Ջրածնի միացությունները բնության մեջ. Ջրածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

Ջրածինը քիմիական տարր է՝ H խորհրդանիշով և 1 ատոմային համարով։ Ունենալով ստանդարտ ատոմային քաշը մոտ 1.008, ջրածինը պարբերական աղյուսակի ամենաթեթև տարրն է: Նրա միատոմ ձևը (H) տիեզերքի ամենաառատ քիմիական նյութն է, որը կազմում է բարիոնի ընդհանուր զանգվածի մոտավորապես 75%-ը։ Աստղերը հիմնականում կազմված են ջրածնից պլազմային վիճակում։ Ջրածնի ամենատարածված իզոտոպը, որը կոչվում է պրոտիում (այս անունը հազվադեպ է օգտագործվում, խորհրդանիշ 1H), ունի մեկ պրոտոն և ոչ մի նեյտրոն։ Ատոմային ջրածնի համատարած տեսքը առաջին անգամ տեղի է ունեցել ռեկոմբինացիայի դարաշրջանում: Ստանդարտ ջերմաստիճաններում և ճնշումներում ջրածինը անգույն, անհոտ, անհամ, ոչ թունավոր, ոչ մետաղական, դյուրավառ երկատոմ գազ է՝ H2 մոլեկուլային բանաձևով: Քանի որ ջրածինը հեշտությամբ ձևավորում է կովալենտային կապեր ոչ մետաղական տարրերի մեծ մասի հետ, Երկրի վրա ջրածնի մեծ մասը գոյություն ունի մոլեկուլային ձևերով, ինչպիսիք են ջուրը կամ օրգանական միացությունները: Ջրածինը հատկապես կարևոր դեր է խաղում թթու-բազային ռեակցիաներում, քանի որ թթու վրա հիմնված ռեակցիաների մեծ մասը ներառում է պրոտոնների փոխանակում լուծվող մոլեկուլների միջև: Իոնային միացություններում ջրածինը կարող է ունենալ բացասական լիցքի ձև (այսինքն՝ անիոն) և հայտնի է որպես հիդրիդ կամ որպես դրական լիցքավորված (այսինքն՝ կատիոն) տեսակ, որը նշվում է H+ նշանով։ Ջրածնի կատիոնը նկարագրվում է որպես պարզ պրոտոնից կազմված, սակայն իոնային միացություններում ջրածնի իրական կատիոնները միշտ ավելի բարդ են։ Որպես միակ չեզոք ատոմ, որի համար Շրյոդինգերի հավասարումը կարող է լուծվել վերլուծական եղանակով, ջրածինը (մասնավորապես՝ նրա ատոմի էներգիայի և կապի ուսումնասիրությունը) առանցքային դեր է խաղացել քվանտային մեխանիկայի զարգացման մեջ։ Ջրածին գազն առաջին անգամ արհեստականորեն արտադրվել է 16-րդ դարի սկզբին՝ թթուների մետաղների փոխազդեցությամբ։ 1766-81 թթ. Հենրի Քավենդիշն առաջինն էր, ով ճանաչեց, որ ջրածինը առանձին նյութ է, և որ այն այրելիս ջուր է արտադրում, այստեղից էլ նրա անվանումը. ջրածին հունարեն նշանակում է «ջուր արտադրող»: Ջրածնի արդյունաբերական արտադրությունը հիմնականում կապված է բնական գազի գոլորշու փոխակերպման և, ավելի հազվադեպ, ավելի էներգատար մեթոդների հետ, ինչպիսիք են ջրի էլեկտրոլիզը: Ջրածնի մեծ մասն օգտագործվում է այն արտադրված վայրի մոտ, ընդ որում երկու ամենատարածված օգտագործումներն են՝ հանածո վառելիքի վերամշակումը (օրինակ՝ հիդրոկրեկինգ) և ամոնիակի արտադրությունը, հիմնականում պարարտանյութերի շուկայի համար: Ջրածինը մտահոգիչ է մետալուրգիայում, քանի որ այն կարող է փխրեցնել շատ մետաղներ, ինչը դժվարացնում է խողովակաշարերի և պահեստավորման տանկերի նախագծումը:

Հատկություններ

Այրում

Ջրածին գազը (երկջրածինը կամ մոլեկուլային ջրածինը) դյուրավառ գազ է, որն օդում այրվելու է կոնցենտրացիաների շատ լայն տիրույթում՝ 4%-ից մինչև 75% ծավալային: Այրման էթալպիան 286 կՋ/մոլ է.

2 H2 (գ) + O2 (գ) → 2 H2O (լ) + 572 կՋ (286 կՋ/մոլ)

Ջրածինը պայթուցիկ խառնուրդներ է առաջացնում օդի հետ 4-74% կոնցենտրացիաներով և քլորի հետ մինչև 5,95% կոնցենտրացիաներով: Պայթուցիկ ռեակցիաները կարող են առաջանալ կայծերի, ջերմության կամ արևի լույս. Ջրածնի ինքնաբռնկման ջերմաստիճանը՝ օդում ինքնաբռնկման ջերմաստիճանը, 500 °C է (932 °F): Մաքուր ջրածին-թթվածին բոցերը արձակում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում և թթվածնի բարձր խառնուրդով գրեթե անտեսանելի են անզեն աչքով, ինչի մասին է վկայում Space Shuttle-ի հիմնական շարժիչի թույլ փետուրը՝ համեմատած Space Shuttle-ի խիստ տեսանելի հրթիռի ուժեղացուցիչի հետ, որն օգտագործում է ամոնիումի պերքլորատի կոմպոզիտ: Այրվող ջրածնի արտահոսքը հայտնաբերելու համար կարող է պահանջվել բոցի դետեկտոր; նման արտահոսքերը կարող են շատ վտանգավոր լինել: Ջրածնի բոցը այլ պայմաններում կապույտ է և նման է բնական գազի կապույտ բոցին: «Հինդենբուրգ» օդանավի խորտակումը ջրածնի այրման տխրահռչակ օրինակ է, և գործը դեռ քննարկման փուլում է։ Այս միջադեպում տեսանելի նարնջագույն բոցը առաջացել է ջրածնի և թթվածնի խառնուրդի ազդեցության հետևանքով, որը համակցված է օդանավի կաշվից ածխածնի միացությունների հետ: H2-ը փոխազդում է յուրաքանչյուր օքսիդացնող տարրի հետ: Ջրածինը սենյակային ջերմաստիճանում կարող է ինքնաբուխ արձագանքել քլորի և ֆտորի հետ՝ առաջացնելով համապատասխան ջրածնի հալոգենիդներ, ջրածնի քլորիդ և ջրածնի ֆտոր, որոնք նույնպես պոտենցիալ վտանգավոր թթուներ են:

Էլեկտրոնային էներգիայի մակարդակները

Ջրածնի ատոմում էլեկտրոնի հիմնական էներգիայի մակարդակը −13,6 էՎ է, որը համարժեք է մոտ 91 նմ ալիքի երկարությամբ ուլտրամանուշակագույն ֆոտոնին։ Ջրածնի էներգիայի մակարդակները կարելի է բավականին ճշգրիտ հաշվարկել՝ օգտագործելով ատոմի Բորի մոդելը, որը էլեկտրոնը պատկերացնում է որպես «ուղեծրային» պրոտոն, որը նման է Արեգակի Երկրի ուղեծրին: Այնուամենայնիվ, ատոմային էլեկտրոնն ու պրոտոնը միասին են պահվում էլեկտրամագնիսական ուժով, իսկ մոլորակները և երկնային օբյեկտներպահվում է գրավիտացիայի միջոցով: Շնորհիվ Բորի կողմից վաղ քվանտային մեխանիկայի մեջ հաստատված անկյունային իմպուլսի դիսկրետացման, Բորի մոդելի էլեկտրոնը կարող է զբաղեցնել միայն որոշակի թույլատրելի հեռավորություններ պրոտոնից, և, հետևաբար, միայն որոշակի թույլատրելի էներգիաներ: Ջրածնի ատոմի ավելի ճշգրիտ նկարագրությունը գալիս է զուտ քվանտային մեխանիկական մշակումից, որն օգտագործում է Շրյոդինգերի հավասարումը, Դիրակի հավասարումը կամ նույնիսկ Ֆեյնմանի ինտեգրված սխեման՝ պրոտոնի շուրջ էլեկտրոնի հավանականության խտության բաշխումը հաշվարկելու համար: Մեծ մասը բարդ մեթոդներվերամշակումները թույլ են տալիս ստանալ հարաբերականության հատուկ տեսության և վակուումային բևեռացման փոքր էֆեկտներ։ Քվանտային հաստոցներՀիմնական վիճակի ջրածնի ատոմում գտնվող էլեկտրոնն ընդհանրապես ոլորող մոմենտ չունի, ինչը ցույց է տալիս, թե ինչպես է «մոլորակային ուղեծիրը» տարբերվում էլեկտրոնի շարժումից։

Տարրական մոլեկուլային ձևեր

Գոյություն ունեն երկատոմային ջրածնի մոլեկուլների երկու տարբեր սպին իզոմերներ, որոնք տարբերվում են իրենց միջուկների հարաբերական սպինով։ Օրթաջրածնային ձևով երկու պրոտոնների սպինները զուգահեռ են և կազմում են եռակի վիճակ՝ մոլեկուլային սպինի քվանտային թվով 1 (1/2 + 1/2); պարաջրածնի ձևով սպինները հակազուգահեռ են և կազմում են 0 (1/2 1/2) մոլեկուլային սպին քվանտային թվով սինգլ։ Ստանդարտ ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում ջրածնի գազը պարունակում է պարա ձևի մոտ 25%-ը և օրթո ձևի 75%-ը, որը նաև հայտնի է որպես «նորմալ ձև»: Օրթաջրածնի և պարաջրածնի հավասարակշռության հարաբերակցությունը կախված է ջերմաստիճանից, բայց քանի որ օրթո ձևը գրգռված վիճակ է և ունի ավելի մեծ էներգիա, քան պարա ձևը, այն անկայուն է և չի կարող մաքրվել: Շատ ցածր ջերմաստիճանների դեպքում հավասարակշռության վիճակը գրեթե բացառապես կազմված է պարաֆորմից: Մաքուր պարաջրածնի հեղուկ և գազային փուլերի ջերմային հատկությունները զգալիորեն տարբերվում են սովորական ձևից՝ պտտվող ջերմային հզորությունների տարբերության պատճառով, որն ավելի մանրամասն քննարկվում է ջրածնի սպինի իզոմերներում։ Օրթո/զույգ տարբերությունը տեղի է ունենում նաև ջրածին պարունակող այլ մոլեկուլներում կամ ֆունկցիոնալ խմբերում, ինչպիսիք են ջուրը և մեթիլենը, սակայն դա քիչ նշանակություն ունի նրանց ջերմային հատկությունների համար: Պարա և օրթո H2-ի միջև չկատալիզացված փոխակերպումը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ; Այսպիսով, արագ խտացրած H2-ը պարունակում է մեծ քանակությամբ բարձր էներգիայի ուղղանկյուն ձև, որը շատ դանդաղ փոխակերպվում է պարաֆորմի: Օրթո/պարա հարաբերակցությունը խտացված H2-ում կազմում է կարևոր գործոնՀեղուկ ջրածնի պատրաստման և պահպանման ժամանակ. օրթոյից գոլորշու փոխակերպումը էկզոթերմիկ է և արտադրում է բավականաչափ ջերմություն ջրածնի հեղուկի մի մասը գոլորշիացնելու համար, ինչը հանգեցնում է հեղուկացված նյութի կորստի: Օրթո-պարա փոխակերպման կատալիզատորներ, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդը, ակտիվացված ածխածինը, պլատինացված ասբեստը, հազվագյուտ հողերը, ուրանի միացությունները, քրոմի օքսիդը կամ նիկելի որոշ միացություններ օգտագործվում են ջրածնի սառեցման մեջ:

Փուլեր

Ջրածին գազ

հեղուկ ջրածին

տիղմ ջրածին

պինդ ջրածին

մետաղական ջրածին

Միացումներ

Կովալենտային և օրգանական միացություններ

Թեև H2-ն այնքան էլ ռեակտիվ չէ ստանդարտ պայմաններում, այն կազմում է միացություններ տարրերի մեծ մասի հետ: Ջրածինը կարող է միացություններ առաջացնել ավելի էլեկտրաբացասական տարրերով, ինչպիսիք են հալոգենները (օրինակ՝ F, Cl, Br, I) կամ թթվածինը; Այս միացություններում ջրածինը մասնակի է վերցնում դրական լիցք. Ֆտորի, թթվածնի կամ ազոտի հետ կապված ջրածինը կարող է մասնակցել միջին հզորության ոչ կովալենտային կապի տեսքով այլ նմանատիպ մոլեկուլների ջրածնի հետ, մի երևույթ, որը կոչվում է ջրածնային կապ, որը կարևոր է բազմաթիվ կենսաբանական մոլեկուլների կայունության համար: Ջրածինը նաև միացություններ է առաջացնում ավելի քիչ էլեկտրաբացասական տարրերով, ինչպիսիք են մետաղները և մետալոիդները, որտեղ այն ընդունում է մասնակի բացասական լիցք: Այս միացությունները հաճախ հայտնի են որպես հիդրիդներ: Ջրածինը ածխածնի հետ առաջացնում է միացությունների լայն տեսականի, որոնք կոչվում են ածխաջրածիններ, և միացությունների ավելի մեծ տեսականի հետերոատոմների հետ, որոնք կենդանի էակների հետ ընդհանուր կապի պատճառով կոչվում են օրգանական միացություններ: Նրանց հատկությունների ուսումնասիրությունը օրգանական քիմիայի խնդիրն է, իսկ կենդանի օրգանիզմների համատեքստում դրանց ուսումնասիրությունը հայտնի է որպես կենսաքիմիա։ Որոշ սահմանումներով «օրգանական» միացությունները պետք է պարունակեն միայն ածխածին։ Այնուամենայնիվ, շատերը պարունակում են նաև ջրածին, և քանի որ ածխածին-ջրածին կապն է, որը տալիս է այս դասի միացությունների իրենց հատուկ հատկությունների մեծ մասը: քիմիական բնութագրերը, ածխածին-ջրածին կապերը պարտադիր են քիմիայի «օրգանական» բառի որոշ սահմանումների մեջ։ Հայտնի են միլիոնավոր ածխաջրածիններ, և դրանք սովորաբար ձևավորվում են բարդ սինթետիկ ուղիներով, որոնք հազվադեպ են ներառում տարրական ջրածին։

հիդրիդներ

Ջրածնի միացությունները հաճախ կոչվում են հիդրիդներ: «Հիդրիդ» տերմինը ենթադրում է, որ H ատոմը ստացել է բացասական կամ անիոնային բնույթ, որը նշվում է H-, և օգտագործվում է, երբ ջրածինը միացություն է կազմում ավելի էլեկտրադրական տարրով։ Հիդրիդ անիոնի գոյությունը, որն առաջարկել է Գիլբերտ Ն. Լյուիսը 1916 թվականին 1-ին և 2-րդ խմբերի աղ պարունակող հիդրիդների համար, ապացուցվել է Մոերսի կողմից 1920 թվականին հալված լիթիումի հիդրիդի (LiH) էլեկտրոլիզով, որն արտադրում է ստոյխիոմետրիկ քանակությամբ ջրածին մեկ անոդում։ 1-ին և 2-րդ խմբի մետաղներից բացի հիդրիդների համար տերմինը մոլորեցնող է՝ հաշվի առնելով ջրածնի ցածր էլեկտրաբացասականությունը: 2-րդ խմբի հիդրիդներում բացառություն է BeH2-ը, որը պոլիմերային է: Լիթիումի ալյումինի հիդրիդում AlH-4 անիոնը կրում է հիդրիդային կենտրոններ՝ ամուր կապված Al(III) հետ։ Թեև հիդրիդները կարող են ձևավորվել գրեթե բոլոր հիմնական խմբի տարրերում, հնարավոր միացությունների քանակը և համակցությունը մեծապես տարբերվում են. Օրինակ, հայտնի է ավելի քան 100 երկուական բորանի հիդրիդ և միայն մեկ երկուական ալյումինի հիդրիդ: Երկուական ինդիումի հիդրիդը դեռ չի հայտնաբերվել, թեև գոյություն ունեն մեծ բարդույթներ: Անօրգանական քիմիայում հիդրիդները կարող են նաև ծառայել որպես կամրջող լիգանդներ, որոնք կապում են երկու մետաղական կենտրոնները կոորդինացիոն համալիրում: Այս ֆունկցիան հատկապես բնորոշ է 13 խմբի տարրերին, հատկապես բորներում (բորի հիդրիդներ) և ալյումինի կոմպլեքսներում, ինչպես նաև կլաստերային կարբորաններում։

Պրոտոններ և թթուներ

Ջրածնի օքսիդացումը հեռացնում է նրա էլեկտրոնը և ստանում է H+, որը չի պարունակում էլեկտրոններ և միջուկ, որը սովորաբար բաղկացած է մեկ պրոտոնից։ Ահա թե ինչու H+-ը հաճախ կոչվում է պրոտոն: Այս տեսակետը կենտրոնական է թթուների քննարկման համար: Բրոնսթեդ-Լոուրիի տեսության համաձայն՝ թթուները պրոտոն դոնորներ են, իսկ հիմքերը՝ պրոտոն ընդունողներ։ Մերկ պրոտոնը՝ H+-ը, չի կարող գոյություն ունենալ լուծույթում կամ իոնային բյուրեղներում՝ էլեկտրոններով այլ ատոմների կամ մոլեկուլների նկատմամբ իր անդիմադրելի ձգման պատճառով։ Բացառությամբ պլազմայի հետ կապված բարձր ջերմաստիճանների, այդպիսի պրոտոնները չեն կարող հեռացվել ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնային ամպերից և կմնան կցված դրանց հետ։ Այնուամենայնիվ, «պրոտոն» տերմինը երբեմն օգտագործվում է փոխաբերաբար՝ նկատի ունենալով դրական լիցքավորված կամ կատիոնային ջրածին, որը կցված է այլ տեսակների այս ձևով, և որպես այդպիսին նշանակվում է «H+»՝ առանց որևէ նշանակության, որ որևէ առանձին պրոտոն ազատորեն գոյություն ունի որպես տեսակ: Լուծման մեջ մերկ «լուծված պրոտոնի» հայտնվելուց խուսափելու համար երբեմն կարծում են, որ թթվային ջրային լուծույթները պարունակում են ավելի քիչ հավանական մտացածին տեսակ, որը կոչվում է «հիդրոնիումի իոն» (H 3 O+): Այնուամենայնիվ, նույնիսկ այս դեպքում նման լուծված ջրածնի կատիոնները ավելի իրատեսորեն ընկալվում են որպես կազմակերպված կլաստերներ, որոնք կազմում են H 9O+4-ին մոտ տեսակներ։ Օքսոնիումի այլ իոններ հայտնաբերվում են, երբ ջուրը այլ լուծիչների հետ գտնվում է թթվային լուծույթում: Չնայած Երկրի վրա էկզոտիկ լինելուն, տիեզերքի ամենատարածված իոններից մեկը H+3-ն է, որը հայտնի է որպես պրոտոնացված մոլեկուլային ջրածին կամ եռաջրածնի կատիոն:

իզոտոպներ

Ջրածինը ունի երեք բնական իզոտոպներ՝ նշանակված 1H, 2H և 3H: Այլ խիստ անկայուն միջուկներ (4H-ից 7H) սինթեզվել են լաբորատորիայում, բայց բնության մեջ չեն նկատվել: 1H-ը ջրածնի ամենատարածված իզոտոպն է՝ ավելի քան 99,98% առատությամբ։ Քանի որ այս իզոտոպի միջուկը բաղկացած է միայն մեկ պրոտոնից, նրան տրվում է նկարագրական, բայց հազվադեպ օգտագործվող պաշտոնական անվանումը՝ protium։ 2H-ը՝ ջրածնի մյուս կայուն իզոտոպը, հայտնի է որպես դեյտերիում և միջուկում պարունակում է մեկ պրոտոն և մեկ նեյտրոն։ Ենթադրվում է, որ տիեզերքի ողջ դեյտերիումն առաջացել է ընթացքում մեծ պայթյունև գոյություն ունի այդ օրվանից: Դեյտերիումը չէ ռադիոակտիվ տարրև չի ներկայացնում էական թունավորության վտանգ: Նորմալ ջրածնի փոխարեն մոլեկուլներով հարստացված ջուրը կոչվում է ծանր ջուր: Դեյտերիումը և նրա միացությունները օգտագործվում են որպես ոչ ռադիոակտիվ պիտակ քիմիական փորձարկումներում և լուծիչներում՝ 1H-NMR սպեկտրոսկոպիայի համար: Ծանր ջուրն օգտագործվում է որպես նեյտրոնային մոդերատոր և հովացուցիչ նյութ միջուկային ռեակտորների համար: Դեյտերիումը նաև պոտենցիալ վառելիք է միջուկային միջուկային միաձուլման համար: 3H-ը հայտնի է որպես տրիտիում և միջուկում պարունակում է մեկ պրոտոն և երկու նեյտրոն: Այն ռադիոակտիվ է, բետա քայքայման միջոցով քայքայվում է հելիում-3-ի, որի կիսամյակը 12,32 տարի է: Այն այնքան ռադիոակտիվ է, որ այն կարող է օգտագործվել լուսաշող ներկերի մեջ, ինչը օգտակար է դարձնում, օրինակ, լուսավոր ժամացույցներով ժամացույցներ պատրաստելու համար: Ապակին կանխում է փոքր քանակությամբ ճառագայթման դուրս գալը: Ոչ մեծ թվովտրիտումը ձևավորվում է բնական ճանապարհով տիեզերական ճառագայթների փոխազդեցությամբ մթնոլորտային գազերի հետ. միջուկային զենքի փորձարկումների ժամանակ տրիտում է արձակվել նաև։ Այն օգտագործվում է միջուկային միաձուլման ռեակցիաներում՝ որպես իզոտոպային երկրաքիմիայի ցուցիչ և մասնագիտացված ինքնասնուցմամբ լուսավորող սարքերում։ Տրիտիումը օգտագործվել է նաև քիմիական և կենսաբանական պիտակավորման փորձերում՝ որպես ռադիոակտիվ պիտակ: Ջրածինը միակ տարրն է, որն ունի տարբեր անուններիր իզոտոպների համար, որոնք այսօր լայնորեն կիրառվում են։ ընթացքում վաղ ուսուցումռադիոակտիվությունը, տարբեր ծանր ռադիոակտիվ իզոտոպներին տրվել են իրենց անունները, սակայն նման անվանումներ այլևս չեն օգտագործվում, բացառությամբ դեյտերիումի և տրիտիումի: D և T նշանները (2H-ի և 3H-ի փոխարեն) երբեմն օգտագործվում են դեյտերիումի և տրիտիումի համար, սակայն պրոտիումի P-ի համապատասխան նշանն արդեն օգտագործվում է ֆոսֆորի համար և, հետևաբար, հասանելի չէ պրոտիումի համար: Իր անվանացանկի ուղեցույցներում Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը թույլ է տալիս օգտագործել D, T, 2H և 3H նշաններից որևէ մեկը, թեև նախընտրելի են 2H և 3H: Մյուոնիումի էկզոտիկ ատոմը (նշանանիշ Mu), որը բաղկացած է հակամունից և էլեկտրոնից, երբեմն համարվում է նաև ջրածնի թեթև ռադիոիզոտոպ՝ հակամիոնի և էլեկտրոնի զանգվածային տարբերության պատճառով, որը հայտնաբերվել է 1960 թվականին։ Մյուոնի կյանքի ընթացքում՝ 2,2 մկվ, մյուոնիումը կարող է մտնել այնպիսի միացություններ, ինչպիսիք են մյուոնիումի քլորիդը (MuCl) կամ նատրիումի մյուոնիդը (NaMu), համապատասխանաբար ջրածնի քլորիդին և նատրիումի հիդրիդին։

Պատմություն

Հայտնաբերում և օգտագործում

1671 թվականին Ռոբերտ Բոյլը հայտնաբերեց և նկարագրեց երկաթի թելերի և նոսր թթուների միջև ռեակցիան, որը հանգեցնում է ջրածնի գազի առաջացմանը: 1766 թվականին Հենրի Քավենդիշն առաջինն էր, ով ճանաչեց ջրածնի գազը որպես առանձին նյութ՝ գազը անվանելով «դյուրավառ օդ»՝ մետաղ-թթու ռեակցիայի պատճառով։ Նա ենթադրեց, որ «դյուրավառ օդը» իրականում նույնական է «ֆլոգիստոն» կոչվող հիպոթետիկ նյութին և նորից պարզեց, որ 1781 թվականին գազն այրելիս ջուր է արտադրում: Ենթադրվում է, որ հենց նա է հայտնաբերել ջրածինը որպես տարր։ 1783 թվականին Անտուան ​​Լավուազյեն տարրի անունը տվել է ջրածին (հունարեն ὑδρο-hydro նշանակում է «ջուր» և -γενής գեներից՝ «ստեղծող»), երբ նա և Լապլասը վերարտադրեցին Քավենդիշի տվյալները, որ ջուրը գոյացել է ջրածնի այրման ժամանակ։ Լավուազեն ջրածին է արտադրել զանգվածային պահպանման փորձերի համար՝ արձագանքելով գոլորշու հոսքին մետաղական երկաթկրակի մեջ տաքացվող շիկացած լամպի միջոցով: Երկաթի անաէրոբ օքսիդացումը ջրի պրոտոններով բարձր ջերմաստիճանում սխեմատիկորեն կարող է ներկայացվել հետևյալ ռեակցիաների մի շարքով.

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Շատ մետաղներ, ինչպիսիք են ցիրկոնիումը, ջրի հետ նմանատիպ ռեակցիա են անցնում՝ ջրածին արտադրելու համար։ Ջրածինը առաջին անգամ հեղուկացվել է Ջեյմս Դյուարի կողմից 1898 թվականին՝ օգտագործելով ռեգեներատիվ սառեցումը և նրա գյուտը` վակուումային կոլբը: Հաջորդ տարի նա արտադրեց պինդ ջրածին։ Դեյտերիումը հայտնաբերվել է 1931 թվականի դեկտեմբերին Հարոլդ Ուրեյի կողմից, իսկ տրիտիումը պատրաստվել է 1934 թվականին՝ Էռնեստ Ռադերֆորդի, Մարկ Օլիֆանտի և Փոլ Հարտեքի կողմից։ Ծանր ջուրը, որը կազմված է դեյտերիումից՝ սովորական ջրածնի փոխարեն, հայտնաբերվել է Յուրեի խմբի կողմից 1932 թվականին։ Ֆրանսուա Իսահակ դե Ռիվազը 1806 թվականին կառուցեց առաջին «Ռիվազ» շարժիչը՝ ներքին այրման շարժիչ, որն աշխատում էր ջրածնով և թթվածնով։ Էդվարդ Դանիել Քլարկը հորինել է ջրածնի գազի խողովակը 1819 թվականին։ Döbereiner-ի պողպատը (առաջին լիարժեք կրակայրիչը) հայտնագործվել է 1823 թվականին։ Առաջին ջրածնային փուչիկը հայտնագործել է Ժակ Շառլը 1783 թվականին։ Ջրածինը ապահովեց օդային երթևեկության առաջին հուսալի ձևի վերելքը 1852 թվականին Հենրի Գիֆարդի կողմից առաջին ջրածնով բարձրացված օդանավը գյուտից հետո: Գերմանացի կոմս Ֆերդինանդ ֆոն Զեպելինը առաջ քաշեց կոշտ օդանավերի գաղափարը, որոնք օդ բարձրացվեցին ջրածնի միջոցով, որոնք հետագայում կոչվեցին Ցեպելիններ. դրանցից առաջինն առաջին անգամ թռավ 1900 թ. Կանոնավոր կանոնավոր չվերթերը սկսվել են 1910 թվականին, իսկ 1914 թվականի օգոստոսին Առաջին համաշխարհային պատերազմի սկսվելուց հետո նրանք տեղափոխել են 35000 ուղևորի՝ առանց լուրջ միջադեպերի: Պատերազմի ժամանակ ջրածնային օդանավերն օգտագործվում էին որպես դիտորդական հարթակներ և ռմբակոծիչներ։ Անդրատլանտյան առաջին առանց կանգառ թռիչքն իրականացվել է բրիտանական R34 օդանավի կողմից 1919 թվականին։ Կանոնավոր ուղևորների սպասարկումը վերսկսվեց 1920-ականներին, և հելիումի պաշարների հայտնաբերումը Միացյալ Նահանգներում պետք է բարելավեր ավիացիոն անվտանգությունը, սակայն ԱՄՆ կառավարությունը հրաժարվեց գազ վաճառել այդ նպատակով, ուստի H2-ն օգտագործվեց Hindenburg դիրիժորում, որը ոչնչացվեց Միլանի հրդեհը Նյու Ջերսիում, մայիսի 6, 1937 թ. Միջադեպը ուղիղ եթերով հեռարձակվել է ռադիոյով և տեսագրվել։ Լայնորեն ենթադրվում էր, որ բռնկման պատճառը ջրածնի արտահոսքն է, սակայն հետագա ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ ալյումինացված գործվածքների ծածկույթը բռնկվել է ստատիկ էլեկտրականությունից: Բայց մինչ այդ, ջրածնի՝ որպես բարձրացնող գազի համբավն արդեն վնասված էր։ Նույն թվականին ջրածնային հովացմամբ առաջին տուրբոգեներատորը ջրածնային գազով որպես հովացուցիչ նյութ ռոտորում և ստատորում գործարկվեց 1937 թվականին Դեյտոնում, Օհայո, Dayton Power & Light Co.-ի կողմից; Ջրածնի ջերմային հաղորդունակության շնորհիվ այն այսօր ամենատարածված գազն է, որն օգտագործվում է այս ոլորտում: Նիկել-ջրածնային մարտկոցն առաջին անգամ օգտագործվել է 1977 թվականին ԱՄՆ նավիգացիոն տեխնոլոգիայի արբանյակ 2 (NTS-2) վրա։ ISS-ը, Mars Odyssey-ը և Mars Global Surveyor-ը հագեցած են նիկել-ջրածնային մարտկոցներով: Իր ուղեծրի մութ հատվածում Hubble տիեզերական աստղադիտակը սնուցվում է նաև նիկել-ջրածնային մարտկոցներով, որոնք վերջնականապես փոխարինվեցին 2009թ. մայիսին՝ մեկնարկից ավելի քան 19 և նախագծումից 13 տարի անց:

Դերը քվանտային տեսության մեջ

Միայն պրոտոնից և էլեկտրոնից բաղկացած իր պարզ ատոմային կառուցվածքի պատճառով ջրածնի ատոմը լույսի սպեկտրի հետ միասին, որը ստեղծվել է կամ կլանված է նրանից, եղել է ատոմային կառուցվածքի տեսության զարգացման համար: Բացի այդ, ջրածնի մոլեկուլի և համապատասխան H+2 կատիոնի համապատասխան պարզության ուսումնասիրությունը հանգեցրեց քիմիական կապի բնույթի ըմբռնմանը, որը շուտով հետևեց ջրածնի ատոմի ֆիզիկական մշակմանը քվանտային մեխանիկայի մեջ 2020 թվականի կեսերին: Առաջին քվանտային էֆեկտներից մեկը, որը հստակ նկատվեց (բայց այդ ժամանակ չհասկացված) Մաքսվելի դիտարկումն էր ջրածնի հետ կապված՝ կես դար առաջ, երբ լիներ քվանտային մեխանիկական տեսություն: Մաքսվելը նշեց, որ H2-ի հատուկ ջերմային հզորությունը անշրջելիորեն հեռանում է սենյակային ջերմաստիճանից ցածր երկատոմային գազից և սկսում է ավելի ու ավելի նմանվել կրիոգեն ջերմաստիճաններում մոնատոմային գազի հատուկ ջերմային հզորությանը: Համաձայն քվանտային տեսության՝ այս վարքագիծը առաջանում է (քվանտացված) պտտվող էներգիայի մակարդակների տարածությունից, որոնք հատկապես լայնորեն տարածված են H2-ում՝ ցածր զանգվածի պատճառով: Այս լայնորեն տարածված մակարդակները թույլ չեն տալիս ջերմային էներգիայի հավասարաչափ բաժանումը ջրածնի մեջ պտտվող շարժման ցածր ջերմաստիճաններում: Դիատոմային գազերը, որոնք կազմված են ավելի ծանր ատոմներից, չունեն այդքան լայն տարածում ունեցող մակարդակներ և չեն ցուցաբերում նույն ազդեցությունը։ Հակաջրածինը ջրածնի հականյութական անալոգն է։ Այն բաղկացած է հակապրոտոնից՝ պոզիտրոնով։ Հակաջրածինը հականյութի ատոմի միակ տեսակն է, որը ստացվել է 2015թ.

Բնության մեջ լինելը

Ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ քիմիական տարրն է, որը կազմում է նորմալ նյութի 75%-ը զանգվածով և ավելի քան 90%-ը՝ ըստ ատոմների քանակի: (Տիեզերքի զանգվածի մեծ մասը, սակայն, այս քիմիական տարրի տեսքով չէ, բայց ենթադրվում է, որ ունի դեռևս չբացահայտված զանգվածային ձևեր, ինչպիսիք են մութ նյութը և մութ էներգիան): Այս տարրը մեծ առատությամբ հանդիպում է աստղերում և գազային հսկաներ. H2 մոլեկուլային ամպերը կապված են աստղերի առաջացման հետ: Ջրածինը կենսական դեր է խաղում աստղերը միացնելու գործում պրոտոն-պրոտոն ռեակցիայի և CNO ցիկլի միջուկային միաձուլման միջոցով: Ամբողջ աշխարհում ջրածինը հիմնականում հանդիպում է ատոմային և պլազմային վիճակներում՝ մոլեկուլային ջրածնի հատկություններից միանգամայն տարբերվող հատկություններով։ Որպես պլազմա՝ ջրածնի էլեկտրոնն ու պրոտոնը կապված չեն միմյանց հետ, ինչի արդյունքում առաջանում է շատ բարձր էլեկտրական հաղորդունակություն և բարձր արտանետում (Արևից և այլ աստղերից լույս առաջացնելով)։ Լիցքավորված մասնիկների վրա ուժեղ ազդեցություն են ունենում մագնիսական և էլեկտրական դաշտերը: Օրինակ՝ արեգակնային քամու ժամանակ նրանք փոխազդում են Երկրի մագնիտոսֆերայի հետ՝ առաջացնելով Բիրքլենդի հոսանքներն ու Ավրորան։ Ջրածինը միջաստեղային միջավայրում գտնվում է չեզոք ատոմային վիճակում։ Ենթադրվում է, որ քայքայվող Լիման-ալֆա համակարգերում հայտնաբերված չեզոք ջրածնի մեծ քանակությունը գերիշխում է Տիեզերքի տիեզերական բարիոնների խտության վրա մինչև կարմիր շեղում z=4: նորմալ պայմաններԵրկրի վրա տարրական ջրածինը գոյություն ունի որպես երկատոմային գազ՝ H2: Այնուամենայնիվ, ջրածնի գազը շատ հազվադեպ է երկրագնդի մթնոլորտում (1 ppm ծավալով) դրա շնորհիվ թեթեւ քաշը, ինչը թույլ է տալիս նրան ավելի հեշտությամբ հաղթահարել Երկրի ձգողականությունը, քան ավելի ծանր գազերը։ Այնուամենայնիվ, ջրածինը երրորդ ամենաառատ տարրն է Երկրի մակերեսի վրա, որը հիմնականում գոյություն ունի քիմիական միացությունների տեսքով, ինչպիսիք են ածխաջրածինները և ջուրը: Ջրածին գազը արտադրվում է որոշ բակտերիաների և ջրիմուռների կողմից և հանդիսանում է ֆլեյտայի բնական բաղադրիչ, ինչպես նաև մեթանը, որը ջրածնի ավելի ու ավելի նշանակալի աղբյուր է: Միջաստղային միջավայրում հայտնաբերված է պրոտոնացված մոլեկուլային ջրածին (H+3) մոլեկուլային ձև, որտեղ այն առաջանում է տիեզերական ճառագայթներից մոլեկուլային ջրածնի իոնացման արդյունքում։ Այս լիցքավորված իոնը նկատվել է նաև Յուպիտեր մոլորակի վերին մթնոլորտում։ Իոնը շրջակա միջավայրում համեմատաբար կայուն է ցածր ջերմաստիճանի և խտության պատճառով։ H+3-ը տիեզերքի ամենաառատ իոններից մեկն է և կարևոր դեր է խաղում միջաստղային միջավայրի քիմիայում: Չեզոք եռատոմային ջրածինը H3 կարող է գոյություն ունենալ միայն գրգռված վիճակում և անկայուն է: Ի հակադրություն, դրական մոլեկուլային ջրածնի իոնը (H+2) հազվագյուտ մոլեկուլ է տիեզերքում։

Ջրածնի արտադրություն

H2-ն արտադրվում է քիմիական և կենսաբանական լաբորատորիաներում, հաճախ որպես այլ ռեակցիաների կողմնակի արտադրանք. արդյունաբերության մեջ՝ չհագեցած սուբստրատների հիդրոգենացման համար. իսկ բնության մեջ՝ որպես կենսաքիմիական ռեակցիաներում վերականգնող համարժեքների տեղահանման միջոց։

Steam բարեփոխում

Ջրածինը կարող է արտադրվել մի քանի եղանակներով, բայց տնտեսապես ամենակարևոր գործընթացները ներառում են ջրածնի հեռացումը ածխաջրածիններից, քանի որ 2000 թվականին ջրածնի արտադրության մոտ 95%-ը ստացվել է գոլորշու բարեփոխումից: Առևտրային առումով ջրածնի մեծ ծավալները սովորաբար արտադրվում են բնական գազի գոլորշու բարեփոխմամբ: Բարձր ջերմաստիճաններում (1000-1400 K, 700-1100 °C կամ 1300-2000 °F) գոլորշին (գոլորշին) արձագանքում է մեթանի հետ՝ առաջացնելով ածխածնի օքսիդ և H2:

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Այս արձագանքը լավագույնն է ցածր ճնշումներ, բայց, այնուամենայնիվ, այն կարող է իրականացվել հետ բարձր ճնշումներ(2.0 ՄՊա, 20 ատմ կամ 600 դյույմ սնդիկ): Դա պայմանավորված է նրանով, որ բարձր ճնշում H2-ը ամենահայտնի արտադրանքն է, և ճնշմամբ գերջերմային մաքրման համակարգերն ավելի լավ են գործում բարձր ճնշման դեպքում: Արտադրանքի խառնուրդը հայտնի է որպես «սինթեզ գազ», քանի որ այն հաճախ օգտագործվում է ուղղակիորեն մեթանոլ և հարակից միացություններ արտադրելու համար: Մեթանից բացի այլ ածխաջրածիններ կարող են օգտագործվել տարբեր ապրանքային հարաբերակցությամբ սինթեզի գազ արտադրելու համար: Այս բարձր օպտիմիզացված տեխնոլոգիայի բազմաթիվ բարդություններից մեկը կոքսի կամ ածխածնի ձևավորումն է.

CH4 → C + 2 H2

Հետևաբար, գոլորշու բարեփոխումը սովորաբար օգտագործում է H2O-ի ավելցուկ: Լրացուցիչ ջրածինը կարող է վերականգնվել գոլորշուց՝ օգտագործելով ածխածնի օքսիդը ջրի գազի տեղաշարժի ռեակցիայի միջոցով, հատկապես երկաթի օքսիդի կատալիզատորի միջոցով: Այս ռեակցիան նաև ածխաթթու գազի ընդհանուր արդյունաբերական աղբյուր է.

CO + H2O → CO2 + H2

H2-ի այլ կարևոր մեթոդները ներառում են ածխաջրածինների մասնակի օքսիդացում.

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

Եվ ածխի ռեակցիան, որը կարող է ծառայել որպես վերը նկարագրված հերթափոխի ռեակցիայի նախերգանք.

C + H2O → CO + H2

Երբեմն ջրածինը արտադրվում և սպառվում է նույն արդյունաբերական գործընթացում՝ առանց տարանջատման։ Ամոնիակի արտադրության համար Haber գործընթացում ջրածինը առաջանում է բնական գազից։ Էլեկտրոլիզ աղի լուծույթքլոր արտադրելը նաև հանգեցնում է ջրածնի ձևավորմանը՝ որպես կողմնակի արտադրանք:

մետաղական թթու

Լաբորատորիայում H2-ը սովորաբար ստացվում է նոսր ոչ օքսիդացնող թթուների արձագանքման միջոցով որոշակի ռեակտիվ մետաղների հետ, ինչպիսիք են ցինկը, Kipp ապարատի միջոցով:

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

Ալյումինը կարող է նաև արտադրել H2, երբ մշակվում է հիմքերով.

2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2

Ջրի էլեկտրոլիզը ջրածնի արտադրության պարզ միջոց է: Ցածր լարման հոսանքը հոսում է ջրի միջով, և թթվածնային գազը առաջանում է անոդում, մինչդեռ ջրածնային գազը առաջանում է կաթոդում: Սովորաբար կաթոդը պատրաստվում է պլատինից կամ այլ իներտ մետաղից՝ պահեստավորման համար ջրածնի արտադրության մեջ: Եթե, այնուամենայնիվ, գազը պետք է այրվի տեղում, ապա թթվածնի առկայությունը ցանկալի է այրումը խթանելու համար, և, հետևաբար, երկու էլեկտրոդներն էլ պատրաստված կլինեն իներտ մետաղներից: (Օրինակ՝ երկաթը օքսիդանում է և հետևաբար նվազեցնում է թողարկվող թթվածնի քանակը): Տեսական առավելագույն արդյունավետությունը (արտադրված ջրածնի էներգիայի արժեքի նկատմամբ օգտագործվող էլեկտրաէներգիան) 80-94%-ի սահմաններում է։

2 H2O (L) → 2 H2 (գ) + O2 (գ)

Ջրածնի արտադրության համար կարող է օգտագործվել ալյումինի և գալիումի համաձուլվածքը ջրի մեջ ավելացված հատիկների տեսքով: Այս գործընթացը նաև կավահող է արտադրում, սակայն թանկարժեք գալիումը, որը կանխում է օքսիդի մաշկի ձևավորումը գնդիկների վրա, կարող է կրկին օգտագործվել: Սա կարևոր պոտենցիալ հետևանքներ ունի ջրածնի տնտեսության վրա, քանի որ ջրածինը կարող է արտադրվել տեղում և փոխադրման կարիք չունի:

Ջերմաքիմիական հատկություններ

Կան ավելի քան 200 ջերմաքիմիական ցիկլեր, որոնք կարող են օգտագործվել ջուրը բաժանելու համար, որոնցից մոտ մեկ տասնյակ ցիկլեր, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդի ցիկլը, ցերիումի (IV) օքսիդի ցիկլը, ցերիումի (III) օքսիդի ցիկլը, ցինկ-ցինկի օքսիդը: ցիկլը, ծծմբի յոդի ցիկլը, պղնձի ցիկլը և քլորի և ծծմբի հիբրիդային ցիկլը հետազոտության և փորձարկման փուլում են՝ ջրից և ջերմությունից ջրածին և թթվածին արտադրելու համար՝ առանց էլեկտրաէներգիայի օգտագործման: Մի շարք լաբորատորիաներ (ներառյալ Ֆրանսիայի, Գերմանիայի, Հունաստանի, Ճապոնիայի և ԱՄՆ-ի լաբորատորիաները) մշակում են արևային էներգիայից և ջրից ջրածնի արտադրության ջերմաքիմիական մեթոդներ։

Անաէրոբ կոռոզիա

Անաէրոբ պայմաններում երկաթի և պողպատի համաձուլվածքները դանդաղորեն օքսիդանում են ջրի պրոտոններով, մինչդեռ դրանք կրճատվում են մոլեկուլային ջրածնի մեջ (H2): Երկաթի անաէրոբ կոռոզիան առաջին հերթին հանգեցնում է երկաթի հիդրօքսիդի (կանաչ ժանգ) առաջացմանը և կարող է նկարագրվել հետևյալ ռեակցիայով՝ Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2: Իր հերթին, անաէրոբ պայմաններում երկաթի հիդրօքսիդը (Fe (OH) 2) կարող է օքսիդացվել ջրի պրոտոններով՝ առաջացնելով մագնիտիտ և մոլեկուլային ջրածին։ Այս գործընթացը նկարագրվում է Շիկորայի ռեակցիայով՝ 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 երկաթի հիդրօքսիդ → մագնեզիում + ջուր + ջրածին։ Լավ բյուրեղացված մագնիտիտը (Fe3O4) թերմոդինամիկորեն ավելի կայուն է, քան երկաթի հիդրօքսիդը (Fe(OH)2): Այս գործընթացը տեղի է ունենում անօքսիկ ստորերկրյա ջրերում երկաթի և պողպատի անաէրոբ կոռոզիայի ժամանակ և երբ հողերը վերականգնվում են ջրի մակերևույթից ներքև:

Երկրաբանական ծագումը՝ սերպենտինացման ռեակցիա

Երկրի մթնոլորտից հեռու տիրող խորը երկրաբանական պայմաններում թթվածնի (O2) բացակայության դեպքում ջրածինը (H2) առաջանում է սերպենտինացման ժամանակ՝ անաէրոբ օքսիդացման միջոցով երկաթի սիլիկատի (Fe2+) ջրի պրոտոններով (Fe2+), որոնք առկա են ֆայալիտի բյուրեղային ցանցում ( Fe2SiO4, մինալ օլիվին-գեղձ): Համապատասխան ռեակցիան, որը հանգեցնում է մագնետիտի (Fe3O4), քվարցի (SiO2) և ջրածնի (H2) առաջացմանը՝ 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 ֆայալիտ + ջուր → մագնետիտ + քվարց + ջրածին։ Այս ռեակցիան շատ նման է Շիկորայի ռեակցիային, որը դիտվում է ջրի հետ շփվող երկաթի հիդրօքսիդի անաէրոբ օքսիդացման ժամանակ:

Ձևավորումը տրանսֆորմատորներում

Արտադրված բոլոր վտանգավոր գազերից ուժային տրանսֆորմատորներՋրածինը ամենատարածվածն է և առաջանում է անսարքությունների մեծ մասում. Այսպիսով, ջրածնի առաջացումը տրանսֆորմատորի կյանքի ցիկլի լուրջ խնդիրների վաղ նշանն է:

Դիմումներ

Սպառումը տարբեր գործընթացներում

Մեծ քանակությամբ H2-ն անհրաժեշտ է նավթի և քիմիական արդյունաբերության մեջ: H2-ի ամենամեծ օգտագործումը հանածո վառելիքի վերամշակման («արդիականացման») և ամոնիակի արտադրության համար է: Նավթաքիմիական գործարաններում H2-ն օգտագործվում է հիդրոդալկիլացման, հիդրոսուլֆուրացման և հիդրոկրեկինգի համար։ H2-ն ունի մի քանի այլ կարևոր օգտագործում: H2-ն օգտագործվում է որպես հիդրոգենացնող նյութ, մասնավորապես՝ չհագեցած ճարպերի և յուղերի հագեցվածության մակարդակը բարձրացնելու համար (որոնք հանդիպում են մարգարինում) և մեթանոլի արտադրության մեջ: Այն նաև ջրածնի աղբյուր է աղաթթվի արտադրության մեջ։ H2-ն օգտագործվում է նաև որպես մետաղական հանքաքարերի վերականգնող նյութ։ Ջրածինը շատ լուծելի է հազվագյուտ հողային և անցումային մետաղների մեջ և լուծելի է ինչպես նանաբյուրեղային, այնպես էլ ամորֆ մետաղներում: Մետաղներում ջրածնի լուծելիությունը կախված է բյուրեղային ցանցի տեղային աղավաղումներից կամ կեղտերից: Սա կարող է օգտակար լինել, երբ ջրածինը մաքրվում է՝ անցնելով տաք պալադիումի սկավառակների միջով, սակայն գազի բարձր լուծելիությունը մետալուրգիական խնդիր է, որը փխրեցնում է շատ մետաղներ՝ բարդացնելով խողովակաշարերի և պահեստավորման տանկերի դիզայնը: Որպես ռեագենտ օգտագործելուց բացի, H2-ն ունի կիրառությունների լայն շրջանակ ֆիզիկայում և ճարտարագիտության մեջ: Այն օգտագործվում է որպես պաշտպանիչ գազ եռակցման մեթոդներում, ինչպիսիք են ատոմային ջրածնային եռակցումը: H2-ն օգտագործվում է որպես ռոտորային հովացուցիչ նյութ էլեկտրակայանների էլեկտրական գեներատորներում, քանի որ այն ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը ցանկացած գազից: Հեղուկ H2-ն օգտագործվում է կրիոգեն հետազոտություններում, ներառյալ գերհաղորդականության հետազոտությունները: Քանի որ H2-ը ավելի թեթև է, քան օդը, ունենալով օդի խտության 1/14-ից մի փոքր ավելին, այն ժամանակին լայնորեն օգտագործվել է որպես բարձրացնող գազ փուչիկներև օդանավեր։ Ավելի նոր կիրառություններում ջրածինը օգտագործվում է մաքուր կամ խառնված ազոտի հետ (երբեմն կոչվում է ձևավորող գազ)՝ որպես հետագծող գազ՝ ակնթարթային արտահոսքի հայտնաբերման համար: Ջրածինը օգտագործվում է ավտոմոբիլային, քիմիական, էներգետիկ, օդատիեզերական և հեռահաղորդակցության արդյունաբերություններում։ Ջրածինը թույլատրված սննդային հավելում է (E 949), որը թույլ է տալիս ստուգել սննդի արտահոսքը, ի թիվս այլ հակաօքսիդանտների: Ջրածնի հազվագյուտ իզոտոպները նույնպես ունեն հատուկ կիրառություն։ Դեյտերիումը (ջրածին-2) օգտագործվում է միջուկային տրոհման կիրառություններում որպես դանդաղ նեյտրոնային մոդերատոր և միջուկային միաձուլման ռեակցիաներում։ Դեյտերիումի միացություններն օգտագործվում են քիմիայի և կենսաբանության բնագավառում՝ ռեակցիայի իզոտոպային ազդեցության ուսումնասիրության համար։ Տրիտիումը (ջրածին-3), որն արտադրվում է միջուկային ռեակտորներում, օգտագործվում է ջրածնային ռումբերի արտադրության մեջ, որպես իզոտոպային մարկեր կենսաբանական գիտություններում և որպես ճառագայթման աղբյուր լուսավոր ներկերի մեջ։ Հավասարակշռված ջրածնի եռակի կետային ջերմաստիճանը ITS-90 ջերմաստիճանի սանդղակի որոշիչ ֆիքսված կետն է 13,8033 Կելվին:

Սառեցման միջավայր

Ջրածինը սովորաբար օգտագործվում է էլեկտրակայաններում որպես սառնագենտ գեներատորներում՝ շնորհիվ մի շարք բարենպաստ հատկությունների, որոնք անմիջական արդյունք են նրա թեթև երկատոմային մոլեկուլների: Դրանք ներառում են ցածր խտություն, ցածր մածուցիկություն և ցանկացած գազի ամենաբարձր տեսակարար ջերմային հզորությունը և ջերմային հաղորդունակությունը:

Էներգակիր

Ջրածինը էներգիայի ռեսուրս չէ, բացառությամբ կոմերցիոն միաձուլման էլեկտրակայանների հիպոթետիկ համատեքստում, որոնք օգտագործում են դեյտերիում կամ տրիտում, տեխնոլոգիա, որը ներկայումս հեռու է հասունությունից: Արեգակի էներգիան առաջանում է ջրածնի միջուկային միաձուլումից, սակայն այս գործընթացին դժվար է հասնել Երկրի վրա: Տարրական ջրածին արեգակնային, կենսաբանական կամ էլեկտրական աղբյուրներԱյն արտադրելու համար ավելի շատ էներգիա է պահանջվում, քան այն այրելու համար, ուստի այս դեպքերում ջրածինը գործում է որպես էներգիայի կրիչ՝ նման մարտկոցի: Ջրածինը կարելի է ստանալ բրածո աղբյուրներից (օրինակ՝ մեթանից), սակայն այդ աղբյուրները սպառելի են։ Ե՛վ հեղուկ ջրածնի, և՛ սեղմված գազային ջրածնի մեկ միավորի ծավալի էներգիայի խտությունը գործնականում հասանելի ցանկացած ճնշման դեպքում զգալիորեն ավելի քիչ է, քան սովորական էներգիայի աղբյուրները, թեև վառելիքի միավոր զանգվածի էներգիայի խտությունը ավելի բարձր է: Այնուամենայնիվ, տարրական ջրածինը լայնորեն քննարկվել է էներգետիկ համատեքստում՝ որպես ապագա տնտեսության ողջ էներգակիր: Օրինակ, CO2-ի զավթումը, որին հաջորդում է ածխածնի ներգրավումը և պահեստավորումը, կարող է իրականացվել հանածո վառելիքից H2-ի արտադրության կետում: Տրանսպորտում օգտագործվող ջրածինը համեմատաբար մաքուր կայրվի՝ որոշ NOx արտանետումներով, բայց առանց ածխածնի արտանետումների: Այնուամենայնիվ, ջրածնային տնտեսության լիարժեք փոխակերպման հետ կապված ենթակառուցվածքի արժեքը զգալի կլինի: Վառելիքի բջիջները կարող են ավելի արդյունավետ կերպով ջրածինը և թթվածինը վերածել էլեկտրականության, քան ներքին այրման շարժիչները:

կիսահաղորդչային արդյունաբերություն

Ջրածինը օգտագործվում է ամորֆ սիլիցիումի և ամորֆ ածխածնի կախովի կապերը հագեցնելու համար, որն օգնում է կայունացնել նյութի հատկությունները։ Այն նաև էլեկտրոնի պոտենցիալ դոնոր է տարբեր օքսիդային նյութերում, ներառյալ ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO3 և Sr.

կենսաբանական ռեակցիաներ

H2-ը որոշ անաէրոբ նյութափոխանակության արդյունք է և արտադրվում է մի քանի միկրոօրգանիզմների կողմից, սովորաբար ռեակցիաների միջոցով, որոնք կատալիզացվում են երկաթի կամ նիկել պարունակող ֆերմենտներով, որոնք կոչվում են հիդրոգենազներ: Այս ֆերմենտները կատալիզացնում են հակադարձ ռեդոքս ռեակցիա H2-ի և նրա երկու պրոտոնների և երկու էլեկտրոնի բաղադրիչների միջև: Ջրածնի գազի ստեղծումը տեղի է ունենում պիրուվատի խմորման արդյունքում առաջացած վերականգնող համարժեքները ջրին փոխանցելու միջոցով: Օրգանիզմների կողմից ջրածնի արտադրության և սպառման բնական ցիկլը կոչվում է ջրածնի ցիկլ: Ջրի պառակտումը, գործընթացը, որով ջուրը տրոհվում է իր բաղկացուցիչ պրոտոնների, էլեկտրոնների և թթվածնի, տեղի է ունենում լուսային ռեակցիաների ժամանակ բոլոր ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմներում: Որոշ նման օրգանիզմներ, ներառյալ Chlamydomonas Reinhardtii ջրիմուռը և ցիանոբակտերիան, առաջացել են մութ ռեակցիաների երկրորդ փուլ, որտեղ պրոտոնները և էլեկտրոնները կրճատվում են՝ առաջացնելով H2 գազ՝ քլորոպլաստում մասնագիտացված հիդրոգենազների միջոցով: Փորձեր են արվել գենետիկորեն ձևափոխել ցիանոբակտերիալ հիդրազները՝ H2 գազը արդյունավետորեն սինթեզելու համար նույնիսկ թթվածնի առկայության դեպքում: Ջանքեր են արվել նաև կենսառեակտորում գենետիկորեն ձևափոխված ջրիմուռների օգտագործմամբ:

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային Ջրածինը համեմատաբար անգործուն է, ուղղակիորեն զուգակցվում է միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի հետ, իսկ լույսի ներքո նաև քլորի հետ): Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն արձագանքում է բազմաթիվ տարրերի հետ:

Ջրածինը փոխազդում է պարզ և բարդ նյութերի հետ.

Բարձր ջերմաստիճանում ջրածինը ուղղակիորեն արձագանքում է որոշ մետաղներով(ալկալային, ալկալային հող և այլն), ձևավորելով սպիտակ բյուրեղային նյութեր՝ մետաղական հիդրիդներ (Li H, Na H, KH, CaH 2 և այլն):

H 2 + 2Li = 2LiH

Մետաղական հիդրիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրով` համապատասխան ալկալիների և ջրածնի ձևավորմամբ.

Սա H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

1). ԹթվածնովՋրածինը առաջացնում է ջուր.

Տեսանյութ «Ջրածնի այրում».

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q

Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով (կոչվում է 2 ծավալ H 2 և 1 ծավալ O 2 խառնուրդ պայթուցիկ գազ) .

Видео «Պայթուցիկ գազի պայթյուն».

Видео «Պայթուցիկ խառնուրդի պատրաստում և պայթյուն».

2). ՀալոգեններովՋրածինը առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

Ջրածինը պայթում է ֆտորի հետ (նույնիսկ մթության մեջ և -252°C-ում), քլորի և բրոմի հետ փոխազդում է միայն լուսավորության կամ տաքացման դեպքում, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքանալիս։

3). ԱզոտովՋրածինը արձագանքում է ամոնիակի ձևավորմանը.

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

միայն կատալիզատորի վրա և բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում:

4). Ջրածինը տաքացնելիս ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբով:

H 2 + S \u003d H 2 S (ջրածնի սուլֆիդ),

շատ ավելի դժվար է սելենի և տելուրիումի հետ:

5). մաքուր ածխածնի հետՋրածինը կարող է արձագանքել առանց կատալիզատորի միայն բարձր ջերմաստիճաններում.

2H 2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան)

- Ջրածինը մտնում է փոխարինման ռեակցիա մետաղների օքսիդներով , մինչդեռ արտադրանքի մեջ ջուր է գոյանում և մետաղը կրճատվում է։ Ջրածին - ցուցադրում է վերականգնող նյութի հատկությունները.

Օգտագործվում է ջրածին շատ մետաղների վերականգնման համար, քանի որ այն խլում է թթվածինը դրանց օքսիդներից.

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O և այլն:

Ջրածնի կիրառում

Տեսանյութ «Ջրածնի օգտագործումը».

Ներկայումս ջրածինը արտադրվում է հսկայական քանակությամբ։ Դրա շատ մեծ մասն օգտագործվում է ամոնիակի սինթեզի, ճարպերի հիդրոգենացման և ածխի, յուղերի և ածխաջրածինների հիդրոգենացման մեջ։ Բացի այդ, ջրածինը օգտագործվում է աղաթթվի, մեթիլային սպիրտի, հիդրոցյանաթթվի սինթեզի, մետաղների եռակցման և դարբնագործության, ինչպես նաև շիկացած լամպերի և լամպերի արտադրության մեջ։ թանկարժեք քարեր. Ջրածինը վաճառվում է բալոններում 150 ատմ-ից ավելի ճնշման տակ: Դրանք ներկված են մուգ կանաչ գույնով և մատակարարված են կարմիր «Ջրածին» մակագրությամբ։

Ջրածինը օգտագործվում է հեղուկ ճարպերը պինդ ճարպերի վերածելու համար (ջրածինացում), ածուխի և մազութի հիդրոգենացման միջոցով հեղուկ վառելիք արտադրելու համար։ Մետաղագործության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես օքսիդների կամ քլորիդների վերականգնող նյութ՝ մետաղներ և ոչ մետաղներ (գերմանիում, սիլիցիում, գալիում, ցիրկոնիում, հաֆնիում, մոլիբդեն, վոլֆրամ և այլն) արտադրելու համար։

Ջրածնի գործնական կիրառումը բազմազան է. այն սովորաբար լցվում է փուչիկներով, քիմիական արդյունաբերության մեջ այն ծառայում է որպես հումք շատ կարևոր ապրանքների (ամոնիակ և այլն), սննդի արդյունաբերության մեջ՝ պինդ նյութերի արտադրության համար։ ճարպեր բուսական յուղերից և այլն: Բարձր ջերմաստիճանը (մինչև 2600 °C), որը ստացվում է թթվածնի մեջ ջրածինը այրելով, օգտագործվում է հրակայուն մետաղները, քվարցը և այլն հալեցնելու համար: Հեղուկ ջրածինը ամենաարդյունավետ ռեակտիվ վառելիքներից է: Ջրածնի տարեկան համաշխարհային սպառումը գերազանցում է 1 մլն տոննան։

ՍԻՄՈՒԼԱՏՈՐՆԵՐ

Թիվ 2. Ջրածին

ԱՄՐԱՑՄԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ

Ջրածնի ատոմն ունի արտաքին (և միակ) էլեկտրոնային մակարդակի 1-ի էլեկտրոնային բանաձևը սմեկ . Մի կողմից, արտաքին էլեկտրոնային մակարդակում մեկ էլեկտրոնի առկայությամբ ջրածնի ատոմը նման է ալկալային մետաղի ատոմներին: Այնուամենայնիվ, ինչպես հալոգենները, նրան բացակայում է միայն մեկ էլեկտրոն արտաքին էլեկտրոնային մակարդակը լրացնելու համար, քանի որ առաջին էլեկտրոնային մակարդակում կարող են տեղակայվել ոչ ավելի, քան 2 էլեկտրոններ: Պարզվում է, որ ջրածինը կարող է միաժամանակ տեղակայվել պարբերական համակարգի և՛ առաջին, և՛ նախավերջին (յոթերորդ) խմբում, ինչը երբեմն արվում է պարբերական համակարգի տարբեր տարբերակներում.

Ջրածնի որպես պարզ նյութի հատկությունների տեսանկյունից այն, այնուամենայնիվ, ավելի շատ ընդհանրություններ ունի հալոգենների հետ։ Ջրածինը, ինչպես նաև հալոգենները, ոչ մետաղ են և իրենց նման ձևավորում են երկատոմային մոլեկուլներ (H 2):

Նորմալ պայմաններում ջրածինը գազային, ոչ ակտիվ նյութ է։ Ջրածնի ցածր ակտիվությունը բացատրվում է մոլեկուլում ջրածնի ատոմների միջև կապի բարձր ուժով, որը պահանջում է կա՛մ ուժեղ ջեռուցում, կա՛մ կատալիզատորների կիրառում, կա՛մ երկուսը միաժամանակ՝ այն կոտրելու համար:

Ջրածնի փոխազդեցությունը պարզ նյութերի հետ

մետաղներով

Մետաղներից ջրածինը փոխազդում է միայն ալկալիների և ալկալային հողի հետ: Ալկալիական մետաղները ներառում են I խմբի հիմնական ենթախմբի մետաղներ (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), իսկ հողալկալիական մետաղները II խմբի հիմնական ենթախմբի մետաղներ են, բացառությամբ բերիլիումի և մագնեզիումի (Ca, Sr, Ba): , Ռա)

Ակտիվ մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ ջրածինը ցուցաբերում է օքսիդացնող հատկություններ, այսինքն. նվազեցնում է դրա օքսիդացման վիճակը. Այս դեպքում առաջանում են ալկալային և հողալկալիական մետաղների հիդրիդներ, որոնք ունեն իոնային կառուցվածք։ Ռեակցիան ընթանում է, երբ տաքացվում է.

Հարկ է նշել, որ ակտիվ մետաղների հետ փոխազդեցությունը միակ դեպքն է, երբ մոլեկուլային ջրածինը H2-ը օքսիդացնող նյութ է։

ոչ մետաղներով

Ոչ մետաղներից ջրածինը փոխազդում է միայն ածխածնի, ազոտի, թթվածնի, ծծմբի, սելենի և հալոգենների հետ։

Ածխածինը պետք է հասկանալ որպես գրաֆիտ կամ ամորֆ ածխածին, քանի որ ադամանդը ածխածնի չափազանց իներտ ալոտրոպիկ փոփոխություն է:

Ոչ մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ ջրածինը կարող է կատարել միայն վերականգնող նյութի ֆունկցիա, այսինքն՝ կարող է միայն մեծացնել իր օքսիդացման վիճակը.

Ջրածնի փոխազդեցությունը բարդ նյութերի հետ

մետաղական օքսիդներով

Ջրածինը չի փոխազդում մետաղների օքսիդների հետ, որոնք գտնվում են մետաղների ակտիվության շարքում մինչև ալյումին (ներառյալ), այնուամենայնիվ, այն ի վիճակի է տաքացնելիս շատ մետաղական օքսիդներ նվազեցնել ալյումինից աջ.

ոչ մետաղական օքսիդներով

Ոչ մետաղական օքսիդներից ջրածինը փոխազդում է ազոտի, հալոգենների և ածխածնի օքսիդների հետ տաքանալիս։ Ջրածնի ոչ մետաղների օքսիդների հետ բոլոր փոխազդեցություններից հատկապես պետք է նշել նրա ռեակցիան ածխածնի մոնօքսիդ CO-ի հետ։

CO-ի և H2-ի խառնուրդը նույնիսկ ունի իր անունը՝ «սինթեզ գազ», քանի որ, կախված պայմաններից, դրանից կարելի է ստանալ այնպիսի պահանջված արդյունաբերական արտադրանք, ինչպիսիք են մեթանոլը, ֆորմալդեհիդը և նույնիսկ սինթետիկ ածխաջրածինները.

թթուներով

Ջրածինը չի փոխազդում անօրգանական թթուների հետ:

Օրգանական թթուներից ջրածինը փոխազդում է միայն չհագեցած թթուների, ինչպես նաև ֆունկցիոնալ խմբեր պարունակող թթուների հետ, որոնք կարող են կրճատվել ջրածնով, մասնավորապես ալդեհիդային, կետո կամ նիտրո խմբերով:

աղերով

Երբ ջրային լուծույթներաղեր, դրանց փոխազդեցությունը ջրածնի հետ չի ընթանում: Այնուամենայնիվ, երբ ջրածինը անցնում է միջին և ցածր ակտիվության որոշ մետաղների պինդ աղերի վրայով, հնարավոր է դրանց մասնակի կամ ամբողջական կրճատումը, օրինակ.

Հալոգենների քիմիական հատկությունները

Հալոգենները կոչվում են քիմիական տարրեր VIIA խմբերը (F, Cl, Br, I, At), ինչպես նաև դրանց առաջացրած պարզ նյութերը։ Այսուհետ, եթե այլ բան նշված չէ, հալոգենները կհասկանան որպես պարզ նյութեր:

Բոլոր հալոգեններն ունեն մոլեկուլային կառուցվածք, ինչը հանգեցնում է այդ նյութերի ցածր հալման և եռման կետերի: Հալոգենի մոլեկուլները երկատոմիկ են, այսինքն. դրանց բանաձևը կարելի է ընդհանուր ձևով գրել որպես Hal 2:

Պետք է նշել յոդի այնպիսի հատուկ ֆիզիկական հատկություն, ինչպիսին է նրա կարողությունը սուբլիմացիակամ, այլ կերպ ասած, սուբլիմացիա. սուբլիմացիա, անվանում են այն երեւույթը, երբ պինդ վիճակում գտնվող նյութը տաքացնելիս չի հալվում, այլ, շրջանցելով հեղուկ փուլը, անմիջապես անցնում է գազային վիճակի։

Ցանկացած հալոգենի ատոմի արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնային կառուցվածքը ունի ns 2 np 5 ձև, որտեղ n-ը պարբերական աղյուսակի ժամանակաշրջանի թիվն է, որում գտնվում է հալոգենը: Ինչպես տեսնում եք, հալոգենի ատոմների ութ էլեկտրոնից բաղկացած արտաքին թաղանթից բացակայում է միայն մեկ էլեկտրոն: Այստեղից տրամաբանական է ենթադրել ազատ հալոգենների գերակշռող օքսիդացնող հատկությունները, ինչը հաստատվում է նաև պրակտիկայում։ Ինչպես գիտեք, ոչ մետաղների էլեկտրաբացասականությունը նվազում է ենթախմբով ներքև շարժվելիս, և, հետևաբար, հալոգենների ակտիվությունը նվազում է շարքում.

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

Հալոգենների փոխազդեցությունը պարզ նյութերի հետ

Բոլոր հալոգենները շատ ռեակտիվ են և արձագանքում են պարզ նյութերի մեծ մասի հետ: Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ ֆտորը, իր չափազանց բարձր ռեակտիվության պատճառով, կարող է արձագանքել նույնիսկ դրանց հետ. պարզ նյութերորի հետ մյուս հալոգենները չեն կարող արձագանքել։ Նման պարզ նյութերից են թթվածինը, ածխածինը (ադամանդ), ազոտը, պլատինը, ոսկին և որոշ ազնիվ գազեր (քսենոն և կրիպտոն)։ Նրանք. իրականում, Ֆտորը չի արձագանքում միայն որոշ ազնիվ գազերի հետ։

Մնացած հալոգենները, այսինքն. քլորը, բրոմը և յոդը նույնպես ակտիվ նյութեր են, բայց ավելի քիչ ակտիվ, քան ֆտորը: Նրանք արձագանքում են գրեթե բոլոր պարզ նյութերին, բացառությամբ թթվածնի, ազոտի, ածխածնի՝ ադամանդի, պլատինի, ոսկու և ազնիվ գազերի տեսքով։

Հալոգենների փոխազդեցությունը ոչ մետաղների հետ

ջրածինը

Բոլոր հալոգենները փոխազդում են ջրածնի հետ և ձևավորվում են ջրածնի հալոգենիդներընդհանուր բանաձեւով HHal. Միևնույն ժամանակ, ֆտորի ռեակցիան ջրածնի հետ ինքնաբերաբար սկսվում է նույնիսկ մթության մեջ և ընթանում է պայթյունով՝ համաձայն հավասարման.

Քլորի արձագանքը ջրածնի հետ կարող է սկսվել ինտենսիվ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման կամ տաքացման միջոցով: Նաև արտահոսում է պայթյունով.

Բրոմը և յոդը ջրածնի հետ փոխազդում են միայն տաքացնելիս, և միևնույն ժամանակ, յոդի հետ ռեակցիան շրջելի է.

ֆոսֆոր

Ֆտորի փոխազդեցությունը ֆոսֆորի հետ հանգեցնում է ֆոսֆորի օքսիդացմանը մինչև ամենաբարձր օքսիդացման աստիճանը (+5): Այս դեպքում ֆոսֆորի պենտաֆտորիդի ձևավորումը տեղի է ունենում.

Երբ քլորը և բրոմը փոխազդում են ֆոսֆորի հետ, հնարավոր է ֆոսֆորի հալոգենիդներ ստանալ ինչպես + 3 օքսիդացման, այնպես էլ + 5 օքսիդացման վիճակում, ինչը կախված է ռեակտիվների համամասնություններից.

Մինչդեռ գործով սպիտակ ֆոսֆորՖտորի, քլորի կամ հեղուկ բրոմի մթնոլորտում ռեակցիան սկսվում է ինքնաբերաբար։

Ֆոսֆորի փոխազդեցությունը յոդի հետ կարող է հանգեցնել միայն ֆոսֆորի տրիյոդիդի ձևավորմանը, որը պայմանավորված է այլ հալոգեններից զգալիորեն ցածր օքսիդացման ունակությամբ.

մոխրագույն

Ֆտորը օքսիդացնում է ծծումբը մինչև +6 ամենաբարձր օքսիդացման աստիճանը՝ առաջացնելով ծծմբի հեքսաֆտորիդ.

Քլորը և բրոմը փոխազդում են ծծմբի հետ՝ առաջացնելով ծծումբ պարունակող միացություններ օքսիդացման վիճակում, որոնք չափազանց անսովոր են նրա համար +1 և +2։ Այս փոխազդեցությունները շատ կոնկրետ են, և քիմիայից քննություն հանձնելու համար անհրաժեշտ չէ այդ փոխազդեցությունների հավասարումները գրելու ունակությունը։ Հետևաբար, ուղեցույցի համար տրված են հետևյալ երեք հավասարումները.

Հալոգենների փոխազդեցությունը մետաղների հետ

Ինչպես նշվեց վերևում, ֆտորը կարող է արձագանքել բոլոր մետաղների հետ, նույնիսկ այնպիսի ոչ ակտիվների, ինչպիսիք են պլատինը և ոսկին.

Մնացած հալոգենները փոխազդում են բոլոր մետաղների հետ, բացառությամբ պլատինի և ոսկու.

Հալոգենների ռեակցիաները բարդ նյութերի հետ

Փոխարինման ռեակցիաներ հալոգեններով

Ավելի ակտիվ հալոգեններ, այսինքն. Քիմիական տարրերը, որոնց քիմիական տարրերը գտնվում են պարբերական աղյուսակում ավելի բարձր, ի վիճակի են ավելի քիչ ակտիվ հալոգենները տեղահանել հիդրոհալաթթուներից և դրանցից կազմված մետաղական հալոգենիդներից.

Նմանապես, բրոմը և յոդը տեղահանում են ծծումբը սուլֆիդների և կամ ջրածնի սուլֆիդի լուծույթներից.

Քլորն ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութ է և իր ջրային լուծույթում ջրածնի սուլֆիդը օքսիդացնում է ոչ թե ծծմբի, այլ ծծմբաթթվի.

Հալոգենների փոխազդեցությունը ջրի հետ

Ջուրն այրվում է ֆտորում կապույտ բոցով, արձագանքման հավասարման համաձայն.

Բրոմը և քլորը ջրի հետ փոխազդում են տարբեր կերպ, քան ֆտորը: Եթե ​​ֆտորը գործել է որպես օքսիդացնող նյութ, ապա քլորն ու բրոմը անհամաչափ են ջրի մեջ՝ առաջացնելով թթուների խառնուրդ։ Այս դեպքում ռեակցիաները շրջելի են.

Յոդի փոխազդեցությունը ջրի հետ ընթանում է այնքան աննշան աստիճանի, որ կարելի է անտեսել և համարել, որ ռեակցիան ընդհանրապես չի ընթանում։

Հալոգենների փոխազդեցությունը ալկալային լուծույթների հետ

Ֆտորը, երբ փոխազդում է ալկալիի ջրային լուծույթի հետ, կրկին հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ.

Այս հավասարումը գրելու ունակությունը պարտադիր չէ քննությունը հանձնելու համար: Բավական է իմանալ նման փոխազդեցության հնարավորության և այս ռեակցիայում ֆտորի օքսիդացնող դերի մասին փաստը։

Ի տարբերություն ֆտորի, մնացած հալոգենները անհամաչափ են ալկալային լուծույթներում, այսինքն՝ դրանք միաժամանակ մեծացնում և նվազեցնում են իրենց օքսիդացման վիճակը։ Միաժամանակ, քլորի և բրոմի դեպքում, կախված ջերմաստիճանից, հնարավոր է հոսք երկու տարբեր ուղղություններով։ Մասնավորապես, ցրտին ռեակցիաներն ընթանում են հետևյալ կերպ.

և երբ տաքացվում է.

Յոդը ալկալիների հետ արձագանքում է բացառապես երկրորդ տարբերակի համաձայն, այսինքն. յոդատի առաջացմամբ, քանի որ հիպոյոդիտը անկայուն է ոչ միայն տաքացնելիս, այլև սովորական ջերմաստիճանում և նույնիսկ ցրտին:

բաշխումը բնության մեջ. Վ.-ն լայնորեն տարածված է բնության մեջ, նրա պարունակությունը երկրակեղևում (լիթոսֆերա և հիդրոսֆերա) կազմում է 1% զանգվածային և 16% ատոմների քանակով։ V.-ն Երկրի վրա ամենատարածված նյութի՝ ջրի (11,19% V. զանգվածի) մի մասն է, ածուխ, նավթ, բնական գազեր, կավ, ինչպես նաև կենդանական և բուսական օրգանիզմներ կազմող միացությունների կազմում (այսինքն. , բաղադրության մեջ՝ սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, ճարպեր, ածխաջրեր և այլն)։ Ազատ վիճակում Վ.-ն չափազանց հազվադեպ է, քիչ քանակությամբ հանդիպում է հրաբխային և այլն բնական գազեր. Մթնոլորտում առկա են աննշան քանակությամբ ազատ V. (0,0001% ատոմների քանակով)։ Մերձերկրային տարածության մեջ պրոտոնների հոսքի տեսքով կազմում է Երկրի ներքին («պրոտոն») ճառագայթային գոտին Վ. Տիեզերքում ամենատարածված տարրն է Վ. Պլազմայի տեսքով այն կազմում է Արեգակի և աստղերի մեծ մասի զանգվածի մոտ կեսը՝ միջաստղային միջավայրի և գազային միգամածությունների գազերի հիմնական մասը։ Վ.-ն առկա է մի շարք մոլորակների մթնոլորտում և գիսաստղերում՝ ազատ H2, մեթան CH4, ամոնիակ NH3, ջրի H2O, ռադիկալներ՝ CH, NH, OH, SiH, PH և այլն։ Պրոտոնների հոսքի տեսքով Արեգակի կորպուսուլյար ճառագայթման և տիեզերական ճառագայթների մաս է կազմում Վ.

Իզոտոպներ, ատոմ և մոլեկուլ: Սովորական Վ.-ն բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպների խառնուրդից՝ թեթև V. կամ պրոտիում (1H) և ծանր V. կամ դեյտերիում (2H կամ D): Վ–ի բնական միացություններում 1 2H ատոմում կա միջինում 6800 1H ատոմ։ Արհեստականորեն ստացվել է ռադիոակտիվ իզոտոպ՝ գերծանր B., կամ տրիտում (3H, կամ T), փափուկ β-ճառագայթմամբ և կիսամյակի T1/2 = 12,262 տարի: Բնության մեջ տրիտումը ձևավորվում է, օրինակ, մթնոլորտային ազոտից տիեզերական ճառագայթների նեյտրոնների ազդեցության տակ. մթնոլորտում աննշան է (օդի ատոմների ընդհանուր թվի 4-10-15%-ը)։ Ստացվել է չափազանց անկայուն 4H իզոտոպ։ 1H, 2H, 3H և 4H իզոտոպների զանգվածային թվերը, համապատասխանաբար 1,2, 3 և 4, ցույց են տալիս, որ պրոտիումի ատոմի միջուկը պարունակում է ընդամենը 1 պրոտոն, դեյտերիումը՝ 1 պրոտոն և 1 նեյտրոն, տրիտումը՝ 1 պրոտոն և 2։ նեյտրոններ, 4H - 1 պրոտոն և 3 նեյտրոն: Ջրածնի իզոտոպների զանգվածների մեծ տարբերությունն առաջացնում է նրանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ավելի նկատելի տարբերություն, քան այլ տարրերի իզոտոպների դեպքում։

Ատոմ V.-ն ունի ամենապարզ կառուցվածքը մնացած բոլոր տարրերի ատոմներից՝ բաղկացած է միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Միջուկով էլեկտրոնի միացման էներգիան (իոնացման պոտենցիալ) 13,595 էՎ է։ Չեզոք V. ատոմը կարող է նաև կցել երկրորդ էլեկտրոնը՝ առաջացնելով բացասական իոն H-; այս դեպքում երկրորդ էլեկտրոնի միացման էներգիան չեզոք ատոմի հետ (էլեկտրոնի մերձեցում) 0,78 էՎ է։ Քվանտային մեխանիկան հնարավորություն է տալիս հաշվարկել ատոմի բոլոր հնարավոր էներգիայի մակարդակները և, հետևաբար, տալ նրա ատոմային սպեկտրի ամբողջական մեկնաբանությունը։ V ատոմն օգտագործվում է որպես մոդելային ատոմ այլ, ավելի բարդ ատոմների էներգիայի մակարդակների քվանտային մեխանիկական հաշվարկներում։ B. H2 մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք միացված են կովալենտային քիմիական կապով։ Դիսոցացիայի էներգիան (այսինքն՝ ատոմների քայքայվելը) 4,776 էՎ է (1 էՎ = 1,60210-10-19 Ջ): Միջատոմային հեռավորությունը միջուկների հավասարակշռության դիրքում 0,7414-Å է։ Բարձր ջերմաստիճաններում մոլեկուլային Վ.-ն տարանջատվում է ատոմների (2000°C դիսոցման աստիճանը 0,0013 է, 5000°C՝ 0,95)։ Ատոմային Վ. առաջանում է նաև տարբեր քիմիական ռեակցիաներում (օրինակ՝ աղաթթվի վրա Zn–ի ազդեցությամբ)։ Սակայն ատոմային վիճակում Վ–ի գոյությունը կարճ է տևում, ատոմները վերամիավորվում են H2 մոլեկուլների մեջ։

Ֆիզիկական և Քիմիական հատկություններ. V. - բոլոր հայտնի նյութերից ամենաթեթևը (14,4 անգամ ավելի թեթև, քան օդը), խտությունը 0,0899 գ / լ 0 ° C և 1 ատմ: V.-ը եռում է (հեղուկանում) և հալվում (պինդանում) համապատասխանաբար -252,6°C և -259,1°C (միայն հելիումն ունի ավելի ցածր հալման և եռման ջերմաստիճան)։ Վ–ի կրիտիկական ջերմաստիճանը շատ ցածր է (-240 ° C), ուստի նրա հեղուկացումը կապված է մեծ դժվարությունների հետ; կրիտիկական ճնշում 12,8 կգ/սմ2 (12,8 ատմ), կրիտիկական խտություն 0,0312 գ/սմ3։ Բոլոր գազերից V.-ն ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը, որը հավասար է 0,174 W / (m-K) 0 ° C և 1 ատմ, այսինքն 4,16-0-4 կալ / (s-cm- ° C): V.-ի հատուկ ջերմային հզորությունը 0 ° C և 1 ատմ Cp 14,208-103 j / (kg-K), այսինքն 3,394 կալ / (g- ° C): V. փոքր-ինչ լուծելի է ջրում (0,0182 մլ/գ 20°C և 1 ատմ ջերմաստիճանում), բայց լավ՝ շատ մետաղների մեջ (Ni, Pt, Pd և այլն), հատկապես պալադիումում (850 ծավալ 1 հատ Pd-ում): Վ–ի լուծելիությունը մետաղներում կապված է դրանց միջով ցրվելու ունակության հետ. Դիֆուզիան ածխածնային համաձուլվածքի միջոցով (օրինակ՝ պողպատ) երբեմն ուղեկցվում է համաձուլվածքի քայքայմամբ՝ պողպատի ածխածնի հետ փոխազդեցության պատճառով (այսպես կոչված, ածխաթթվացում)։ Հեղուկ ջուրը շատ թեթև է (խտությունը -253°C-ում 0,0708 գ/սմ3) և հեղուկ (մածուցիկությունը -253°C-ում 13,8 աստիճան):

Միացությունների մեծ մասում V. ցուցադրում է վալենտություն (ավելի ճիշտ՝ օքսիդացման աստիճան) +1, ինչպես նատրիումը և այլ ալկալիական մետաղները; սովորաբար նա համարվում է այս մետաղների անալոգը` 1 գր. Մենդելեևի համակարգերը. Սակայն մետաղների հիդրիդներում B. իոնը բացասական լիցքավորված է (օքսիդացման վիճակ -1), այսինքն՝ Na + H- հիդրիդը կառուցված է Na + Cl- քլորիդի նման։ Այս և որոշ այլ փաստեր (Վ.-ի և հալոգենների ֆիզիկական հատկությունների սերտությունը, օրգանական միացություններում Վ.-ին փոխարինելու հալոգենների կարողությունը) հիմք են տալիս Վ.-ին վերագրել նաև պարբերական համակարգի VII խմբին (մանրամասն տես. Տարրերի պարբերական համակարգ): Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային Վ.-ն համեմատաբար ոչ ակտիվ է, ուղղակիորեն զուգակցվում է ոչմետաղներից միայն ամենաակտիվների հետ (ֆտորի հետ, իսկ լույսի ներքո՝ քլորի հետ)։ Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն արձագանքում է բազմաթիվ տարրերի հետ: Ատոմային Վ.-ն աճել է քիմիական ակտիվության համեմատ մոլեկուլային Վ. V.-ը թթվածնով առաջացնում է ջուր՝ H2 + 1 / 2O2 = H2O 285,937-103 Ջ/մոլ, այսինքն՝ 68,3174 կկալ/մոլ ջերմություն (25°C և 1 ատմ ջերմաստիճանում): Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով: Ջրածին-թթվածին խառնուրդի պայթյունավտանգ սահմաններն են (ըստ ծավալի) 4-ից մինչև 94% H2, իսկ ջրածին-օդ խառնուրդը՝ 4-ից 74% H2 (2 ծավալ H2 և 1 ծավալ O2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ. գազ): V.-ն օգտագործվում է շատ մետաղներ նվազեցնելու համար, քանի որ այն խլում է թթվածինը դրանց օքսիդներից.

CuO + H2 \u003d Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O և այլն:
Վ.-ն հալոգեններով առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.
H2 + Cl2 = 2HCl:

Միաժամանակ այն պայթում է ֆտորով (նույնիսկ մթության մեջ և -252°C-ում), քլորի և բրոմի հետ արձագանքում է միայն լուսավորվելիս կամ տաքացնելիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքանալիս։ V. փոխազդում է ազոտի հետ՝ առաջացնելով ամոնիակ՝ 3H2 + N2 = 2NH3 միայն կատալիզատորի վրա և բարձր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում: Տաքացնելիս Վ.-ն ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ՝ H2 + S = H2S (ջրածնի սուլֆիդ), շատ ավելի դժվար՝ սելենի և թելուրի հետ։ Մաքուր ածխածնի հետ առանց կատալիզատորի V. կարող է արձագանքել միայն բարձր ջերմաստիճաններում՝ 2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան)։ Վ.-ն ուղղակիորեն փոխազդում է որոշ մետաղների (ալկալի, հողալկալիական և այլն) հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ՝ H2 + 2Li = 2LiH։ Գործնական մեծ նշանակություն ունեն ածխածնի օքսիդի ռեակցիաները ածխածնի օքսիդի հետ, որոնց ժամանակ, կախված ջերմաստիճանից, ճնշումից, կատալիզատորից, առաջանում են տարբեր օրգանական միացություններ՝ HCHO, CH3OH և այլն (տես Ածխածնի օքսիդ)։ Չհագեցած ածխաջրածինները փոխազդում են ջրածնի հետ՝ դառնալով հագեցած, օրինակ՝ CnH2n + H2 = CnH2n+2 (տես Ջրածինացում)։

Պարբերական համակարգում այն ​​ունի իր հատուկ դիրքը, որն արտացոլում է նրա դրսևորած հատկությունները և խոսում է նրա էլեկտրոնային կառուցվածքի մասին: Այնուամենայնիվ, բոլորի մեջ կա մեկ հատուկ ատոմ, որը զբաղեցնում է միանգամից երկու բջիջ: Այն գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք բոլորովին հակադիր են իրենց դրսևորված հատկություններով։ Սա ջրածին է: Այս հատկանիշները դարձնում են այն եզակի:

Ջրածինը ոչ միայն տարր է, այլև պարզ նյութ, ինչպես նաև շատ բարդ միացությունների անբաժանելի մաս, կենսագեն և օրգանոգեն տարր: Հետևաբար, մենք ավելի մանրամասն դիտարկում ենք դրա բնութագրերն ու հատկությունները:

Ջրածինը որպես քիմիական տարր

Ջրածինը հիմնական ենթախմբի առաջին խմբի տարրն է, ինչպես նաև առաջին փոքր ժամանակաշրջանում հիմնական ենթախմբի յոթերորդ խմբի տարրը։ Այս շրջանը բաղկացած է ընդամենը երկու ատոմից՝ հելիումից և այն տարրից, որը մենք դիտարկում ենք։ Նկարագրենք ջրածնի դիրքի հիմնական հատկանիշները պարբերական համակարգում։

1. Ջրածնի հերթական համարը 1 է, էլեկտրոնների թիվը՝ համապատասխանաբար, պրոտոնների թիվը՝ նույնը։ Ատոմային զանգվածը 1,00795 է։ Այս տարրի երեք իզոտոպ կա 1, 2, 3 զանգվածային թվերով: Այնուամենայնիվ, դրանցից յուրաքանչյուրի հատկությունները շատ տարբեր են, քանի որ ջրածնի համար զանգվածի նույնիսկ մեկով ավելացումը անմիջապես կրկնապատկվում է:
2. Այն փաստը, որ այն պարունակում է միայն մեկ էլեկտրոն արտաքինից, թույլ է տալիս հաջողությամբ դրսևորել ինչպես օքսիդացնող, այնպես էլ վերականգնող հատկություններ: Բացի այդ, էլեկտրոնի նվիրատվությունից հետո այն մնում է ազատ ուղեծր, որը մասնակցում է քիմիական կապերի առաջացմանը՝ ըստ դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմի։
3. Ջրածինը ուժեղ վերականգնող նյութ է: Ուստի հիմնական ենթախմբի առաջին խումբը համարվում է նրա հիմնական տեղը, որտեղ գլխավորում է ամենաակտիվ մետաղները՝ ալկալիները։
4. Այնուամենայնիվ, ուժեղ վերականգնող նյութերի հետ փոխազդելիս, ինչպիսիք են, օրինակ, մետաղները, այն կարող է լինել նաև օքսիդացնող նյութ՝ ընդունելով էլեկտրոն։ Այս միացությունները կոչվում են հիդրիդներ: Այս հիման վրա այն գլխավորում է հալոգենների ենթախումբը, որոնց հետ նման է։
5. Իր շատ փոքր ատոմային զանգվածի պատճառով ջրածինը համարվում է ամենաթեթև տարրը։ Բացի այդ, դրա խտությունը նույնպես շատ ցածր է, ուստի այն նաև թեթևության չափանիշ է:

Այսպիսով, ակնհայտ է, որ ջրածնի ատոմը միանգամայն եզակի է՝ ի տարբերություն մյուս բոլոր տարրերի։ Հետևաբար նրա հատկությունները նույնպես առանձնահատուկ են, իսկ ձևավորվածները՝ պարզ և բարդ նյութերշատ կարեւոր. Դիտարկենք դրանք հետագա:

պարզ նյութ

Եթե ​​խոսենք այս տարրի մասին որպես մոլեկուլ, ապա պետք է ասենք, որ այն երկատոմիկ է։ Այսինքն՝ ջրածինը (պարզ նյութ) գազ է։ Դրա էմպիրիկ բանաձևը կգրվի որպես H 2, իսկ գրաֆիկականը` մեկ սիգմա կապի H-H միջոցով: Ատոմների միջև կապի ձևավորման մեխանիզմը կովալենտային ոչ բևեռային է։

1. Մեթանի գոլորշու բարեփոխում.
2. Ածխի գազաֆիկացում - գործընթացը ներառում է ածուխի տաքացում մինչև 1000 0 C, որի արդյունքում առաջանում է ջրածնի և բարձր ածխածնի ածխի ձևավորում:
3. Էլեկտրոլիզ. Այս մեթոդըկարող է օգտագործվել միայն ջրային լուծույթների համար տարբեր աղեր, քանի որ հալոցները չեն հանգեցնում կաթոդում ջրի արտահոսքի:

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներ.

1. Մետաղների հիդրիդների հիդրոլիզ.
2. Նոսրացած թթուների ազդեցությունը ակտիվ մետաղների և միջին ակտիվության վրա:
3. Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ:

Ստացված ջրածինը հավաքելու համար անհրաժեշտ է փորձանոթը շրջված պահել։ Ի վերջո, այս գազը չի կարող հավաքվել այնպես, ինչպես, օրինակ, ածխաթթու գազը։ Սա ջրածին է, այն շատ ավելի թեթև է, քան օդը: Այն արագորեն ցնդում է և մեծ քանակությամբ օդի հետ խառնվելիս պայթում է։ Հետեւաբար, խողովակը պետք է շրջված լինի: Լցնելուց հետո այն պետք է փակել ռետինե խցանով։

Հավաքված ջրածնի մաքրությունը ստուգելու համար պետք է վզին վառված լուցկի բերել։ Եթե ​​բամբակը խուլ է և անաղմուկ, ապա գազը մաքուր է՝ նվազագույն օդային կեղտերով։ Եթե ​​այն բարձր է և սուլում է, ապա այն կեղտոտ է, օտար բաղադրիչների մեծ քանակով:

Օգտագործման ոլորտները

Ջրածինը այրելիս այնքան մեծ քանակությամբ էներգիա (ջերմություն) է արտազատվում, որ այս գազը համարվում է ամենաեկամտաբեր վառելիքը։ Բացի այդ, այն էկոլոգիապես մաքուր է: Այնուամենայնիվ, դրա օգտագործումը այս ոլորտում ներկայումս սահմանափակ է: Դա պայմանավորված է մաքուր ջրածնի սինթեզման վատ մտածված և չլուծված խնդիրներով, որը հարմար կլինի օգտագործել որպես վառելիք ռեակտորներում, շարժիչներում և շարժական սարքերում, ինչպես նաև. ջեռուցման կաթսաներբնակելի շենքեր.

Ի վերջո, այս գազի ստացման մեթոդները բավականին թանկ են, ուստի նախ անհրաժեշտ է մշակել սինթեզի հատուկ մեթոդ։ Մեկը, որը թույլ կտա Ձեզ ստանալ ապրանքը մեծ ծավալև նվազագույն գնով:

Կան մի քանի հիմնական ոլորտներ, որոնցում օգտագործվում է մեր դիտարկվող գազը:

1. Քիմիական սինթեզներ. Հիդրոգենացման հիման վրա ստացվում են օճառներ, մարգարիններ, պլաստմասսա։ Ջրածնի մասնակցությամբ սինթեզվում են մեթանոլը և ամոնիակը, ինչպես նաև այլ միացություններ։
2. Սննդի արդյունաբերությունում՝ որպես հավելում E949:
3. Ավիացիոն արդյունաբերություն (հրթիռային շենք, ավիաշինություն):
4. Էներգետիկ արդյունաբերություն.
5. Օդերեւութաբանություն.
6. Էկոլոգիապես մաքուր տեսակի վառելիք։

Ակնհայտ է, որ ջրածինը նույնքան կարևոր է, որքան այն առատ է բնության մեջ: Էլ ավելի մեծ դեր են խաղում նրա կողմից առաջացած տարբեր միացությունները։

Ջրածնի միացություններ

Սրանք ջրածնի ատոմներ պարունակող բարդ նյութեր են։ Նման նյութերի մի քանի հիմնական տեսակներ կան.

1. Ջրածնի հալոգենիդներ. Ընդհանուր բանաձեւը HHal է: Նրանց թվում առանձնահատուկ նշանակություն ունի քլորաջրածինը։ Այն գազ է, որը լուծվում է ջրի մեջ՝ առաջացնելով աղաթթվի լուծույթ։ Այս թթուն լայնորեն կիրառվում է գրեթե բոլոր քիմիական սինթեզներում։ Եվ և՛ օրգանական, և՛ անօրգանական: Ջրածնի քլորիդը միացություն է, որն ունի HCL էմպիրիկ բանաձևը և ամենամեծերից է մեր երկրում տարեկան արտադրության առումով: Ջրածնի հալոգենիդները ներառում են նաև ջրածնի յոդ, ջրածնի ֆտորիդ և ջրածնի բրոմիդ։ Դրանք բոլորը կազմում են համապատասխան թթուներ։
2. Ցնդող Գրեթե բոլորն էլ բավականին թունավոր գազեր. Օրինակ՝ ջրածնի սուլֆիդը, մեթանը, սիլանը, ֆոսֆինը և այլն։ Այնուամենայնիվ, դրանք շատ դյուրավառ են:
3. Հիդրիդները մետաղների հետ միացություններ են։ Նրանք պատկանում են աղերի դասին։
4. Հիդրօքսիդներ՝ հիմքեր, թթուներ և ամֆոտերային միացություններ: Նրանց բաղադրությունը պարտադիր կերպով ներառում է ջրածնի ատոմներ, մեկ կամ ավելի: Օրինակ՝ NaOH, K 2, H 2 SO 4 և այլն:
5. Ջրածնի հիդրօքսիդ. Այս միացությունն ավելի հայտնի է որպես ջուր: Ջրածնի օքսիդի մեկ այլ անուն: Էմպիրիկ բանաձեւն այսպիսի տեսք ունի՝ H 2 O.
6. Ջրածնի պերօքսիդ. Սա ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութն է, որի բանաձևը H 2 O 2 է:
7. Բազմաթիվ օրգանական միացություններ՝ ածխաջրածիններ, սպիտակուցներ, ճարպեր, լիպիդներ, վիտամիններ, հորմոններ, եթերային յուղերեւ ուրիշներ.

Ակնհայտ է, որ մեր դիտարկած տարրի միացությունների բազմազանությունը շատ մեծ է։ Սա եւս մեկ անգամ հաստատում է դա բարձր արժեքբնության և մարդու, ինչպես նաև բոլոր կենդանի էակների համար:

լավագույն լուծիչն է

Ինչպես նշվեց վերևում, այս նյութի ընդհանուր անվանումը ջուր է: Բաղկացած է ջրածնի երկու ատոմից և մեկ թթվածնից՝ փոխկապակցված կովալենտային բևեռային կապերով։ Ջրի մոլեկուլը դիպոլ է, որը բացատրում է նրա շատ հատկություններ։ Մասնավորապես այն, որ այն ունիվերսալ լուծիչ է։

Հենց ջրային միջավայրում են տեղի ունենում գրեթե բոլոր քիմիական գործընթացները։ Կենդանի օրգանիզմներում պլաստիկ և էներգետիկ նյութափոխանակության ներքին ռեակցիաները կատարվում են նաև ջրածնի օքսիդի օգնությամբ։

Ջուրը համարվում է մոլորակի ամենակարևոր նյութը։ Հայտնի է, որ ոչ մի կենդանի օրգանիզմ չի կարող ապրել առանց դրա։ Երկրի վրա այն ի վիճակի է գոյություն ունենալ ագրեգացման երեք վիճակներում.

• հեղուկ;
• գազ (գոլորշու);
• պինդ (սառույց):

Կախված ջրածնի իզոտոպից, որը մոլեկուլի մաս է կազմում, կան երեք տեսակի ջուր.

1. Թեթև կամ պրոտիում: 1 զանգվածային թվով իզոտոպ: Բանաձևը H 2 O է: Սա սովորական ձևն է, որն օգտագործում են բոլոր օրգանիզմները:
2. Դեյտերիում կամ ծանր, դրա բանաձևը D 2 O է: Պարունակում է 2 H իզոտոպը:
3. Սուպեր ծանր կամ տրիտիում: Բանաձևը կարծես T 3 O է, իզոտոպը 3 H է:

Մոլորակի վրա թարմ պրոտիումային ջրի պաշարները շատ կարևոր են։ Այն արդեն շատ երկրներում պակասում է։ Խմելու ջուր ստանալու համար աղի ջրի մշակման մեթոդներ են մշակվում։

Ջրածնի պերօքսիդը ունիվերսալ միջոց է

Այս միացությունը, ինչպես նշվեց վերևում, հիանալի օքսիդացնող նյութ է: Այնուամենայնիվ, ուժեղ ներկայացուցիչների դեպքում այն ​​կարող է նաև վարվել որպես կրճատող: Բացի այդ, այն ունի ընդգծված մանրէասպան ազդեցություն։

Այս միացության մեկ այլ անուն է պերօքսիդ: Հենց այս տեսքով է այն օգտագործվում բժշկության մեջ։ Քննարկվող միացության բյուրեղային հիդրատի 3%-անոց լուծույթը բժշկական դեղամիջոց է, որն օգտագործվում է փոքր վերքերի բուժման համար՝ դրանք ախտահանելու նպատակով: Սակայն ապացուցված է, որ այս դեպքում ժամանակի ընթացքում վերքերի լավացումը մեծանում է։

Ջրածնի պերօքսիդը օգտագործվում է նաև հրթիռային վառելիքի մեջ, արդյունաբերության մեջ՝ ախտահանման և սպիտակեցման համար, որպես փրփրացնող նյութ՝ համապատասխան նյութերի (օրինակ, փրփուր) արտադրության համար։ Բացի այդ, պերօքսիդը օգնում է մաքրել ակվարիումները, սպիտակեցնել մազերը և սպիտակեցնել ատամները: Սակայն միևնույն ժամանակ այն վնասում է հյուսվածքներին, հետևաբար այն խորհուրդ չի տրվում մասնագետների կողմից այդ նպատակով։