հատուկ պայմաններ (ցածր ջերմաստիճաններև բարձր ճնշում)
• մաքուր ջրածինը պայթուցիկ և այրվող նյութ է.
• ջրածինը կարողանում է ցրվել մետաղների հաստությամբ, հետևաբար լավ է լուծվում դրանց մեջ.
• ջրածինը 14,5 անգամ ավելի թեթև է, քան օդը.
• ժամը բարձր ճնշումկարելի է ձեռք բերել պինդ ջրածնի ձյունանման բյուրեղներ։

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Լաբորատոր մեթոդներ.

• նոսր թթուների փոխազդեցությունը ակտիվ մետաղներև միջին ակտիվության մետաղներ;
• մետաղների հիդրիդների հիդրոլիզ;
• ռեակցիա ալկալային և հողալկալիական մետաղների ջրի հետ:

Ջրածնի միացություններ.

Ջրածնի հալոգենիդներ; ոչ մետաղների ցնդող ջրածնային միացություններ; հիդրիդներ; հիդրօքսիդներ; ջրածնի հիդրօքսիդ (ջուր); ջրածնի պերօքսիդ; օրգանական միացություններ (սպիտակուցներ, ճարպեր, ածխաջրեր, վիտամիններ, լիպիդներ, եթերային յուղերհորմոններ): Սեղմեք՝ սպիտակուցների, ճարպերի և ածխաջրերի հատկությունների ուսումնասիրության անվտանգ փորձերը տեսնելու համար:

Ստացված ջրածինը հավաքելու համար հարկավոր է փորձանոթը շրջված պահել: Ջրածինը չի կարող հավաքվել ինչպես ածխաթթու գազը, քանի որ այն շատ ավելի թեթեւ է, քան օդը։ Ջրածինը արագ գոլորշիանում է, և օդի հետ խառնվելիս (կամ մեծ կուտակման մեջ) այն պայթում է։ Հետեւաբար, անհրաժեշտ է շրջել խողովակը: Լրացնելուց անմիջապես հետո խողովակը փակվում է ռետինե խցանով։

Ջրածնի մաքրությունը ստուգելու համար պետք է փորձանոթի վզին մի վառված լուցկի բերել։ Եթե ​​խուլ և հանդարտ փոփխություն է տեղի ունենում, գազը մաքուր է, և օդի կեղտը նվազագույն է: Եթե ​​փոփ ձայնը բարձր է և սուլում է, փորձանոթի գազը կեղտոտ է, այն պարունակում է օտար բաղադրիչների մեծ մասնաբաժին:

Ուշադրություն. Մի փորձեք ինքներդ կրկնել այս փորձերը:

Ջրածնի ատոմը, համեմատած այլ տարրերի ատոմների հետ, ունի ամենապարզ կառուցվածքը՝ բաղկացած է մեկ պրոտոնից։

առաջացնող ատոմային միջուկ, և մեկ էլեկտրոն, որը գտնվում է ls ուղեծրում։ Ջրածնի ատոմի եզակիությունը կայանում է նրանում, որ նրա միակ վալենտային էլեկտրոնն ուղղակիորեն գտնվում է ատոմային միջուկի գործողության դաշտում, քանի որ այն պաշտպանված չէ այլ էլեկտրոններով։ Սա նրան տալիս է հատուկ հատկություններ: Նա կարող է ներս մտնել քիմիական ռեակցիաներնվիրաբերել իր էլեկտրոնը՝ ձևավորելով H + կատիոն (ինչպես ալկալիական մետաղի ատոմները), կամ ավելացնել էլեկտրոն գործընկերոջից՝ ձևավորելու համար H- անիոն (ինչպես հալոգենի ատոմները): Հետևաբար, պարբերական համակարգում ջրածինը ավելի հաճախ տեղադրվում է IA խմբում, երբեմն՝ VIIA խմբում, բայց կան աղյուսակների տարբերակներ, որտեղ ջրածինը չի պատկանում պարբերական աղյուսակի խմբերից որևէ մեկին։

Ջրածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է՝ H2: Ջրածինը բոլոր գազերից ամենաթեթևն է: H2 մոլեկուլի ոչ բևեռականության և բարձր ուժի պատճառով (E St\u003d 436 կՋ / մոլ) նորմալ պայմաններում ջրածինը ակտիվորեն փոխազդում է միայն ֆտորի հետ, իսկ երբ լուսավորված է՝ նաև քլորի և բրոմի հետ: Երբ տաքանում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ ոչ մետաղների, քլորի, բրոմի, թթվածնի, ծծմբի հետ՝ ցուցադրելով վերականգնող հատկություններ և փոխազդելով ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետ, այն օքսիդացնող նյութ է և ձևավորում է այս մետաղների հիդրիդները.

Բոլոր օրգանոգեններից ջրածինը ունի ամենացածր հարաբերական էլեկտրաբացասականությունը (0E0 = 2,1), հետևաբար բնական միացություններում ջրածինը միշտ ցուցադրում է +1 օքսիդացման աստիճան։ Քիմիական թերմոդինամիկայի դիրքից ջրածինը ջուր պարունակող կենդանի համակարգերում չի կարող ձևավորել ոչ մոլեկուլային ջրածին (Н 2), այնպես էլ հիդրիդային իոն (Н~): Մոլեկուլային ջրածինը ժամը նորմալ պայմաններայն քիմիապես ոչ ակտիվ է և միևնույն ժամանակ խիստ ցնդող, ինչի պատճառով այն չի կարող պահպանվել մարմնի կողմից և մասնակցել նյութափոխանակությանը: Հիդրիդ իոնը քիմիապես չափազանց ակտիվ է և անմիջապես փոխազդում է նույնիսկ շատ փոքր քանակությամբ ջրի հետ՝ առաջացնելով մոլեկուլային ջրածին: Ուստի ջրածինը օրգանիզմում կա՛մ այլ օրգանոգենների հետ միացությունների տեսքով է, կա՛մ H + կատիոնի տեսքով։

Ջրածինը օրգանածին տարրերով կազմում է միայն կովալենտային կապեր։ Ըստ բևեռականության աստիճանի՝ այդ կապերը դասավորված են հետևյալ հաջորդականությամբ.

Այս շարքը շատ կարևոր է քիմիայի համար բնական միացություններ, քանի որ այս կապերի բևեռականությունը և դրանց բևեռացումը կանխորոշում են միացությունների թթվային հատկությունները, այսինքն՝ տարանջատումը պրոտոնի ձևավորման հետ։

թթվային հատկություններ.Կախված ձևավորվող տարրի բնույթից X-N կապ, կան 4 տեսակի թթուներ.

OH- թթուներ (կարբոքսիլաթթուներ, ֆենոլներ, սպիրտներ);

SH-թթուներ (թիոլներ);

NH-թթուներ (ամիդներ, իմիդներ, ամիններ);

CH-թթուներ (ածխաջրածիններ և դրանց ածանցյալներ):

Հաշվի առնելով բարձր բևեռայնությունը S-H միացումներկարելի է պատրաստել հաջորդ շարքըթթուներ՝ ըստ տարանջատման ունակության.

Ջրածնի կատիոնների կոնցենտրացիան ջրային միջավայրում որոշում է դրա թթվայնությունը, որն արտահայտվում է օգտագործելով pH արժեքը pH = -lg (Բաժ. 7.5): Մարմնի ֆիզիոլոգիական միջավայրերի մեծ մասում ռեակցիան մոտ է չեզոքին (pH = 5.0-7.5), միայն ստամոքսահյութի pH = 1.0-2.0: Սա ապահովում է, մի կողմից, հակամանրէային ազդեցություն՝ սպանելով սննդի հետ ստամոքս բերված բազմաթիվ միկրոօրգանիզմների. մյուս կողմից, թթվային միջավայրունի կատալիտիկ ազդեցություն սպիտակուցների, պոլիսախարիդների և այլ կենսասուբստրատների հիդրոլիզում՝ նպաստելով անհրաժեշտ մետաբոլիտների արտադրությանը։

ռեդոքսային հատկություններ.Բարձր դրական լիցքի խտության պատճառով ջրածնի կատիոնը բավականին ուժեղ օքսիդացնող նյութ է (f° = 0 V), որը օքսիդացնում է ակտիվ և միջին ակտիվության մետաղները թթուների և ջրի հետ փոխազդեցության ժամանակ.

Կենդանի համակարգերում չկան այդպիսի ուժեղ վերականգնող նյութեր, և չեզոք միջավայրում ջրածնի կատիոնների օքսիդացման հզորությունը (pH = 7) զգալիորեն կրճատվել է (f° = -0,42 V): Հետևաբար, մարմնում ջրածնի կատիոնը չի ցուցադրում օքսիդացնող հատկություններ, այլ ակտիվորեն մասնակցում է ռեդոքսային ռեակցիաներին՝ նպաստելով սկզբնական նյութերի փոխակերպմանը ռեակցիայի արտադրանքի.

Բոլոր բերված օրինակներում ջրածնի ատոմները չեն փոխել իրենց օքսիդացման աստիճանը +1։

Նվազեցնող հատկությունները բնորոշ են մոլեկուլային և հատկապես ատոմային ջրածնին, այսինքն՝ ջրածնին անմիջապես ռեակցիայի միջավայրում արձակման պահին, ինչպես նաև հիդրիդ իոնի համար.

Այնուամենայնիվ, կենդանի համակարգերում նման վերականգնող նյութեր (H2 կամ H-) չկան, և, հետևաբար, նման ռեակցիաներ չկան: Գրականության մեջ, այդ թվում՝ դասագրքերում տեղ գտած կարծիքը, որ ջրածինը օրգանական միացությունների վերականգնող հատկությունների կրողն է, չի համապատասխանում իրականությանը. Այսպիսով, կենդանի համակարգերում դեհիդրոգենազի կոֆերմենտի կրճատված ձևը, որտեղ ածխածնի ատոմները, այլ ոչ թե ջրածնի ատոմները, հանդես են գալիս որպես կենսասուբստրատների ռեդուկտոր (Բաժ. 9.3.3):

բարդացնող հատկություններ.Ջրածնի կատիոնում ազատ ատոմային ուղեծրի առկայության և բուն H + կատիոնի բարձր բևեռացնող ազդեցության պատճառով այն ակտիվ կոմպլեքսավորող իոն է։ Այսպիսով, ջրային միջավայրում ջրածնի կատիոնը ձևավորում է հիդրոնիումի իոն H3O +, իսկ ամոնիակի առկայության դեպքում՝ ամոնիումի իոն NH4.

Գործընկերներ ստեղծելու միտում.Բարձր բևեռային ջրածնի ատոմներ O-H միացումներիսկ N--H-ն առաջացնում են ջրածնային կապեր (Բաժ. 3.1): Ջրածնային կապի ուժը (10-ից 100 կՋ/մոլ) կախված է տեղայնացված լիցքերի մեծությունից և ջրածնային կապի երկարությունից, այսինքն՝ դրա ձևավորման մեջ ներգրավված էլեկտրաբացասական տարրերի ատոմների միջև հեռավորությունից: Ամինաթթուների, ածխաջրերի, սպիտակուցների համար, նուկլեինաթթուներբնորոշ են ջրածնային կապերի հետևյալ երկարությունները՝ pm.

Ջրածնային կապերի շնորհիվ շրջելի միջմոլեկուլային փոխազդեցություններ են առաջանում սուբստրատի և ֆերմենտի միջև, բնական պոլիմերների առանձին խմբերի միջև, որոնք որոշում են նրանց երկրորդական, երրորդական և չորրորդական կառուցվածքները (Բաժիններ 21.4, 23.4): Ջրածնային կապը առաջատար դեր է խաղում ջրի հատկությունների մեջ՝ որպես լուծիչ և ռեագենտ։

Ջուրը և դրա հատկությունները.Ջուրը ջրածնի ամենակարեւոր միացությունն է։ Մարմնի բոլոր քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում միայն ջրային միջավայրում, կյանքն առանց ջրի անհնար է։ Ջուրը որպես լուծիչ դիտարկվել է Sec. 6.1.

Թթու-բազային հատկություններ. Ջուրը որպես ռեագենտ թթու-բազային հատկությունների տեսանկյունից իսկական ամֆոլիտ է (Բաժին 8.1): Սա դրսևորվում է ինչպես աղերի հիդրոլիզով (Բաժին 8.3.1), այնպես էլ թթուների և հիմքերի տարանջատմամբ ջրային միջավայրում (Բաժին 8.3.2):

Քանակական բնութագիրթթվայնությունը ջրային միջավայրերէ pH արժեքը pH.

Ջուրը՝ որպես թթու-բազային ռեագենտ, մասնակցում է կենսասուբստրատների հիդրոլիզի ռեակցիաներին։ Օրինակ՝ ադենոզին տրիֆոսֆատի հիդրոլիզը օրգանիզմի համար ծառայում է որպես կուտակված էներգիայի աղբյուր, ավելորդ սպիտակուցների ֆերմենտային հիդրոլիզը՝ ամինաթթուներ ստանալու համար, որոնք անհրաժեշտ սպիտակուցների սինթեզի մեկնարկային նյութ են։ Միևնույն ժամանակ, H+ կատիոնները կամ OH– անիոնները թթու-բազային կատալիզատորներ են կենսասուբստրատի հիդրոլիզի ռեակցիաների համար (Բաժիններ 21.4, 23.4):

ռեդոքսային հատկություններ. Ջրի մոլեկուլում և՛ ջրածինը, և՛ թթվածինը գտնվում են կայուն օքսիդացման վիճակում: Հետևաբար, ջուրը չի ցուցաբերում ընդգծված ռեդոքս հատկություններ: Redox ռեակցիաները հնարավոր են, երբ ջուրը փոխազդում է միայն շատ ակտիվ վերականգնող նյութերի կամ շատ ակտիվ օքսիդացնող նյութերի հետ կամ ռեակտիվների ուժեղ ակտիվացման պայմաններում:

Ջուրը կարող է օքսիդացնող նյութ լինել ջրածնի կատիոնների շնորհիվ, երբ փոխազդում է ուժեղ վերականգնող նյութերի հետ, ինչպիսիք են ալկալային և հողալկալիական մետաղները կամ դրանց հիդրիդները.

ժամը բարձր ջերմաստիճաններՀնարավոր է ջրի փոխազդեցությունը պակաս ակտիվ վերականգնող նյութերի հետ.

Կենդանի համակարգերում դրանց ջրային բաղադրիչը երբեք չի գործում որպես օքսիդացնող նյութ, քանի որ դա կհանգեցնի այդ համակարգերի ոչնչացմանը` օրգանիզմներից մոլեկուլային ջրածնի ձևավորման և անդառնալի հեռացման պատճառով:

Ջուրը կարող է գործել որպես վերականգնող նյութ թթվածնի ատոմների շնորհիվ, օրինակ, երբ փոխազդում է այնպիսի ուժեղ օքսիդացնող նյութի հետ, ինչպիսին ֆտորն է.

Լույսի ազդեցությամբ և քլորոֆիլի մասնակցությամբ բույսերում ֆոտոսինթեզի պրոցեսն ընթանում է ջրից O2-ի ձևավորմամբ (Sec. 9.3.6).

Ի լրումն ռեդոքսային փոխակերպումների անմիջական մասնակցության, ջուրը և նրա դիսոցման արտադրանքները H+ և OH- մասնակցում են որպես միջավայր, որը նպաստում է բազմաթիվ ռեդոքս ռեակցիաների առաջացմանը՝ շնորհիվ իր բարձր բևեռականության (= 79) և իոնների կողմից ձևավորված իոնների մասնակցության։ այն սկզբնական նյութերի վերջնականի վերածելու մեջ (Բաժին 9.1):

բարդացնող հատկություններ. Թթվածնի ատոմում երկու չբաշխված էլեկտրոնային զույգերի առկայության պատճառով ջրի մոլեկուլը բավականին ակտիվ մոնոդենտային լիգանդ է, որը կազմում է օքսոնիումի բարդ իոն H 3 0 + ջրածնի կատիոնով և բավականին կայուն ջրային կոմպլեքսներ մետաղական կատիոնների հետ ջրային լուծույթներում։ օրինակ [Ca (H 2 0) 6 ] 2+, [ Fe(H 2 0) 6 ] 3+, 2+: Այս բարդ իոններում հանգույցների մոլեկուլները բավականին ուժեղ են կովալենտային կապով կոմպլեքսավորող նյութերի հետ: Ալկալիական մետաղների կատիոնները չեն առաջացնում ջրային կոմպլեքսներ, այլ էլեկտրաստատիկ ուժերի պատճառով առաջանում են հիդրատացված կատիոններ։ Ժամանակը կարգավորված կյանքջրի մոլեկուլները այս կատիոնների հիդրացիոն թաղանթներում չեն գերազանցում 0,1 վրկ-ը, և դրանց բաղադրությունը ջրի մոլեկուլների քանակով կարող է հեշտությամբ փոխվել:

Գործընկերներ ստեղծելու միտում. Բարձր բևեռականության շնորհիվ, որը նպաստում է էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությանը և ջրածնային կապերի ձևավորմանը, ջրի մոլեկուլները նույնիսկ մաքուր ջրում (բաժին 6.1) ձևավորում են միջմոլեկուլային ասոցիացիաներ, որոնք տարբերվում են կառուցվածքով, մոլեկուլների քանակով և դրանց հաստատված կյանքի ժամանակով։ , ինչպես նաև իրենց գործընկերների կյանքի տևողությունը: Այսպիսով, մաքուր ջուրբաց համալիր է դինամիկ համակարգ. Արտաքին գործոնների ազդեցության տակ՝ ռադիոակտիվ, ուլտրամանուշակագույն և լազերային ճառագայթում, առաձգական ալիքներ, ջերմաստիճան, ճնշում, էլեկտրական, մագնիսական և էլեկտրամագնիսական դաշտեր արհեստական ​​և բնական աղբյուրներից (տիեզերք, արև, երկիր, կենդանի առարկաներ) - ջուրը փոխում է իր կառուցվածքային և տեղեկատվական հատկությունները: , և, հետևաբար, փոխվում են նրա կենսաբանական և ֆիզիոլոգիական գործառույթները։

Ի լրումն ինքնաասոցացման, ջրի մոլեկուլները հիդրացնում են իոնները, բևեռային մոլեկուլները և մակրոմոլեկուլները՝ դրանց շուրջ ձևավորելով հիդրացիոն թաղանթներ՝ դրանով իսկ կայունացնելով դրանք լուծույթում և նպաստելով դրանց տարրալուծմանը (Բաժին 6.1): Նյութերը, որոնց մոլեկուլները ոչ բևեռ են և համեմատաբար փոքր չափերով, կարող են միայն մի փոքր լուծվել ջրի մեջ՝ լրացնելով որոշակի կառուցվածքով իրենց հարակիցների դատարկությունները: Այս դեպքում, հիդրոֆոբ փոխազդեցության արդյունքում, ոչ բևեռային մոլեկուլները կառուցվածքում են իրենց շրջապատող հիդրացիոն թաղանթը՝ այն վերածելով կառուցվածքային ասոցիացիայի, սովորաբար սառույցի նման կառուցվածքով, որի ներսում գտնվում է այս ոչ բևեռային մոլեկուլը։

Կենդանի օրգանիզմներում կարելի է առանձնացնել ջրի երկու կատեգորիա՝ «կապված» և «ազատ», վերջինս, ըստ երևույթին, գտնվում է միայն միջբջջային հեղուկում (հատ. 6.1)։ կապված ջուր, իր հերթին, ստորաբաժանվում է «կառուցված» (խիստ կապված) և «քանդված» (թույլ կապված կամ չամրացված) ջրի։ Հավանաբար, վերը նշված բոլոր արտաքին գործոններն ազդում են օրգանիզմում ջրի վիճակի վրա՝ փոխելով հարաբերակցությունները՝ «կառուցված» / «քանդված» և «կապված» / «ազատ» ջուր, ինչպես նաև դրա կառուցվածքային և դինամիկ պարամետրերը: Սա դրսևորվում է մարմնի ֆիզիոլոգիական վիճակի փոփոխություններով։ Հնարավոր է, որ ներբջջային ջուրը շարունակաբար ենթարկվում է կարգավորվող, հիմնականում սպիտակուցներով, իմպուլսային անցումների «կառուցված» վիճակից «քանդված» վիճակի։ Այս անցումները փոխկապակցված են բջիջից ծախսված մետաբոլիտների (խարամների) արտաքսման և անհրաժեշտ նյութերի կլանման հետ։ Հետ ժամանակակից կետտեսողության մեջ ջուրը մասնակցում է մեկ ներբջջային կառուցվածքի ձևավորմանը, որի շնորհիվ ձեռք է բերվում կյանքի գործընթացների կարգուկանոն: Ուստի, ըստ Ա.Սզենտ-Գյորգիի փոխաբերական արտահայտության, ջուրն օրգանիզմում «կյանքի մատրիցան» է։

Ջուրը բնության մեջ. Ջուրը Երկրի վրա ամենակարևոր և տարածված նյութն է։ Մակերեւույթ երկրագունդը 75%-ը ծածկված է ջրով։ Համաշխարհային օվկիանոսի ծավալը 1,4 մլրդ կմ 3 է։ Նույն քանակությամբ ջուր հանդիպում է հանքանյութերում՝ բյուրեղացման ջրի տեսքով։ Մթնոլորտը պարունակում է 13 հազար կմ 3 ջուր։ Միևնույն ժամանակ, խմելու և կենցաղային կարիքների համար պիտանի քաղցրահամ ջրի պաշարները բավականին սահմանափակ են (քաղցրահամ ջրի բոլոր ջրամբարների ծավալը 200 հազար կմ 3 է)։ Քաղցրահամ ջուր, որն օգտագործվում է առօրյա կյանքում, պարունակում է տարբեր կեղտեր՝ 0,05-ից մինչև 1 գ/լ, առավել հաճախ դրանք աղեր են՝ բիկարբոնատներ, քլորիդներ, սուլֆատներ, ներառյալ լուծվող կալցիումի և մագնեզիումի աղերը, որոնց առկայությունը ջուրը դարձնում է կոշտ (բաժին 14.3): Ներկայումս անվտանգություն ջրային ռեսուրսներև մաքրում Կեղտաջրերբնապահպանական ամենահրատապ խնդիրներն են։

Սովորական ջրում կա մոտ 0,02% ծանր ջուր D2O (D - դեյտերիում): Այն կուտակվում է սովորական ջրի գոլորշիացման կամ էլեկտրոլիզի ժամանակ։ Ծանր ջուրը թունավոր է։ Ծանր ջուրն օգտագործվում է կենդանի օրգանիզմներում ջրի շարժն ուսումնասիրելու համար։ Դրա օգնությամբ պարզվել է, որ որոշ բույսերի հյուսվածքներում ջրի շարժման արագությունը հասնում է 14 մ/ժ-ի, իսկ մարդու խմած ջուրը 2 ժամում ամբողջությամբ բաշխվում է նրա օրգանների ու հյուսվածքների վրա և ամբողջությամբ հեռանում օրգանիզմից։ միայն երկու շաբաթ անց: Կենդանի օրգանիզմները պարունակում են 50-ից 93% ջուր, որն անփոխարինելի մասնակից է կյանքի բոլոր գործընթացներին։ Կյանքն անհնար է առանց ջրի։ 70 տարի կյանքի տեւողությամբ մարդը սննդի եւ խմիչքի հետ սպառում է մոտ 70 տոննա ջուր։

գիտական ​​և բժշկական պրակտիկալայնորեն գործածվող թորած ջուր- անգույն թափանցիկ հեղուկ, անհոտ և անհամ, pH = 5,2-6,8: Սա դեղագործական պատրաստուկ է բազմաթիվ դեղաչափերի պատրաստման համար:

Ջուր ներարկման համար(պիրոգեն ջուր) - նաև դեղագրքի պատրաստուկ: Այս ջուրը չի պարունակում պիրոգեն նյութեր։ Պիրոգեններ՝ բակտերիալ ծագման նյութեր՝ մետաբոլիտներ կամ բակտերիաների թափոններ, որոնք օրգանիզմ ներթափանցելով՝ առաջացնում են դող, ջերմություն, գլխացավեր և սրտանոթային գործունեության խանգարում: Ապիրոգեն ջուրը պատրաստվում է հանգույցի (բիդիստիլատի) կրկնակի թորման միջոցով ասեպտիկ պայմաններում և օգտագործվում է 24 ժամվա ընթացքում:

Ավարտելով հատվածը՝ անհրաժեշտ է ընդգծել ջրածնի՝ որպես կենսածին տարրի առանձնահատկությունները։ Կենդանի համակարգերում ջրածինը միշտ ցուցադրում է +1 օքսիդացման աստիճան և առաջանում է կամ որպես բևեռային կովալենտ կապ այլ կենսագեն տարրերի հետ, կամ որպես H + կատիոն։ Ջրածնի կատիոնը թթվային հատկությունների կրող է և ակտիվ կոմպլեքսավորող նյութ, որը փոխազդում է այլ օրգանոգենների ատոմների ազատ էլեկտրոնային զույգերի հետ։ Ռեդոքսային հատկությունների տեսանկյունից, կապված ջրածինը մարմնի պայմաններում չի ցուցադրում ոչ օքսիդացնող նյութի, ոչ էլ վերականգնող նյութի հատկությունները, սակայն ջրածնի կատիոնը ակտիվորեն մասնակցում է բազմաթիվ ռեդոքսային ռեակցիաների՝ չփոխելով իր օքսիդացման վիճակը, բայց նպաստելով. բիոսուբստրատների վերածումը ռեակցիայի արտադրանքի: Ջրածինը, կապված էլեկտրաբացասական տարրերի հետ, առաջացնում է ջրածնային կապեր:

Տիեզերքի ամենաառատ տարրը ջրածինն է։ Աստղերի հարցում այն ​​ունի միջուկների ձև՝ պրոտոններ և հանդիսանում է ջերմամիջուկային գործընթացների նյութ։ Արեգակի զանգվածի գրեթե կեսը նույնպես բաղկացած է H 2 մոլեկուլներից։ Երկրակեղևում դրա պարունակությունը հասնում է 0,15%-ի, իսկ նավթի բաղադրության մեջ առկա են ատոմներ, բնական գազ, ջուր. Թթվածնի, ազոտի և ածխածնի հետ միասին այն օրգանոգեն տարր է, որը Երկրի վրա գտնվող բոլոր կենդանի օրգանիզմների մասն է: Մեր հոդվածում մենք կուսումնասիրենք ֆիզիկական և Քիմիական հատկություններջրածինը, մենք սահմանում ենք արդյունաբերության մեջ դրա կիրառման հիմնական ոլորտները և բնության մեջ դրա կարևորությունը:

Դիրքը Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում

Պարբերական աղյուսակը բացող առաջին տարրը ջրածինն է: Նրա ատոմային զանգվածը 1,0079 է։ Այն ունի երկու կայուն (պրոտիում և դեյտերիում) և մեկ ռադիոակտիվ իզոտոպ (տրիտում)։ Ֆիզիկական հատկություններորոշվում է աղյուսակում ոչ մետաղի տեղով քիմիական տարրեր. Նորմալ պայմաններում ջրածինը (նրա բանաձևը H 2 է) գազ է, որը գրեթե 15 անգամ ավելի թեթև է, քան օդը։ Տարրի ատոմի կառուցվածքը եզակի է՝ բաղկացած է միայն միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Նյութի մոլեկուլը երկատոմիկ է, դրա մեջ գտնվող մասնիկները միացված են կովալենտային ոչ բևեռային կապի միջոցով։ Նրա էներգիայի ինտենսիվությունը բավականին բարձր է՝ 431 կՋ։ Սա բացատրում է միացության ցածր քիմիական ակտիվությունը նորմալ պայմաններում։ Ջրածնի էլեկտրոնային բանաձևն է՝ H:H:

Նյութը ունի ամբողջ գիծըհատկություններ, որոնք չունեն անալոգներ այլ ոչ մետաղների մեջ: Դիտարկենք դրանցից մի քանիսը:

Լուծելիություն և ջերմային հաղորդունակություն

Մետաղները լավագույնս փոխանցում են ջերմությունը, սակայն ջրածինը մոտենում է նրանց ջերմային հաղորդունակության առումով։ Երևույթի բացատրությունը հենց այն է բարձր արագությունՆյութի լույսի մոլեկուլների ջերմային շարժումը, հետևաբար, ջրածնի մթնոլորտում տաքացած առարկան 6 անգամ ավելի արագ է սառչում, քան օդում։ Միացությունը կարող է լավ լուծվել մետաղների մեջ, օրինակ՝ գրեթե 900 ծավալ ջրածին կարող է կլանվել մեկ ծավալով պալադիումով։ Մետաղները կարող են մտնել H 2-ի հետ քիմիական ռեակցիաների մեջ, որոնցում դրսևորվում են ջրածնի օքսիդացնող հատկությունները: Այս դեպքում ձևավորվում են հիդրիդներ.

2Na + H 2 \u003d 2 NaH:

Այս ռեակցիայի ժամանակ տարրի ատոմներն ընդունում են էլեկտրոններ մետաղի մասնիկներից՝ վերածվելով միավոր բացասական լիցքով անիոնների։ Պարզ նյութ H 2 այս դեպքում օքսիդացնող նյութ է, որը սովորաբար բնորոշ չէ դրան։

Ջրածինը որպես վերականգնող նյութ

Մետաղներն ու ջրածինը միավորում է ոչ միայն բարձր ջերմահաղորդականությունը, այլ նաև դրանց ատոմների կարողությունը քիմիական գործընթացներնվիրաբերել սեփական էլեկտրոնները, այսինքն՝ օքսիդացնել: Օրինակ՝ հիմնական օքսիդները փոխազդում են ջրածնի հետ։ Redox ռեակցիան ավարտվում է մաքուր մետաղի արտազատմամբ և ջրի մոլեկուլների ձևավորմամբ.

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O:

Ջեռուցման ժամանակ նյութի փոխազդեցությունը թթվածնի հետ հանգեցնում է նաեւ ջրի մոլեկուլների արտադրությանը։ Գործընթացը էկզոթերմիկ է և ուղեկցվում է թողարկումով մեծ թվովջերմային էներգիա. Եթե ​​H 2-ի և O 2-ի գազային խառնուրդը արձագանքում է 2:1 հարաբերակցությամբ, ապա այն կոչվում է, քանի որ այն պայթում է, երբ բռնկվել է.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O:

Ջուրը կարևոր դեր ունի և խաղում է Երկրի հիդրոսֆերայի, կլիմայի և եղանակի ձևավորման գործում: Այն ապահովում է տարրերի շրջանառությունը բնության մեջ, աջակցում է օրգանիզմների՝ մեր մոլորակի բնակիչների կենսագործունեության բոլոր գործընթացներին։

Փոխազդեցություն ոչ մետաղների հետ

Ջրածնի ամենակարևոր քիմիական հատկությունները նրա ռեակցիաներն են ոչ մետաղական տարրերի հետ։ ժամը նորմալ պայմաններքիմիապես բավականաչափ իներտ են, ուստի նյութը կարող է արձագանքել միայն հալոգենների հետ, օրինակ՝ ֆտորի կամ քլորի հետ, որոնք ամենաակտիվն են բոլոր ոչ մետաղների մեջ։ Այսպիսով, ֆտորի և ջրածնի խառնուրդը պայթում է մթության կամ ցրտի մեջ, իսկ քլորի հետ՝ տաքացնելիս կամ լույսի ներքո: Ռեակցիայի արտադրանքները կլինեն ջրածնի հալոգենիդներ, որոնց ջրային լուծույթները հայտնի են որպես ֆտորիդ և քլորիդ թթուներ: C-ն փոխազդում է 450-500 աստիճան ջերմաստիճանում, 30-100 ՄՊա ճնշման և կատալիզատորի առկայության դեպքում.

N₂ + 3H2 ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH3:

Ջրածնի դիտարկված քիմիական հատկություններն ունեն մեծ նշանակությունարդյունաբերության համար։ Օրինակ, դուք կարող եք ձեռք բերել արժեքավոր քիմիական արտադրանք `ամոնիակ: Այն նիտրատաթթվի և ազոտական ​​պարարտանյութերի արտադրության հիմնական հումքն է՝ միզանյութ, ամոնիումի նիտրատ։

օրգանական նյութեր

Ածխածնի և ջրածնի միջև հանգեցնում է ամենապարզ ածխաջրածնի՝ մեթանի արտադրությանը.

C + 2H 2 = CH 4:

Նյութը բնական նյութի ամենակարևոր բաղադրիչն է և օգտագործվում է որպես վառելիքի և հումքի արժեքավոր տեսակ օրգանական սինթեզի արդյունաբերության համար:

Ածխածնի միացությունների քիմիայում տարրը ներառված է հսկայական քանակությամբ նյութերի մեջ՝ ալկաններ, ալկեններ, ածխաջրեր, սպիրտներ և այլն։ Հայտնի են օրգանական միացությունների բազմաթիվ ռեակցիաներ H 2 մոլեկուլներով։ Նրանք հագնում են ընդհանուր անուն hydrogenation կամ hydrogenation. Այսպիսով, ալդեհիդները ջրածնով կարող են վերածվել սպիրտների, չհագեցած ածխաջրածինները՝ ալկանների։ Օրինակ, էթիլենը վերածվում է էթանի.

C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6:

Կարևոր գործնական արժեքունեն ջրածնի այնպիսի քիմիական հատկություններ, ինչպիսիք են, օրինակ, հեղուկ յուղերի՝ արևածաղկի, եգիպտացորենի, ռապևի, ջրածնացումը։ Այն հանգեցնում է պինդ ճարպի՝ խոզի ճարպի արտադրությանը, որն օգտագործվում է գլիցերինի, օճառի, ստեարինի, կոշտ սորտերմարգարին. Բարելավման համար տեսքըև համեղությունԴրան ավելացվում է սննդամթերք, կաթ, կենդանական ճարպեր, շաքար, վիտամիններ։

Մեր հոդվածում մենք ուսումնասիրեցինք ջրածնի հատկությունները և պարզեցինք նրա դերը բնության և մարդու կյանքում:

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Ջրածին- Դ.Ի.-ի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի առաջին տարրը. Մենդելեևը։ Խորհրդանիշը Ն.

Ատոմային զանգված - 1 am.u. Ջրածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է՝ H 2:

Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաջրածնի ատոմ - 1s 1: Ջրածինը պատկանում է s-տարրերի ընտանիքին։ Իր միացություններում այն ​​ցուցադրում է օքսիդացման աստիճաններ -1, 0, +1: Բնական ջրածինը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ պրոտիում 1 H (99,98%) և դեյտերիում 2 H (D) (0,015%), և տրիտիում 3 H (T) ռադիոակտիվ իզոտոպից (հետքի քանակություն, կիսամյակի ժամկետը՝ 12,5 տարի):

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինը ցուցաբերում է համեմատաբար ցածր ռեակտիվություն, որը բացատրվում է մոլեկուլում կապի բարձր ամրությամբ։ Երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է հիմնական ենթախմբերի տարրերով ձևավորված գրեթե բոլոր պարզ նյութերի հետ (բացառությամբ. ազնիվ գազեր, B, Si, P, Al): Քիմիական ռեակցիաներում այն ​​կարող է գործել և որպես վերականգնող (ավելի հաճախ) և որպես օքսիդացնող (ավելի քիչ հաճախ) նյութ։

Ջրածինը դրսևորվում է նվազեցնող գործակալի հատկությունները(H 2 0 -2e → 2H +) հետևյալ ռեակցիաներում.

1. Պարզ նյութերի՝ ոչ մետաղների հետ փոխազդեցության ռեակցիաները. Ջրածինը արձագանքում է հալոգեններով, ընդ որում, ֆտորի հետ փոխազդեցության ռեակցիան նորմալ պայմաններում, մթության մեջ, պայթյունով, քլորի հետ՝ լուսավորության տակ (կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման) շղթայական մեխանիզմով, բրոմի և յոդի հետ միայն տաքացնելիս. թթվածին(2:1 ծավալային հարաբերակցությամբ թթվածնի և ջրածնի խառնուրդը կոչվում է «պայթուցիկ գազ»), մոխրագույն, ազոտև Ածխածին:

H 2 + Hal 2 \u003d 2HHal;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S \u003d H 2 S (t \u003d 150 - 300C);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat):

2. Բարդ նյութերի հետ փոխազդեցության ռեակցիաներ. Ջրածինը արձագանքում է ցածր ակտիվ մետաղների օքսիդներով, և այն ի վիճակի է նվազեցնել միայն ցինկի ակտիվության շարքում գտնվող մետաղները.

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O (t);

WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2 O (t):

Ջրածինը արձագանքում է ոչ մետաղական օքսիդներով:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 - 300 ատմ., kat = ZnO, Cr 2 O 3):

Ջրածինը մտնում է հիդրոգենացման ռեակցիաների մեջ օրգանական միացություններցիկլոալկանների, ալկենների, արենների, ալդեհիդների և կետոնների դասը և այլն: Այս բոլոր ռեակցիաներն իրականացվում են տաքացման, ճնշման տակ, որպես կատալիզատորներ օգտագործվում են պլատինը կամ նիկելը.

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;

C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH (OH) -CH 3:

Ջրածին որպես օքսիդացնող նյութ(H 2 + 2e → 2H -) գործում է ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետ ռեակցիաներում։ Այս դեպքում առաջանում են հիդրիդներ՝ բյուրեղային իոնային միացություններ, որոնցում ջրածինը ցուցաբերում է -1 օքսիդացման աստիճան:

2Na + H 2 ↔ 2NaH (t, p):

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p):

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածինը բաց անգույն գազ է, առանց հոտի, խտությամբ n.o. - 0,09 գ / լ, 14,5 անգամ ավելի թեթև, քան օդը, t bale = -252,8C, t pl = - 259,2C: Ջրածինը վատ է լուծվում ջրում և օրգանական լուծիչներում, այն խիստ լուծելի է որոշ մետաղներում՝ նիկել, պալադիում, պլատին։

Համաձայն ժամանակակից տիեզերքիմիայի՝ ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ տարրն է։ Ջրածնի գոյության հիմնական ձևը արտաքին տարածքառանձին ատոմներ են։ Ջրածինը Երկրի վրա 9-րդ ամենաառատ տարրն է։ Երկրի վրա ջրածնի հիմնական քանակությունը կապված վիճակում է՝ ջրի, նավթի, բնական գազի, ածխի և այլնի բաղադրության մեջ։ Պարզ նյութի տեսքով ջրածինը հազվադեպ է հանդիպում՝ հրաբխային գազերի բաղադրության մեջ։

Ջրածնի ստացում

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր և արդյունաբերական մեթոդներ կան։ Լաբորատոր մեթոդները ներառում են մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ (1), ինչպես նաև ալյումինի փոխազդեցությունը ալկալիների ջրային լուծույթների հետ (2): Ջրածնի արտադրության արդյունաբերական մեթոդներից կարևոր դեր է խաղում ալկալիների և աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզը (3) և մեթանի (4) փոխակերպումը.

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4):

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	Երբ 23,8 գ մետաղական թիթեղը փոխազդում է աղաթթվի ավելցուկի հետ, ջրածին է բաց թողնվում, այն քանակով, որը բավարար է 12,8 գ մետաղական պղինձ ստանալու համար: Որոշեք ստացված միացության մեջ անագի օքսիդացման աստիճանը:
Որոշում	Ելնելով անագի ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքից (...5s 2 5p 2) կարելի է եզրակացնել, որ անագին բնորոշ են երկու օքսիդացման վիճակներ՝ +2, +4։ Դրա հիման վրա մենք կկազմենք հնարավոր ռեակցիաների հավասարումները. Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (3): Գտեք պղնձի նյութի քանակը. v (Cu) \u003d մ (Cu) / M (Cu) \u003d 12,8 / 64 \u003d 0,2 մոլ. Համաձայն 3-րդ հավասարման՝ ջրածնի նյութի քանակը. v (H 2) \u003d v (Cu) \u003d 0,2 մոլ. Իմանալով անագի զանգվածը՝ մենք գտնում ենք դրա նյութի քանակը. v (Sn) \u003d m (Sn) / M (Sn) \u003d 23,8 / 119 \u003d 0,2 մոլ: Համեմատենք անագի և ջրածնի նյութերի քանակներն ըստ 1-ին և 2-րդ հավասարումների և ըստ խնդրի պայմանի. v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (հավասարում 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (հավասարում 2); v(Sn): v(H 2) = 0.2:0.2 = 1:1 (խնդիր պայման): Հետևաբար, անագը փոխազդում է աղաթթվի հետ՝ համաձայն 1 հավասարման, և անագի օքսիդացման աստիճանը +2 է։
Պատասխանել	Անագի օքսիդացման աստիճանը +2 է։

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	2,0 գ ցինկի ազդեցությամբ արձակված գազը 18,7 մլ 14,6% աղաթթվի դիմաց (լուծույթի խտությունը 1,07 գ/մլ) փոխանցվել է 4,0 գ պղնձի (II) օքսիդի վրա տաքացնելով։ Որքա՞ն է ստացված պինդ խառնուրդի զանգվածը.
Որոշում	Երբ ցինկը գործում է աղաթթուՋրածինը թողարկվում է. Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (1), որը տաքացնելիս պղնձի (II) օքսիդը վերածում է պղնձի (2): CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O: Գտե՛ք նյութերի քանակը առաջին ռեակցիայում. մ (p-ra Hcl) = 18,7: 1,07 = 20,0 գ; m(HCl) = 20.0: 0,146 = 2,92 գ; v (HCl) \u003d 2,92 / 36,5 \u003d 0,08 մոլ; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 մոլ: Ցինկի պակասը կա, ուստի ազատված ջրածնի քանակը հետևյալն է. v (H 2) \u003d v (Zn) \u003d 0,031 մոլ. Երկրորդ ռեակցիայի ժամանակ ջրածինը պակասում է, քանի որ. v (CuO) \u003d 4.0 / 80 \u003d 0.05 մոլ. Ռեակցիայի արդյունքում 0,031 մոլ CuO-ն կվերածվի 0,031 մոլ Cu-ի, իսկ զանգվածի կորուստը կլինի. մ (СuО) - մ (Сu) \u003d 0,031 × 80 - 0,031 × 64 \u003d 0,50 գ: CuO-ի և Cu-ի պինդ խառնուրդի զանգվածը ջրածնի անցումից հետո կլինի. 4,0-0,5 = 3,5 գ
Պատասխանել	CuO-ի պինդ խառնուրդի զանգվածը Cu-ի հետ 3,5 գ է։

Ջրածին (հետագծող թուղթ լատիներենից՝ լատ. Hydrogenium - hydro = «ջուր», gen = «առաջացնող», hydrogenium - «առաջացնող ջուր», նշվում է H նշանով) - տարրերի պարբերական համակարգի առաջին տարրը։ Լայնորեն տարածված է բնության մեջ։ Ջրածնի 1 H-ի ամենատարածված իզոտոպի 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 - տրիտում (ռադիոակտիվ) (T):

Պարզ նյութ ջրածինը` H 2, բաց անգույն գազ է: Օդի կամ թթվածնի հետ խառնուրդում այն ​​այրվող է և պայթուցիկ: Ոչ թունավոր: Լուծենք էթանոլի և մի շարք մետաղների մեջ՝ երկաթ, նիկել, պալադիում, պլատին։

Պատմություն

Թթուների և մետաղների փոխազդեցության ժամանակ այրվող գազի արտանետումը նկատվել է 16-րդ և. XVII դդքիմիայի՝ որպես գիտության ձևավորման արշալույսին։ Միխայիլ Վասիլևիչ Լոմոնոսովը նույնպես ուղղակիորեն մատնանշեց դրա մեկուսացումը, բայց արդեն հաստատ գիտակցելով, որ դա ֆլոգիստոն չէ։ Անգլիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Հենրի Քավենդիշը 1766 թվականին ուսումնասիրել է այս գազը 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 իրականացրել է ջրի սինթեզը, այնուհետև վերլուծությունը՝ շիկացած երկաթով քայքայելով ջրի գոլորշին։ Այսպիսով, նա հաստատեց, որ «այրվող օդը» ջրի մի մասն է և կարելի է ստանալ դրանից։

անվան ծագումը

Լավուազյեն ջրածնին տվել է hydrogène անունը (այլ հունարենից ὕδωρ - ջուր և γεννάω - ծնում եմ) - «ջուր ծնել»: Ռուսերեն «ջրածին» անվանումն առաջարկել է քիմիկոս Մ.Ֆ. Սոլովյովը 1824 թվականին՝ Մ.Վ.Լոմոնոսովի «թթվածնի» անալոգիայով։

Տարածվածություն

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

Երկրի ընդերքը և կենդանի օրգանիզմները
Երկրի ընդերքում ջրածնի զանգվածային բաժինը 1% է, սա տասներորդ ամենատարածված տարրն է: Սակայն բնության մեջ նրա դերը որոշվում է ոչ թե զանգվածով, այլ ատոմների քանակով, որոնց մասնաբաժինը այլ տարրերի մեջ կազմում է 17% (երկրորդ տեղը թթվածնից հետո, որի ատոմների մասնաբաժինը ~ 52%)։ Հետևաբար, 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 հայտնաբերվում է ջրածնի միայն շատ փոքր քանակություն պարզ նյութի տեսքով (0,00005% ծավալով):
Ջրածինը գրեթե բոլոր օրգանական նյութերի բաղկացուցիչն է և առկա է բոլոր կենդանի բջիջներում: Կենդանի բջիջներում, ըստ ատոմների քանակի, ջրածինը կազմում է գրեթե 50%:

Անդորրագիր

Ձեռքբերման արդյունաբերական մեթոդներ պարզ նյութերկախված են նրանից, թե ինչ ձևով է գտնվում համապատասխան տարրը բնության մեջ, այսինքն՝ ինչ կարող է լինել դրա արտադրության հումքը։ Այսպիսով, ստացվում է ազատ վիճակում առկա թթվածին ֆիզիկական ճանապարհով- ազատում հեղուկ օդից. Գրեթե ամբողջ ջրածինը միացությունների տեսքով է, ուստի այն ստանալու համար կիրառվում են քիմիական մեթոդներ։ Մասնավորապես, կարող են օգտագործվել տարրալուծման ռեակցիաներ: Ջրածնի արտադրության ուղիներից մեկը ջրի քայքայման ռեակցիան է էլեկտրական հոսանքի միջոցով։
Ջրածնի արտադրության հիմնական արդյունաբերական մեթոդը բնական գազի մաս կազմող մեթանի ջրի հետ ռեակցիան է։ Այն իրականացվում է բարձր ջերմաստիճանում.
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 -165 կՋ

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներից մեկը, որը երբեմն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, ջրի տարրալուծումն է էլեկտրական հոսանքի միջոցով։ Ջրածինը սովորաբար արտադրվում է լաբորատորիայում՝ ցինկը աղաթթվի հետ փոխազդելու միջոցով։