Δομή, Παρασκευή, Αντιδράσεις και Χρήσεις του Υδρογόνου

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και το όνομά του προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις hydro, που σημαίνει νερό, και γονίδια, που σημαίνει σχηματισμός. Μπορεί να βρεθεί στην απλούστερη μοριακή του μορφή, το διυδρογόνο. Αντιπροσωπεύει περίπου το 70% της συνολικής μάζας του σύμπαντος. Ο ήλιος είναι το πιο σημαντικό στοιχείο στο ηλιακό σύστημα. Τα κύρια συστατικά των μεγάλων πλανητών όπως ο Δίας και ο Κρόνος είναι το υδρογόνο και το ήλιο. Στη συνδυασμένη του μορφή, αντιπροσωπεύει το 15,4 τοις εκατό του φλοιού και των ωκεανών της γης, σύμφωνα με τα Ηνωμένα Έθνη.

Παρασκευή Διυδρογόνου

Οι ακόλουθες διαδικασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή διυδρογόνου. –

1)Μέθοδοι παρασκευής διυδρογόνου στο εργαστήριο

2)Μέθοδοι παρασκευής διυδρογόνου που διατίθενται στο εμπόριο

Μέθοδοι παρασκευής διυδρογόνου στο εργαστήριο – Κατά την παραγωγή διυδρογόνου, χρησιμοποιούνται οι εξής δύο μέθοδοι:

Όταν ο κοκκοποιημένος ψευδάργυρος αντιδρά με αραιό υδροχλωρικό οξύ, το αποτέλεσμα είναι διυδρογόνο, το οποίο μπορεί να παρασκευαστεί σε εργαστήρια με αντίδραση κοκκοποιημένου ψευδαργύρου με αραιό HCl. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

Στα εργαστήρια, η αντίδραση ψευδάργυρου με υδατικό αλκάλιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή διυδρογόνου, το οποίο παράγεται από την αντίδραση ψευδάργυρου με υδατικό αλκάλιο. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, παράγεται ψευδάργυρο νάτριο ως υποπροϊόν. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2

Εμπορικές μέθοδοι για την παραγωγή διυδρογόνου – Οι παρακάτω είναι μερικές από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους για την εμπορική παραγωγή διυδρογόνου:

Η ηλεκτρόλυση οξινισμένου νερού με ηλεκτρόδια πλατίνας έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή υδρογόνου. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

2H2O → 2H2 + O2

Μπορεί να γίνει με ηλεκτρόλυση ενός υδατικού διαλύματος υδροξειδίου του βαρίου με ηλεκτρόδια νικελίου, η οποία είναι μια διαδικασία γνωστή ως ηλεκτρόλυση. Ως αποτέλεσμα, το διυδρογόνο που έχει ληφθεί είναι εξαιρετικά καθαρό στη φύση.
Όταν το υδροξείδιο του νατρίου και το χλώριο συνδυάζονται για να γίνει μια χημική αντίδραση, παράγεται διυδρογόνο ως υποπροϊόν της διαδικασίας.
Μπορεί επίσης να παραχθεί με την αντίδραση ατμού σε υψηλή θερμοκρασία με υδρογονάνθρακες ή οπτάνθρακες παρουσία καταλύτη απουσία καταλύτη. Τα ακόλουθα είναι παραδείγματα αντιδράσεων:

CnH2n+2 + nH2O 1270K,Ni → nCO + (2n+1)H2

Τα Φυσικά και Χημικά Χαρακτηριστικά του Διυδρογόνου

Τα ακόλουθα είναι τα φυσικά χαρακτηριστικά του διυδρογόνου:

Είναι άχρωμο, άγευστο και άοσμο .
Είναι εντελώς αδιάλυτο στο νερό.
Έχει υψηλό δείκτη καύσιμης ύλης.
Είναι σημαντικά ελαφρύτερο από τον αέρα.
Έχει σημείο τήξης 13,96 βαθμούς Κελσίου.
Το σημείο βρασμού του είναι 20,39 βαθμοί Κελσίου.
Έχει πυκνότητα 0,09 γραμμάρια ανά λίτρο.
Η ενθαλπία της σύντηξης για αυτήν την ουσία είναι 0,117 kJ/mol.

Οι χημικές ιδιότητες του διυδρογόνου

Το διυδρογόνο είναι ένα σχετικά σταθερό αέριο που διασπάται σε άτομα υδρογόνου μόνο όταν θερμαίνεται πάνω από 2000 βαθμούς Κελσίου, H2→H + H. Η ενέργεια διάστασης δεσμού αυτής της ένωσης είναι εξαιρετικά υψηλή. Για το διυδρογόνο, η ενθαλπία είναι 435,9 kJ/mol. Δεν είναι πολύ αντιδραστικό λόγω της υψηλής ενέργειας διάστασης δεσμού που διαθέτει. Ωστόσο, συνδυάζεται με μια μεγάλη ποικιλία στοιχείων και ενώσεων. Απεικονίζονται οι ακόλουθες αντιδράσεις. –

Αντίδραση με μέταλλα – Αντιδρά με μέταλλα και σχηματίζει υδρίδια παρόμοια με τα μέταλλα. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα, όταν αντιδρά με νάτριο, παράγει υδρίδιο του νατρίου. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

2Na + H2→2NaH είναι ένας χημικός τύπος.

Επιπλέον, αντιδρά με τα αμέταλλα, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται τα αντίστοιχα προϊόντα. Μερικές απεικονίσεις των αντιδράσεών του με διάφορα αμέταλλα παρατίθενται παρακάτω —

2H2 + O2 → 2H2O

N2 + 3H2→2NH3

H2 + Cl2→2HCl

Όταν έρχεται σε επαφή με ακόρεστους υδρογονάνθρακες όπως το αιθυλένιο και το ακετυλένιο, παράγει κορεσμένους υδρογονάνθρακες ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

H2C=CH2 + H2 Ni, 473K → CH3-CH3

HCCH + 2H2 Ni, 473K → CH3-CH3

Χρήσεις Διυδρογόνου

Χρησιμοποιείται ως παράγοντας αφυδάτωσης.

Η υδρογόνωση των φυτικών ελαίων επιτυγχάνεται μέσω της χρήσης αυτής της χημικής ουσίας.

Με τη μορφή υγρού υδρογόνου, χρησιμοποιείται ως προωθητικό για πυραύλους.
Στην παραγωγή συνθετικής βενζίνης, χρησιμοποιείται ως καταλύτης.
Στη διαδικασία παρασκευής αμμωνίας του Haber, χρησιμοποιείται ως καταλύτης.
Στην παρασκευή του HCl χρησιμοποιείται ως διαλύτης.
Στην παραγωγή μεταλλικών υδριδίων, χρησιμοποιείται ως καταλύτης.

Χρησιμοποιείται μεταξύ άλλων στην παραγωγή λιπαρών βανασπάτι.

Διαδικασίες βαριάς μεταλλουργίας, όπως αυτές που περιλαμβάνουν βαρέα μέταλλα, απαιτούν τη χρήση αυτής της χημικής ουσίας.

Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Είναι μια χημική ένωση που αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο που χρησιμοποιείται κυρίως για την επεξεργασία οικιακών και βιομηχανικών λυμάτων για σκοπούς ελέγχου της ρύπανσης. Ο Γάλλος χημικός Τενάρ ήταν αυτός που το ανακάλυψε.

Παρασκευή υπεροξειδίου του υδρογόνου –

Οι ακόλουθες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου:

Η παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου επιτυγχάνεται με την οξίνιση του υπεροξειδίου του βαρίου και την απομάκρυνση της περίσσειας νερού με εξάτμιση υπό μειωμένη πίεση. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

BaO2.8H20+H2SO4→BaSO4+H2O2+8H20.

Χαρακτηριστικά του υπεροξειδίου του υδρογόνου

Φυσικές ιδιότητες.

Είναι άχρωμο
Δεν έχει διακριτή οσμή.
Διαλύεται πλήρως στο νερό.
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου στην πιο καθαρή του μορφή είναι ένα απαλό μπλε σιροπιώδες υγρό.
Αν διατηρηθεί στους -0,5°C, παγώνει και έχει πυκνότητα 1,4 όταν διατηρείται στην πιο καθαρή του μορφή.
Η διαμαγνητική ιδιότητα του υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι γνωστή.
Σε σύγκριση με το νερό, έχει ισχυρότερη σχέση με τους δεσμούς υδρογόνου.
Παρά το γεγονός ότι είναι καλύτερος πολικός διαλύτης από το νερό. Ωστόσο, λόγω του υψηλού δυναμικού αυτοοξείδωσης του, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο τροφίμων.
Η διπολική ροπή του υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι 2,1 D.

Χημικά χαρακτηριστικά

Έχει την ικανότητα να δρα τόσο ως οξειδωτικός όσο και ως αναγωγικός παράγοντας τόσο σε όξινα όσο και σε αλκαλικά μέσα.

Ο σίδηρος(SO4)3 σχηματίζεται συνδυάζοντας το 2FeSO4 με το H2SO4 και το H2O2 για να σχηματιστεί ο σίδηρος(SO4)3 + 2H20 (σε όξινο μέσο ως οξειδωτικό μέσο)

Το καθαρό υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ένα ασταθές υγρό που αποσυντίθεται σε νερό και οξυγόνο είτε σε θερμοκρασία δωματίου είτε όταν θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Το παρακάτω είναι μια απεικόνιση μιας αντίδρασης:

2H2O2→2H2O + O2 ∆H =-196 kilocalories

Χρήσεις υπεροξειδίου του υδρογόνου

Μερικές από τις εφαρμογές για το υπεροξείδιο του υδρογόνου παρατίθενται παρακάτω:

Εξαιτίας της απελευθέρωσης εκκολαπτόμενου οξυγόνου, έχει ως αποτέλεσμα τη λεύκανση του νερού.
Χρησιμοποιείται για τη λεύκανση ευαίσθητων υλικών όπως μετάξι, μαλλί, δέρμα και άλλα παρόμοια υλικά.
Χρησιμοποιείται επίσης ως παράγοντας λεύκανσης μαλλιών.
Πολλές χημικές ουσίες, όπως το υπερβορικό και το υπερανθρακικό νάτριο, μεταξύ άλλων, παράγονται χρησιμοποιώντας αυτήν την ουσία.
Χρησιμοποιείται στην παραγωγή υδροκινόνης, τρυγικού οξέος και άλλων χημικών ουσιών.
Χρησιμοποιείται στην περιβαλλοντική χημεία, για παράδειγμα, στην επεξεργασία οικιακών και βιομηχανικών λυμάτων για σκοπούς ελέγχου της ρύπανσης.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Το υδρογόνο είναι ένα χημικό στοιχείο με το σύμβολο H και τον ατομικό αριθμό 1 στον περιοδικό πίνακα. Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Οι ακόλουθες διαδικασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή διυδρογόνου. (1) Μέθοδοι παρασκευής διυδρογόνου στο εργαστήριο (2) Διαθέσιμες στο εμπόριο μέθοδοι παρασκευής διυδρογόνου. Είναι άχρωμο, άγευστο και άοσμο. Είναι εντελώς αδιάλυτο στο νερό. Έχει υψηλό δείκτη καύσεως. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι μια χημική ένωση που αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο που χρησιμοποιείται κυρίως για την επεξεργασία οικιακών και βιομηχανικών λυμάτων για σκοπούς ελέγχου της ρύπανσης. Είναι άχρωμο Δεν έχει ευδιάκριτη οσμή. διαλύεται πλήρως στο νερό. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται για τη λεύκανση ευαίσθητων υλικών όπως μετάξι, μαλλί, δέρμα και άλλα παρόμοια υλικά.