senyawa hidrogen di alam. Sifat fisik dan kimia hidrogen

Hidrogen adalah unsur kimia dengan lambang H dan nomor atom 1. Memiliki standar berat atom sekitar 1,008, hidrogen adalah unsur paling ringan pada tabel periodik. Bentuk monoatomiknya (H) adalah bahan kimia yang paling melimpah di alam semesta, terhitung sekitar 75% dari total massa baryon. Bintang sebagian besar terdiri dari hidrogen dalam keadaan plasma. Isotop hidrogen yang paling umum, yang disebut protium (nama ini jarang digunakan, simbol 1H), memiliki satu proton dan tidak memiliki neutron. Munculnya atom hidrogen secara luas pertama kali terjadi di era rekombinasi. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen adalah gas diatomik yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, tidak beracun, non-logam, dan mudah terbakar dengan rumus molekul H2. Karena hidrogen mudah membentuk ikatan kovalen dengan sebagian besar unsur non-logam, sebagian besar hidrogen di Bumi ada dalam bentuk molekul seperti air atau senyawa organik. Hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam reaksi asam-basa karena sebagian besar reaksi berbasis asam melibatkan pertukaran proton antara molekul terlarut. Dalam senyawa ionik, hidrogen dapat berbentuk muatan negatif (yaitu, anion) dan dikenal sebagai hidrida, atau sebagai spesies bermuatan positif (yaitu, kation), dilambangkan dengan simbol H+. Kation hidrogen digambarkan terdiri dari proton sederhana, tetapi kation hidrogen sebenarnya dalam senyawa ionik selalu lebih kompleks. Sebagai satu-satunya atom netral yang persamaan Schrödinger dapat diselesaikan secara analitis, hidrogen (yaitu, studi tentang energi dan ikatan atomnya) telah memainkan peran kunci dalam pengembangan mekanika kuantum. Gas hidrogen pertama kali diproduksi secara artifisial pada awal abad ke-16 melalui reaksi asam dengan logam. Pada tahun 1766-81. Henry Cavendish adalah orang pertama yang mengakui bahwa gas hidrogen adalah zat diskrit, dan menghasilkan air ketika dibakar, maka namanya: hidrogen dalam bahasa Yunani berarti "produsen air". Produksi industri hidrogen terutama terkait dengan konversi uap gas alam dan, lebih jarang, dengan metode yang lebih intensif energi seperti elektrolisis air. Sebagian besar hidrogen digunakan di dekat tempat produksinya, dengan dua penggunaan yang paling umum adalah pemrosesan bahan bakar fosil (misalnya perengkahan air) dan produksi amonia, terutama untuk pasar pupuk. Hidrogen menjadi perhatian dalam metalurgi karena dapat membuat banyak logam menjadi rapuh, sehingga sulit untuk merancang saluran pipa dan tangki penyimpanan.

Properti

Pembakaran

Gas hidrogen (dihidrogen atau hidrogen molekuler) adalah gas yang mudah terbakar yang akan terbakar di udara pada rentang konsentrasi yang sangat luas dari 4% hingga 75% volume. Entalpi pembakaran adalah 286 kJ/mol:

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Gas hidrogen membentuk campuran eksplosif dengan udara dalam konsentrasi 4-74% dan dengan klorin dalam konsentrasi hingga 5,95%. Reaksi eksplosif dapat disebabkan oleh percikan api, panas, atau sinar matahari. Suhu penyalaan otomatis hidrogen, suhu penyalaan spontan di udara, adalah 500 °C (932 °F). Api hidrogen-oksigen murni memancarkan radiasi ultraviolet dan dengan campuran oksigen yang tinggi hampir tidak terlihat dengan mata telanjang, sebagaimana dibuktikan oleh gumpalan samar dari mesin utama Pesawat Ulang-alik dibandingkan dengan gumpalan yang sangat terlihat dari pendorong roket padat Pesawat Ulang-alik, yang menggunakan komposit amonium perklorat. Detektor nyala mungkin diperlukan untuk mendeteksi kebocoran hidrogen yang terbakar; kebocoran seperti itu bisa sangat berbahaya. Nyala hidrogen dalam kondisi lain berwarna biru, dan menyerupai nyala biru gas alam. Tenggelamnya pesawat "Hindenburg" adalah contoh terkenal dari pembakaran hidrogen, dan kasusnya masih dalam diskusi. Api jingga yang terlihat dalam insiden ini disebabkan oleh paparan campuran hidrogen dan oksigen yang dikombinasikan dengan senyawa karbon dari kulit pesawat. H2 bereaksi dengan setiap unsur pengoksidasi. Hidrogen dapat bereaksi secara spontan pada suhu kamar dengan klorin dan fluor untuk membentuk hidrogen halida, hidrogen klorida, dan hidrogen fluorida yang sesuai, yang juga merupakan asam yang berpotensi berbahaya.

Tingkat energi elektron

Tingkat energi keadaan dasar elektron dalam atom hidrogen adalah -13,6 eV, yang setara dengan foton ultraviolet dengan panjang gelombang sekitar 91 nm. Tingkat energi hidrogen dapat dihitung dengan cukup akurat menggunakan model atom Bohr, yang mengkonseptualisasikan elektron sebagai proton "orbital", mirip dengan orbit Bumi Matahari. Namun, elektron atom dan proton disatukan oleh gaya elektromagnetik, dan planet-planet dan benda langit dipegang oleh gravitasi. Karena diskritisasi momentum sudut yang didalilkan dalam mekanika kuantum awal oleh Bohr, elektron dalam model Bohr hanya dapat menempati jarak tertentu yang diizinkan dari proton, dan dengan demikian hanya energi yang diizinkan tertentu. Deskripsi atom hidrogen yang lebih akurat berasal dari perlakuan mekanika kuantum murni yang menggunakan persamaan Schrödinger, persamaan Dirac, atau bahkan sirkuit terpadu Feynman untuk menghitung distribusi kerapatan probabilitas elektron di sekitar proton. Paling metode kompleks pemrosesan memungkinkan untuk memperoleh efek kecil dari teori relativitas khusus dan polarisasi vakum. Dalam kuantum permesinan, elektron dalam keadaan dasar atom hidrogen tidak memiliki torsi sama sekali, menggambarkan bagaimana "orbit planet" berbeda dari gerakan elektron.

Bentuk molekul dasar

Ada dua isomer spin yang berbeda dari molekul hidrogen diatomik yang berbeda dalam spin relatif inti mereka. Dalam bentuk ortohidrogen, spin kedua proton sejajar dan membentuk keadaan triplet dengan bilangan kuantum spin molekul 1 (1/2 + 1/2); dalam bentuk parahidrogen, spinnya antiparalel dan membentuk singlet dengan bilangan kuantum spin molekul 0 (1/2 1/2). Pada suhu dan tekanan standar, gas hidrogen mengandung sekitar 25% bentuk para dan 75% bentuk orto, juga dikenal sebagai "bentuk normal". Rasio kesetimbangan ortohidrogen terhadap parahidrogen tergantung pada suhu, tetapi karena bentuk orto adalah keadaan tereksitasi dan memiliki energi yang lebih tinggi daripada bentuk para, ia tidak stabil dan tidak dapat dimurnikan. Pada suhu yang sangat rendah, keadaan kesetimbangan hampir seluruhnya terdiri dari bentuk para. Sifat termal fase cair dan gas parahidrogen murni berbeda secara signifikan dari bentuk normal karena perbedaan kapasitas panas rotasi, yang dibahas lebih rinci dalam isomer spin hidrogen. Perbedaan orto/pasangan juga terjadi pada molekul atau gugus fungsional lain yang mengandung hidrogen seperti air dan metilen, tetapi hal ini tidak terlalu penting untuk sifat termalnya. Interkonversi tanpa katalis antara para dan orto H2 meningkat dengan meningkatnya suhu; dengan demikian H2 yang terkondensasi dengan cepat mengandung sejumlah besar bentuk ortogonal energi tinggi, yang dengan sangat lambat diubah menjadi bentuk para. Rasio orto/para dalam H2 kental adalah faktor penting dalam persiapan dan penyimpanan hidrogen cair: konversi dari orto ke uap bersifat eksotermik dan menghasilkan panas yang cukup untuk menguapkan sebagian cairan hidrogen, yang mengakibatkan hilangnya bahan cair. Katalis untuk konversi orto-para seperti oksida besi, karbon aktif, asbes berlapis, tanah jarang, senyawa uranium, kromium oksida atau beberapa senyawa nikel digunakan dalam pendinginan hidrogen.

Fase

Gas hidrogen

hidrogen cair

lumpur hidrogen

hidrogen padat

hidrogen metalik

koneksi

Senyawa kovalen dan organik

Sementara H2 tidak terlalu reaktif dalam kondisi standar, ia membentuk senyawa dengan sebagian besar unsur. Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan unsur-unsur yang lebih elektronegatif, seperti halogen (misalnya F, Cl, Br, I) atau oksigen; dalam senyawa ini, hidrogen mengambil parsial muatan positif. Ketika terikat pada fluor, oksigen, atau nitrogen, hidrogen dapat berpartisipasi dalam bentuk ikatan non-kovalen kekuatan sedang dengan hidrogen dari molekul serupa lainnya, sebuah fenomena yang disebut ikatan hidrogen, yang sangat penting untuk stabilitas banyak molekul biologis. Hidrogen juga membentuk senyawa dengan unsur-unsur yang kurang elektronegatif seperti logam dan metaloid, di mana ia mengambil muatan negatif parsial. Senyawa ini sering dikenal sebagai hidrida. Hidrogen membentuk berbagai macam senyawa dengan karbon, yang disebut hidrokarbon, dan bahkan lebih banyak lagi jenis senyawa dengan heteroatom, yang, karena hubungannya yang sama dengan makhluk hidup, disebut senyawa organik. Studi tentang sifat-sifat mereka adalah perhatian kimia organik, dan studi mereka dalam konteks organisme hidup dikenal sebagai biokimia. Menurut beberapa definisi, senyawa "organik" harus hanya mengandung karbon. Namun, sebagian besar juga mengandung hidrogen, dan karena ikatan karbon-hidrogenlah yang memberikan kelas senyawa ini sebagian besar spesifikasinya karakteristik kimia, ikatan karbon-hidrogen diperlukan dalam beberapa definisi kata "organik" dalam kimia. Jutaan hidrokarbon diketahui, dan mereka biasanya dibentuk oleh jalur sintetik kompleks yang jarang melibatkan unsur hidrogen.

hidrida

Senyawa hidrogen sering disebut hidrida. Istilah "hidrida" menunjukkan bahwa atom H telah memperoleh karakter negatif atau anionik, ditunjuk H-, dan digunakan ketika hidrogen membentuk senyawa dengan unsur yang lebih elektropositif. Keberadaan anion hidrida, diusulkan oleh Gilbert N. Lewis pada tahun 1916 untuk hidrida yang mengandung garam golongan 1 dan 2, ditunjukkan oleh Moers pada tahun 1920 dengan elektrolisis litium hidrida cair (LiH), menghasilkan jumlah hidrogen per anoda secara stoikiometri. Untuk hidrida selain logam golongan 1 dan 2, istilah ini menyesatkan mengingat elektronegativitas hidrogen yang rendah. Pengecualian dalam hidrida golongan 2 adalah BeH2, yang merupakan polimer. Dalam litium aluminium hidrida, anion AlH-4 membawa pusat hidrida yang terikat kuat pada Al(III). Meskipun hidrida dapat terbentuk di hampir semua unsur golongan utama, jumlah dan kombinasi senyawa yang mungkin sangat bervariasi; misalnya, lebih dari 100 hidrida borana biner dan hanya satu aluminium hidrida biner yang diketahui. Indium hidrida biner belum diidentifikasi, meskipun ada kompleks besar. Dalam kimia anorganik, hidrida juga dapat berfungsi sebagai ligan penghubung yang menghubungkan dua pusat logam dalam kompleks koordinasi. Fungsi ini terutama merupakan karakteristik unsur golongan 13, terutama pada boran (boron hidrida) dan kompleks aluminium, serta pada gugus karboran.

Proton dan asam

Oksidasi hidrogen melepaskan elektronnya dan menghasilkan H+, yang tidak mengandung elektron dan tidak memiliki inti, yang biasanya terdiri dari satu proton. Inilah sebabnya mengapa H+ sering disebut sebagai proton. Pandangan ini merupakan inti dari diskusi tentang asam. Menurut teori Bronsted-Lowry, asam adalah donor proton dan basa adalah akseptor proton. Proton telanjang, H+, tidak dapat eksis dalam larutan atau dalam kristal ionik karena daya tariknya yang tak tertahankan ke atom atau molekul lain dengan elektron. Kecuali untuk suhu tinggi yang terkait dengan plasma, proton semacam itu tidak dapat dihilangkan dari awan elektron atom dan molekul dan akan tetap melekat padanya. Namun, istilah "proton" kadang-kadang digunakan secara metaforis untuk merujuk pada hidrogen bermuatan positif atau kationik yang terikat pada spesies lain dengan cara ini, dan dengan demikian disebut "H+" tanpa makna bahwa setiap proton individu ada secara bebas sebagai suatu spesies. Untuk menghindari munculnya "proton terlarut" telanjang dalam larutan, larutan asam kadang-kadang dianggap mengandung spesies fiktif yang disebut "ion hidronium" (H 3 O+). Namun, bahkan dalam kasus ini, kation hidrogen terlarut tersebut lebih realistis dianggap sebagai kelompok terorganisir yang membentuk spesies yang dekat dengan H 9O+4. Ion oksonium lainnya ditemukan ketika air berada dalam larutan asam dengan pelarut lain. Meskipun eksotis di Bumi, salah satu ion paling umum di alam semesta adalah H+3, yang dikenal sebagai molekul hidrogen terprotonasi atau kation trihidrogen.

isotop

Hidrogen memiliki tiga isotop alami, ditunjuk 1H, 2H, dan 3H. Inti sangat tidak stabil lainnya (4H hingga 7H) telah disintesis di laboratorium tetapi belum diamati di alam. 1H adalah isotop hidrogen yang paling umum, dengan kelimpahan lebih dari 99,98%. Karena inti isotop ini hanya terdiri dari satu proton, ia diberi nama formal protium yang deskriptif tetapi jarang digunakan. 2H, isotop stabil hidrogen lainnya, dikenal sebagai deuterium dan mengandung satu proton dan satu neutron di dalam nukleus. Dipercaya bahwa semua deuterium di alam semesta dihasilkan selama dentuman Besar dan telah ada sejak itu. Deuterium tidak unsur radioaktif dan tidak menimbulkan bahaya toksisitas yang signifikan. Air yang diperkaya dengan molekul yang mengandung deuterium, bukan hidrogen normal, disebut air berat. Deuterium dan senyawanya digunakan sebagai label non-radioaktif dalam eksperimen kimia dan pelarut untuk spektroskopi 1H-NMR. Air berat digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin untuk reaktor nuklir. Deuterium juga merupakan bahan bakar potensial untuk fusi nuklir komersial. 3H dikenal sebagai tritium dan mengandung satu proton dan dua neutron di dalam nukleus. Ini radioaktif, meluruh menjadi helium-3 melalui peluruhan beta dengan waktu paruh 12,32 tahun. Ini sangat radioaktif sehingga dapat digunakan dalam cat bercahaya, sehingga berguna dalam pembuatan jam tangan dengan dial bercahaya, misalnya. Kaca mencegah sejumlah kecil radiasi keluar. Bukan sejumlah besar tritium terbentuk secara alami oleh interaksi sinar kosmik dengan gas atmosfer; tritium juga telah dirilis selama pengujian senjata nuklir. Ini digunakan dalam reaksi fusi nuklir sebagai indikator geokimia isotop dan dalam perangkat penerangan bertenaga mandiri khusus. Tritium juga telah digunakan dalam eksperimen pelabelan kimia dan biologi sebagai label radioaktif. Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang memiliki nama yang berbeda untuk isotopnya, yang banyak digunakan saat ini. Selama pembelajaran awal radioaktivitas, berbagai isotop radioaktif berat diberi nama sendiri, tetapi nama tersebut tidak lagi digunakan, kecuali deuterium dan tritium. Simbol D dan T (bukan 2H dan 3H) kadang-kadang digunakan untuk deuterium dan tritium, tetapi simbol yang sesuai untuk protium P sudah digunakan untuk fosfor dan dengan demikian tidak tersedia untuk protium. Dalam pedoman tata nama, Persatuan Internasional Kimia Murni dan Terapan mengizinkan simbol apa pun dari D, T, 2H, dan 3H untuk digunakan, meskipun 2H dan 3H lebih disukai. Atom eksotik muonium (simbol Mu), yang terdiri dari antimuon dan elektron, terkadang juga dianggap sebagai radioisotop ringan hidrogen karena perbedaan massa antara antimuon dan elektron, yang ditemukan pada tahun 1960. Selama masa hidup muon, 2,2 s, muonium dapat memasukkan senyawa seperti muonium klorida (MuCl) atau natrium muonida (NaMu), mirip dengan hidrogen klorida dan natrium hidrida.

Cerita

Penemuan dan penggunaan

Pada tahun 1671, Robert Boyle menemukan dan menggambarkan reaksi antara serbuk besi dan asam encer yang menghasilkan gas hidrogen. Pada tahun 1766, Henry Cavendish adalah orang pertama yang mengenali gas hidrogen sebagai zat diskrit, menamakan gas itu "udara yang mudah terbakar" karena reaksi logam-asam. Dia menyarankan bahwa "udara yang mudah terbakar" sebenarnya identik dengan zat hipotetis yang disebut "phlogiston" dan menemukan lagi pada tahun 1781 bahwa gas menghasilkan air ketika dibakar. Diyakini bahwa dialah yang menemukan hidrogen sebagai unsur. Pada tahun 1783, Antoine Lavoisier memberi unsur tersebut nama hidrogen (dari bahasa Yunani -hydro yang berarti "air" dan gen -γενής yang berarti "pencipta") ketika dia dan Laplace mereproduksi data Cavendish bahwa air terbentuk ketika hidrogen dibakar. Lavoisier menghasilkan hidrogen untuk eksperimen konservasi massanya dengan mereaksikan aliran uap dengan besi metalik melalui lampu pijar yang dipanaskan dalam api. Oksidasi anaerobik besi oleh proton air pada suhu tinggi dapat secara skematis diwakili oleh serangkaian reaksi berikut:

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Banyak logam, seperti zirkonium, mengalami reaksi serupa dengan air untuk menghasilkan hidrogen. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh James Dewar pada tahun 1898 menggunakan refrigerasi regeneratif dan penemuannya, labu vakum. Tahun berikutnya, ia menghasilkan hidrogen padat. Deuterium ditemukan pada bulan Desember 1931 oleh Harold Uray dan tritium dibuat pada tahun 1934 oleh Ernest Rutherford, Mark Oliphant dan Paul Harteck. Air berat, yang terdiri dari deuterium, bukan hidrogen biasa, ditemukan oleh kelompok Yurey pada tahun 1932. François Isaac de Rivaz membangun mesin "Rivaz" pertama, mesin pembakaran internal yang ditenagai oleh hidrogen dan oksigen, pada tahun 1806. Edward Daniel Clark menemukan tabung gas hidrogen pada tahun 1819. Baja Döbereiner (pemantik api lengkap pertama) ditemukan pada tahun 1823. Balon hidrogen pertama ditemukan oleh Jacques Charles pada tahun 1783. Hidrogen memberikan kebangkitan bentuk lalu lintas udara pertama yang andal setelah penemuan Henri Giffard tentang pesawat pengangkat hidrogen pertama pada tahun 1852. Bangsawan Jerman Ferdinand von Zeppelin mempromosikan gagasan kapal udara kaku yang diangkat ke udara oleh hidrogen, yang kemudian disebut Zeppelin; yang pertama terbang untuk pertama kalinya pada tahun 1900. Penerbangan terjadwal secara teratur dimulai pada tahun 1910 dan dengan pecahnya Perang Dunia I pada bulan Agustus 1914 mereka telah membawa 35.000 penumpang tanpa insiden besar. Selama perang, kapal udara hidrogen digunakan sebagai platform observasi dan pembom. Penerbangan transatlantik non-stop pertama dilakukan oleh kapal udara Inggris R34 pada tahun 1919. Layanan penumpang reguler dilanjutkan pada 1920-an dan penemuan cadangan helium di Amerika Serikat seharusnya meningkatkan keselamatan penerbangan, tetapi pemerintah AS menolak untuk menjual gas untuk tujuan ini, jadi H2 digunakan di kapal udara Hindenburg, yang dihancurkan di Kebakaran Milan di New Jersey 6 Mei 1937. Insiden itu disiarkan langsung di radio dan direkam dalam video. Secara luas diasumsikan bahwa penyebab penyalaan adalah kebocoran hidrogen, namun penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa lapisan kain aluminized tersulut oleh listrik statis. Tapi saat ini, reputasi hidrogen sebagai gas pengangkat sudah rusak. Pada tahun yang sama, turbogenerator berpendingin hidrogen pertama dengan gas hidrogen sebagai pendingin di rotor dan stator mulai beroperasi pada tahun 1937 di Dayton, Ohio, oleh Dayton Power & Light Co; karena konduktivitas termal gas hidrogen, ini adalah gas yang paling umum digunakan di bidang ini saat ini. Baterai nikel-hidrogen pertama kali digunakan pada tahun 1977 di atas Satelit Teknologi Navigasi AS 2 (NTS-2). ISS, Mars Odyssey dan Mars Global Surveyor dilengkapi dengan baterai nikel-hidrogen. Di bagian gelap orbitnya, Teleskop Luar Angkasa Hubble juga ditenagai oleh baterai nikel-hidrogen, yang akhirnya diganti pada Mei 2009, lebih dari 19 tahun setelah diluncurkan dan 13 tahun setelah dirancang.

Peran dalam teori kuantum

Karena struktur atomnya yang sederhana hanya terdiri dari proton dan elektron, atom hidrogen, bersama dengan spektrum cahaya yang diciptakan atau diserap olehnya, telah menjadi pusat pengembangan teori struktur atom. Selain itu, studi tentang kesederhanaan yang sesuai dari molekul hidrogen dan kation H+2 yang sesuai mengarah pada pemahaman tentang sifat ikatan kimia, yang segera mengikuti perlakuan fisik atom hidrogen dalam mekanika kuantum pada pertengahan 2020. Salah satu efek kuantum pertama yang diamati dengan jelas (tetapi tidak dipahami pada waktu itu) adalah pengamatan Maxwell yang melibatkan hidrogen setengah abad sebelum ada teori mekanika kuantum penuh. Maxwell mencatat bahwa kapasitas panas spesifik H2 secara ireversibel berangkat dari gas diatomik di bawah suhu kamar dan mulai semakin menyerupai kapasitas panas spesifik gas monoatomik pada suhu kriogenik. Menurut teori kuantum, perilaku ini muncul dari jarak (terkuantisasi) tingkat energi rotasi, yang sangat luas di H2 karena massanya yang rendah. Tingkat jarak yang luas ini mencegah pembagian yang sama dari energi panas menjadi gerakan rotasi dalam hidrogen pada suhu rendah. Gas diatom, yang terdiri dari atom yang lebih berat, tidak memiliki tingkat spasi yang luas dan tidak menunjukkan efek yang sama. Antihidrogen adalah analog antimaterial dari hidrogen. Ini terdiri dari antiproton dengan positron. Antihidrogen adalah satu-satunya jenis atom antimateri yang telah diperoleh pada tahun 2015.

Berada di alam

Hidrogen adalah unsur kimia yang paling melimpah di alam semesta, membentuk 75% dari materi normal berdasarkan massa dan lebih dari 90% berdasarkan jumlah atom. (Namun, sebagian besar massa alam semesta tidak dalam bentuk unsur kimia ini, tetapi diperkirakan memiliki bentuk massa yang belum ditemukan seperti materi gelap dan energi gelap.) Unsur ini ditemukan dalam jumlah besar di bintang dan raksasa gas. Awan molekul H2 berhubungan dengan pembentukan bintang. Hidrogen memainkan peran penting dalam menghidupkan bintang melalui reaksi proton-proton dan fusi nuklir dari siklus CNO. Di seluruh dunia, hidrogen terjadi terutama dalam keadaan atom dan plasma dengan sifat yang sangat berbeda dari hidrogen molekuler. Sebagai plasma, elektron dan proton hidrogen tidak terikat satu sama lain, menghasilkan konduktivitas listrik yang sangat tinggi dan emisivitas yang tinggi (menghasilkan cahaya dari Matahari dan bintang lainnya). Partikel bermuatan sangat dipengaruhi oleh medan magnet dan listrik. Misalnya, dalam angin matahari, mereka berinteraksi dengan magnetosfer bumi, menciptakan arus Birkeland dan aurora. Hidrogen berada dalam keadaan atom netral di medium antarbintang. Sejumlah besar hidrogen netral yang ditemukan dalam sistem evanescent Liman-alpha diyakini mendominasi kepadatan baryon kosmologis Alam Semesta hingga pergeseran merah z = 4. Dalam kondisi normal di Bumi, unsur hidrogen ada sebagai gas diatomik, H2. Namun, gas hidrogen sangat langka di atmosfer bumi (1 ppm berdasarkan volume) karena sifatnya yang ringan, yang memungkinkannya mengatasi gravitasi bumi lebih mudah daripada gas yang lebih berat. Namun, hidrogen adalah unsur paling melimpah ketiga di permukaan bumi, yang ada terutama dalam bentuk senyawa kimia seperti hidrokarbon dan air. Gas hidrogen dihasilkan oleh beberapa bakteri dan ganggang dan merupakan komponen alami dari seruling, seperti metana, yang merupakan sumber hidrogen yang semakin signifikan. Suatu bentuk molekul yang disebut hidrogen molekul terprotonasi (H+3) ditemukan di medium antarbintang, di mana ia dihasilkan oleh ionisasi molekul hidrogen dari sinar kosmik. Ion bermuatan ini juga telah diamati di atmosfer atas planet Jupiter. Ion ini relatif stabil di lingkungan karena suhu dan densitasnya yang rendah. H+3 adalah salah satu ion paling melimpah di alam semesta dan memainkan peran penting dalam kimia medium antarbintang. Hidrogen triatomik H3 netral hanya dapat eksis dalam bentuk tereksitasi dan tidak stabil. Sebaliknya, ion hidrogen molekul positif (H+2) adalah molekul langka di alam semesta.

Produksi hidrogen

H2 diproduksi di laboratorium kimia dan biologi, seringkali sebagai produk sampingan dari reaksi lain; dalam industri untuk hidrogenasi substrat tak jenuh; dan di alam sebagai sarana untuk menggantikan ekuivalen pereduksi dalam reaksi biokimia.

Reformasi uap

Hidrogen dapat diproduksi dengan beberapa cara, tetapi secara ekonomis proses yang paling penting melibatkan penghilangan hidrogen dari hidrokarbon, karena sekitar 95% produksi hidrogen pada tahun 2000 berasal dari steam reforming. Secara komersial, hidrogen dalam jumlah besar biasanya diproduksi oleh steam reforming gas alam. Pada suhu tinggi (1000-1400 K, 700-1100 °C atau 1300-2000 °F) uap (steam) bereaksi dengan metana untuk menghasilkan karbon monoksida dan H2.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Reaksi ini yang terbaik tekanan rendah, tetapi, bagaimanapun, itu dapat dilakukan dengan tekanan tinggi(2,0 MPa, 20 atm atau 600 inci merkuri). Ini karena H2 bertekanan tinggi adalah produk yang paling populer dan sistem pembersihan superheat bertekanan bekerja lebih baik pada tekanan yang lebih tinggi. Campuran produk dikenal sebagai "gas sintesis" karena sering digunakan secara langsung untuk menghasilkan metanol dan senyawa terkait. Hidrokarbon selain metana dapat digunakan untuk menghasilkan gas sintesis dengan berbagai rasio produk. Salah satu dari banyak komplikasi dari teknologi yang sangat dioptimalkan ini adalah pembentukan kokas atau karbon:

CH4 → C + 2 H2

Oleh karena itu, steam reforming biasanya menggunakan kelebihan H2O. Hidrogen tambahan dapat diperoleh kembali dari uap menggunakan karbon monoksida melalui reaksi pergeseran gas air, terutama menggunakan katalis oksida besi. Reaksi ini juga merupakan sumber karbon dioksida industri yang umum:

CO + H2O → CO2 + H2

Metode penting lainnya untuk H2 termasuk oksidasi parsial hidrokarbon:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

Dan reaksi batubara, yang dapat berfungsi sebagai pendahuluan dari reaksi pergeseran yang dijelaskan di atas:

C + H2O → CO + H2

Terkadang hidrogen diproduksi dan dikonsumsi dalam proses industri yang sama, tanpa pemisahan. Dalam proses Haber untuk produksi amonia, hidrogen dihasilkan dari gas alam. Elektrolisa larutan garam untuk menghasilkan klorin juga menghasilkan pembentukan hidrogen sebagai produk sampingan.

asam logam

Di laboratorium, H2 biasanya dibuat dengan mereaksikan asam non-pengoksidasi encer dengan logam reaktif tertentu seperti seng dengan peralatan Kipp.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

Aluminium juga dapat menghasilkan H2 bila diolah dengan basa:

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

Elektrolisis air adalah cara sederhana untuk menghasilkan hidrogen. Arus tegangan rendah mengalir melalui air dan gas oksigen dihasilkan di anoda sementara gas hidrogen dihasilkan di katoda. Biasanya, katoda dibuat dari platinum atau logam inert lainnya dalam produksi hidrogen untuk penyimpanan. Namun, jika gas akan dibakar di tempat, keberadaan oksigen diinginkan untuk meningkatkan pembakaran, dan oleh karena itu kedua elektroda akan dibuat dari logam inert. (Misalnya, besi mengoksidasi dan karena itu mengurangi jumlah oksigen yang dilepaskan). Efisiensi maksimum teoritis (listrik yang digunakan dalam kaitannya dengan nilai energi hidrogen yang dihasilkan) berada pada kisaran 80-94%.

2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)

Paduan aluminium dan galium dalam bentuk butiran yang ditambahkan ke air dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen. Proses ini juga menghasilkan alumina, tetapi galium yang mahal, yang mencegah pembentukan kulit oksida pada pelet, dapat digunakan kembali. Ini memiliki implikasi potensial yang penting bagi ekonomi hidrogen, karena hidrogen dapat diproduksi secara lokal dan tidak perlu diangkut.

Sifat termokimia

Ada lebih dari 200 siklus termokimia yang dapat digunakan untuk memisahkan air, sekitar selusin siklus ini, seperti siklus oksida besi, siklus serium (IV) oksida, siklus serium (III) oksida, siklus seng-seng siklus, siklus sulfur yodium, siklus tembaga, dan siklus hibrida klorin dan belerang sedang dalam penelitian dan pengujian untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen dari air dan panas tanpa menggunakan listrik. Sejumlah laboratorium (termasuk di Perancis, Jerman, Yunani, Jepang dan Amerika Serikat) sedang mengembangkan metode termokimia untuk memproduksi hidrogen dari energi matahari dan air.

Korosi anaerobik

Dalam kondisi anaerobik, paduan besi dan baja secara perlahan dioksidasi oleh proton air sambil direduksi dalam molekul hidrogen (H2). Korosi anaerobik besi pertama-tama mengarah pada pembentukan besi hidroksida (karat hijau) dan dapat dijelaskan dengan reaksi berikut: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. Pada gilirannya, dalam kondisi anaerobik, besi hidroksida (Fe (OH) 2) dapat dioksidasi oleh proton air untuk membentuk magnetit dan molekul hidrogen. Proses ini dijelaskan oleh reaksi Shikorra: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 besi hidroksida → magnesium + air + hidrogen. Magnetit yang terkristalisasi dengan baik (Fe3O4) secara termodinamika lebih stabil daripada besi hidroksida (Fe(OH)2). Proses ini terjadi selama korosi anaerobik besi dan baja dalam air tanah anoksik dan ketika tanah direklamasi di bawah permukaan air.

Asal geologis: reaksi serpentinisasi

Dengan tidak adanya oksigen (O2) dalam kondisi geologi yang dalam yang terjadi jauh dari atmosfer bumi, hidrogen (H2) terbentuk selama serpentinisasi oleh oksidasi anaerobik oleh proton air (H+) dari besi silikat (Fe2+) yang ada dalam kisi kristal fayalit ( Fe2SiO4, minal olivin -kelenjar). Reaksi yang sesuai mengarah pada pembentukan magnetit (Fe3O4), kuarsa (SiO2) dan hidrogen (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 fayalite + air → magnetit + kuarsa + hidrogen. Reaksi ini sangat mirip dengan reaksi Shikorra yang diamati pada oksidasi anaerobik besi hidroksida yang kontak dengan air.

Formasi dalam transformer

Dari semua gas berbahaya yang dihasilkan di transformator daya, hidrogen adalah yang paling umum dan dihasilkan di sebagian besar patahan; dengan demikian, pembentukan hidrogen merupakan tanda awal masalah serius dalam siklus hidup transformator.

Aplikasi

Konsumsi dalam berbagai proses

Sejumlah besar H2 dibutuhkan dalam industri perminyakan dan kimia. Penggunaan terbesar H2 adalah untuk pemrosesan ("peningkatan") bahan bakar fosil dan untuk produksi amonia. Di pabrik petrokimia, H2 digunakan dalam hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi dan perengkahan air. H2 memiliki beberapa kegunaan penting lainnya. H2 digunakan sebagai agen hidrogenasi, khususnya untuk meningkatkan tingkat kejenuhan lemak dan minyak tak jenuh (ditemukan dalam barang-barang seperti margarin), dan dalam produksi metanol. Ini juga merupakan sumber hidrogen dalam produksi asam klorida. H2 juga digunakan sebagai agen pereduksi untuk bijih logam. Hidrogen sangat larut dalam banyak logam tanah jarang dan logam transisi dan larut dalam logam nanokristalin dan amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam tergantung pada distorsi lokal atau pengotor dalam kisi kristal. Hal ini dapat berguna ketika hidrogen dimurnikan dengan melewatkan piringan paladium panas, tetapi kelarutan gas yang tinggi merupakan masalah metalurgi yang melemahkan banyak logam, memperumit desain saluran pipa dan tangki penyimpanan. Selain digunakan sebagai reagen, H2 memiliki berbagai aplikasi dalam fisika dan teknik. Ini digunakan sebagai gas pelindung dalam metode pengelasan seperti pengelasan atom hidrogen. H2 digunakan sebagai pendingin rotor pada generator listrik di pembangkit listrik karena memiliki konduktivitas termal tertinggi dari semua gas. H2 cair digunakan dalam penelitian kriogenik, termasuk penelitian superkonduktivitas. Karena H2 lebih ringan dari udara, memiliki densitas lebih dari 1/14 udara, H2 pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat di balon dan kapal udara. Dalam aplikasi yang lebih baru, hidrogen digunakan rapi atau dicampur dengan nitrogen (kadang-kadang disebut gas pembentuk) sebagai gas pelacak untuk deteksi kebocoran instan. Hidrogen digunakan dalam industri otomotif, kimia, energi, kedirgantaraan dan telekomunikasi. Hidrogen adalah aditif makanan yang diizinkan (E 949) yang memungkinkan pengujian kebocoran makanan, di antara sifat antioksidan lainnya. Isotop hidrogen yang langka juga memiliki kegunaan khusus. Deuterium (hidrogen-2) digunakan dalam aplikasi fisi nuklir sebagai moderator neutron lambat dan dalam reaksi fusi nuklir. Senyawa deuterium digunakan dalam bidang kimia dan biologi dalam mempelajari efek isotop dari reaksi. Tritium (hidrogen-3), diproduksi di reaktor nuklir, digunakan dalam pembuatan bom hidrogen, sebagai penanda isotop dalam ilmu biologi, dan sebagai sumber radiasi dalam cat bercahaya. Suhu titik rangkap tiga hidrogen kesetimbangan adalah titik tetap yang menentukan pada skala suhu ITS-90 pada 13,8033 Kelvin.

Media pendingin

Hidrogen umumnya digunakan di pembangkit listrik sebagai pendingin di generator karena sejumlah sifat menguntungkan yang merupakan akibat langsung dari molekul diatomiknya yang ringan. Ini termasuk kepadatan rendah, viskositas rendah, dan kapasitas panas spesifik tertinggi dan konduktivitas termal dari gas apapun.

Pembawa energi

Hidrogen bukanlah sumber energi, kecuali dalam konteks hipotetis pembangkit listrik fusi komersial menggunakan deuterium atau tritium, sebuah teknologi yang saat ini jauh dari matang. Energi Matahari berasal dari fusi nuklir hidrogen, tetapi proses ini sulit dicapai di Bumi. Unsur hidrogen dari solar, biologis atau sumber listrik membutuhkan lebih banyak energi untuk memproduksinya daripada yang dibutuhkan untuk membakarnya, jadi dalam kasus ini hidrogen berfungsi sebagai pembawa energi, mirip dengan baterai. Hidrogen dapat diperoleh dari sumber fosil (seperti metana), tetapi sumber ini dapat habis. Densitas energi per unit volume hidrogen cair dan hidrogen gas terkompresi pada tekanan yang dapat dicapai secara praktis jauh lebih kecil daripada sumber energi konvensional, meskipun densitas energi per unit massa bahan bakar lebih tinggi. Namun, unsur hidrogen telah dibahas secara luas dalam konteks energi sebagai pembawa energi masa depan ekonomi yang luas. Sebagai contoh, penyerapan CO2 yang diikuti dengan penangkapan dan penyimpanan karbon dapat dilakukan pada titik produksi H2 dari bahan bakar fosil. Hidrogen yang digunakan dalam transportasi akan terbakar dengan relatif bersih, dengan sedikit emisi NOx tetapi tanpa emisi karbon. Namun, biaya infrastruktur yang terkait dengan konversi penuh ke ekonomi hidrogen akan sangat besar. Sel bahan bakar dapat mengubah hidrogen dan oksigen langsung menjadi listrik lebih efisien daripada mesin pembakaran internal.

industri semikonduktor

Hidrogen digunakan untuk menjenuhkan ikatan yang menggantung dari silikon amorf dan karbon amorf, yang membantu menstabilkan sifat material. Ini juga merupakan donor elektron potensial dalam berbagai bahan oksida termasuk ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4, dan SrZrO3.

reaksi biologis

H2 adalah produk dari beberapa metabolisme anaerobik dan diproduksi oleh beberapa mikroorganisme, biasanya melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang mengandung besi atau nikel yang disebut hidrogenase. Enzim-enzim ini mengkatalisis reaksi redoks reversibel antara H2 dan dua protonnya serta dua komponen elektronnya. Penciptaan gas hidrogen terjadi dengan mentransfer ekuivalen pereduksi yang dihasilkan oleh fermentasi piruvat menjadi air. Siklus alami produksi dan konsumsi hidrogen oleh organisme disebut siklus hidrogen. Pemisahan air, proses di mana air dipecah menjadi proton, elektron, dan oksigen penyusunnya, terjadi dalam reaksi terang di semua organisme fotosintesis. Beberapa organisme tersebut, termasuk ganggang Chlamydomonas Reinhardtii dan cyanobacteria, telah berevolusi tahap kedua dalam reaksi gelap di mana proton dan elektron direduksi untuk membentuk gas H2 oleh hidrogenase khusus dalam kloroplas. Upaya telah dilakukan untuk memodifikasi hidrase cyanobacterial secara genetik untuk mensintesis gas H2 secara efisien bahkan dengan adanya oksigen. Upaya juga telah dilakukan dengan menggunakan ganggang yang dimodifikasi secara genetik dalam bioreaktor.

Sifat kimia hidrogen

Dalam kondisi normal, molekul Hidrogen relatif tidak aktif, bergabung secara langsung dengan hanya nonlogam yang paling aktif (dengan fluor, dan dalam cahaya juga dengan klorin). Namun, ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan banyak elemen.

Hidrogen bereaksi dengan zat sederhana dan kompleks:

Pada suhu tinggi, hidrogen bereaksi secara langsung dengan beberapa logam(basa, alkali tanah, dan lainnya), membentuk zat kristal putih - hidrida logam (Li H, Na H, KH, CaH 2, dll.):

H2 + 2Li = 2LiH

Hidrida logam mudah terurai oleh air dengan pembentukan alkali dan hidrogen yang sesuai:

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

1). Dengan oksigen Hidrogen membentuk air:

Video "Pembakaran hidrogen"

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

Pada suhu biasa, reaksi berlangsung sangat lambat, di atas 550 ° C - dengan ledakan (campuran 2 volume H2 dan 1 volume O2 disebut gas eksplosif) .

Video "Ledakan gas eksplosif"

Video "Persiapan dan ledakan campuran bahan peledak"

2). Dengan halogen Hidrogen membentuk hidrogen halida, misalnya:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

Hidrogen meledak dengan fluor (bahkan dalam gelap dan pada -252°C), bereaksi dengan klorin dan bromin hanya ketika diterangi atau dipanaskan, dan dengan yodium hanya ketika dipanaskan.

3). Dengan nitrogen Hidrogen bereaksi dengan pembentukan amonia:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

hanya pada katalis dan pada suhu dan tekanan tinggi.

4). Saat dipanaskan, hidrogen bereaksi dengan kuat dengan belerang:

H 2 + S \u003d H 2 S (hidrogen sulfida),

jauh lebih sulit dengan selenium dan telurium.

5). dengan karbon murni Hidrogen dapat bereaksi tanpa katalis hanya pada suhu tinggi:

2H 2 + C (amorf) = CH 4 (metana)

- Hidrogen masuk ke dalam reaksi substitusi dengan oksida logam , sedangkan air terbentuk dalam produk dan logam tereduksi. Hidrogen - menunjukkan sifat-sifat zat pereduksi:

Hidrogen digunakan untuk pemulihan banyak logam, karena menghilangkan oksigen dari oksidanya:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O, dll.

Aplikasi hidrogen

Video "Penggunaan hidrogen"

Saat ini, hidrogen diproduksi dalam jumlah besar. Sebagian besar digunakan dalam sintesis amonia, hidrogenasi lemak dan hidrogenasi batubara, minyak dan hidrokarbon. Selain itu, hidrogen digunakan untuk sintesis asam klorida, metil alkohol, asam hidrosianat, dalam pengelasan dan penempaan logam, serta dalam pembuatan lampu pijar dan batu mulia. Hidrogen mulai dijual dalam silinder di bawah tekanan lebih dari 150 atm. Mereka dicat hijau tua dan dilengkapi dengan tulisan merah "Hidrogen".

Hidrogen digunakan untuk mengubah lemak cair menjadi lemak padat (hidrogenasi), untuk menghasilkan bahan bakar cair dengan menghidrogenasi batubara dan bahan bakar minyak. Dalam metalurgi, hidrogen digunakan sebagai zat pereduksi untuk oksida atau klorida untuk menghasilkan logam dan non-logam (germanium, silikon, galium, zirkonium, hafnium, molibdenum, tungsten, dll.).

Aplikasi praktis hidrogen beragam: biasanya diisi dengan balon, dalam industri kimia ia berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi banyak produk yang sangat penting (amonia, dll.), dalam industri makanan - untuk produksi padat lemak dari minyak nabati, dll. Suhu tinggi (hingga 2600 °C), diperoleh dengan membakar hidrogen dalam oksigen, digunakan untuk melelehkan logam tahan api, kuarsa, dll. Hidrogen cair adalah salah satu bahan bakar jet yang paling efisien. Konsumsi dunia tahunan hidrogen melebihi 1 juta ton.

SIMULATOR

2. Hidrogen

TUGAS UNTUK PENGUATAN

Atom hidrogen memiliki rumus elektronik bagian luar (dan satu-satunya) elektronik level 1 s satu . Di satu sisi, dengan adanya satu elektron di tingkat elektronik terluar, atom hidrogen mirip dengan atom logam alkali. Namun, seperti halnya halogen, ia hanya kekurangan satu elektron untuk mengisi tingkat elektronik eksternal, karena tidak lebih dari 2 elektron dapat ditempatkan pada tingkat elektronik pertama. Ternyata hidrogen dapat ditempatkan secara bersamaan di kelompok pertama dan kedua dari belakang (ketujuh) dari tabel periodik, yang kadang-kadang dilakukan dalam berbagai versi sistem periodik:

Dari sudut pandang sifat-sifat hidrogen sebagai zat sederhana, ia memiliki lebih banyak kesamaan dengan halogen. Hidrogen, serta halogen, adalah non-logam dan membentuk molekul diatomik (H 2) mirip dengan mereka.

Dalam kondisi normal, hidrogen adalah gas, zat tidak aktif. Rendahnya aktivitas hidrogen dijelaskan oleh tingginya kekuatan ikatan antara atom hidrogen dalam molekul, yang membutuhkan pemanasan kuat atau penggunaan katalis, atau keduanya pada saat yang sama, untuk memutuskannya.

Interaksi hidrogen dengan zat sederhana

dengan logam

Dari logam, hidrogen hanya bereaksi dengan alkali dan alkali tanah! Logam alkali termasuk logam-logam dari subkelompok utama golongan I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), dan logam alkali tanah adalah logam-logam dari subkelompok utama golongan II, kecuali berilium dan magnesium (Ca, Sr, Ba , Ra)

Saat berinteraksi dengan logam aktif, hidrogen menunjukkan sifat pengoksidasi, mis. menurunkan keadaan oksidasinya. Dalam hal ini, hidrida logam alkali dan alkali tanah terbentuk, yang memiliki struktur ionik. Reaksi berlangsung jika dipanaskan:

Perlu dicatat bahwa interaksi dengan logam aktif adalah satu-satunya kasus ketika molekul hidrogen H2 adalah agen pengoksidasi.

dengan non-logam

Dari non-logam, hidrogen hanya bereaksi dengan karbon, nitrogen, oksigen, belerang, selenium, dan halogen!

Karbon harus dipahami sebagai grafit atau karbon amorf, karena intan adalah modifikasi alotropik karbon yang sangat inert.

Saat berinteraksi dengan non-logam, hidrogen hanya dapat melakukan fungsi zat pereduksi, yaitu hanya dapat meningkatkan keadaan oksidasinya:

Interaksi hidrogen dengan zat kompleks

dengan oksida logam

Hidrogen tidak bereaksi dengan oksida logam yang berada dalam rangkaian aktivitas logam hingga aluminium (inklusif), namun mampu mereduksi banyak oksida logam di sebelah kanan aluminium ketika dipanaskan:

dengan oksida non-logam

Dari oksida non-logam, hidrogen bereaksi ketika dipanaskan dengan oksida nitrogen, halogen, dan karbon. Dari semua interaksi hidrogen dengan oksida non-logam, reaksinya dengan karbon monoksida CO harus diperhatikan secara khusus.

Campuran CO dan H 2 bahkan memiliki nama sendiri - "gas sintesis", karena, tergantung pada kondisinya, produk industri yang diminta seperti metanol, formaldehida, dan bahkan hidrokarbon sintetis dapat diperoleh darinya:

dengan asam

Hidrogen tidak bereaksi dengan asam anorganik!

Dari asam organik, hidrogen hanya bereaksi dengan asam tak jenuh, serta dengan asam yang mengandung gugus fungsi yang dapat direduksi oleh hidrogen, khususnya gugus aldehida, keto, atau nitro.

dengan garam

Kapan larutan air garam, interaksinya dengan hidrogen tidak berlanjut. Namun, ketika hidrogen dilewatkan pada garam padat dari beberapa logam dengan aktivitas sedang dan rendah, reduksi sebagian atau seluruhnya dimungkinkan, misalnya:

Sifat kimia halogen

Halogen disebut unsur kimia Gugus VIIA (F, Cl, Br, I, At), serta zat sederhana yang dibentuknya. Selanjutnya, kecuali dinyatakan lain, halogen akan dipahami sebagai zat sederhana.

Semua halogen memiliki struktur molekul, yang menyebabkan titik leleh dan titik didih zat ini rendah. Molekul halogen bersifat diatomik, yaitu rumus mereka dapat ditulis dalam bentuk umum sebagai Hal 2 .

Perlu dicatat sifat fisik spesifik yodium seperti kemampuannya untuk: sublimasi atau, dengan kata lain, sublimasi. sublimasi, mereka menyebut fenomena di mana suatu zat dalam keadaan padat tidak meleleh ketika dipanaskan, tetapi, melewati fase cair, segera masuk ke keadaan gas.

Struktur elektronik tingkat energi eksternal atom halogen apa pun memiliki bentuk ns 2 np 5, di mana n adalah nomor periode tabel periodik tempat halogen berada. Seperti yang Anda lihat, hanya satu elektron yang hilang dari kulit terluar delapan elektron atom halogen. Dari sini adalah logis untuk mengasumsikan sifat pengoksidasi yang dominan dari halogen bebas, yang juga dikonfirmasi dalam praktik. Seperti yang Anda ketahui, keelektronegatifan non-logam berkurang ketika bergerak ke bawah subkelompok, dan oleh karena itu aktivitas halogen menurun dalam seri:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

Interaksi halogen dengan zat sederhana

Semua halogen sangat reaktif dan bereaksi dengan sebagian besar zat sederhana. Namun, perlu dicatat bahwa fluor, karena reaktivitasnya yang sangat tinggi, dapat bereaksi bahkan dengan bahan-bahan tersebut zat sederhana dimana halogen lain tidak dapat bereaksi. Zat sederhana tersebut termasuk oksigen, karbon (berlian), nitrogen, platinum, emas, dan beberapa gas mulia (xenon dan kripton). Itu. sebenarnya, fluor tidak bereaksi hanya dengan beberapa gas mulia.

Halogen yang tersisa, mis. klorin, brom dan yodium juga merupakan zat aktif, tetapi kurang aktif daripada fluor. Mereka bereaksi dengan hampir semua zat sederhana kecuali oksigen, nitrogen, karbon dalam bentuk berlian, platinum, emas, dan gas mulia.

Interaksi halogen dengan nonlogam

hidrogen

Semua halogen bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrogen halida dengan rumus umum HHal. Pada saat yang sama, reaksi fluor dengan hidrogen dimulai secara spontan bahkan dalam gelap dan berlanjut dengan ledakan sesuai dengan persamaan:

Reaksi klorin dengan hidrogen dapat dimulai dengan penyinaran atau pemanasan ultraviolet yang intens. Juga bocor dengan ledakan:

Brom dan yodium bereaksi dengan hidrogen hanya ketika dipanaskan, dan pada saat yang sama, reaksi dengan yodium dapat dibalik:

fosfor

Interaksi fluor dengan fosfor menyebabkan oksidasi fosfor ke tingkat oksidasi tertinggi (+5). Dalam hal ini, pembentukan fosfor pentafluorida terjadi:

Ketika klorin dan bromin berinteraksi dengan fosfor, adalah mungkin untuk memperoleh fosfor halida baik dalam keadaan oksidasi + 3 dan dalam keadaan oksidasi + 5, yang tergantung pada proporsi reaktan:

Sementara itu, dalam kasus fosfor putih dalam suasana fluor, klorin atau brom cair, reaksi dimulai secara spontan.

Interaksi fosfor dengan yodium dapat menyebabkan pembentukan hanya fosfor triiodida karena kemampuan pengoksidasi yang jauh lebih rendah daripada halogen lainnya:

Abu-abu

Fluor mengoksidasi belerang ke tingkat oksidasi tertinggi +6, membentuk belerang heksafluorida:

Klorin dan bromin bereaksi dengan belerang, membentuk senyawa yang mengandung belerang dalam keadaan oksidasi yang sangat tidak biasa untuk +1 dan +2. Interaksi ini sangat spesifik, dan untuk lulus ujian kimia, kemampuan untuk menuliskan persamaan interaksi ini tidak diperlukan. Oleh karena itu, tiga persamaan berikut diberikan sebagai pedoman:

Interaksi halogen dengan logam

Seperti disebutkan di atas, fluor dapat bereaksi dengan semua logam, bahkan yang tidak aktif seperti platinum dan emas:

Halogen yang tersisa bereaksi dengan semua logam kecuali platinum dan emas:

Reaksi halogen dengan zat kompleks

Reaksi substitusi dengan halogen

Halogen yang lebih aktif, mis. yang unsur-unsur kimianya terletak lebih tinggi dalam tabel periodik, dapat menggantikan halogen yang kurang aktif dari asam hidrohalat dan halida logam yang mereka bentuk:

Demikian pula, brom dan yodium menggantikan belerang dari larutan sulfida dan atau hidrogen sulfida:

Klorin adalah zat pengoksidasi yang lebih kuat dan mengoksidasi hidrogen sulfida dalam larutan berairnya bukan menjadi belerang, tetapi menjadi asam sulfat:

Interaksi halogen dengan air

Air terbakar dalam fluor dengan nyala biru sesuai dengan persamaan reaksi:

Brom dan klorin bereaksi berbeda dengan air daripada fluor. Jika fluor bertindak sebagai zat pengoksidasi, maka klorin dan bromin tidak proporsional dalam air, membentuk campuran asam. Dalam hal ini, reaksinya reversibel:

Interaksi yodium dengan air berlangsung sedemikian rupa sehingga dapat diabaikan dan dianggap bahwa reaksi tidak berlangsung sama sekali.

Interaksi halogen dengan larutan alkali

Fluor, ketika berinteraksi dengan larutan alkali berair, sekali lagi bertindak sebagai zat pengoksidasi:

Kemampuan menulis persamaan ini tidak diperlukan untuk lulus ujian. Cukuplah untuk mengetahui fakta tentang kemungkinan interaksi semacam itu dan peran pengoksidasi fluor dalam reaksi ini.

Tidak seperti fluor, halogen yang tersisa tidak proporsional dalam larutan alkali, yaitu, mereka secara bersamaan meningkatkan dan menurunkan keadaan oksidasinya. Pada saat yang sama, dalam kasus klorin dan bromin, tergantung pada suhu, aliran dalam dua arah yang berbeda dimungkinkan. Khususnya, dalam dingin, reaksi berlangsung sebagai berikut:

dan ketika dipanaskan:

Yodium bereaksi dengan alkali secara eksklusif sesuai dengan opsi kedua, yaitu. dengan terbentuknya iodat, karena hipoiodit tidak stabil tidak hanya ketika dipanaskan, tetapi juga pada suhu biasa dan bahkan dalam cuaca dingin.

distribusi di alam. V. tersebar luas di alam, kandungannya di kerak bumi (litosfer dan hidrosfer) adalah 1% massa dan 16% jumlah atom. V. adalah bagian dari zat paling umum di Bumi - air (11,19% dari V. massa), dalam komposisi senyawa yang membentuk batu bara, minyak, gas alam, tanah liat, serta organisme hewan dan tumbuhan (mis. , dalam komposisi protein, asam nukleat, lemak, karbohidrat, dll.). Dalam keadaan bebas, V. sangat langka; ditemukan dalam jumlah kecil di gunung berapi dan lainnya gas alam. Jumlah V. bebas yang dapat diabaikan (0,0001% berdasarkan jumlah atom) ada di atmosfer. Di ruang dekat Bumi, V. dalam bentuk aliran proton membentuk sabuk radiasi internal (“proton”) Bumi. Dalam ruang, V. adalah elemen yang paling umum. Dalam bentuk plasma, ia membentuk sekitar setengah massa Matahari dan sebagian besar bintang, bagian utama dari gas medium antarbintang dan nebula gas. V. hadir di atmosfer sejumlah planet dan di komet dalam bentuk H2 bebas, metana CH4, amonia NH3, air H2O, radikal seperti CH, NH, OH, SiH, PH, dll. Dalam bentuk aliran proton, V. adalah bagian dari radiasi sel Matahari dan sinar kosmik.

Isotop, atom dan molekul. V. biasa terdiri dari campuran dua isotop stabil: V ringan, atau protium (1H), dan V berat, atau deuterium (2H, atau D). Dalam senyawa alami V., ada rata-rata 6.800 atom 1H per 1 atom 2H. Isotop radioaktif telah diperoleh secara artifisial - B. superberat, atau tritium (3H, atau T), dengan radiasi lunak dan waktu paruh T1 / 2 = 12,262 tahun. Di alam, tritium terbentuk, misalnya, dari nitrogen atmosfer di bawah aksi neutron sinar kosmik; itu diabaikan di atmosfer (4-10-15% dari jumlah total atom udara). Isotop 4H yang sangat tidak stabil telah diperoleh. Nomor massa isotop 1H, 2H, 3H dan 4H berturut-turut 1,2, 3 dan 4 menunjukkan bahwa inti atom protium hanya mengandung 1 proton, deuterium - 1 proton dan 1 neutron, tritium - 1 proton dan 2 neutron, 4H - 1 proton dan 3 neutron. Perbedaan besar dalam massa isotop hidrogen menyebabkan perbedaan yang lebih nyata dalam sifat fisik dan kimianya daripada dalam kasus isotop unsur lain.

Atom V. memiliki struktur paling sederhana di antara atom-atom dari semua unsur lainnya: ia terdiri dari nukleus dan satu elektron. Energi ikat elektron dengan inti (potensial ionisasi) adalah 13,595 eV. Atom netral V. juga dapat mengikat elektron kedua, membentuk ion negatif H-; dalam hal ini, energi ikat elektron kedua dengan atom netral (afinitas elektron) adalah 0,78 eV. Mekanika kuantum memungkinkan untuk menghitung semua tingkat energi yang mungkin dari atom, dan, akibatnya, untuk memberikan interpretasi lengkap dari spektrum atomnya. Atom V digunakan sebagai atom model dalam perhitungan mekanika kuantum dari tingkat energi atom lain yang lebih kompleks. Molekul B. H2 terdiri dari dua atom yang dihubungkan oleh ikatan kimia kovalen. Energi disosiasi (yaitu, peluruhan menjadi atom) adalah 4,776 eV (1 eV = 1,60210-10-19 J). Jarak antar atom pada posisi kesetimbangan inti adalah 0,7414-Å. Pada suhu tinggi, molekul V. terdisosiasi menjadi atom (tingkat disosiasi pada 2000°C adalah 0,0013; pada 5000 °C adalah 0,95). Atom V. juga terbentuk dalam berbagai reaksi kimia (misalnya, oleh aksi Zn pada asam klorida). Namun, keberadaan V. dalam keadaan atom hanya berlangsung dalam waktu singkat, atom-atom bergabung kembali menjadi molekul H2.

fisik dan Sifat kimia. V. - paling ringan dari semua zat yang diketahui (14,4 kali lebih ringan dari udara), kepadatan 0,0899 g / l pada 0 ° C dan 1 atm. V. mendidih (mencair) dan meleleh (memadat) masing-masing pada -252,6°C dan -259,1°C (hanya helium yang memiliki titik leleh dan titik didih lebih rendah). Suhu kritis V. sangat rendah (-240 ° C), sehingga pencairannya dikaitkan dengan kesulitan besar; tekanan kritis 12,8 kgf/cm2 (12,8 atm), densitas kritis 0,0312 g/cm3. Dari semua gas, V. memiliki konduktivitas termal tertinggi, sebesar 0,174 W / (m-K) pada 0 ° C dan 1 atm, yaitu 4,16-0-4 kal / (s-cm- ° C). Kapasitas kalor jenis V. pada 0 ° C dan 1 atm Cp 14,208-103 j / (kg-K), yaitu 3,394 kal / (g- ° C). V. sedikit larut dalam air (0,0182 ml / g pada 20 ° C dan 1 atm), tetapi baik - dalam banyak logam (Ni, Pt, Pd, dll), terutama dalam paladium (850 volume per 1 volume Pd) . Kelarutan V. dalam logam dikaitkan dengan kemampuannya untuk berdifusi melalui mereka; difusi melalui paduan karbon (misalnya, baja) kadang-kadang disertai dengan penghancuran paduan karena interaksi baja dengan karbon (yang disebut dekarbonisasi). Air cair sangat ringan (densitas pada -253°C 0,0708 g/cm3) dan cair (viskositas pada -253°C 13,8 celcius).

Dalam kebanyakan senyawa, V. menunjukkan valensi (lebih tepatnya, keadaan oksidasi) +1, seperti natrium dan logam alkali lainnya; biasanya ia dianggap sebagai analog dari logam ini, pos 1 gr. sistem Mendeleev. Namun, dalam hidrida logam, ion B. bermuatan negatif (kondisi oksidasi -1), yaitu, Na + H- hidrida dibangun seperti Na + Cl- klorida. Ini dan beberapa fakta lainnya (kedekatan sifat fisik V. dan halogen, kemampuan halogen untuk menggantikan V. dalam senyawa organik) memberikan alasan untuk mengatribusikan V. juga ke golongan VII dari sistem periodik (untuk lebih jelasnya, lihat sistem periodik unsur). Dalam kondisi normal, molekul V. relatif tidak aktif, bergabung secara langsung dengan hanya nonlogam yang paling aktif (dengan fluor, dan dalam cahaya dengan klorin). Namun, ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan banyak elemen. Atom V. telah meningkatkan aktivitas kimia dibandingkan dengan molekul V.. V. membentuk air dengan oksigen: H2 + 1 / 2O2 = H2O dengan pelepasan 285.937-103 J / mol, yaitu 68.3174 kkal / mol panas (pada 25 ° C dan 1 atm). Pada suhu biasa, reaksi berlangsung sangat lambat, di atas 550 ° C - dengan ledakan. Batas ledakan campuran hidrogen-oksigen adalah (berdasarkan volume) dari 4 hingga 94% H2, dan campuran hidrogen-udara - dari 4 hingga 74% H2 (campuran 2 volume H2 dan 1 volume O2 disebut eksplosif gas). V. digunakan untuk mereduksi banyak logam, karena menghilangkan oksigen dari oksidanya:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O, dll.
V. membentuk hidrogen halida dengan halogen, misalnya:
H2 + Cl2 = 2HCl.

Pada saat yang sama, ia meledak dengan fluor (bahkan dalam gelap dan pada -252°C), bereaksi dengan klorin dan bromin hanya ketika diterangi atau dipanaskan, dan dengan yodium hanya ketika dipanaskan. V. berinteraksi dengan nitrogen untuk membentuk amonia: 3H2 + N2 = 2NH3 hanya pada katalis dan pada suhu dan tekanan tinggi. Ketika dipanaskan, V. bereaksi hebat dengan belerang: H2 + S = H2S (hidrogen sulfida), jauh lebih sulit dengan selenium dan telurium. V. dapat bereaksi dengan karbon murni tanpa katalis hanya pada suhu tinggi: 2H2 + C (amorf) = CH4 (metana). V. langsung bereaksi dengan beberapa logam (alkali, alkali tanah, dll.), membentuk hidrida: H2 + 2Li = 2LiH. Yang sangat penting secara praktis adalah reaksi karbon monoksida dengan karbon monoksida, di mana, tergantung pada suhu, tekanan, dan katalis, berbagai senyawa organik terbentuk, seperti HCHO, CH3OH, dan lainnya (lihat Karbon monoksida). Hidrokarbon tak jenuh bereaksi dengan hidrogen, menjadi jenuh, misalnya: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (lihat Hidrogenasi).

Dalam sistem periodik, ia memiliki posisi spesifiknya sendiri, yang mencerminkan sifat-sifat yang ditunjukkannya dan berbicara tentang struktur elektroniknya. Namun, di antara semuanya ada satu atom khusus yang menempati dua sel sekaligus. Itu terletak di dua kelompok elemen yang sepenuhnya berlawanan dalam sifat-sifatnya yang dimanifestasikan. Ini adalah hidrogen. Fitur-fitur ini membuatnya unik.

Hidrogen bukan hanya unsur, tetapi juga zat sederhana, serta bagian integral dari banyak senyawa kompleks, unsur biogenik dan organogenik. Karena itu, kami mempertimbangkan karakteristik dan propertinya secara lebih rinci.

Hidrogen sebagai unsur kimia

Hidrogen adalah unsur dari kelompok pertama dari subkelompok utama, serta kelompok ketujuh dari subkelompok utama pada periode kecil pertama. Periode ini hanya terdiri dari dua atom: helium dan elemen yang sedang kita bahas. Mari kita jelaskan fitur utama dari posisi hidrogen dalam sistem periodik.

1. Nomor urut hidrogen adalah 1, jumlah elektron sama, masing-masing, jumlah proton sama. Massa atom adalah 1,00795. Ada tiga isotop unsur ini dengan nomor massa 1, 2, 3. Namun, sifat masing-masing sangat berbeda, karena peningkatan massa bahkan satu untuk hidrogen langsung berlipat ganda.
2. Fakta bahwa ia hanya mengandung satu elektron di bagian luar memungkinkannya untuk berhasil menunjukkan sifat pengoksidasi dan pereduksi. Selain itu, setelah pemberian elektron, ia tetap menjadi orbital bebas, yang mengambil bagian dalam pembentukan ikatan kimia menurut mekanisme donor-akseptor.
3. Hidrogen merupakan reduktor kuat. Oleh karena itu, kelompok pertama dari subkelompok utama dianggap sebagai tempat utamanya, di mana ia memimpin logam paling aktif - alkali.
4. Namun, ketika berinteraksi dengan zat pereduksi kuat, seperti, misalnya, logam, ia juga dapat menjadi zat pengoksidasi, menerima elektron. Senyawa ini disebut hidrida. Atas dasar ini, ia mengepalai subkelompok halogen, yang serupa.
5. Karena massa atomnya yang sangat kecil, hidrogen dianggap sebagai unsur paling ringan. Selain itu, kerapatannya juga sangat rendah, sehingga juga menjadi tolak ukur ringannya.

Dengan demikian, jelaslah bahwa atom hidrogen adalah suatu yang benar-benar unik, tidak seperti semua unsur lainnya. Akibatnya, sifat-sifatnya juga istimewa, dan yang terbentuk sederhana dan zat kompleks sangat penting. Mari kita pertimbangkan lebih lanjut.

bahan sederhana

Jika kita berbicara tentang elemen ini sebagai molekul, maka kita harus mengatakan bahwa itu adalah diatomik. Artinya, hidrogen (zat sederhana) adalah gas. Rumus empirisnya akan ditulis sebagai H 2, dan rumus grafisnya - melalui ikatan sigma tunggal H-H. Mekanisme pembentukan ikatan antar atom adalah kovalen non-polar.

1. Reformasi uap metana.
2. Gasifikasi batubara - prosesnya melibatkan pemanasan batubara hingga 1000 0 C, menghasilkan pembentukan hidrogen dan batubara karbon tinggi.
3. Elektrolisa. Metode ini hanya dapat digunakan untuk larutan berair berbagai garam, karena lelehan tidak menyebabkan pelepasan air di katoda.

Metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen:

1. Hidrolisis hidrida logam.
2. Aksi asam encer pada logam aktif dan aktivitas sedang.
3. Interaksi logam alkali dan alkali tanah dengan air.

Untuk mengumpulkan hidrogen yang dihasilkan, tabung reaksi harus terbalik. Lagi pula, gas ini tidak dapat dikumpulkan dengan cara yang sama seperti, misalnya, karbon dioksida. Ini adalah hidrogen, jauh lebih ringan dari udara. Ini menguap dengan cepat, dan meledak ketika dicampur dengan udara dalam jumlah besar. Oleh karena itu, tabung harus dibalik. Setelah diisi, itu harus ditutup dengan sumbat karet.

Untuk memeriksa kemurnian hidrogen yang terkumpul, Anda harus membawa korek api yang menyala ke leher. Jika kapas tuli dan tenang, maka gasnya bersih, dengan sedikit kotoran udara. Jika keras dan bersiul, itu kotor, dengan sebagian besar komponen asing.

Area penggunaan

Ketika hidrogen dibakar, sejumlah besar energi (panas) dilepaskan sehingga gas ini dianggap sebagai bahan bakar yang paling menguntungkan. Selain itu, ramah lingkungan. Namun, penggunaannya di area ini saat ini terbatas. Hal ini disebabkan oleh masalah yang tidak dipahami dan belum terpecahkan dalam mensintesis hidrogen murni, yang akan cocok untuk digunakan sebagai bahan bakar di reaktor, mesin dan perangkat portabel, serta boiler pemanas bangunan tempat tinggal.

Lagi pula, metode untuk mendapatkan gas ini cukup mahal, jadi pertama-tama perlu dikembangkan metode sintesis khusus. Salah satu yang memungkinkan Anda menerima produk di volume besar dan dengan biaya minimal.

Ada beberapa area utama di mana gas yang kami pertimbangkan digunakan.

1. Sintesis kimia. Berdasarkan hidrogenasi, sabun, margarin, dan plastik diperoleh. Dengan partisipasi hidrogen, metanol dan amonia disintesis, serta senyawa lainnya.
2. Dalam industri makanan - sebagai aditif E949.
3. Industri penerbangan (pembuatan roket, pembuatan pesawat terbang).
4. Industri listrik.
5. Meteorologi.
6. Bahan bakar jenis ramah lingkungan.

Jelas, hidrogen sama pentingnya dengan melimpah di alam. Peran yang lebih besar dimainkan oleh berbagai senyawa yang dibentuk olehnya.

Senyawa hidrogen

Ini adalah zat kompleks yang mengandung atom hidrogen. Ada beberapa jenis utama zat tersebut.

1. Hidrogen halida. Rumus umumnya adalah HHal. Yang paling penting di antara mereka adalah hidrogen klorida. Ini adalah gas yang larut dalam air untuk membentuk larutan asam klorida. Asam ini banyak digunakan di hampir semua sintesis kimia. Dan baik organik maupun anorganik. Hidrogen klorida adalah senyawa yang memiliki rumus empiris HCL dan merupakan salah satu yang terbesar dalam hal produksi tahunan di negara kita. Hidrogen halida juga termasuk hidrogen iodida, hidrogen fluorida, dan hidrogen bromida. Semuanya membentuk asam yang sesuai.
2. Volatile Hampir semuanya cukup gas beracun. Misalnya hidrogen sulfida, metana, silan, fosfin dan lain-lain. Namun, mereka sangat mudah terbakar.
3. Hidrida adalah senyawa dengan logam. Mereka termasuk dalam kelas garam.
4. Hidroksida: basa, asam dan senyawa amfoter. Komposisi mereka harus mencakup atom hidrogen, satu atau lebih. Contoh : NaOH, K2 , H2SO4 dan lain-lain.
5. Hidrogen hidroksida. Senyawa ini lebih dikenal dengan air. Nama lain dari hidrogen oksida. Rumus empiris terlihat seperti ini - H 2 O.
6. Hidrogen peroksida. Ini adalah oksidator terkuat, rumusnya adalah H 2 O 2.
7. Banyak senyawa organik: hidrokarbon, protein, lemak, lipid, vitamin, hormon, minyak esensial dan lain-lain.

Jelas, variasi senyawa dari unsur yang kita pertimbangkan sangat besar. Ini sekali lagi menegaskannya bernilai tinggi untuk alam dan manusia, serta untuk semua makhluk hidup.

adalah pelarut terbaik

Seperti disebutkan di atas, nama umum untuk zat ini adalah air. Terdiri dari dua atom hidrogen dan satu oksigen, saling berhubungan oleh ikatan polar kovalen. Molekul air adalah dipol, yang menjelaskan banyak sifat-sifatnya. Secara khusus, fakta bahwa itu adalah pelarut universal.

Di lingkungan akuatik inilah hampir semua proses kimia terjadi. Reaksi internal metabolisme plastik dan energi pada organisme hidup juga dilakukan dengan bantuan hidrogen oksida.

Air dianggap sebagai zat terpenting di planet ini. Diketahui bahwa tidak ada organisme hidup yang dapat hidup tanpanya. Di Bumi, ia dapat eksis dalam tiga keadaan agregasi:

• cairan;
• gas (uap);
• padat (es).

Tergantung pada isotop hidrogen yang merupakan bagian dari molekul, ada tiga jenis air.

1. Cahaya atau protium. Isotop dengan nomor massa 1. Rumusnya adalah H 2 O. Ini adalah bentuk yang biasa digunakan semua organisme.
2. Deuterium atau berat, rumusnya adalah D 2 O. Mengandung isotop 2 H.
3. Super berat atau tritium. Rumusnya terlihat seperti T 3 O, isotopnya adalah 3 H.

Cadangan air protium segar di planet ini sangat penting. Itu sudah kurang di banyak negara. Metode sedang dikembangkan untuk mengolah air asin untuk mendapatkan air minum.

Hidrogen peroksida adalah obat universal

Senyawa ini, seperti disebutkan di atas, adalah zat pengoksidasi yang sangat baik. Namun, dengan perwakilan yang kuat, ia juga dapat berperilaku sebagai peredam. Selain itu, ia memiliki efek bakterisida yang nyata.

Nama lain senyawa ini adalah peroksida. Dalam bentuk inilah ia digunakan dalam pengobatan. Larutan 3% dari hidrat kristalin dari senyawa yang dimaksud adalah obat medis yang digunakan untuk mengobati luka kecil untuk dekontaminasi. Namun, telah terbukti bahwa dalam kasus ini, penyembuhan luka dari waktu ke waktu meningkat.

Juga, hidrogen peroksida digunakan dalam bahan bakar roket, dalam industri untuk desinfeksi dan pemutihan, sebagai bahan pembusa untuk produksi bahan yang sesuai (busa, misalnya). Selain itu, peroksida membantu membersihkan akuarium, memutihkan rambut, dan memutihkan gigi. Namun, pada saat yang sama merusak jaringan, oleh karena itu tidak direkomendasikan oleh spesialis untuk tujuan ini.