Водород

Водоро́д (лат. Hydrogenium — Менделеевтың периодик таблицаһында беренсе элемент. Атом һаны — 1, сағыштырмаса атом массаһы — 1,0079. Тәбиғәттә водородтың 2 стабиль изотопы ¹H (протий Н), ²H (дейтерий D) һәм 1 радиоактив изототы — ³H (тритий T) осрай. Бер изотопы — 4H яһалма юл менән алына. Водородтан алынған ябай матдә — Н₂ — еңел төҫһөҙ газ. Һауа йә кислород менән ҡатнашҡанда яныусан һәм шартлаусан ҡатнашма барлыҡҡа килә. Ағыуһыҙ. Этанол һәм тимер, никель, палладий, платина кеүек металдарҙа эреүсән.

1 Водород → Гелий H ↓ Li Элементтарҙың периодик системаһы 1H
Ябай матдәнең тышҡы күренеше
Газ без цвета, запаха и вкуса
Атом үҙенсәлектәре
Исеме, символы, номеры	Водород / Hydrogenium (H), 1
Атом массаһы (моляр массаһы)	[1,00784; 1,00811] а. м. б. (г/моль)
Электрон конфигурация	1s1
Атом радиусы	53 пм
Химик үҙенсәлектәре
Ковалент радиус	32 пм
Ион радиусы	54 (−1 e) пм
Электроотиҫкәрелек	2,20 (Полинг шкалаһы)
Окисланыу дәрәжәһе	1,0, −1
Ионлашыу энергияһы (первый электрон)	1311,3 (13,595) кДж/моль (эВ)
Ябай матдәнең термодинамик үҙенсәлектәре
Тығыҙлыҡ (н. ш.)	0,0000899 (при 273 K (0 °C)) г/см³
Иреү температураһы	14,01K; -259,14 °C; -434,45 °F
Ҡайнау температураһы	20,28K; -252,87 °C; -423,17 °F
Иреү йылылығы	0,117 кДж/моль
Парға әйләнеү йылылығы	0,904 кДж/моль
Моляр йылы һыйышлығы	28,47 Дж/(K·моль)
Моляр күләм	14,1 см³/моль
Ябай матдәнең кристалл рәшәткәһе
Рәшәткә структураһы	гексагональ
Рәшәткә параметры	a=3,780 c=6,167 Å
Отношение c/a	1,631
Дебай температураһы	110 K
Башҡа характеристикалар
Йылы үткәреүсәнлек	(300 K) 0,1815 Вт/(м·К)

1	Водород
H 1,0079
1s1

Hydrogen Spectrum Test

Тарихы

Металдарға кислота менән тәьҫир иткәндә яныусан газ бүленеп сығыуын, химия фәне барлыҡҡа килгәндә, XVI—XVII быуаттарҙа уҡ белгәндәр. Флогистон түгел, водород бүленеп сығыуын Михаил Васильевич Ломоносов та күрһәткән. Инглиз физигы һәм химигы Генри Кавендиш 1766 йылда был газды тикшереп, «яныусан һауа» тип атай. "Яныусан һауа"ны яндырғанда һыу барлыҡҡа килә. Тик Кавендиш флогистон теорияһы яҡлы булғанға, дөрөҫ һығымта яһай алмай. Француз химигы Антуан Лавуазье инженер Ж. Менье менән берлектә махсус газометрҙар ҡулланып һыу синтезлай. Һуңынан һыуҙы ҡыҙҙырылған тимер өҫтөндә тарҡаталар. Шулай итеп, «яныусан газ» һыу составында бар һәм уны һыуҙан алып була, тип билдәләйҙәр.

Исеменең барлыҡҡа килеүе

Лавуазье водородҡа hydrogène (бор. грек. ὕδωρ — «һыу» һәм γεννάω — «тыуҙырыу») исемен бирә. «Водород» исемен 1824 йылда М. Ф. Соловьев тәҡдим итә.

Таралыуы

Йыһанда

Йыһанда иң таралған элемент — водород. Уның өлөшөнә бөтә атомдарҙың 92%-ы тура килә (8 % гелий атомдары, ҡалған элеметтарҙың өлөшө 0,1%-тан аҙыраҡ). Шулай итеп, водород — йондоҙҙарҙың һәм йондоҙ-ара газдың төп өлөшө. Йондоҙ температураһы шарттарында (мәҫәлән, Ҡояшта температура ~ 6000 °C) водород плазма хәлендә, йондоҙ арауығында ҙурлығы, тығыҙлығы, температураһы төрлө булған айырым атом, молекулалар болото хәлендә осрай.

Ер ҡабығында һәм организмдарҙа

Ер ҡабығында водород 1 % самаһы, таралыуы буйынса 10-сы урында. Әммә организмда водородтың мөһимлеге масса өлөшө буйынса түгел, ә атом иҫәбе буйынса билдәләнә. Атом иҫәбе буйынса организмда водород өлөшө 17 % (~ 52 % тәшкил иткән кислородтан ҡалышып икенсе урында). Ерҙәге барлыҡ водород ҡатнашмалар хәлендә (ябай матдә хәлендә 0,00005 % күләм).

Алыу

Сәнәғәттә водородты тәбиғи газ менән һыуҙан алалар. Был реакция юғары температурала үткәрелә. СН₄ + 2Н₂O = CO₂↑ + 4Н₂ −165 кДж

Сәнәғәттә

1.Тоҙ эретмәләренән электролиз:

2NaCl + 2H₂O → H₂↑ + 2NaOH + Cl₂

2. 1000 °C-та ҡыҙҙырылған кокс өҫтөнән һыу парҙарын үткәреп:

H₂O + C ⇄ H₂ + CO

3.Тәбиғи газдан: Һыу пары менән конверсия:

CH₄ + H₂O ⇄ CO + 3H₂ (1000 °C)

Кислород менән каталик окислау:

2CH₄ + O2 ⇄ 2CO + 4H₂

4. Нефть эшкәртеүҙә углеворородтарҙың крекинг и риформинг процесында.

Лабораторияла

1.Кислотаның металға тәьҫир итеүе. Был тәжрибәне шыйығайтылған тoҙ кислотаһы һәм цинк менән үткәрәләр:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

2.Кальцийҙың һыуға тәьҫир итеүе:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

3. Гидридтарҙы гидролизлау:

NaH + H₂O → NaOH + H₂↑

4.Һелтеләрҙең цинк менән алюминға тәьҫир итеүе:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Zn + 2KOH + 2H₂O → K₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

5.Электролиза ярҙамында. Һелте һәм кислоталарҙың һыу эремәләрен электролизлағанда катодта водород бүленеп сыға. Миҫал:

2H₃O⁺ + 2e⁻ → H₂↑ + 2H₂O

Физик үҙенсәлектәре

Водород молекулаһы ике атомдан тора Н₂. Ғәҙәти шарттарҙа — төҫө, еҫе, тәме булмаған газ. Тығыҙлығы — 0,08987 г/л (н.ш.), ҡайнау температураһы — −252,76 °C, сағыштырмаса яныу йылылығы — 120,9×106 Дж/кг, һыуҙа аҙ эреүсән — 18,8 мл/л. Водород металдарҙа (Ni, Pt, Pd и һ.б.) эреүсән, 1 күләм палладийҙа 850 күләм водород эрей. Шыйыҡ хәлдә водород бик тар температура арауығында (−252,76 — −259,2 °C) була. Еңел, төҫһөҙ, ағыусан шыйыҡлыҡ. Тығыҙлығы (−253 °C) — 0,0708 г/см³ , үҙлелеге (вязкость) (−253 °C) — 13,8 спуаз. Ҡаты водород (−262 °C) — ҡарға оҡшаған масса, иреү температураһы — −259,2 °C, тығыҙлығы — 0,0807 г/см³. Юғары баҫым аҫтында металл хәленә күсә.

Химик үҙенсәлеге

Водород молекулаһы Н₂ ныҡлы, реакцияға инеү өсөн күп энергия сарыф итергә кәрәк:

Н₂ = 2Н − 432 кДж

Шуға күрә ғәҙәти шарттарҙа водород бик әүҙем металдар менән тәьҫир итә, мәҫәлән, кальций менән кальций гидриды барлыҡҡа килтерә.

Ca + Н₂ = СаН₂

һәм металл булмағандарҙан тик фтор менән фтороводород барлыҡҡа килтерә:

F₂ + H₂ = 2HF

Күпселек металл һәм металл булмағандар менән юғары температурала һәм башҡа төрлө тәьҫир иткәндә, мәҫәлән, яҡтыртҡанда тәьҫир итешә:

О₂ + 2Н₂ = 2Н₂О

Ҡайһы бер оксидтарҙың кислородын «тартып ала»:

CuO + Н₂ = Cu + Н₂O

Окисланыу-ҡайтарылыу реакцияһында ҡайтарыу үҙенсәлеге.

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

галогендар менән галогеноводород барлыҡҡа килә:

F₂ + H₂ → 2HF, теләһә ниндәй температурала реакция шартлау процесы менән үтә,

Cl₂ + H₂ → 2HCl, тик яҡтыла реакция шартлау процесы менән үтә.

Ҡором менән көслө йылытҡанда:

C + 2H₂ → CH₄

Һелтеле һәм һелтеле ер металдары менән тәьҫир итешеү

Әүҙем металдар менән гидрид барлыҡҡа килтерә:

2Na + H₂ → 2NaH

Ca + H₂ → CaH₂

Mg + H₂ → MgH₂

Гидридтар — тоҙға оҡшаған, еңел гидролизға бирелеүсе матдәләр:

CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂↑

Метал оксидтары менән тәьҫир итешеүе (ҡағиҙә булараҡ, d-элементтар)

Оксидтар металдарға тиклем ҡайтарыла:

CuO + H₂ → Cu + H₂O

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O

Органик ҡушылмаларҙы гидрирлау

Органик синтезда молекуляр водород органик ҡушылмаларҙы ҡайтарыу өсөн киң ҡулланыла. Был реакциялар «гидрир реакциялары» (реакции гидрирования) тип атала. Был реакцияларҙы катализатор ярҙамында юғары температура һәм баҫымда үткәрәләр. Каталик гидрир реакцияларында туйындырылмаған углеводородтарҙан туйындырылған углеводород барлыҡҡа килә. Мәҫәлән, алкен и алкиндан алкан барлыҡҡа килә.

${\mathsf {R\!\!-\!\!CH\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!R'+H_{2}}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!R'}}$

Ҡыҙыҡлы факттар

• Водород — Йыһанда иң таралған элемент (йыһандағы бөтә элементтарҙың 90 %).
• Водород — еңел газ. 1 литр водород ауырлығы 0,08988 грамм.
• Хорват телендә водород Vodik тип атала. Был исемде филолог Богослав Шулек биргән.