წყალბადი H არის ქიმიური ელემენტი, ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ჩვენს სამყაროში. წყალბადის, როგორც ელემენტის მასა ნივთიერებების შემადგენლობაში არის სხვა ტიპის ატომების მთლიანი შემცველობის 75%. იგი შედის პლანეტის ყველაზე მნიშვნელოვან და სასიცოცხლო კავშირში - წყალში. წყალბადის გამორჩეული თვისება ისიც არის, რომ ის პირველი ელემენტია D. I. მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში.
აღმოჩენა და გამოკვლევა
პირველი ცნობები წყალბადის შესახებ პარაცელსუსის თხზულებებში თარიღდება მეთექვსმეტე საუკუნით. მაგრამ მისი იზოლაცია ჰაერის აირის ნარევიდან და აალებადი თვისებების შესწავლა უკვე მეჩვიდმეტე საუკუნეში გაკეთდა მეცნიერ ლემერის მიერ. წყალბადი საფუძვლიანად შეისწავლა ინგლისელმა ქიმიკოსმა, ფიზიკოსმა და ბუნებისმეტყველმა ჰენრი კავენდიშმა, რომელმაც ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ წყალბადის მასა ყველაზე მცირეა სხვა აირებთან შედარებით. მეცნიერების განვითარების შემდგომ ეტაპებზე მასთან მუშაობდა მრავალი მეცნიერი, განსაკუთრებით ლავუაზიე, რომელიც მას „წყლის მშობიარობას“უწოდებდა.
მახასიათებელი PSHE-ში პოზიციის მიხედვით
ელემენტი, რომელიც იხსნებად.ი.მენდელეევის პერიოდული სისტემა წყალბადია. ატომის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს ახასიათებს ორმაგობა, რადგან წყალბადი ერთდროულად მიეკუთვნება პირველ ჯგუფს, მთავარ ქვეჯგუფს, თუ ის იქცევა როგორც მეტალი და თმობს ერთ ელექტრონს ქიმიური რეაქციის პროცესში, და მეშვიდე - ვალენტური გარსის სრული შევსების შემთხვევაში, ანუ მიმღები უარყოფითი ნაწილაკი, რომელიც მას ჰალოგენების მსგავსს ახასიათებს.
ელემენტის ელექტრონული სტრუქტურის მახასიათებლები
წყალბადის ატომის თვისებები, რთული ნივთიერებები, რომელთა შემადგენლობაში შედის და უმარტივესი ნივთიერება H2, პირველ რიგში, განისაზღვრება წყალბადის ელექტრონული კონფიგურაციით. ნაწილაკს აქვს ერთი ელექტრონი Z=(-1), რომელიც ბრუნავს თავის ორბიტაზე ბირთვის გარშემო, შეიცავს ერთ პროტონს ერთეული მასით და დადებითი მუხტით (+1). მისი ელექტრონული კონფიგურაცია იწერება როგორც 1s1, რაც ნიშნავს წყალბადის პირველ და ერთადერთ s-ორბიტალში ერთი უარყოფითი ნაწილაკის არსებობას..
როდესაც ელექტრონი იშლება ან გაცემულია და ამ ელემენტის ატომს აქვს ისეთი თვისება, რომ იგი დაკავშირებულია ლითონებთან, მიიღება კატიონი. სინამდვილეში, წყალბადის იონი არის დადებითი ელემენტარული ნაწილაკი. ამიტომ ელექტრონის გარეშე წყალბადს უბრალოდ პროტონს უწოდებენ.
ფიზიკური თვისებები
თუ მოკლედ აღვწერთ წყალბადის ფიზიკურ თვისებებს, მაშინ ის არის უფერო, ოდნავ ხსნადი აირი, რომლის ფარდობითი ატომური მასა უდრის 2, 14,5-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ჰაერი, ტემპერატურით.სითხე -252.8 გრადუსი ცელსიუსი.
თქვენ შეგიძლიათ მარტივად ნახოთ გამოცდილებიდან, რომ H2 ყველაზე მარტივია. ამისათვის საკმარისია სამი ბურთი შეავსოთ სხვადასხვა ნივთიერებით - წყალბადით, ნახშირორჟანგით, ჩვეულებრივი ჰაერით და ერთდროულად გაათავისუფლოთ ისინი ხელიდან. CO2-ით სავსე, უფრო სწრაფად მიაღწევს მიწას, ვიდრე ვინმე სხვას, მის შემდეგ გაბერილი ჰაერის ნარევი დაეშვება და ის შეიცავს H2. გაიზრდება ჭერამდე.
წყალბადის ნაწილაკების მცირე მასა და ზომა ამართლებს მის უნარს შეაღწიოს სხვადასხვა ნივთიერებებში. ერთი და იგივე ბურთის მაგალითზე, ამის გადამოწმება ადვილია, რამდენიმე დღეში ის თავისთავად ამოიწურება, რადგან გაზი უბრალოდ გაივლის რეზინას. ასევე, წყალბადი შეიძლება დაგროვდეს ზოგიერთი ლითონის (პალადიუმის ან პლატინის) სტრუქტურაში და მისგან აორთქლდეს ტემპერატურის მატებისას.
წყალბადის დაბალი ხსნადობის თვისება გამოიყენება ლაბორატორიულ პრაქტიკაში წყლის გადაადგილების მეთოდით მისი იზოლაციისთვის. წყალბადის ფიზიკური თვისებები (ქვემოთ მოცემული ცხრილი შეიცავს ძირითად პარამეტრებს) განსაზღვრავს მისი გამოყენების ფარგლებს და წარმოების მეთოდებს.
| ატომის ან მარტივი ნივთიერების მოლეკულის პარამეტრი | მნიშვნელობა |
| ატომური მასა (მოლური მასა) | 1.008 გ/მოლ |
| ელექტრონული კონფიგურაცია | 1s1 |
| კრისტალური გისოსი | ექვსკუთხა |
| თერმული კონდუქტომეტრული | (300 K) 0.1815 W/(m K) |
| სიმკვრივე n. წ. | 0, 08987 გ/ლ |
| დუღილის წერტილი | -252, 76 °C |
| სპეციფიკური კალორიულობა | 120, 9 106 ჯ/კგ |
| დნობის წერტილი | -259, 2 °C |
| წყალში ხსნადობა | 18, 8მლ/ლ |
იზოტოპური შემადგენლობა
ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის მრავალი სხვა წარმომადგენლის მსგავსად, წყალბადს აქვს რამდენიმე ბუნებრივი იზოტოპი, ანუ ბირთვში პროტონების იგივე რაოდენობის მქონე ატომები, მაგრამ ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა - ნაწილაკები ნულოვანი მუხტით და ერთეულით. მასა. ატომების მაგალითები, რომლებსაც აქვთ ეს თვისება, არის ჟანგბადი, ნახშირბადი, ქლორი, ბრომი და სხვა, მათ შორის რადიოაქტიური.
წყალბადის ფიზიკური თვისებები 1H, ამ ჯგუფის ყველაზე გავრცელებული წარმომადგენლები, მნიშვნელოვნად განსხვავდება მისი ანალოგიური მახასიათებლებისგან. კერძოდ, განსხვავდება იმ ნივთიერებების მახასიათებლები, რომლებშიც ისინი შედის. ასე რომ, არსებობს ჩვეულებრივი და დეიტერირებული წყალი, რომელიც შეიცავს თავის შემადგენლობაში წყალბადის ატომის ნაცვლად ერთ პროტონთან ერთად დეიტერიუმს 2H - მის იზოტოპს ორი ელემენტარული ნაწილაკით: დადებითი და დაუმუხტველი. ეს იზოტოპი ორჯერ უფრო მძიმეა ვიდრე ჩვეულებრივი წყალბადი, რაც ხსნის მათ მიერ შედგენილ ნაერთების თვისებებში არსებულ ფუნდამენტურ განსხვავებას. ბუნებაში, დეიტერიუმი წყალბადზე 3200-ჯერ იშვიათია. მესამე წარმომადგენელია ტრიტიუმი 3Н, ბირთვში მას აქვს ორი ნეიტრონი და ერთი პროტონი.
მოპოვებისა და შერჩევის მეთოდები
წყალბადის წარმოების ლაბორატორიული და სამრეწველო მეთოდები ძალიან განსხვავებულია. დიახ, მცირე რაოდენობითგაზი წარმოიქმნება ძირითადად მინერალებთან დაკავშირებული რეაქციების გზით, ხოლო ფართომასშტაბიანი წარმოება უფრო მეტად იყენებს ორგანულ სინთეზს.
ლაბორატორიაში გამოიყენება შემდეგი ქიმიური ურთიერთქმედებები:
- ტუტე და ტუტემიწა ლითონების რეაქცია წყალთან ტუტესა და სასურველი აირის წარმოქმნით.
- წყლიანი ელექტროლიტური ხსნარის ელექტროლიზი, H2↑ გამოიყოფა ანოდზე, ხოლო ჟანგბადი გამოიყოფა კათოდზე.
- ტუტე ლითონის ჰიდრიდების დაშლა წყლით, პროდუქტები არის ტუტე და, შესაბამისად, H გაზი2↑.
- განზავებული მჟავების რეაქცია მეტალებთან მარილების და H2↑.
- ტუტეების მოქმედება სილიციუმზე, ალუმინს და თუთიაზე ასევე ხელს უწყობს წყალბადის გამოყოფას რთული მარილების წარმოქმნის პარალელურად.
სამრეწველო ინტერესებიდან გამომდინარე, გაზი მიიღება ისეთი მეთოდებით, როგორიცაა:
- მეთანის თერმული დაშლა კატალიზატორის თანდასწრებით მის შემადგენელ მარტივ ნივთიერებებამდე (350 გრადუსი აღწევს ისეთი მაჩვენებლის მნიშვნელობას, როგორიცაა ტემპერატურა) - წყალბადი H2↑ და ნახშირბადი C.
- ორთქლის წყლის გავლა კოქსში 1000 გრადუს ცელსიუსზე ნახშირორჟანგის წარმოქმნით CO2 და H2↑ (ყველაზე გავრცელებული მეთოდი)
- გაზური მეთანის გარდაქმნა ნიკელის კატალიზატორზე 800 გრადუსამდე ტემპერატურაზე.
- წყალბადი არის კალიუმის ან ნატრიუმის ქლორიდების წყალხსნარების ელექტროლიზის გვერდითი პროდუქტი.
ქიმიურიურთიერთქმედება: ზოგადი მნიშვნელობები
წყალბადის ფიზიკური თვისებები დიდწილად ხსნის მის ქცევას ამა თუ იმ ნაერთთან რეაქციის პროცესებში. წყალბადის ვალენტობა არის 1, რადგან ის პერიოდულ სისტემაში პირველ ჯგუფშია მოთავსებული და დაჟანგვის ხარისხი განსხვავებულია. ყველა ნაერთში, გარდა ჰიდრიდებისა, წყალბადი s.o.=(1+), მოლეკულებში, როგორიცაა ХН, ХН2, ХН3 - (1 -).
წყალბადის გაზის მოლეკულა, რომელიც წარმოიქმნება გენერალიზებული ელექტრონული წყვილის შექმნით, შედგება ორი ატომისგან და საკმაოდ სტაბილურია ენერგიულად, რის გამოც ნორმალურ პირობებში ის გარკვეულწილად ინერტულია და რეაქციებში შედის ნორმალური პირობების შეცვლისას. სხვა ნივთიერებების შემადგენლობაში წყალბადის დაჟანგვის ხარისხიდან გამომდინარე, მას შეუძლია იმოქმედოს როგორც ჟანგვის, ასევე აღმდგენი აგენტის სახით.
ნივთიერებები, რომლებთანაც იგი რეაგირებს და წარმოქმნის წყალბადს
ელემენტური ურთიერთქმედება რთული ნივთიერებების ფორმირებისთვის (ხშირად ამაღლებულ ტემპერატურაზე):
- ტუტე და მიწის ტუტე მეტალი + წყალბადი=ჰიდრიდი.
- ჰალოგენი + H2=წყალბადის ჰალოგენი.
- გოგირდი + წყალბადი=წყალბადის სულფიდი.
- ჟანგბადი + H2=წყალი.
- ნახშირბადი + წყალბადი=მეთანი.
- აზოტი + H2=ამიაკი.
ურთიერთქმედება რთულ ნივთიერებებთან:
- სინთეზური აირის წარმოება ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადისგან.
- მეტალების აღდგენა მათი ოქსიდებიდან H2. გამოყენებით
- უჯერი ალიფატური წყალბადის გაჯერებანახშირწყალბადები.
წყალბადის ბმა
წყალბადის ფიზიკური თვისებები ისეთია, რომ ისინი საშუალებას აძლევს მას, ელექტროუარყოფით ელემენტთან ერთად, შექმნას სპეციალური ტიპის ბმა იმავე ატომთან მეზობელი მოლეკულებისგან, რომლებსაც აქვთ გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილი (მაგალითად, ჟანგბადი, აზოტი და ფტორი). ყველაზე ნათელი მაგალითი, რომელზედაც უკეთესია ასეთი ფენომენის განხილვა, არის წყალი. შეიძლება ითქვას, რომ იგი ნაკერია წყალბადური ბმებით, რომლებიც უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ან იონური, მაგრამ იმის გამო, რომ ბევრია, ისინი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ ნივთიერების თვისებებზე. არსებითად, წყალბადის კავშირი არის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება, რომელიც აკავშირებს წყლის მოლეკულებს დიმერებსა და პოლიმერებში, რაც იწვევს მის მაღალ დუღილს.
წყალბადი მინერალურ ნაერთებში
ყველა არაორგანული მჟავების შემადგენლობა მოიცავს პროტონს - ატომის კატიონს, როგორიცაა წყალბადი. ნივთიერებას, რომლის მჟავას ნარჩენს აქვს (-1)-ზე მეტი ჟანგვის მდგომარეობა, ეწოდება პოლიბაზური ნაერთი. იგი შეიცავს წყალბადის რამდენიმე ატომს, რაც წყალხსნარებში დისოციაციას მრავალსაფეხურიან ხდის. ყოველი მომდევნო პროტონი შორდება დანარჩენი მჟავას უფრო და უფრო რთულად. წყალბადის რაოდენობრივი შემცველობით გარემოში განისაზღვრება მისი მჟავიანობა.
წყალბადი ასევე შეიცავს ფუძეების ჰიდროქსილის ჯგუფებს. მათში წყალბადი დაკავშირებულია ჟანგბადის ატომთან, რის შედეგადაც ამ ტუტე ნარჩენის ჟანგვის მდგომარეობა ყოველთვის უდრის (-1). ჰიდროქსილების შემცველობა გარემოში განსაზღვრავს მის ფუძეულობას.
გამოყენება ადამიანის საქმიანობაში
ცილინდრებს ნივთიერებით, ისევე როგორც კონტეინერებს სხვა თხევადი აირით, როგორიცაა ჟანგბადი, აქვთ სპეციფიკური გარეგნობა. ისინი შეღებილია მუქ მწვანედ, ნათელი წითელი წარწერით „ჰიდროგენი“. გაზი ცილინდრში ჩადის დაახლოებით 150 ატმოსფეროს წნევის ქვეშ. წყალბადის ფიზიკური თვისებები, კერძოდ აგრეგაციის აირისებრი მდგომარეობის სიმსუბუქე, გამოიყენება ჰელიუმის ბურთებით, ბუშტებით და ა.შ. ნარევის შესავსებად.
წყალბადი, რომლის ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გამოყენება ადამიანებმა მრავალი წლის წინ ისწავლეს, ამჟამად გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში. უმეტესობა მიდის ამიაკის წარმოებაზე. წყალბადი ასევე მონაწილეობს ოქსიდებიდან ლითონების (ჰაფნიუმი, გერმანიუმი, გალიუმი, სილიციუმი, მოლიბდენი, ვოლფრამი, ცირკონიუმი და სხვა) წარმოებაში, რომელიც მოქმედებს როგორც შემცირების აგენტი, ჰიდროციანური და მარილმჟავები, მეთილის სპირტი და ხელოვნური სითხე. საწვავი. კვების მრეწველობა იყენებს მას მცენარეული ზეთების მყარ ცხიმებად გადაქცევისთვის.
დადგინდა წყალბადის ქიმიური თვისებები და გამოყენება ცხიმების, ნახშირის, ნახშირწყალბადების, ზეთებისა და მაზუთის ჰიდროგენიზაციისა და ჰიდროგენიზაციის სხვადასხვა პროცესში. მისი დახმარებით იწარმოება ძვირფასი ქვები, ინკანდესენტური ნათურები, ლითონის ნაწარმის ყალბი და შედუღება ჟანგბად-წყალბადის ალის გავლენით..
