Cairan

Hidrogen(lat. Hidrogenium; ditunjukkan oleh simbol H) adalah unsur pertama dalam tabel periodik unsur. Tersebar luas di alam. Kation (dan inti) dari isotop hidrogen yang paling umum, 1 H, adalah proton. Sifat inti 1 H memungkinkan penggunaan spektroskopi NMR secara luas dalam analisis zat organik.

Tiga isotop hidrogen memiliki namanya sendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) dan 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Zat sederhana hidrogen - H 2 - adalah gas ringan yang tidak berwarna. Jika tercampur dengan udara atau oksigen, bahan ini mudah terbakar dan meledak. Tidak beracun. Larut dalam etanol dan sejumlah logam: besi, nikel, paladium, platinum.

Cerita

Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi asam dan logam diamati pada abad ke-16 dan ke-17 pada awal terbentuknya kimia sebagai ilmu pengetahuan. Mikhail Vasilyevich Lomonosov juga secara langsung menunjukkan keterasingannya, tetapi dia sudah mengetahui dengan pasti bahwa itu bukanlah flogiston. Fisikawan dan kimiawan Inggris Henry Cavendish meneliti gas ini pada tahun 1766 dan menyebutnya “udara yang mudah terbakar”. Ketika dibakar, “udara yang mudah terbakar” menghasilkan air, namun kepatuhan Cavendish pada teori flogiston menghalanginya untuk menarik kesimpulan yang benar. Ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier, menggunakan gasometer khusus, pada tahun 1783 melakukan sintesis air, dan kemudian menganalisisnya, menguraikan uap air dengan besi panas. Oleh karena itu, ia menetapkan bahwa “udara yang mudah terbakar” adalah bagian dari air dan dapat diperoleh darinya.

Asal nama

Lavoisier memberi hidrogen nama hidrogène - “melahirkan air.” Nama Rusia "hidrogen" diusulkan oleh ahli kimia M.F. Solovyov pada tahun 1824 - dengan analogi dengan "oksigen" Slomonosov.

Prevalensi

Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Ini menyumbang sekitar 92% dari semua atom (8% adalah atom helium, bagian dari gabungan semua unsur lainnya kurang dari 0,1%). Jadi, hidrogen merupakan komponen utama bintang dan gas antarbintang. Dalam kondisi suhu bintang (misalnya, suhu permukaan Matahari ~ 6000 °C), hidrogen ada dalam bentuk plasma; di ruang antarbintang, unsur ini ada dalam bentuk molekul individu, atom, dan ion dan dapat terbentuk awan molekuler yang sangat bervariasi dalam ukuran, kepadatan dan suhu.

Kerak bumi dan organisme hidup

Fraksi massa hidrogen di kerak bumi adalah 1% - ini adalah unsur kesepuluh yang paling melimpah. Namun, perannya di alam tidak ditentukan oleh massa, tetapi oleh jumlah atom, yang persentasenya di antara unsur-unsur lain adalah 17% (tempat kedua setelah oksigen, yang persentase atomnya ~ 52%). Oleh karena itu, pentingnya hidrogen dalam proses kimia yang terjadi di Bumi hampir sama besarnya dengan oksigen. Berbeda dengan oksigen, yang ada di Bumi dalam keadaan terikat dan bebas, hampir semua hidrogen di Bumi berbentuk senyawa; Hanya sejumlah kecil hidrogen dalam bentuk zat sederhana yang terkandung di atmosfer (0,00005% volume).

Hidrogen adalah bagian dari hampir semua zat organik dan terdapat di semua sel hidup. Dalam sel hidup, hidrogen menyumbang hampir 50% jumlah atom.

Kuitansi

Metode industri untuk memproduksi zat sederhana bergantung pada bentuk di mana unsur yang bersangkutan ditemukan di alam, yaitu bahan mentah untuk produksinya. Jadi, oksigen, yang tersedia dalam keadaan bebas, diperoleh secara fisik - dengan pemisahan dari udara cair. Hidrogen hampir semuanya berbentuk senyawa, sehingga digunakan metode kimia untuk mendapatkannya. Secara khusus, reaksi dekomposisi dapat digunakan. Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah melalui penguraian air oleh arus listrik.

Metode industri utama untuk memproduksi hidrogen adalah reaksi metana, yang merupakan bagian dari gas alam, dengan air. Ini dilakukan pada suhu tinggi (mudah untuk memverifikasi bahwa ketika metana dilewatkan bahkan melalui air mendidih, tidak ada reaksi yang terjadi):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Di laboratorium, untuk memperoleh zat sederhana tidak harus menggunakan bahan baku alami, tetapi memilih bahan awal yang lebih mudah untuk mengisolasi zat yang diperlukan. Misalnya di laboratorium, oksigen tidak diperoleh dari udara. Hal yang sama berlaku untuk produksi hidrogen. Salah satu metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen, yang terkadang digunakan dalam industri, adalah penguraian air oleh arus listrik.

Biasanya, hidrogen diproduksi di laboratorium dengan mereaksikan seng dengan asam klorida.

Di industri

1.Elektrolisis larutan garam berair:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Melewati uap air di atas kokas panas pada suhu sekitar 1000 °C:

H2O+C? H2+CO

3. Dari gas alam.

Konversi uap:

CH 4 + H 2 O ? BERSAMA + 3H 2 (1000 °C)

Oksidasi katalitik dengan oksigen:

2CH 4 + O 2 ? 2CO + 4H2

4. Pemecahan dan reformasi hidrokarbon selama penyulingan minyak.

Di laboratorium

1.Pengaruh asam encer pada logam. Untuk melakukan reaksi ini, seng dan asam klorida encer paling sering digunakan:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interaksi kalsium dengan air:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidrolisis hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Pengaruh alkali pada seng atau aluminium:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Menggunakan elektrolisis. Selama elektrolisis larutan alkali atau asam dalam air, hidrogen dilepaskan di katoda, misalnya:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Sifat fisik

Hidrogen dapat ada dalam dua bentuk (modifikasi) - dalam bentuk orto- dan para-hidrogen. Dalam molekul ortohidrogen Hai-H 2 (mp −259.10 °C, bp −252.56 °C) putaran inti diarahkan secara identik (paralel), dan untuk parahidrogen P-H 2 (titik leleh −259.32 °C, titik didih −252.89 °C) - berlawanan satu sama lain (antiparalel). Campuran kesetimbangan Hai-H 2 dan P-H 2 pada suhu tertentu disebut kesetimbangan hidrogen e-H2.

Modifikasi hidrogen dapat dipisahkan dengan adsorpsi pada karbon aktif pada suhu nitrogen cair. Pada suhu yang sangat rendah, kesetimbangan antara ortohidrogen dan parahidrogen hampir sepenuhnya bergeser ke arah yang terakhir. Pada 80 K perbandingan bentuk kira-kira 1:1. Ketika dipanaskan, parahidrogen yang terdesorbsi diubah menjadi ortohidrogen hingga terbentuk campuran yang setimbang pada suhu kamar (orto-para: 75:25). Tanpa katalis, transformasi terjadi secara perlahan (dalam kondisi medium antarbintang - dengan waktu karakteristik hingga waktu kosmologis), yang memungkinkan untuk mempelajari sifat-sifat modifikasi individu.

Hidrogen adalah gas paling ringan, 14,5 kali lebih ringan dari udara. Jelasnya, semakin kecil massa molekul, semakin tinggi kecepatannya pada suhu yang sama. Sebagai molekul paling ringan, molekul hidrogen bergerak lebih cepat daripada molekul gas lainnya sehingga dapat mentransfer panas dari satu benda ke benda lain lebih cepat. Oleh karena itu hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara zat gas. Konduktivitas termalnya kira-kira tujuh kali lebih tinggi daripada konduktivitas termal udara.

Molekul hidrogen bersifat diatomik - H2. Dalam kondisi normal, gas ini tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Massa jenis 0,08987 g/l (no.), titik didih −252,76 °C, panas jenis pembakaran 120,9×10 6 J/kg, sedikit larut dalam air - 18,8 ml/l. Hidrogen sangat larut dalam banyak logam (Ni, Pt, Pd, dll.), terutama dalam paladium (850 volume per 1 volume Pd). Kelarutan hidrogen dalam logam berkaitan dengan kemampuannya untuk berdifusi melalui logam; Difusi melalui paduan karbon (misalnya baja) terkadang disertai dengan penghancuran paduan tersebut karena interaksi hidrogen dengan karbon (disebut dekarbonisasi). Praktis tidak larut dalam perak.

Hidrogen cair berada dalam kisaran suhu yang sangat sempit dari −252,76 hingga −259,2 °C. Ini adalah cairan tidak berwarna, sangat ringan (massa jenis pada −253 °C 0,0708 g/cm3) dan cair (viskositas pada −253 °C 13,8 inci). Parameter kritis hidrogen sangat rendah: suhu −240,2 °C dan tekanan 12,8 atm. Hal ini menjelaskan kesulitan dalam mencairkan hidrogen. Dalam keadaan cair, kesetimbangan hidrogen terdiri dari 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Hidrogen padat, titik leleh −259,2 °C, massa jenis 0,0807 g/cm 3 (pada −262 °C) - massa seperti salju, kristal heksagonal, grup ruang P6/mmc, parameter sel A=3,75 C=6.12. Pada tekanan tinggi, hidrogen berubah menjadi bentuk logam.

Isotop

Hidrogen terjadi dalam bentuk tiga isotop, yang memiliki nama tersendiri: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D), 3 H - tritium (radioaktif) (T).

Protium dan deuterium merupakan isotop stabil dengan nomor massa 1 dan 2. Kandungannya di alam masing-masing adalah 99,9885 ± 0,0070% dan 0,0115 ± 0,0070%. Rasio ini mungkin sedikit berbeda tergantung pada sumber dan metode produksi hidrogen.

Isotop hidrogen 3H (tritium) tidak stabil. Waktu paruhnya adalah 12,32 tahun. Tritium terjadi secara alami dalam jumlah yang sangat kecil.

Literatur juga menyediakan data tentang isotop hidrogen dengan nomor massa 4 - 7 dan waktu paruh 10 -22 - 10 -23 detik.

Hidrogen alami terdiri dari molekul H2 dan HD (deuterium hidrogen) dengan perbandingan 3200:1. Kandungan deuterium hidrogen D 2 murni bahkan lebih sedikit lagi. Perbandingan konsentrasi HD dan D 2 kira-kira 6400:1.

Dari semua isotop unsur kimia, sifat fisik dan kimia isotop hidrogen paling berbeda satu sama lain. Hal ini disebabkan oleh perubahan massa atom yang relatif terbesar.

Deuterium dan tritium juga memiliki modifikasi orto dan para: P-D 2 , Hai-D 2 , P-T 2, Hai-T 2 . Hidrogen heteroisotop (HD, HT, DT) tidak memiliki modifikasi orto dan para.

Sifat kimia

Fraksi molekul hidrogen yang terdisosiasi

Molekul hidrogen H2 cukup kuat, dan agar hidrogen dapat bereaksi, banyak energi yang harus dikeluarkan:

H 2 = 2H − 432 kJ

Oleh karena itu, pada suhu biasa, hidrogen hanya bereaksi dengan logam yang sangat aktif, seperti kalsium, membentuk kalsium hidrida:

Ca + H 2 = CaH 2

dan dengan satu-satunya non-logam - fluor, membentuk hidrogen fluorida:

Hidrogen bereaksi dengan sebagian besar logam dan nonlogam pada suhu tinggi atau pengaruh lain, misalnya pencahayaan:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Ia dapat “mengambil” oksigen dari beberapa oksida, misalnya:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Persamaan tertulis mencerminkan sifat reduksi hidrogen.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Membentuk hidrogen halida dengan halogen:

F 2 + H 2 → 2HF, reaksi terjadi secara eksplosif dalam gelap dan pada suhu berapa pun,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reaksi berlangsung secara eksplosif, hanya dalam cahaya.

Ia berinteraksi dengan jelaga di bawah suhu tinggi:

C + 2H 2 → CH 4

Interaksi dengan logam alkali dan alkali tanah

Saat berinteraksi dengan logam aktif, hidrogen membentuk hidrida:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Hidrida- zat padat seperti garam, mudah terhidrolisis:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interaksi dengan oksida logam (biasanya unsur d)

Oksida direduksi menjadi logam:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogenasi senyawa organik

Hidrogen molekuler banyak digunakan dalam sintesis organik untuk mereduksi senyawa organik. Proses-proses ini disebut reaksi hidrogenasi. Reaksi-reaksi ini dilakukan dengan adanya katalis pada tekanan dan suhu tinggi. Katalisnya bisa homogen (misalnya Katalis Wilkinson) atau heterogen (misalnya nikel Raney, paladium pada karbon).

Jadi, khususnya, selama hidrogenasi katalitik senyawa tak jenuh seperti alkena dan alkuna, senyawa jenuh terbentuk - alkana.

Geokimia hidrogen

Hidrogen H2 bebas relatif jarang terdapat dalam gas bumi, namun dalam bentuk air ia berperan sangat penting dalam proses geokimia.

Hidrogen dapat terdapat dalam mineral dalam bentuk ion amonium, ion hidroksil, dan air kristal.

Di atmosfer, hidrogen terus diproduksi sebagai hasil penguraian air oleh radiasi matahari. Memiliki massa yang rendah, molekul hidrogen memiliki kecepatan gerak difusi yang tinggi (mendekati kecepatan kosmik kedua) dan ketika memasuki lapisan atas atmosfer, mereka dapat terbang ke luar angkasa.

Fitur pengobatan

Hidrogen, bila bercampur dengan udara, membentuk campuran yang mudah meledak - yang disebut gas peledak. Gas ini paling mudah meledak jika perbandingan volume hidrogen dan oksigen adalah 2:1, atau hidrogen dan udara kira-kira 2:5, karena udara mengandung sekitar 21% oksigen. Hidrogen juga merupakan bahaya kebakaran. Hidrogen cair dapat menyebabkan radang dingin yang parah jika terkena kulit.

Konsentrasi hidrogen dan oksigen yang mudah meledak terjadi dari 4% hingga 96% volume. Bila dicampur dengan udara dari 4% menjadi 75(74)% volume.

Ekonomi

Biaya hidrogen untuk pasokan grosir besar berkisar antara $2-5 per kg.

Aplikasi

Atom hidrogen digunakan untuk pengelasan atom hidrogen.

Industri kimia

• Dalam produksi amonia, metanol, sabun dan plastik
• Dalam produksi margarin dari minyak nabati cair
• Terdaftar sebagai suplemen makanan E949(mengemas gas)

Industri makanan

Industri penerbangan

Hidrogen sangat ringan dan selalu naik di udara. Dahulu kala, kapal udara dan balon diisi dengan hidrogen. Namun di usia 30-an. abad XX Ada beberapa bencana yang menyebabkan kapal udara meledak dan terbakar. Saat ini, kapal udara diisi dengan helium, meskipun biayanya jauh lebih tinggi.

Bahan bakar

Hidrogen digunakan sebagai bahan bakar roket.

Penelitian sedang dilakukan tentang penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar mobil dan truk. Mesin hidrogen tidak mencemari lingkungan dan hanya mengeluarkan uap air.

Sel bahan bakar hidrogen-oksigen menggunakan hidrogen untuk secara langsung mengubah energi reaksi kimia menjadi energi listrik.

"Hidrogen Cair"(“LH”) adalah hidrogen wujud cair, dengan kepadatan spesifik rendah sebesar 0,07 g/cm³ dan sifat kriogenik dengan titik beku 14,01 K (−259,14 °C) dan titik didih 20,28 K (−252,87 °C ). Merupakan cairan tidak berwarna dan tidak berbau, yang bila bercampur dengan udara tergolong mudah meledak dengan kisaran mudah terbakar 4-75%. Rasio putaran isomer dalam hidrogen cair adalah: 99,79% - parahidrogen; 0,21% - ortohidrogen. Koefisien muai hidrogen ketika keadaan agregasinya berubah menjadi gas adalah 848:1 pada 20°C.

Seperti gas lainnya, pencairan hidrogen menyebabkan penurunan volumenya. Setelah pencairan, cairan cair disimpan dalam wadah berinsulasi termal di bawah tekanan. Hidrogen cair Hidrogen cair, LH2, LH 2) secara aktif digunakan dalam industri, sebagai bentuk penyimpanan gas, dan dalam industri luar angkasa, sebagai bahan bakar roket.

Cerita

Penggunaan pendingin buatan pertama yang terdokumentasi dilakukan oleh ilmuwan Inggris William Cullen pada tahun 1756, Gaspard Monge adalah orang pertama yang memperoleh sulfur oksida cair pada tahun 1784, Michael Faraday adalah orang pertama yang memperoleh amonia cair, penemu Amerika Oliver Evans adalah orang pertama yang mengembangkan kompresor pendingin pada tahun 1805, Jacob Perkins adalah orang pertama yang mematenkan mesin pendingin pada tahun 1834 dan John Gorey adalah orang pertama yang mematenkan AC di Amerika Serikat pada tahun 1851. Werner Siemens mengusulkan konsep pendinginan regeneratif pada tahun 1857, Karl Linde mematenkan peralatan untuk memproduksi udara cair menggunakan kaskade "efek ekspansi Joule-Thomson" dan pendinginan regeneratif pada tahun 1876. Pada tahun 1885, fisikawan dan kimiawan Polandia Zygmunt Wroblewski menerbitkan suhu kritis hidrogen 33 K, tekanan kritis 13,3 atm. dan titik didih pada 23 K. Hidrogen pertama kali dicairkan oleh James Dewar pada tahun 1898 menggunakan pendinginan regeneratif dan penemuannya, labu Dewar. Sintesis pertama isomer stabil hidrogen cair, parahidrogen, dilakukan oleh Paul Harteck dan Carl Bonhoeffer pada tahun 1929.

Putar isomer hidrogen

Hidrogen pada suhu kamar terutama terdiri dari spin isomer, ortohidrogen. Setelah produksi, hidrogen cair berada dalam keadaan metastabil dan harus diubah menjadi bentuk parahidrogen untuk menghindari reaksi eksotermik eksplosif yang terjadi ketika berubah pada suhu rendah. Konversi ke fase parahidrogen biasanya dilakukan dengan menggunakan katalis seperti oksida besi, kromium oksida, karbon aktif, asbes berlapis platinum, logam tanah jarang, atau melalui penggunaan bahan tambahan uranium atau nikel.

Penggunaan

Hidrogen cair dapat digunakan sebagai bentuk penyimpanan bahan bakar untuk mesin pembakaran internal dan sel bahan bakar. Berbagai kapal selam (proyek "212A" dan "214", Jerman) dan konsep transportasi hidrogen telah dibuat menggunakan bentuk agregat hidrogen ini (lihat misalnya "DeepC" atau "BMW H2R"). Karena kedekatan desainnya, pembuat peralatan LHV dapat menggunakan atau hanya memodifikasi sistem yang menggunakan gas alam cair (LNG). Namun karena kepadatan energi volumetrik yang lebih rendah, pembakaran memerlukan volume hidrogen yang lebih besar dibandingkan gas alam. Jika hidrogen cair digunakan sebagai pengganti "CNG" pada mesin piston, biasanya diperlukan sistem bahan bakar yang lebih besar. Dengan injeksi langsung, peningkatan kerugian pada saluran masuk mengurangi pengisian silinder.

Hidrogen cair juga digunakan untuk mendinginkan neutron dalam eksperimen hamburan neutron. Massa neutron dan inti hidrogen hampir sama, sehingga pertukaran energi selama tumbukan lenting paling efektif.

Keuntungan

Keuntungan menggunakan hidrogen adalah “nol emisi” dari penggunaannya. Produk interaksinya dengan udara adalah air.

Hambatan

Satu liter "ZhV" beratnya hanya 0,07 kg. Artinya, berat jenisnya adalah 70,99 g/l pada 20 K. Hidrogen cair memerlukan teknologi penyimpanan kriogenik, seperti wadah berinsulasi termal khusus dan memerlukan penanganan khusus, yang umum terjadi pada semua bahan kriogenik. Dalam hal ini hampir sama dengan oksigen cair, namun membutuhkan kehati-hatian yang lebih besar karena bahaya kebakaran. Bahkan dengan wadah berinsulasi, sulit untuk menyimpannya pada suhu rendah yang diperlukan untuk menjaganya tetap cair (biasanya menguap dengan kecepatan 1% per hari). Saat menanganinya, Anda juga harus mengikuti tindakan pencegahan keselamatan yang biasa dilakukan saat bekerja dengan hidrogen - hidrogen cukup dingin untuk mencairkan udara, yang bersifat eksplosif.

Bahan pembakar

Hidrogen cair adalah komponen umum bahan bakar roket, yang digunakan untuk menggerakkan kendaraan peluncuran dan pesawat ruang angkasa. Di sebagian besar mesin roket hidrogen cair, hidrogen cair pertama kali digunakan untuk mendinginkan nosel dan bagian mesin lainnya secara regeneratif sebelum dicampur dengan zat pengoksidasi dan dibakar untuk menghasilkan daya dorong. Mesin modern yang menggunakan komponen H 2 /O 2 mengonsumsi campuran bahan bakar yang terlalu kaya akan hidrogen, yang menyebabkan sejumlah hidrogen tidak terbakar di saluran pembuangan. Selain meningkatkan impuls spesifik mesin dengan mengurangi berat molekul, hal ini juga mengurangi erosi pada nosel dan ruang bakar.

Hambatan penggunaan LH di bidang lain, seperti sifat kriogenik dan kepadatan yang rendah, juga menjadi faktor pembatas penggunaan dalam kasus ini. Pada tahun 2009, hanya ada satu kendaraan peluncuran (kendaraan peluncuran Delta-4), yang seluruhnya merupakan roket hidrogen. Pada dasarnya, “ZhV” digunakan baik pada roket tingkat atas atau pada blok, yang melakukan sebagian besar pekerjaan meluncurkan muatan ke luar angkasa dalam ruang hampa. Sebagai salah satu langkah untuk meningkatkan kepadatan bahan bakar jenis ini, terdapat usulan untuk menggunakan hidrogen seperti lumpur, yaitu bentuk “hidrogen cair” semi-beku.

Dalam tabel periodik, hidrogen terletak dalam dua kelompok unsur yang sifatnya sangat berlawanan. Fitur ini membuatnya benar-benar unik. Hidrogen bukan hanya sekedar unsur atau zat, tetapi juga merupakan bagian integral dari banyak senyawa kompleks, unsur organogenik dan biogenik. Oleh karena itu, mari kita lihat lebih dekat sifat dan karakteristiknya.

Pelepasan gas yang mudah terbakar selama interaksi logam dan asam telah diamati pada abad ke-16, yaitu pada saat terbentuknya kimia sebagai ilmu pengetahuan. Ilmuwan Inggris terkenal Henry Cavendish mempelajari zat tersebut mulai tahun 1766 dan memberinya nama “udara yang mudah terbakar”. Saat dibakar, gas ini menghasilkan air. Sayangnya, kepatuhan ilmuwan tersebut pada teori flogiston (“materi ultrahalus” hipotetis) menghalanginya untuk mengambil kesimpulan yang tepat.

Ahli kimia dan naturalis Perancis A. Lavoisier, bersama dengan insinyur J. Meunier dan dengan bantuan gasometer khusus, mensintesis air pada tahun 1783, dan kemudian menganalisisnya melalui penguraian uap air dengan besi panas. Dengan demikian, para ilmuwan dapat sampai pada kesimpulan yang tepat. Mereka menemukan bahwa “udara yang mudah terbakar” tidak hanya merupakan bagian dari air, tetapi juga dapat diperoleh darinya.

Pada tahun 1787, Lavoisier mengemukakan bahwa gas yang diteliti adalah zat sederhana dan, karenanya, merupakan salah satu unsur kimia utama. Dia menyebutnya hidrogen (dari kata Yunani hydor - air + gennao - saya melahirkan), yaitu “melahirkan air.”

Nama Rusia "hidrogen" diusulkan pada tahun 1824 oleh ahli kimia M. Soloviev. Penentuan komposisi air menandai berakhirnya “teori flogiston”. Pada pergantian abad ke-18 dan ke-19, diketahui bahwa atom hidrogen sangat ringan (dibandingkan dengan atom unsur lain) dan massanya diambil sebagai satuan dasar untuk membandingkan massa atom, memperoleh nilai yang sama dengan 1.

Sifat fisik

Hidrogen adalah zat paling ringan yang diketahui sains (14,4 kali lebih ringan dari udara), massa jenisnya 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Bahan ini meleleh (memadat) dan mendidih (mencairkan) masing-masing pada -259,1 °C dan -252,8 °C (hanya helium yang memiliki titik didih dan titik leleh lebih rendah).

Suhu kritis hidrogen sangat rendah (-240 °C). Oleh karena itu, pencairannya merupakan proses yang rumit dan mahal. Tekanan kritis zat adalah 12,8 kgf/cm², dan massa jenis kritisnya adalah 0,0312 g/cm³. Di antara semua gas, hidrogen memiliki konduktivitas termal tertinggi: pada 1 atm dan 0 °C sama dengan 0,174 W/(mxK).

Kapasitas kalor jenis suatu zat pada kondisi yang sama adalah 14,208 kJ/(kgxK) atau 3,394 kal/(rx°C). Unsur ini sedikit larut dalam air (sekitar 0,0182 ml/g pada 1 atm dan 20 °C), tetapi mudah larut dalam sebagian besar logam (Ni, Pt, Pa dan lain-lain), terutama dalam paladium (sekitar 850 volume per volume Pd ) .

Sifat terakhir dikaitkan dengan kemampuannya untuk berdifusi, dan difusi melalui paduan karbon (misalnya, baja) dapat disertai dengan penghancuran paduan tersebut karena interaksi hidrogen dengan karbon (proses ini disebut dekarbonisasi). Dalam wujud cair, zat ini sangat ringan (massa jenis - 0,0708 g/cm³ pada t° = -253 °C) dan cair (viskositas - 13,8 spoise dalam kondisi yang sama).

Dalam banyak senyawa, unsur ini menunjukkan valensi +1 (bilangan oksidasi), seperti natrium dan logam alkali lainnya. Biasanya dianggap sebagai analog dari logam-logam ini. Oleh karena itu, dia mengepalai kelompok I sistem periodik. Dalam hidrida logam, ion hidrogen mempunyai muatan negatif (bilangan oksidasi -1), yaitu Na+H- memiliki struktur yang mirip dengan Na+Cl- klorida. Sesuai dengan hal ini dan beberapa fakta lainnya (kesamaan sifat fisik unsur “H” dan halogen, kemampuannya menggantikannya dengan halogen dalam senyawa organik), Hidrogen diklasifikasikan dalam golongan VII sistem periodik.

Dalam kondisi normal, molekul hidrogen memiliki aktivitas rendah, hanya berikatan langsung dengan non-logam yang paling aktif (fluor dan klor, dengan yang terakhir dalam cahaya). Pada gilirannya, ketika dipanaskan, ia berinteraksi dengan banyak unsur kimia.

Hidrogen atom memiliki aktivitas kimia yang lebih tinggi (bila dibandingkan dengan hidrogen molekuler). Dengan oksigen membentuk air menurut rumus:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

melepaskan 285,937 kJ/mol kalor atau 68,3174 kkal/mol (25 °C, 1 atm). Pada kondisi suhu normal, reaksi berlangsung agak lambat, dan pada t° >= 550 °C reaksi tidak dapat dikendalikan. Batas ledakan campuran hidrogen + oksigen berdasarkan volume adalah 4–94% H₂, dan campuran hidrogen + udara adalah 4–74% H₂ (campuran dua volume H₂ dan satu volume O₂ disebut gas peledakan).

Unsur ini digunakan untuk mereduksi sebagian besar logam, karena menghilangkan oksigen dari oksida:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O, dst.

Hidrogen membentuk hidrogen halida dengan halogen yang berbeda, misalnya:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Namun, ketika bereaksi dengan fluor, hidrogen meledak (ini juga terjadi dalam gelap, pada -252 ° C), dengan brom dan klorin hanya bereaksi ketika dipanaskan atau disinari, dan dengan yodium - hanya ketika dipanaskan. Ketika berinteraksi dengan nitrogen, amonia terbentuk, tetapi hanya pada katalis, pada tekanan dan suhu tinggi:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Saat dipanaskan, hidrogen bereaksi aktif dengan belerang:

H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfida),

dan jauh lebih sulit dengan telurium atau selenium. Hidrogen bereaksi dengan karbon murni tanpa katalis, tetapi pada suhu tinggi:

2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metana).

Zat ini bereaksi langsung dengan beberapa logam (alkali, alkali tanah dan lain-lain), membentuk hidrida, misalnya:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Interaksi antara hidrogen dan karbon monoksida (II) mempunyai arti praktis yang cukup penting. Dalam hal ini, tergantung pada tekanan, suhu dan katalis, senyawa organik yang berbeda terbentuk: HCHO, CH₃OH, dll. Hidrokarbon tak jenuh menjadi jenuh selama reaksi, misalnya:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Hidrogen dan senyawanya memainkan peran luar biasa dalam kimia. Ini menentukan sifat asam dari apa yang disebut. asam protik, cenderung membentuk ikatan hidrogen dengan berbagai unsur, yang mempunyai pengaruh signifikan terhadap sifat-sifat banyak senyawa anorganik dan organik.

Produksi hidrogen

Jenis bahan baku utama untuk produksi industri elemen ini adalah gas penyulingan minyak, gas alam yang mudah terbakar dan oven kokas. Itu juga diperoleh dari air melalui elektrolisis (di tempat-tempat yang tersedia listrik). Salah satu metode terpenting untuk memproduksi bahan dari gas alam adalah interaksi katalitik hidrokarbon, terutama metana, dengan uap air (disebut konversi). Misalnya:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Oksidasi hidrokarbon yang tidak sempurna dengan oksigen:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Karbon monoksida (II) yang disintesis mengalami konversi:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Hidrogen yang dihasilkan dari gas alam adalah yang termurah.

Untuk elektrolisis air digunakan arus searah, yang dialirkan melalui larutan NaOH atau KOH (asam tidak digunakan untuk menghindari korosi pada peralatan). Dalam kondisi laboratorium, bahan diperoleh dengan elektrolisis air atau sebagai hasil reaksi antara asam klorida dan seng. Namun, bahan pabrik yang sudah jadi dalam bentuk silinder lebih sering digunakan.

Unsur ini diisolasi dari gas penyulingan minyak dan gas oven kokas dengan menghilangkan semua komponen lain dari campuran gas, karena unsur ini lebih mudah mencair selama pendinginan dalam.

Bahan ini mulai diproduksi secara industri pada akhir abad ke-18. Dulunya digunakan untuk mengisi balon. Saat ini hidrogen banyak digunakan dalam industri, terutama industri kimia, untuk produksi amonia.

Konsumen massal zat ini adalah produsen metil dan alkohol lainnya, bensin sintetis, dan banyak produk lainnya. Mereka diperoleh melalui sintesis dari karbon monoksida (II) dan hidrogen. Hidrogen digunakan untuk hidrogenasi bahan bakar cair berat dan padat, lemak, dll., untuk sintesis HCl, perlakuan hidro produk minyak bumi, serta pemotongan/pengelasan logam. Unsur terpenting untuk energi nuklir adalah isotopnya – tritium dan deuterium.

Peran biologis hidrogen

Sekitar 10% massa organisme hidup (rata-rata) berasal dari unsur ini. Ini adalah bagian dari air dan kelompok senyawa alami terpenting, termasuk protein, asam nukleat, lipid, dan karbohidrat. Untuk apa ini digunakan?

Materi ini memainkan peran yang menentukan: dalam menjaga struktur spasial protein (kuarter), dalam menerapkan prinsip saling melengkapi asam nukleat (yaitu, dalam implementasi dan penyimpanan informasi genetik), dan secara umum dalam “pengenalan” pada tingkat molekuler. tingkat.

Ion hidrogen H+ mengambil bagian dalam reaksi/proses dinamis yang penting dalam tubuh. Termasuk: dalam oksidasi biologis, yang menyediakan energi bagi sel hidup, dalam reaksi biosintetik, dalam fotosintesis pada tumbuhan, dalam fotosintesis bakteri dan fiksasi nitrogen, dalam menjaga keseimbangan asam-basa dan homeostasis, dalam proses transpor membran. Bersama dengan karbon dan oksigen, ia membentuk dasar fungsional dan struktural dari fenomena kehidupan.

Hidrogen (H) merupakan unsur kimia yang sangat ringan, dengan kandungan 0,9% berat di kerak bumi dan 11,19% di air.

Karakteristik hidrogen

Ini adalah gas pertama yang paling ringan. Dalam kondisi normal, tidak berasa, tidak berwarna, dan sama sekali tidak berbau. Ketika memasuki termosfer, ia terbang ke luar angkasa karena bobotnya yang rendah.

Di seluruh alam semesta, ia adalah unsur kimia yang paling banyak jumlahnya (75% dari total massa zat). Sedemikian rupa sehingga banyak bintang di luar angkasa seluruhnya terbuat dari bahan tersebut. Misalnya saja Matahari. Komponen utamanya adalah hidrogen. Dan panas dan cahaya adalah hasil pelepasan energi selama peleburan inti material. Juga di luar angkasa terdapat seluruh awan molekulnya dengan berbagai ukuran, kepadatan dan suhu.

Sifat fisik

Suhu dan tekanan tinggi secara signifikan mengubah kualitasnya, tetapi dalam kondisi normal:

Ia memiliki konduktivitas termal yang tinggi jika dibandingkan dengan gas lainnya,

Tidak beracun dan sulit larut dalam air,

Dengan massa jenis 0,0899 g/l pada 0°C dan 1 atm.,

Berubah menjadi cair pada suhu -252,8°C

Menjadi keras pada -259.1°C.,

Kalor jenis pembakaran 120.9.106 J/kg.

Dibutuhkan tekanan tinggi dan suhu yang sangat rendah untuk berubah menjadi cair atau padat. Dalam keadaan cair, ia cair dan ringan.

Sifat kimia

Di bawah tekanan dan pendinginan (-252,87 derajat C), hidrogen memperoleh bentuk cair, yang bobotnya lebih ringan daripada analog mana pun. Dibutuhkan lebih sedikit ruang di dalamnya dibandingkan dalam bentuk gas.

Ini adalah tipikal non-logam. Di laboratorium, logam ini diproduksi dengan mereaksikan logam (seperti seng atau besi) dengan asam encer. Dalam kondisi normal ia tidak aktif dan hanya bereaksi dengan nonlogam aktif. Hidrogen dapat memisahkan oksigen dari oksida, dan mereduksi logam dari senyawanya. Ia dan campurannya membentuk ikatan hidrogen dengan unsur-unsur tertentu.

Gas ini sangat larut dalam etanol dan banyak logam, terutama paladium. Perak tidak melarutkannya. Hidrogen dapat teroksidasi selama pembakaran dalam oksigen atau udara, dan ketika berinteraksi dengan halogen.

Ketika bergabung dengan oksigen, air terbentuk. Jika suhu normal, maka reaksi berlangsung lambat; jika di atas 550°C akan meledak (berubah menjadi gas yang dapat meledak).

Menemukan hidrogen di alam

Meskipun terdapat banyak hidrogen di planet kita, tidak mudah untuk menemukannya dalam bentuk murni. Sedikit yang dapat ditemukan selama letusan gunung berapi, selama produksi minyak, dan saat bahan organik terurai.

Lebih dari separuh jumlah totalnya mengandung air. Ia juga termasuk dalam struktur minyak, berbagai tanah liat, gas yang mudah terbakar, hewan dan tumbuhan (keberadaannya di setiap sel hidup adalah 50% dari jumlah atom).

Siklus hidrogen di alam

Setiap tahun, sejumlah besar (miliaran ton) sisa tanaman terurai di badan air dan tanah, dan penguraian ini melepaskan sejumlah besar hidrogen ke atmosfer. Ini juga dilepaskan selama fermentasi yang disebabkan oleh bakteri, pembakaran dan, bersama dengan oksigen, berpartisipasi dalam siklus air.

Aplikasi Hidrogen

Unsur tersebut digunakan secara aktif oleh umat manusia dalam aktivitasnya, sehingga kita telah belajar memperolehnya dalam skala industri untuk:

Meteorologi, produksi bahan kimia;

produksi margarin;

Sebagai bahan bakar roket (hidrogen cair);

Industri tenaga listrik untuk mendinginkan generator listrik;

Pengelasan dan pemotongan logam.

Banyak hidrogen digunakan dalam produksi bensin sintetis (untuk meningkatkan kualitas bahan bakar berkualitas rendah), amonia, hidrogen klorida, alkohol, dan bahan lainnya. Energi nuklir secara aktif menggunakan isotopnya.

Obat "hidrogen peroksida" banyak digunakan dalam metalurgi, industri elektronik, produksi pulp dan kertas, untuk memutihkan kain linen dan katun, untuk produksi pewarna rambut dan kosmetik, polimer dan obat-obatan untuk pengobatan luka.

Sifat "eksplosif" dari gas ini dapat menjadi senjata mematikan - bom hidrogen. Ledakannya disertai dengan pelepasan sejumlah besar zat radioaktif dan berdampak buruk bagi semua makhluk hidup.

Kontak hidrogen cair dan kulit dapat menyebabkan radang dingin yang parah dan menyakitkan.

• Sebutan - H (Hidrogen);
• Nama Latin - Hidrogenium;
• Periode - I;
• Grup - 1 (Ia);
• Massa atom - 1,00794;
• Nomor atom - 1;
• Jari-jari atom = 53 sore;
• Jari-jari kovalen = 32 siang;
• Distribusi elektron - 1s 1;
• suhu leleh = -259,14°C;
• titik didih = -252,87°C;
• Keelektronegatifan (menurut Pauling/menurut Alpred dan Rochow) = 2,02/-;
• Keadaan oksidasi: +1; 0; -1;
• Massa jenis (jumlah) = 0,0000899 g/cm 3 ;
• Volume molar = 14,1 cm 3 /mol.

Senyawa biner hidrogen dengan oksigen:

Hidrogen (“melahirkan air”) ditemukan oleh ilmuwan Inggris G. Cavendish pada tahun 1766. Ini adalah unsur paling sederhana di alam - atom hidrogen memiliki inti dan satu elektron, yang mungkin menjadi alasan mengapa hidrogen adalah unsur paling melimpah di Alam Semesta (menyumbang lebih dari setengah massa sebagian besar bintang).

Mengenai hidrogen kita dapat mengatakan bahwa “spoolnya kecil, tapi mahal.” Terlepas dari “kesederhanaannya”, hidrogen menyediakan energi bagi semua makhluk hidup di Bumi - reaksi termonuklir berkelanjutan terjadi di Matahari, di mana satu atom helium terbentuk dari empat atom hidrogen, proses ini disertai dengan pelepasan sejumlah besar energi. (untuk lebih jelasnya, lihat Fusi nuklir).

Di kerak bumi, fraksi massa hidrogen hanya 0,15%. Sementara itu, sebagian besar (95%) dari semua zat kimia yang dikenal di Bumi mengandung satu atau lebih atom hidrogen.

Dalam senyawa dengan non-logam (HCl, H 2 O, CH 4 ...), hidrogen melepaskan satu-satunya elektronnya ke unsur yang lebih elektronegatif, menunjukkan bilangan oksidasi +1 (lebih sering), hanya membentuk ikatan kovalen (lihat Kovalen menjalin kedekatan).

Dalam senyawa dengan logam (NaH, CaH 2 ...), hidrogen, sebaliknya, menerima elektron lain ke dalam orbital s satu-satunya, sehingga mencoba melengkapi lapisan elektroniknya, menunjukkan bilangan oksidasi -1 (lebih jarang), sering kali membentuk ikatan ionik (lihat ikatan ionik), karena perbedaan keelektronegatifan atom hidrogen dan atom logam bisa sangat besar.

jam 2

Dalam bentuk gas, hidrogen ada dalam bentuk molekul diatomik, membentuk ikatan kovalen nonpolar.

Molekul hidrogen memiliki:

• mobilitas yang luar biasa;
• kekuatan besar;
• polarisasi rendah;
• ukuran kecil dan berat.

Sifat gas hidrogen:

• gas paling ringan di alam, tidak berwarna dan tidak berbau;
• sulit larut dalam air dan pelarut organik;
• larut dalam jumlah kecil dalam logam cair dan padat (terutama platina dan paladium);
• sulit untuk dicairkan (karena polarisasinya rendah);
• memiliki konduktivitas termal tertinggi dari semua gas yang diketahui;
• ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan banyak non-logam, menunjukkan sifat-sifat zat pereduksi;
• pada suhu kamar bereaksi dengan fluor (terjadi ledakan): H 2 + F 2 = 2HF;
• bereaksi dengan logam membentuk hidrida, menunjukkan sifat pengoksidasi: H 2 + Ca = CaH 2 ;

Dalam senyawa, hidrogen menunjukkan sifat pereduksinya jauh lebih kuat daripada sifat pengoksidasinya. Hidrogen adalah zat pereduksi paling kuat setelah batu bara, aluminium, dan kalsium. Sifat pereduksi hidrogen banyak digunakan dalam industri untuk memperoleh logam dan nonlogam (zat sederhana) dari oksida dan gallida.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Reaksi hidrogen dengan zat sederhana

Hidrogen menerima elektron, memainkan perannya agen pereduksi, dalam reaksi:

• Dengan oksigen(ketika dinyalakan atau dengan adanya katalis), dengan perbandingan 2:1 (hidrogen:oksigen) terbentuk gas peledak yang dapat meledak: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• Dengan abu-abu(bila dipanaskan hingga 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Dengan klorin(bila dinyalakan atau disinari dengan sinar UV): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• Dengan fluor: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• Dengan nitrogen(bila dipanaskan dengan adanya katalis atau pada tekanan tinggi): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Hidrogen menyumbangkan elektron, memainkan peran zat pengoksidasi, dalam reaksi dengan bersifat basa Dan alkali tanah logam dengan pembentukan hidrida logam - senyawa ionik seperti garam yang mengandung ion hidrida H - ini adalah zat kristal putih yang tidak stabil.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Hidrogen biasanya tidak menunjukkan bilangan oksidasi -1. Ketika bereaksi dengan air, hidrida terurai, mereduksi air menjadi hidrogen. Reaksi kalsium hidrida dengan air adalah sebagai berikut:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Reaksi hidrogen dengan zat kompleks

• pada suhu tinggi, hidrogen mereduksi banyak oksida logam: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• metil alkohol diperoleh melalui reaksi hidrogen dengan karbon monoksida (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• Dalam reaksi hidrogenasi, hidrogen bereaksi dengan banyak zat organik.

Persamaan reaksi kimia hidrogen dan senyawanya dibahas lebih rinci pada halaman “Hidrogen dan senyawanya - persamaan reaksi kimia yang melibatkan hidrogen”.

Penerapan hidrogen

• dalam energi nuklir, isotop hidrogen digunakan - deuterium dan tritium;
• dalam industri kimia, hidrogen digunakan untuk sintesis banyak zat organik, amonia, hidrogen klorida;
• dalam industri makanan, hidrogen digunakan dalam produksi lemak padat melalui hidrogenasi minyak nabati;
• untuk pengelasan dan pemotongan logam, digunakan suhu pembakaran hidrogen dalam oksigen yang tinggi (2600°C);
• dalam produksi beberapa logam, hidrogen digunakan sebagai zat pereduksi (lihat di atas);
• karena hidrogen adalah gas ringan, ia digunakan dalam aeronautika sebagai pengisi balon, aerostat, dan kapal udara;
• Hidrogen digunakan sebagai bahan bakar yang dicampur dengan CO.

Akhir-akhir ini para ilmuwan menaruh perhatian yang cukup besar terhadap pencarian sumber energi alternatif terbarukan. Salah satu bidang yang menjanjikan adalah energi “hidrogen”, yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, yang produk pembakarannya adalah air biasa.

Metode untuk memproduksi hidrogen

Metode industri untuk memproduksi hidrogen:

• konversi metana (reduksi katalitik uap air) dengan uap air pada suhu tinggi (800°C) pada katalis nikel: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• konversi karbon monoksida dengan uap air (t=500°C) pada katalis Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• dekomposisi termal metana: CH 4 = C + 2H 2;
• gasifikasi bahan bakar padat (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• elektrolisis air (metode yang sangat mahal yang menghasilkan hidrogen sangat murni): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Metode laboratorium untuk memproduksi hidrogen:

• aksi pada logam (biasanya seng) dengan asam klorida atau asam sulfat encer: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H 2 JADI 4 = ZnSO 4 + H 2;
• interaksi uap air dengan serbuk besi panas: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

DEFINISI

Hidrogen- elemen pertama dari Tabel Periodik. Penunjukan - H dari bahasa Latin "hidrogenium". Terletak di periode pertama, grup IA. Mengacu pada non-logam. Muatan inti adalah 1.

Hidrogen adalah salah satu unsur kimia yang paling umum - bagiannya sekitar 1% dari massa ketiga cangkang kerak bumi (atmosfer, hidrosfer, dan litosfer), yang jika diubah menjadi persentase atom, menghasilkan angka 17,0.

Jumlah utama unsur ini berada dalam keadaan terikat. Jadi, air mengandung sekitar 11 berat. %, tanah liat - sekitar 1,5%, dll. Dalam bentuk senyawa dengan karbon, hidrogen merupakan bagian dari minyak, gas alam yang mudah terbakar dan seluruh organisme.

Hidrogen adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau (diagram struktur atom ditunjukkan pada Gambar 1). Titik leleh dan titik didihnya sangat rendah (masing-masing -259 o C dan -253 o C). Pada suhu (-240 o C) dan di bawah tekanan, hidrogen mampu mencair, dan dengan penguapan yang cepat dari cairan yang dihasilkan, ia berubah menjadi padat (kristal transparan). Ini sedikit larut dalam air - 2:100 volume. Hidrogen dicirikan oleh kelarutannya dalam beberapa logam, misalnya besi.

Beras. 1. Struktur atom hidrogen.

Massa atom dan molekul hidrogen

DEFINISI

Massa atom relatif suatu unsur adalah perbandingan massa atom suatu unsur dengan 1/12 massa atom karbon.

Massa atom relatif tidak berdimensi dan dilambangkan dengan A r (indeks “r” adalah huruf awal dari kata relatif dalam bahasa Inggris, yang berarti “relatif”). Massa atom relatif atom hidrogen adalah 1,008 sma.

Massa molekul, serta massa atom, dinyatakan dalam satuan massa atom.

DEFINISI

Berat molekul Suatu zat disebut massa suatu molekul, dinyatakan dalam satuan massa atom. Berat molekul relatif zat disebut perbandingan massa molekul suatu zat dengan 1/12 massa atom karbon yang massanya 12 sma.

Diketahui bahwa molekul hidrogen bersifat diatomik - H 2 . Berat molekul relatif molekul hidrogen akan sama dengan:

M r (H 2) = 1,008 × 2 = 2,016.

Isotop hidrogen

Hidrogen memiliki tiga isotop: protium 1 H, deuterium 2 H atau D dan tritium 3 H atau T. Nomor massanya adalah 1, 2 dan 3. Protium dan deuterium stabil, tritium bersifat radioaktif (waktu paruh 12,5 tahun). Dalam senyawa alam, deuterium dan protium rata-rata terkandung dengan perbandingan 1:6800 (berdasarkan jumlah atom). Tritium ditemukan di alam dalam jumlah yang dapat diabaikan.

Inti atom hidrogen 1 H mengandung satu proton. Inti deuterium dan tritium, selain proton, mencakup satu dan dua neutron.

Ion hidrogen

Atom hidrogen dapat melepaskan elektron tunggalnya untuk membentuk ion positif (yang merupakan proton kosong) atau memperoleh satu elektron untuk menjadi ion negatif, yang memiliki konfigurasi elektron helium.

Pelepasan elektron secara menyeluruh dari atom hidrogen memerlukan pengeluaran energi ionisasi yang sangat tinggi:

H + 315 kkal = H + + e.

Akibatnya, ketika hidrogen berinteraksi dengan metaloid, bukan ikatan ionik yang muncul, tetapi hanya ikatan polar.

Kecenderungan atom netral untuk memperoleh kelebihan elektron ditandai dengan nilai afinitas elektronnya. Dalam hidrogen, ion ini dinyatakan agak lemah (namun, ini tidak berarti bahwa ion hidrogen seperti itu tidak ada):

H + e = H - + 19 kkal.

Molekul hidrogen dan atom

Molekul hidrogen terdiri dari dua atom - H2. Berikut beberapa sifat yang menjadi ciri atom dan molekul hidrogen:

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1