Ջրածին

1	Ջրածին
H 1,0079
1s1

1 Ջրածին → Հելիում H ↓ Li Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 1H
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Առանց գույն, հոտ և համ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Ջրածին/ Hydrogenium (H), H, 1
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	[1,00784; 1,00811] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	1s1
Ատոմի շառավիղ	53 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	32 պմ
Իոնի շառավիղ	54 (−1 e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն	2,20 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ	1,0, −1
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	1311,3 (13,595) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	14,01 Կ
Եռման ջերմաստիճան	20,28 Կ
Հալման տեսակարար ջերմունակություն	0,117 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն	28,47 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	14,1 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	հեքսագոնալ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	a=3,780 c=6,167
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 0,1815 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

Ջրածինը (H) պարբերական համակարգի առաջին տարրն է: Առաջին անգամ մաքուր վիճակում ստացել է Հենրի Կավենդիշը 1766 թվականին: 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:

Իզոտոպներ

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:

Պատմություն

Ջրածինը հայտնաբերվել է 16-րդ դարի կեսերին Պարացելսի կողմից, որը ստացել է երկաթի վրա ծծմբական թթու ազդելով: 1766 թվականին Կավենդիշը հաստատել է նրա հատկությունները և ցույց է տվել նրա տարբերությունը մյուս գազերից և անվանել է «այրվող օդ»: Լավուազիեն 1783 թվականին 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):

Կիրառում

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: 1815 թվականին 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 հատկություններ

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:

Ստացում

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

${\mathsf {Zn+2HCl\ \rightleftarrows {}\ ZnCl_{2}+H_{2}}}$

${\mathsf {Fe+H_{2}SO_{4}\ \rightleftarrows {}\ FeSO_{4}+H_{2}}}$

• Ալկալիական և հողալկալիական մետաղների ու ջրի փոխազդեցությունից.

${\mathsf {Na+2H_{2}O\ \rightleftarrows {}\ 2NaOH+H_{2}}}$

${\mathsf {Ca+2H_{2}O\ \rightleftarrows {}\ Ca(OH)_{2}+H_{2}}}$

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

${\mathsf {2Al+2NaOH+6H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Zn+2KOH+2H_{2}O\rightarrow K_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Si+2NaOH+H_{2}O\rightarrow Na_{2}SiO_{3}+2H_{2}}}$

• Մետաղների հիդրիդների և ջրի կամ թթուների փոխազդեցությունից.

${\mathsf {NaH+H_{2}O\rightarrow NaOH+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {CaH_{2}+2HCl\rightarrow CaCl_{2}+2H_{2}\uparrow }}$

• Ալկալիների, թթուների և որոշ աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզով.

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

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

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

${\mathsf {C+H_{2}O\rightarrow CO+H_{2}\uparrow }}$

• Երկաթագոլորշային եղանակով՝ շիկացած երկաթի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից.

${\mathsf {3Fe+4H_{2}O\rightarrow Fe_{3}O_{4}+4H_{2}\uparrow }}$

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

${\mathsf {CH_{4}+H_{2}O\rightarrow CO+3H_{2}\uparrow }}$

կամ

${\mathsf {CH_{4}+2H_{2}O\rightarrow CO_{2}+4H_{2}\uparrow }}$

Քիմիական հատկություններ

Ջրածնի 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:

• Լույսի կամ ջերմության ազդեցությամբ H₂ միանում է հալոգենների և այլ ոչ մետաղների հետ:

${\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}}$

${\mathsf {H_{2}+S\rightarrow H_{2}S}}$

${\mathsf {3H_{2}+N_{2}\rightarrow 2NH_{3}}}$ (400-500°С,p,Fe)

• Ջրածինը միանում է թթվածնի հետ՝ հսկայական քանակի էներգիայի անջատմամբ (ջրածնաթթվածնային բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 3000°С:

${\mathsf {2H_{2}+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+Q}}$

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

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

${\mathsf {PbO+H_{2}\rightarrow Pb+H_{2}O}}$

${\mathsf {CuO+H_{2}\rightarrow Cu+H_{2}O}}$

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

${\mathsf {2NO_{2}+4H_{2}\rightarrow N_{2}+4H_{2}O}}$

• 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:

${\mathsf {H_{2}+2Na\rightarrow 2NaH}}$

${\mathsf {Ca+H_{2}\rightarrow CaH_{2}}}$

• Օրգանական քիմիական ռեակցիաներում ջրածինը օգտագործում են հիդրացնելու համար:

Կիրառություն

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:

Իզոտոպների հատկություններ

Իզոտոպների հատկությունները ջրածնում բերված է աղյուսակում:

Իզոտոպ	Z	N	Զանգված, ա. է. մ.	Կայունություն	Սպին	Բնության մեջ, %	տեսակը և էներգիան
1H	1	0	1,007 825 032 07(10)	կայուն	1⁄2+	99,9885(70)
2H	1	1	2,014 101 777 8(4)	կայուն	1+	0,0115(70)
3H	1	2	3,016 049 277 7(25)	12,32(2) տարի	1⁄2+		β−	18,591(1) ԿէՎ
4H	1	3	4,027 81(11)	1,39(10)×10−22 с	2−		-n	23,48(10) ՄէՎ
5H	1	4	5,035 31(11)	ավելի քան 9,1×10−22 с	(1⁄2+)		-nn	21,51(11) ՄէՎ
6H	1	5	6,044 94(28)	2,90(70)×10−22 с	2−		−3n	24,27(26) ՄէՎ
7H	1	6	7,052 75(108)	2,3(6)×10−23 с	1⁄2+		-nn	23,03(101) ՄէՎ

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ

Գրականություն

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