Tabiatda vodorod (er qobig'ida 0,9%). Vodorodning fizik va kimyoviy xossalari

Vodorod - Mendeleyev davriy tizimida bir vaqtning o'zida ikkita hujayrani egallagan maxsus element. U qarama-qarshi xususiyatlarga ega elementlarning ikkita guruhida joylashgan va bu xususiyat uni noyob qiladi. Vodorod oddiy moddadir va ajralmas qismi ko'p murakkab birikmalar, u organogen va biogen element hisoblanadi. Uning asosiy xususiyatlari va xususiyatlari bilan batafsil tanishib chiqishga arziydi.

Mendeleyev davriy sistemasidagi vodorod

Vodorodning asosiy xususiyatlari quyidagilarda ko'rsatilgan:

• elementning seriya raqami 1 (bir xil miqdordagi proton va elektronlar mavjud);
• atom massasi 1,00795;
• vodorod uchta izotopga ega, ularning har biri maxsus xususiyatlarga ega;
• tarkibida faqat bitta elektron borligi sababli vodorod qaytaruvchi va oksidlovchi xususiyatlarni ko'rsatishga qodir va elektron berilgandan keyin vodorod tarkibida ishtirok etadigan erkin orbitalga ega. kimyoviy bog'lanishlar donor-akseptor mexanizmiga ko'ra;
• vodorod - past zichlikdagi engil element;
• vodorod kuchli qaytaruvchi vosita bo'lib, u guruhni ochadi ishqoriy metallar asosiy kichik guruhning birinchi guruhida;
• vodorod metallar va boshqa kuchli qaytaruvchi moddalar bilan reaksiyaga kirishganda, ularning elektronini qabul qiladi va oksidlovchi moddaga aylanadi. Bunday birikmalar gidridlar deb ataladi. Ko'rsatilgan xususiyatga ko'ra, vodorod shartli ravishda galogenlar guruhiga kiradi (jadvalda u yuqorida qavs ichida ftor keltirilgan), u bilan o'xshashliklarga ega.

Vodorod oddiy modda sifatida

Vodorod - molekulasi ikkitadan iborat gaz. Ushbu modda 1766 yilda ingliz olimi Genri Kavendish tomonidan kashf etilgan. U vodorodning kislorod bilan oʻzaro taʼsirlashganda portlovchi gaz ekanligini isbotladi. Vodorodni o'rganib chiqqandan so'ng, kimyogarlar bu moddaning insonga ma'lum bo'lgan eng engil ekanligini aniqladilar.

Yana bir olim Lavuazye elementga “hidrogeniy” nomini bergan, bu lotincha “suv tug‘diruvchi” degan ma’noni anglatadi. 1781 yilda Genri Kavendish suvning kislorod va vodorod birikmasi ekanligini isbotladi. Boshqacha qilib aytganda, suv vodorodning kislorod bilan reaktsiyasi mahsulotidir. Vodorodning yonuvchan xususiyatlari hatto qadimgi olimlarga ham ma'lum edi: tegishli yozuvlarni 16-asrda yashagan Paracelsus qoldirgan.

Molekulyar vodorod tabiatda keng tarqalgan tabiiy gazsimon birikma bo'lib, u ikki atomdan iborat bo'lib, yonib turgan parcha paydo bo'lganda. Vodorod molekulasi geliy yadrolariga aylanadigan atomlarga aylanishi mumkin, chunki ular ishtirok etishi mumkin. yadro reaksiyalari. Bunday jarayonlar muntazam ravishda kosmosda va Quyoshda sodir bo'ladi.

Vodorod va uning fizik xossalari

Vodorod quyidagi fizik parametrlarga ega:

• -252,76 ° S da qaynatiladi;
• -259,14 ° S da eriydi; *ko'rsatilgan harorat chegaralarida vodorod hidsiz, rangsiz suyuqlikdir;
• vodorod suvda ozgina eriydi;
• vodorod taqdim etilganda nazariy jihatdan metall holatga o'tishi mumkin maxsus shartlar (past haroratlar va yuqori bosim)
• sof vodorod portlovchi va yonuvchan moddadir;
• vodorod metallarning qalinligi bo'ylab tarqalishga qodir, shuning uchun u ularda yaxshi eriydi;
• vodorod havodan 14,5 marta engilroq;
• da Yuqori bosim qattiq vodorodning qorga o'xshash kristallarini olish mumkin.

Vodorodning kimyoviy xossalari

Laboratoriya usullari:

• suyultirilgan kislotalarning o'zaro ta'siri faol metallar va o'rtacha faollikdagi metallar;
• metall gidridlarning gidrolizi;
• gidroksidi va gidroksidi tuproqli metallarning suvlari bilan reaksiya.

Vodorod birikmalari:

vodorod galogenidlari; metall bo'lmaganlarning uchuvchi vodorod birikmalari; gidridlar; gidroksidlar; vodorod gidroksidi (suv); vodorod peroksid; organik birikmalar (oqsillar, yog'lar, uglevodlar, vitaminlar, lipidlar, efir moylari, gormonlar). Oqsillar, yog'lar va uglevodlar xususiyatlarini o'rganish bo'yicha xavfsiz tajribalarni ko'rish uchun bosing.

Olingan vodorodni yig'ish uchun probirkani teskari burab turish kerak. Vodorodni karbonat angidrid kabi yig'ib bo'lmaydi, chunki u havodan ancha engilroq. Vodorod tezda bug'lanadi va havo bilan aralashtirilganda (yoki katta to'plangan holda) portlaydi. Shuning uchun trubkani teskari aylantirish kerak. To'ldirilgandan so'ng darhol trubka rezina tiqin bilan yopiladi.

Vodorodning tozaligini tekshirish uchun probirkaning bo'yniga yoqilgan gugurt olib kelish kerak. Agar kar va sokin pop paydo bo'lsa, gaz toza va havo aralashmalari minimaldir. Agar pop baland va hushtak chalsa, probirkadagi gaz iflos bo'lsa, unda begona komponentlarning katta qismi mavjud.

Diqqat! Ushbu tajribalarni o'zingiz takrorlashga urinmang!

Vodorod atomi, boshqa elementlarning atomlari bilan solishtirganda, eng oddiy tuzilishga ega: u bitta protondan iborat.

hosil qiluvchi atom yadrosi, va bitta elektron ls orbitalida joylashgan. Vodorod atomining o'ziga xosligi shundaki, uning yagona valentlik elektroni bevosita atom yadrosining ta'sir maydonida bo'ladi, chunki u boshqa elektronlar tomonidan himoyalanmagan. Bu uni o'ziga xos xususiyatlar bilan ta'minlaydi. U kirishi mumkin kimyoviy reaksiyalar H + kationini (ishqoriy metall atomlari kabi) hosil qilib, elektronni beradi yoki H-anionini (galogen atomlari kabi) hosil qilish uchun sherikdan elektron qo'shing. Shuning uchun davriy tizimdagi vodorod ko'proq IA guruhiga, ba'zan VIIA guruhiga joylashtiriladi, lekin vodorod davriy tizimning hech bir guruhiga kirmaydigan jadvallarning variantlari mavjud.

Vodorod molekulasi ikki atomli - H2. Vodorod barcha gazlarning eng engilidir. H2 molekulasining qutbsizligi va yuqori quvvati tufayli (Est\u003d 436 kJ / mol) normal sharoitda vodorod faqat ftor bilan, yoritilganda esa xlor va brom bilan faol ta'sir o'tkazadi. Qizdirilganda u ko'plab metall bo'lmaganlar, xlor, brom, kislorod, oltingugurt bilan reaksiyaga kirishadi, qaytaruvchi xususiyatga ega va gidroksidi va gidroksidi tuproq metallari bilan o'zaro ta'sir qiladi, oksidlovchi vosita bo'lib, ushbu metallarning gidridlarini hosil qiladi:

Barcha organogenlar orasida vodorod eng past nisbiy elektronegativlikka ega (0E0 = 2,1), shuning uchun tabiiy birikmalarda vodorod har doim +1 oksidlanish darajasini ko'rsatadi. Kimyoviy termodinamika nuqtai nazaridan, suv bo'lgan tirik tizimlarda vodorod molekulyar vodorod (N 2) yoki gidrid ionini (N ~) hosil qila olmaydi. Molekulyar vodorod at normal sharoitlar u kimyoviy jihatdan faol emas va ayni paytda juda uchuvchan, shuning uchun u organizm tomonidan saqlanishi va metabolizmda ishtirok eta olmaydi. Gidrid ioni kimyoviy jihatdan juda faol va juda oz miqdordagi suv bilan ham darhol o'zaro ta'sirlanib, molekulyar vodorod hosil qiladi. Shuning uchun organizmdagi vodorod yo boshqa organogenlar bilan birikmalar shaklida yoki H + kation shaklida bo'ladi.

Organogen elementlar bilan vodorod faqat kovalent bog'lanish hosil qiladi. Qutblanish darajasiga ko'ra, bu bog'lanishlar quyidagi tartibda joylashtirilgan:

Bu seriya kimyo uchun juda muhim tabiiy birikmalar, chunki bu bog'larning qutbliligi va ularning qutblanishi birikmalarning kislotali xususiyatlarini, ya'ni proton hosil bo'lishi bilan ajralishini oldindan belgilab beradi.

kislota xossalari. Elementni shakllantirish xususiyatiga qarab X-N ulanishi, kislotalarning 4 turi mavjud:

OH-kislotalar (karboksilik kislotalar, fenollar, spirtlar);

SH-kislotalar (tiollar);

NH-kislotalar (amidlar, imidlar, aminlar);

CH-kislotalar (uglevodorodlar va ularning hosilalari).

Yuqori polarizatsiyani hisobga olgan holda S-H ulanishlari qilish mumkin keyingi qator dissotsilanish qobiliyatiga ko'ra kislotalar:

Suv muhitida vodorod kationlarining konsentratsiyasi uning kislotaliligini aniqlaydi, bu pH qiymati pH = -lg (7.5-sek.) yordamida ifodalanadi. Tananing ko'pgina fiziologik muhitlari neytralga yaqin reaktsiyaga ega (pH = 5,0-7,5), faqat me'da shirasida pH = 1,0-2,0. Bu, bir tomondan, mikroblarga qarshi ta'sirni ta'minlaydi, oshqozonga oziq-ovqat bilan olib kelingan ko'plab mikroorganizmlarni o'ldiradi; boshqa tomondan, kislotali muhit oqsillar, polisaxaridlar va boshqa biosubstratlarning gidrolizlanishida katalitik ta'sir ko'rsatadi, zarur metabolitlarni ishlab chiqarishga yordam beradi.

redoks xususiyatlari. Yuqori musbat zaryad zichligi tufayli vodorod kationi kislotalar va suv bilan o'zaro ta'sirlashganda faol va o'rta faollikdagi metallarni oksidlovchi ancha kuchli oksidlovchi vositadir (f ° = 0 V):

Tirik tizimlarda bunday kuchli qaytaruvchi moddalar mavjud emas va neytral muhitda (pH = 7) vodorod kationlarining oksidlanish kuchi sezilarli darajada kamayadi (f ° = -0,42 V). Shuning uchun organizmda vodorod kationi oksidlovchi xususiyatga ega emas, lekin oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida faol ishtirok etib, boshlang'ich moddalarni reaktsiya mahsulotlariga aylantirishga yordam beradi:

Berilgan barcha misollarda vodorod atomlari oksidlanish darajasini +1 o'zgartirmagan.

Qaytaruvchi xususiyatlar molekulyar va ayniqsa atomik vodorodga, ya'ni vodorodga to'g'ridan-to'g'ri reaksiya muhitida, shuningdek gidrid ioni uchun ajralib turadi:

Biroq, tirik tizimlarda bunday qaytaruvchi moddalar (H2 yoki H-) mavjud emas va shuning uchun bunday reaktsiyalar mavjud emas. Adabiyotlarda, jumladan, darsliklarda vodorodning organik birikmalarning qaytaruvchi xossalarini tashuvchisi ekanligi haqidagi fikr haqiqatga to‘g‘ri kelmaydi; shunday qilib, tirik tizimlarda dehidrogenaza koenzimining qisqartirilgan shakli, bunda vodorod atomlari emas, balki uglerod atomlari biosubstratlarning reduktori sifatida ishlaydi (9.3.3-band).

murakkablashtiruvchi xususiyatlar. Vodorod kationida erkin atom orbital mavjudligi va H + kationining o'zining yuqori qutblanish ta'siri tufayli u faol kompleks hosil qiluvchi ion hisoblanadi. Shunday qilib, suvli muhitda vodorod kationi gidroniy ioni H3O + ni, ammiak ishtirokida esa ammoniy ioni NH4 ni hosil qiladi:

Assotsiatsiyani shakllantirishga moyillik. Yuqori qutbli vodorod atomlari O-H ulanishlari va N--H vodorod aloqalarini hosil qiladi (3.1-sek.). Vodorod aloqasining kuchi (10 dan 100 kJ / mol gacha) lokalizatsiya qilingan zaryadlarning kattaligiga va vodorod bog'ining uzunligiga, ya'ni uni hosil qilishda ishtirok etuvchi elektronegativ elementlarning atomlari orasidagi masofaga bog'liq. Aminokislotalar, uglevodlar, oqsillar uchun, nuklein kislotalar Vodorod aloqalarining quyidagi uzunliklari xarakterlidir, pm:

Vodorod aloqalari tufayli substrat va ferment o'rtasida, tabiiy polimerlardagi alohida guruhlar o'rtasida ularning ikkilamchi, uchinchi va to'rtlamchi tuzilmalarini aniqlaydigan qaytariladigan molekulalararo o'zaro ta'sirlar paydo bo'ladi (21.4, 23.4-bo'limlar). Vodorod aloqasi suvning erituvchi va reagent sifatida xossalarida yetakchi rol o'ynaydi.

Suv va uning xossalari. Suv vodorodning eng muhim birikmasidir. Tanadagi barcha kimyoviy reaktsiyalar faqat suv muhitida sodir bo'ladi, suvsiz hayot mumkin emas. Suv erituvchi sifatida sek. 6.1.

Kislota-asos xususiyatlari. Kislota-asos xususiyatlari nuqtai nazaridan reaktiv sifatida suv haqiqiy amfolitdir (8.1-bo'lim). Bu tuzlarning gidrolizlanishida ham (8.3.1-bo'lim) va suvli muhitda kislotalar va asoslarning dissotsiatsiyasida namoyon bo'ladi (8.3.2-bo'lim).

Miqdoriy xarakteristikasi kislotalilik suv muhitlari hisoblanadi pH qiymati pH.

Suv kislota-asos reagenti sifatida biosubstratlarning gidrolizlanish reaksiyalarida ishtirok etadi. Masalan, adenozin trifosfat gidrolizi organizm uchun to'plangan energiya manbai bo'lib xizmat qiladi, keraksiz oqsillarning fermentativ gidrolizi zarur oqsillarni sintez qilish uchun boshlang'ich material bo'lgan aminokislotalarni olishga xizmat qiladi. Shu bilan birga, H+ kationlari yoki OH-anionlari biosubstrat gidroliz reaktsiyalari uchun kislota-asosli katalizatorlardir (21.4, 23.4-bo'limlar).

redoks xususiyatlari. Suv molekulasida vodorod ham, kislorod ham barqaror oksidlanish holatidadir. Shuning uchun suv aniq redoks xususiyatlarini ko'rsatmaydi. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari suv faqat juda faol qaytaruvchi moddalar yoki juda faol oksidlovchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda yoki reagentlarning kuchli faollashuvi sharoitida mumkin.

Suv gidroksidi va gidroksidi tuproq metallari yoki ularning gidridlari kabi kuchli qaytaruvchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda vodorod kationlari tufayli oksidlovchi vosita bo'lishi mumkin:

Da yuqori haroratlar Suvning kamroq faol qaytaruvchi moddalar bilan o'zaro ta'siri mumkin:

Tirik tizimlarda ularning suv komponenti hech qachon oksidlovchi vosita sifatida ishlamaydi, chunki bu organizmlardan molekulyar vodorodning hosil bo'lishi va qaytarib bo'lmaydigan tarzda olib tashlanishi tufayli bu tizimlarning yo'q qilinishiga olib keladi.

Suv kislorod atomlari tufayli qaytaruvchi vosita sifatida harakat qilishi mumkin, masalan, ftor kabi kuchli oksidlovchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda:

Yorug'lik ta'sirida va xlorofill ishtirokida o'simliklarda suvdan O2 hosil bo'lishi bilan fotosintez jarayoni davom etadi (9.3.6-band):

Oksidlanish-qaytarilish jarayonlarida bevosita ishtirok etishdan tashqari, suv va uning dissotsilanish mahsulotlari H + va OH- yuqori qutbliligi ( = 79) va hosil bo'lgan ionlarning ishtiroki tufayli ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining paydo bo'lishiga hissa qo'shadigan muhit sifatida ishtirok etadi. u boshlang'ich moddalarni yakuniy moddalarga aylantirishda (9.1-bo'lim).

murakkablashtiruvchi xususiyatlar. Kislorod atomida ikkita taqsimlanmagan elektron juftligi mavjudligi sababli, suv molekulasi juda faol monodentat ligand bo'lib, u vodorod kationi bilan murakkab oksonium ioni H 3 0 + va suvli eritmalarda metall kationlari bilan ancha barqaror akvakomplekslarni hosil qiladi. , masalan [Ca (H 2 0) 6 ] 2+ , [ Fe(H 2 0) 6 ] 3+ , 2+. Ushbu murakkab ionlarda tugun molekulalari kompleks hosil qiluvchi moddalar bilan kovalent bog'langan. Ishqoriy metallar kationlari akvakompleks hosil qilmaydi, elektrostatik kuchlar ta’sirida gidratlangan kationlar hosil qiladi. Vaqt oʻtroq hayot bu kationlarning hidratsion qobiqlaridagi suv molekulalari 0,1 s dan oshmaydi va suv molekulalari soni bo'yicha ularning tarkibi osongina o'zgarishi mumkin.

Assotsiatsiyani shakllantirishga moyillik. Elektrostatik o'zaro ta'sirga va vodorod bog'larining shakllanishiga yordam beruvchi yuqori qutblilik tufayli suv molekulalari hatto toza suvda (6.1-band) tuzilishi, molekulalari soni va assotsiatsiyalarda ularning joylashish muddati jihatidan farq qiluvchi molekulalararo assotsiatsiyalarni hosil qiladi. , shuningdek, sheriklarning o'zlarining umri. Shunday qilib, Toza suv ochiq kompleks hisoblanadi dinamik tizim. Tashqi omillar ta'sirida: radioaktiv, ultrabinafsha va lazer nurlanishi, elastik to'lqinlar, harorat, bosim, elektr, magnit va elektromagnit maydonlar sun'iy va tabiiy manbalardan (kosmos, Quyosh, Yer, tirik jismlar) - suv o'zining tarkibiy va axborot xususiyatlarini o'zgartiradi. , shuning uchun uning biologik va fiziologik funktsiyalari o'zgaradi.

O'z-o'zidan assotsiatsiyaga qo'shimcha ravishda, suv molekulalari ionlarni, qutb molekulalarini va makromolekulalarni gidratlaydi, ularning atrofida hidratsion qobiqlarni hosil qiladi va shu bilan ularni eritmada barqarorlashtiradi va erishini rag'batlantiradi (6.1-bo'lim). Molekulalari qutbsiz va nisbatan kichik bo'lgan moddalar suvda ozgina eriydi va uning sheriklarining bo'shliqlarini ma'lum bir tuzilish bilan to'ldiradi. Bunday holda, gidrofobik o'zaro ta'sir natijasida qutbsiz molekulalar ularni o'rab turgan gidratatsiya qobig'ini tuzadilar va uni odatda muzga o'xshash tuzilishga ega bo'lgan tizimli assotsiatsiyaga aylantiradilar, uning ichida bu qutbsiz molekula joylashgan.

Tirik organizmlarda suvning ikki toifasini ajratish mumkin - "bog'langan" va "erkin", ikkinchisi, aftidan, faqat hujayralararo suyuqlikda (Sec. 6.1). bog'langan suv, o'z navbatida, "tuzilmali" (kuchli bog'langan) va "buzilgan" (zaif bog'langan yoki bo'sh) suvlarga bo'linadi. Ehtimol, yuqoridagi barcha tashqi omillar tanadagi suvning holatiga ta'sir qiladi, nisbatlarni o'zgartiradi: "tuzilmali" / "buzilgan" va "bog'langan" / "erkin" suv, shuningdek, uning strukturaviy va dinamik parametrlari. Bu tananing fiziologik holatidagi o'zgarishlarda namoyon bo'ladi. Hujayra ichidagi suv doimiy ravishda, asosan, oqsillar tomonidan tartibga solinadigan, "tuzilmali" holatdan "buzilgan" holatga pulsatsiyalanuvchi o'tishlarni boshdan kechirishi mumkin. Bu o'tishlar sarflangan metabolitlarni (shlaklarni) hujayradan chiqarib yuborish va kerakli moddalarni so'rib olish bilan o'zaro bog'liqdir. Bilan zamonaviy nuqta ko'rish qobiliyati, suv yagona hujayra ichidagi tuzilmani shakllantirishda ishtirok etadi, buning natijasida hayot jarayonlarining tartibliligiga erishiladi. Binobarin, A.Szent-Gyorgyining obrazli ifodasiga ko‘ra, organizmdagi suv “hayot matritsasi”dir.

Tabiatdagi suv. Suv Yerdagi eng muhim va keng tarqalgan moddadir. Yuzaki globus 75% suv bilan qoplangan. Jahon okeanining hajmi 1,4 mlrd km 3 ni tashkil qiladi. Xuddi shu miqdorda suv minerallarda kristallanish suvi shaklida bo'ladi. Atmosferada 13 ming km 3 suv bor. Shu bilan birga, ichimlik va maishiy ehtiyojlar uchun yaroqli chuchuk suv zahiralari ancha cheklangan (barcha chuchuk suv havzalarining hajmi 200 ming km3). Toza suv, kundalik hayotda ishlatiladigan, 0,05 dan 1 g / l gacha bo'lgan turli xil aralashmalarni o'z ichiga oladi, ko'pincha bu tuzlar: bikarbonatlar, xloridlar, sulfatlar, shu jumladan eriydigan kaltsiy va magniy tuzlari, ularning mavjudligi suvni qattiq qiladi (14.3-bo'lim). Hozirgi vaqtda xavfsizlik suv resurslari va tozalash Chiqindi suvlari eng dolzarb ekologik muammolardir.

Oddiy suvda taxminan 0,02% og'ir suv D2O (D - deyteriy) mavjud. Oddiy suvning bug'lanishi yoki elektrolizlanishi paytida to'planadi. Og'ir suv zaharli hisoblanadi. Og'ir suv tirik organizmlardagi suvning harakatini o'rganish uchun ishlatiladi. Uning yordami bilan baʼzi oʻsimliklarning toʻqimalarida suvning harakat tezligi 14 m/soatga yetishi va odam ichgan suv uning aʼzolari va toʻqimalariga 2 soatda toʻliq taqsimlanib, tanadan butunlay chiqib ketishi aniqlandi. faqat ikki haftadan keyin. Tirik organizmlar barcha hayotiy jarayonlarning ajralmas ishtirokchisi bo'lgan 50 dan 93% gacha suvni o'z ichiga oladi. Suvsiz hayot mumkin emas. 70 yil umr ko'rish bilan bir kishi oziq-ovqat va ichimlik bilan taxminan 70 tonna suv iste'mol qiladi.

Ilmiy va tibbiy amaliyot keng qo'llaniladi distillangan suv- rangsiz shaffof suyuqlik, hidsiz va ta'msiz, pH = 5,2-6,8. Bu ko'plab dozalash shakllarini tayyorlash uchun farmakopeya preparati.

In'ektsiya uchun suv(pirogenli suv) - farmakopeya preparati ham. Bu suvda pirogen moddalar mavjud emas. Pirojenlar - bakterial kelib chiqadigan moddalar - organizmga tushganda titroq, isitma, bosh og'rig'i va yurak-qon tomir faoliyatining buzilishiga olib keladigan bakteriyalarning metabolitlari yoki chiqindilari. Apirogen suv aseptik sharoitda tugunni (bidistillat) ikki marta distillash orqali tayyorlanadi va 24 soat ichida ishlatiladi.

Bo'limni yakunlab, vodorodning biogen element sifatidagi xususiyatlarini ta'kidlash kerak. Tirik tizimlarda vodorod har doim +1 oksidlanish darajasini ko'rsatadi va boshqa biogen elementlar bilan qutbli kovalent bog'lanish yoki H + kation sifatida paydo bo'ladi. Vodorod kationi kislotali xususiyatlarning tashuvchisi va boshqa organogenlar atomlarining erkin elektron juftlari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi faol kompleks hosil qiluvchi vositadir. Oksidlanish-qaytarilish xususiyatlari nuqtai nazaridan, organizm sharoitida bog'langan vodorod na oksidlovchi, na qaytaruvchi xususiyatni ko'rsatmaydi, ammo vodorod kationi oksidlanish holatini o'zgartirmasdan, ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida faol ishtirok etadi. biosubstratlarni reaksiya mahsulotlariga aylantirish uchun. Elektromanfiy elementlar bilan bog'langan vodorod vodorod bog'larini hosil qiladi.

Koinotdagi eng keng tarqalgan element vodoroddir. Yulduzlar masalasida u yadrolar - protonlar shakliga ega va termoyadroviy jarayonlar uchun materialdir. Quyosh massasining deyarli yarmi ham H 2 molekulalaridan iborat. Uning er qobig'idagi miqdori 0,15% ga etadi va neft tarkibida atomlar mavjud, tabiiy gaz, suv. Kislorod, azot va uglerod bilan birgalikda u Yerdagi barcha tirik organizmlarning bir qismi bo'lgan organogen elementdir. Bizning maqolamizda biz jismoniy va Kimyoviy xossalari vodorod, biz uni sanoatda qo'llashning asosiy yo'nalishlarini va tabiatdagi ahamiyatini aniqlaymiz.

Mendeleyev kimyoviy elementlarning davriy sistemasidagi o‘rni

Davriy jadvalni ochadigan birinchi element vodoroddir. Uning atom massasi 1,0079 ga teng. U ikkita barqaror (protiy va deyteriy) va bitta radioaktiv izotopga (tritiy) ega. Jismoniy xususiyatlar jadvaldagi metall bo'lmagan joy bilan belgilanadi kimyoviy elementlar. Oddiy sharoitlarda vodorod (uning formulasi H 2) havodan deyarli 15 marta engilroq gazdir. Element atomining tuzilishi noyobdir: u faqat yadro va bitta elektrondan iborat. Moddaning molekulasi diatomik bo'lib, undagi zarralar kovalent qutbsiz aloqa yordamida bog'lanadi. Uning energiya intensivligi ancha yuqori - 431 kJ. Bu oddiy sharoitda birikmaning past kimyoviy faolligini tushuntiradi. Vodorodning elektron formulasi: H:H.

Moddaga ega butun chiziq boshqa metall bo'lmaganlar orasida o'xshash bo'lmagan xususiyatlar. Keling, ulardan ba'zilarini ko'rib chiqaylik.

Eruvchanlik va issiqlik o'tkazuvchanligi

Metalllar issiqlikni eng yaxshi o'tkazadi, lekin vodorod ularga issiqlik o'tkazuvchanligi nuqtai nazaridan yaqinlashadi. Bu hodisaning izohi o'zida yotadi yuqori tezlik moddaning yorug'lik molekulalarining issiqlik harakati, shuning uchun vodorod atmosferasida qizdirilgan ob'ekt havoga qaraganda 6 baravar tezroq soviydi. Murakkab metallarda yaxshi erishi mumkin, masalan, bir hajm palladiy tomonidan deyarli 900 hajm vodorod so'rilishi mumkin. Metallar H 2 bilan kimyoviy reaktsiyalarga kirishishi mumkin, bunda vodorodning oksidlovchi xususiyatlari namoyon bo'ladi. Bunday holda gidridlar hosil bo'ladi:

2Na + H 2 \u003d 2 NaH.

Ushbu reaksiyada element atomlari metall zarrachalaridan elektronlarni qabul qilib, birlik manfiy zaryadli anionlarga aylanadi. Bu holda oddiy H 2 moddasi oksidlovchi moddadir, bu odatda unga xos emas.

Vodorod qaytaruvchi vosita sifatida

Metall va vodorodni birlashtiradigan narsa nafaqat yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, balki ularning atomlarining qobiliyatidir. kimyoviy jarayonlar o'z elektronlarini beradi, ya'ni oksidlanadi. Masalan, asosiy oksidlar vodorod bilan reaksiyaga kirishadi. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi sof metallning ajralib chiqishi va suv molekulalarining paydo bo'lishi bilan yakunlanadi:

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

Isitish jarayonida moddaning kislorod bilan o'zaro ta'siri ham suv molekulalarini ishlab chiqarishga olib keladi. Jarayon ekzotermik bo'lib, bo'shatish bilan birga keladi katta raqam issiqlik energiyasi. Agar H 2 va O 2 gaz aralashmasi 2: 1 nisbatda reaksiyaga kirishsa, u yoqilganda portlashi sababli shunday deyiladi:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O.

Suv Yer gidrosferasi, iqlimi va ob-havoning shakllanishida muhim rol o'ynaydi va muhim rol o'ynaydi. U tabiatdagi elementlarning aylanishini ta'minlaydi, organizmlarning - sayyoramiz aholisining barcha hayotiy jarayonlarini qo'llab-quvvatlaydi.

Metall bo'lmaganlar bilan o'zaro ta'siri

Vodorodning eng muhim kimyoviy xossalari uning metall bo'lmagan elementlar bilan reaktsiyalaridir. Da normal sharoitlar kimyoviy jihatdan etarlicha inertdir, shuning uchun modda faqat halogenlar bilan, masalan, barcha metall bo'lmaganlar orasida eng faol bo'lgan ftor yoki xlor bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Shunday qilib, ftor va vodorod aralashmasi qorong'ida yoki sovuqda va xlor bilan - qizdirilganda yoki yorug'likda portlaydi. Reaktsiya mahsulotlari vodorod galogenidlari bo'ladi, ularning suvli eritmalari ftorid va xlorid kislotalar deb nomlanadi. C 450-500 daraja haroratda, 30-100 MPa bosimda va katalizator ishtirokida o'zaro ta'sir qiladi:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

Vodorodning ko'rib chiqilgan kimyoviy xossalari bor katta ahamiyatga ega sanoat uchun. Misol uchun, siz qimmatbaho kimyoviy mahsulot - ammiakni olishingiz mumkin. Bu nitrat kislota va azotli o'g'itlar: karbamid, ammoniy nitrat ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo hisoblanadi.

organik moddalar

Uglerod va vodorod o'rtasida eng oddiy uglevodorod - metan hosil bo'lishiga olib keladi:

C + 2H 2 = CH 4.

Modda tabiiy moddaning eng muhim tarkibiy qismi bo'lib, organik sintez sanoati uchun qimmatli turdagi yoqilg'i va xom ashyo sifatida ishlatiladi.

Uglerod birikmalari kimyosida element juda ko'p miqdordagi moddalar tarkibiga kiradi: alkanlar, alkenlar, uglevodlar, spirtlar va boshqalar. Organik birikmalarning H 2 molekulalari bilan ko'plab reaktsiyalari ma'lum. Ular kiyishadi umumiy ism gidrogenlash yoki gidrogenlash. Shunday qilib, aldegidlar vodorod bilan spirtlarga, to'yinmagan uglevodorodlar - alkanlarga qaytarilishi mumkin. Masalan, etilen etanga aylanadi:

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

Muhim amaliy qiymat vodorodning kimyoviy xususiyatlariga ega, masalan, suyuq yog'larni gidrogenlash: kungaboqar, makkajo'xori, kolza. Bu glitserin, sovun, stearin ishlab chiqarishda ishlatiladigan qattiq yog' - cho'chqa yog'ini ishlab chiqarishga olib keladi, qattiq navlar margarin. Yaxshilash uchun ko'rinish va mazasi unga oziq-ovqat mahsuloti, sut, hayvon yog'lari, shakar, vitaminlar qo'shiladi.

Maqolamizda biz vodorodning xususiyatlarini o'rganib chiqdik va uning tabiat va inson hayotidagi rolini bilib oldik.

TA'RIF

Vodorod- D.I kimyoviy elementlarning davriy tizimining birinchi elementi. Mendeleev. Belgisi N.

Atom massasi - soat 1.00. Vodorod molekulasi ikki atomli - H 2.

Elektron konfiguratsiya vodorod atomi - 1s 1. Vodorod s-elementlar oilasiga kiradi. O'z birikmalarida -1, 0, +1 oksidlanish darajasini ko'rsatadi. Tabiiy vodorod ikkita barqaror izotopdan iborat - protium 1 H (99,98%) va deyteriy 2 H (D) (0,015%) va tritiy 3 H (T) radioaktiv izotopi (iz miqdori, yarim yemirilish muddati - 12,5 yil) .

Vodorodning kimyoviy xossalari

Oddiy sharoitlarda molekulyar vodorod nisbatan past reaktivlikni namoyon qiladi, bu molekuladagi yuqori bog'lanish kuchi bilan izohlanadi. Qizdirilganda u asosiy kichik guruhlarning elementlaridan hosil bo'lgan deyarli barcha oddiy moddalar bilan o'zaro ta'sir qiladi (bundan tashqari). asil gazlar, B, Si, P, Al). Kimyoviy reaktsiyalarda u qaytaruvchi (ko'pincha) va oksidlovchi (kamroq) sifatida harakat qilishi mumkin.

Vodorod namoyon bo'ladi agent xususiyatlarini kamaytiradi(H 2 0 -2e → 2H +) quyidagi reaksiyalarda:

1. Oddiy moddalar - metall bo'lmaganlar bilan o'zaro ta'sir qilish reaktsiyalari. Vodorod reaksiyaga kirishadi halogenlar bilan, bundan tashqari, ftor bilan normal sharoitda, qorong'uda, portlash bilan, xlor bilan o'zaro ta'sir qilish reaktsiyasi - zanjir mexanizmi bilan yoritilgan (yoki UV nurlanishida), brom va yod bilan faqat qizdirilganda; kislorod(2:1 hajmdagi kislorod va vodorod aralashmasi "portlovchi gaz" deb ataladi), kulrang, azot va uglerod:

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. Murakkab moddalar bilan o'zaro ta'sir qilish reaksiyalari. Vodorod reaksiyaga kirishadi kam faol metallarning oksidlari bilan, va u faqat sinkning o'ng tomonidagi faollik qatoridagi metallarni kamaytirishga qodir:

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).

Vodorod reaksiyaga kirishadi metall bo'lmagan oksidlar bilan:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

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

Vodorod bilan gidrogenlanish reaksiyalariga kiradi organik birikmalar sikloalkanlar, alkenlar, arenlar, aldegidlar va ketonlar va boshqalar sinfi. Bu reaktsiyalarning barchasi isitish ostida, bosim ostida amalga oshiriladi, katalizator sifatida platina yoki nikel ishlatiladi:

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.

Vodorod oksidlovchi vosita sifatida(H 2 + 2e → 2H -) gidroksidi va gidroksidi tuproqli metallar bilan reaksiyaga kirishadi. Bunday holda, gidridlar hosil bo'ladi - vodorod -1 oksidlanish darajasini ko'rsatadigan kristalli ionli birikmalar.

2Na + H 2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

Vodorodning fizik xossalari

Vodorod och rangsiz gaz, hidsiz, zichligi n.o. - 0,09 g / l, havodan 14,5 marta engil, t balya = -252,8C, t pl = - 259,2C. Vodorod suvda va organik erituvchilarda yomon eriydi, ba'zi metallarda: nikel, palladiy, platinada yaxshi eriydi.

Zamonaviy kosmokimyoga ko'ra, vodorod koinotdagi eng keng tarqalgan elementdir. Vodorodning mavjudligining asosiy shakli kosmik fazo alohida atomlardir. Vodorod Yerdagi eng keng tarqalgan 9-o'rinda turadi. Erdagi vodorodning asosiy miqdori bog'langan holatda - suv, neft, tabiiy gaz, ko'mir va boshqalar tarkibida. Oddiy modda shaklida vodorod kamdan-kam uchraydi - vulqon gazlari tarkibida.

Vodorod olish

Vodorod olishning laboratoriya va sanoat usullari mavjud. Laboratoriya usullariga metallarning kislotalar bilan taʼsiri (1), shuningdek alyuminiyning ishqorlarning suvdagi eritmalari bilan oʻzaro taʼsiri (2) kiradi. Vodorod olishning sanoat usullari orasida gidroksidi va tuzlarning suvli eritmalarini elektroliz qilish (3) va metanni (4) aylantirish muhim rol o'ynaydi:

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).

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Mashq qilish	23,8 g metall qalay ortiqcha xlorid kislota bilan o’zaro ta’sirlashganda 12,8 g metall mis olish uchun yetarli miqdorda vodorod ajralib chiqdi.Olingan birikmada qalayning oksidlanish darajasini aniqlang.
Qaror	Qalay atomining elektron tuzilishiga asoslanib (...5s 2 5p 2) qalay ikki oksidlanish darajasi - +2, +4 bilan xarakterlanadi, degan xulosaga kelishimiz mumkin. Bunga asoslanib, biz mumkin bo'lgan reaktsiyalar tenglamalarini tuzamiz: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (3). Mis moddasining miqdorini toping: v (Cu) \u003d m (Cu) / M (Cu) \u003d 12,8 / 64 \u003d 0,2 mol. 3-tenglamaga ko'ra, vodorod moddasining miqdori: v (H 2) \u003d v (Cu) \u003d 0,2 mol. Qalayning massasini bilib, biz uning miqdorini topamiz: v (Sn) \u003d m (Sn) / M (Sn) \u003d 23,8 / 119 \u003d 0,2 mol. Qalay va vodorod moddalarining miqdorini 1 va 2 tenglamalar va masala shartiga ko'ra solishtiramiz: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1: 1 (1- tenglama); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1: 2 (tenglama 2); v (Sn): v (H 2) = 0,2: 0,2 = 1: 1 (muammo holati). Shuning uchun qalay xlorid kislota bilan 1- tenglamaga muvofiq reaksiyaga kirishadi va qalayning oksidlanish darajasi +2 ga teng.
Javob	Qalayning oksidlanish darajasi +2.

2-MISA

Mashq qilish	18,7 ml 14,6% li xlorid kislotaga (eritma zichligi 1,07 g/ml) 2,0 g rux ta’sirida ajralib chiqqan gaz 4,0 g mis (II) oksidi qizdirilganda o‘tkazildi. Olingan qattiq aralashmaning massasi qancha?
Qaror	Rux ta'sir qilganda xlorid kislotasi vodorod ajralib chiqadi: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (1), u qizdirilganda mis (II) oksidini misga (2) kamaytiradi: CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. Birinchi reaksiyadagi moddalar miqdorini toping: m (p-ra Hcl) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 g; v (HCl) \u003d 2,92 / 36,5 \u003d 0,08 mol; v (Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. Rux yetishmaydi, shuning uchun ajralib chiqadigan vodorod miqdori: v (H 2) \u003d v (Zn) \u003d 0,031 mol. Ikkinchi reaksiyada vodorod yetishmaydi, chunki: v (CuO) \u003d 4,0 / 80 \u003d 0,05 mol. Reaktsiya natijasida 0,031 mol CuO 0,031 mol Cu ga aylanadi va massa yo'qolishi: m (SuO) - m (Su) \u003d 0,031 × 80 - 0,031 × 64 \u003d 0,50 g. Vodorod o'tgandan keyin CuO ning Cu bilan qattiq aralashmasining massasi: 4,0-0,5 = 3,5 g
Javob	CuO ning Cu bilan qattiq aralashmasining massasi 3,5 g.

Vodorod (lotincha iz qogʻozi: lot. Hydrogenium - gidro = "suv", gen = "hosil qiluvchi"; gidrogenium - "hosil qiluvchi suv"; H belgisi bilan belgilanadi) - elementlar davriy tizimining birinchi elementi. Tabiatda keng tarqalgan. Vodorod 1 H ning eng keng tarqalgan izotopining kationi (va yadrosi) protondir. 1 H yadrosining xossalari organik moddalarni tahlil qilishda NMR spektroskopiyasidan keng foydalanish imkonini beradi.

Vodorodning uchta izotopi o'z nomlariga ega: 1 H - protiy (H), 2 H - deyteriy (D) va 3 H - tritiy (radioaktiv) (T).

Oddiy vodorod moddasi - H 2 - ochiq rangsiz gaz. Havo yoki kislorod bilan aralashmada u yonuvchan va portlovchi hisoblanadi. Toksik bo'lmagan. Keling, etanolda va bir qator metallarda eritamiz: temir, nikel, palladiy, platina.

Hikoya

Kislotalar va metallarning o'zaro ta'sirida yonuvchi gazning chiqishi 16 va XVII asrlar kimyoning fan sifatida shakllanishining boshida. Mixail Vasilevich Lomonosov ham uning izolyatsiyasiga to'g'ridan-to'g'ri ishora qildi, lekin bu flogiston emasligini allaqachon aniq tushundi. Ingliz fizigi va kimyogari Genri Kavendish 1766 yilda bu gazni o'rganib, uni "yonuvchi havo" deb atagan. Yonganda “yonuvchi havo” suv hosil qilgan, ammo Kavendishning flogiston nazariyasiga sodiqligi toʻgʻri xulosa chiqarishga toʻsqinlik qilgan. Fransuz kimyogari Antuan Lavuazye muhandis J. Meunye bilan birgalikda 1783 yilda maxsus gazometrlar yordamida suvning sintezini, keyin esa uni tahlil qilib, suv bug‘ini qizdirilgan temir bilan parchalab tashladi. Shunday qilib, u "yonuvchi havo" suvning bir qismi ekanligini va undan olinishi mumkinligini aniqladi.

ismning kelib chiqishi

Lavoisier vodorodga gidrogen nomini berdi (boshqa yunoncha ὕdōr - suv va génĬʼn - men tug'aman) - "suvni tug'ish". Ruscha "vodorod" nomi 1824 yilda kimyogar M.F.Solovyov tomonidan taklif qilingan - M.V.Lomonosov tomonidan "kislorod" bilan o'xshashlik.

Tarqalishi

Koinotda
Vodorod koinotdagi eng keng tarqalgan elementdir. U barcha atomlarning taxminan 92% ni tashkil qiladi (8% geliy atomlari, barcha boshqa elementlarning birlashtirilgan ulushi 0,1% dan kam). Shunday qilib, vodorod asosiy hisoblanadi komponent yulduzlar va yulduzlararo gaz. Yulduz harorati sharoitida (masalan, Quyosh sirtining harorati ~ 6000 °C) vodorod plazma shaklida mavjud; yulduzlararo bo'shliqda bu element alohida molekulalar, atomlar va ionlar shaklida mavjud va hajmi, zichligi va harorati jihatidan sezilarli darajada farq qiluvchi molekulyar bulutlarni hosil qiladi.

Yer qobig'i va tirik organizmlar
Er qobig'idagi vodorodning massa ulushi 1% ni tashkil qiladi - bu eng keng tarqalgan o'ninchi element. Biroq, uning tabiatdagi roli massa bilan emas, balki boshqa elementlar orasidagi ulushi 17% ni tashkil etadigan atomlar soni bilan belgilanadi (kisloroddan keyin ikkinchi o'rin, atomlarining ulushi ~ 52%). Shuning uchun Yerda sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarda vodorodning ahamiyati deyarli kislorodniki kabi katta. Erda bog'langan va erkin holatda mavjud bo'lgan kisloroddan farqli o'laroq, Yerdagi deyarli barcha vodorod birikmalar shaklida bo'ladi; atmosferada oddiy modda holidagi juda oz miqdordagi vodorod (hajm bo'yicha 0,00005%) uchraydi.
Vodorod deyarli barcha organik moddalarning tarkibiy qismi bo'lib, barcha tirik hujayralarda mavjud. Tirik hujayralarda atomlar soni bo'yicha vodorod deyarli 50% ni tashkil qiladi.

Kvitansiya

Olishning sanoat usullari oddiy moddalar tegishli elementning tabiatda bo'lgan shakliga, ya'ni uni ishlab chiqarish uchun qanday xom ashyo bo'lishi mumkinligiga bog'liq. Shunday qilib, erkin holatda mavjud bo'lgan kislorod olinadi jismoniy jihatdan- suyuq havodan chiqarish. Deyarli barcha vodorod birikmalar shaklida bo'ladi, shuning uchun uni olish uchun kimyoviy usullar qo'llaniladi. Xususan, parchalanish reaktsiyalaridan foydalanish mumkin. Vodorod hosil qilish usullaridan biri suvning elektr toki bilan parchalanishi reaktsiyasidir.
Vodorodni olishning asosiy sanoat usuli - bu tabiiy gazning bir qismi bo'lgan metan suvi bilan reaktsiya. Bu yuqori haroratda amalga oshiriladi:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 -165 kJ

Sanoatda ba'zan qo'llaniladigan vodorodni olishning laboratoriya usullaridan biri suvni elektr toki bilan parchalashdir. Vodorod odatda laboratoriyada ruxni xlorid kislotasi bilan reaksiyaga kiritish orqali ishlab chiqariladi.