Ջրածին

Ջրածին

H

Ջրածինը (H) պարբերական համակարգի առաջին տարրն է։ Առաջին անգամ մաքուր վիճակում ստացել է Հենրի Կավենդիշը 1766թ.։ Այն տիեզերքում ամենատարածված տարրն է։ Երկրի վրա այն գտնվում է հիմնականում միացությունների ձևով։ Ջրածինը միացություններում միավալենտ է։ Ջրածնի ատոմը կազմված է մեկ պրոտոն ունեցող միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Հանդես է գալիս H₂ պարզ նյութի ձևով։

Իզոտոպները ¹₁H-պրոտիում (ըստ զանգվածի 99,98 %), ²₁H-դեյտերիում (ըստ զանգվածի 0,02 %)։ Արհեստական եղանակով ստացվել է ³₁H տրիտիում։

Ատոմական համարը՝ 1, ատոմական զանգվածը՝ 1.008։ Ամենաթեթև տարրն է պարբերական համակարգում։ Երկրի կեղևի ամբողջ զանգվածի, ներառյալ ջուրը և օդը ջրածնին բաժին է ընկնում ընդամենը 1%։ Ջրածինը 14 անգամ թեթև է օդից։ Ջրածինը հայտնաբերվել է XVI դարի կեսերին Պարացելսի կողմից, որը ստացել է երկաթի վրա ծծմբական թթու ազդելով։ 1766թ. Կավենդիշը հաստատել է նրա հատկությունները և ցույց է տվել նրա տարբերությունը մյուս գազերից և անվանել է «այրվող օդ»։ Լավուազիեն 1783թ. առաջին անգամ ջրածին ստացավ ջրից և ապացուցեց, որ ջուրը ջրածնի և թթվածնի քիմիական միացությունն է և նրան անվանեց «հիդրոգենիում», որը նշանակում է ջուր ծնող։ Ջրածինը երկրի վրա հանդես է գալիս միացություններում՝ ջրում, նավթում, կենդանի հյուսվածքներում, իսկ ազատ վիճակում՝ շատ չնչին քանակներով մթնոլորտի վերին շերտերում։ Ջրածին անջատվում է նաև հրաբխային ժայթքումների ժամանակ։ Սպեկտրոսկոպի օգնությամբ ջրածին հայտնաբերվել է արեգակի և աստղերի վրա։ Տիեզերքի նյութը ժամանակակից պատկերացումներով կազմված է 30-50%-ի չափով ազատ ջրածնից, որի ատոմը հանդիսանում է տիեզերքի կառուցման հիմնական աղյուսիկը։

Բացի ջրածնից՝ 1 ատոմական զանգվածով, հայտնի են նաև 2 և 3 ատոմական զանգվածներով ջրածիններ՝ ծանր ջրածիններ՝ դեյտերիում (D) և տրիտիում (T), որոնք թթվածնի հետ առաջացնում են ծանր ջուր՝ (M=2Օ)։

Ջրածինը կիրառվում է դիրիժաբլների լցման համար, որպես թեթև գազ, վեր բարձրացնող ուժ, ավտոգեն զոդման ժամանակ բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 2000 °C–ի։ Քիմիական արդյունաբերությունում որպես վերականգնիչ հատկապես Ni, Pt, Pd-ի առկայությամբ, 1 ծավալ Pd-ի մեջ լուծվում Է 850 ծավալ ջրածին։ Օգտագործվում է քարածուխից արհեստական բենզինի ստացման համար, ամոնիակի, սպիրտների, հալոգենաջրածինների սինթեզում։

Անգլիացի քիմիկոս Ջոն Դալտոնը 19-րդ դարի սկզբին առաջարկել է ջրածնի ատոմի զանգվածը, որպես ամենաթեթև տարր, ընդունել որպես ատոմական զանգվածի միավոր։ 1815թ. անգլիացի գիտնական Պրաուտր հայտնել է այն միտքր, որ բոլոր տարրերի ատոմները կառուցված Են ջրածնի n ատոմներից։

Արեգակի վրա հայտնաբերվել է 69 քիմիական տարր՝ ջրածնի գերակշռությամբ։ Ջրածինը 5.1 անգամ շատ է, քան հելիումը և 10 հազար անգամ ավելի, քան բոլոր մետաղները միասին վերցրած (վերցրած ոչ թե կշռով, այլ ատոմների թվով)։ Այդ ջրածինը ծախսվում է ոչ միայն էներգիա արտադրելու վրա։ Ջերմա- միջուկային պրոցեսների ընթացքում նրանից առաջանում են նոր քիմիական տարրեր, իսկ արագացված պրոտոնները արտանետվում են՝ մերձարեգակնային քամի։ Այս երևույթը հայտնաբերվել է վերջերս՝ կոսմիկական տարածքն ուսումնասիրելու ժամանակ՝ արհեստական արբանյակների օգնությամբ։ Այն որոշակի վտանգ է ներկայացնում տիեզերագնացների համար։ Բացի այդ՝ պրոտոնների հոսքն առաջ է բերում երկրորդային կոսմիկական ճառագայթում, որը հասնում է մինչև երկրի մակերևույթ։ Առաջացող մագնիսային փոթորիկները կարող են ազդել կենսագործունեության պրոցեսների վրա և երկրի մագնիսային դաշտի կողմից կլանված ջրածնի միջուկը չի կարող չազդել կոսմոսի հետ նրա զանգվածափոխանակության վրա։

Ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածինը սովորական պայմաններում անգույն, անհամ, անհոտ գազ է։14,5 անգամ թեթև է օդից (ամենաթեթև գազն է)։Ջրում քիչ է լուծվում՝ 1 լ ջրում 20°С-ում լուծվում է 18 մլ ջրածին։-252,8°С-ում 1 մթնոլորտային ճնշման տակ ջրածինը դառնում է շարժուն հեղուկ, որը ևս անգույն է։ Ջրածինը լավ լուծվում է որոշ մետաղներում (Ni,Pd,Pt) 1 ծավալ պալադիումում լուծվում է 850 ծավալ ջրածին՝ տաքացնելիս այն քանակապես անջատվում է։ ջրածնի դիրքը 1 եվ 7 րդ խմբում պայմանավորված է նրանով, որ ջրածնի ատոմը կարող է կորցնել էլեկտրոն նմանվելով ալկալիական մետաղներին եվ վերցնել էլեկտրոն նմանվելով հալոգեններին աիսպիսով ջրածնի ատոմը օժտված է վերօքս երկակիությամբ կարող է լինել եվ օքսիդիչ եվ վերականգնիչ։

Ստացումը

1.Ջրածնից փոքր իոնացման պոտենցիալներով մետաղների և թթուների փոխազդեցությունից (բացի HNO₃ և խիտ H₂SO₄-ից).

Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑

Fe+H₂SO₄(_նոսր)=FeSO₄+H₂↑

2.Ալկալիական և հողալկալիական մետաղների ու ջրի փոխազդեցությունից.

2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑

Ca+2H₂O=Ca(OH)₂+H₂↑

3.Որոշ մետաղների կամ ոչ մետաղների և ալկալու ջրային լուծույթի փոխազդեցությունից.

2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂↑

Zn+2NaOH+2H₂O=Na₂[Zn(OH)₄]+H₂↑

Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂↑

4.Մետաղների հիդրիդների և ջրի կամ թթուների փոխազդեցությունից.

2NaH+H₂O=2NaOH+H₂↑

CaH₂+2HCl=CaCl₂+2H₂↑

5.Ալկալիների, թթուների և որոշ աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզով.

$~\mathrm {2NaCl+2H_{2}O{\xrightarrow {electroliz^{\circ }}}\ 2NaOH+Cl_{2}\uparrow +H_{2}\uparrow }$

$~\mathrm {2H_{2}O{\xrightarrow {NaOH^{\circ }}}\ 2H_{2}+O_{2}\uparrow }$

6.Շիկացած ածխի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից (1000°С).

C+H₂O=CO+H₂ (ջրագազ)

7.Երկաթագոլորշային եղանակով՝ շիկացած երկաթի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից.

3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4H₂

8.Մեթանի կոնվերսիայով (փոխարկմամբ) (900°С).

CH₄+H₂O=CO+3H₂ կամ

CH₄+2H₂O=CO₂+4H₂

Քիմիական հատկությունները

H-ի ատոմը խիստ ռեակցիոունակ է և շատ արագ առաջացնում է H₂ մոլեկուլը։Ատոմական ջրածնով աշխատող այրիչը ստեղծում է 4000°С բարձր ջերմաստիճան, որը պայմանավորված է H₂-ի կապի մեծ էներգիայով H+H→H₂ ΔH=-436 կՋ է։ Բացի հիդրիդներից, որտեղ ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է, մնացած միացություններում ունի +1 օքսիդացման աստիճան։

1.Լույսի կամ ջերմության ազդեցությամբ H₂ միանում է հալոգենների և այլ ոչ մետաղների հետ։

H₂ + Cl₂ ⇌ 2HCl↑

H₂+S=H₂S

3H₂+N₂=2NH₃ (400-500°С,p,Fe)

2.Ջրածինը միանում է թթվածնի հետ՝ հսկայական քանակի էներգիայի անջատմամբ (ջրածնաթթվածնային բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 3000°С։

2H₂+O₂=2H₂O+Q

այս գազերի 2։1 հարաբերությունը կոչվում է շառաչող գազ, քանի որ ավարտվում է պայթյունով։

3.Ջրածինը ուժեղ վերականգնիչ է, այն վերականգնում է շատ մետաղներ իրենց օքսիդներից.

PbO+H₂=Pb+H₂O

CuO+H₂=Cu+H₂O

MoO₃+3H₂=Mo+3H₂

փոխազդում է նաև որոշ ոչ մետաղների օքսիդների հետ, ստացվում է ոչ մետաղ.

2NO₂+4H₂=N₂+4H₂O

4.Մետաղների հետ ջրածինը առաջացնում է հիդրիդներ, որոնք պինդ նյութեր են և կարծես ջրածնի շտեմարան լինեն, որովհետև ջրի հետ՝ տալիս են ջրածին, որը հնարավոր է ապագայում օգտագործել որպես վառելիք՝ բենզինի փոխարեն։

H₂+2Na=2NaH

Ca+H₂=CaH₂

5.Օրգանական քիմիական ռեակցիաներում ջրածինը օգտագործում են հիդրացնելու համար։

H₂C=CH₂+H₂→C₂H₆

Կիրառությունը

Մեծ քանակությամբ ջրածին կիրառվում է ամոնիակ, HCl սինթեզելու համար, հեղուկ ճարպերի հիդրոգենացման համար։ Որպես թեթև գազ հելիումի հետ լցնում էին օդապարիկները։ Ջրածինը օգտագործում են բարձր ջերմաստիճան ստանալու համար (3000-4000°С)։ Սակայն ջրածնի ամենալուրջ խնդիրը՝ միջուկային այս ռեակցիան է ²₁H+³₁H=⁴₂He+n+17,6 կՋ

Այս ռեակցիան ընթանում է 10 մլն աստիճանում, եթե հնարավոր լիներ կառավարել այս ռեակցիան, մարդկությունը կլուծեր էներգիայի պրոբլեմը։

Կարևոր է նաև պինդ վիճակում ջրածնի ստացումը (մետաղական ջրածին), որը օժտված է գերհաղորդականությամբ։

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ

Ծանոթագրություններ

• Մոլորակի աղյուսները, հեղինակ՝ Մ. Գ. Զալինյան, էջեր՝ 7-8