Шингэн

Устөрөгч(лат. Устөрөгч; тэмдгээр илэрхийлнэ Х) нь элементүүдийн үелэх системийн эхний элемент юм. Байгальд өргөн тархсан. Устөрөгчийн хамгийн түгээмэл изотоп болох 1Н-ийн катион (мөн цөм) нь протон юм. 1 H цөмийн шинж чанар нь органик бодисын шинжилгээнд NMR спектроскопийг өргөнөөр ашиглах боломжийг олгодог.

Устөрөгчийн гурван изотоп нь өөрийн гэсэн нэртэй байдаг: 1 H - протиум (H), 2 H - дейтерий (D) ба 3 H - тритиум (цацраг идэвхт) (T).

Устөрөгчийн энгийн бодис болох H 2 нь цайвар өнгөгүй хий юм. Агаар эсвэл хүчилтөрөгчтэй холилдоход шатамхай, тэсрэх аюултай. Хоргүй. Этанол болон хэд хэдэн металлд уусдаг: төмөр, никель, палладий, цагаан алт.

Өгүүллэг

Хүчил ба металлын харилцан үйлчлэлийн явцад шатамхай хий ялгарах нь 16-17-р зууны үед хими шинжлэх ухаан болж үүссэн үед ажиглагдсан. Михаил Васильевич Ломоносов мөн түүний тусгаарлалтыг шууд онцолсон боловч энэ нь флогистон биш гэдгийг тэр аль хэдийн мэдэж байсан. Английн физикч, химич Хенри Кавендиш 1766 онд энэ хийг судалж үзээд "шатамхай агаар" гэж нэрлэжээ. Шатах үед "шатдаг агаар" нь ус үүсгэдэг боловч Кавендиш флогистоны онолыг баримталдаг байсан нь зөв дүгнэлт гаргахад саад болжээ. Францын химич Антуан Лавуазье инженер Ж.Меньетэй хамтран тусгай газометр ашиглан 1783 онд усны нийлэгжилтийг хийж, улмаар усны уурыг халуун төмрөөр задлан шинжилж байжээ. Тиймээс тэрээр "шатамхай агаар" нь усны нэг хэсэг бөгөөд үүнээс гаргаж авах боломжтой гэдгийг тогтоожээ.

Нэрийн гарал үүсэл

Лавуазье устөрөгчийг "усыг төрүүлдэг гидроген" гэж нэрлэжээ. Оросын "устөрөгч" гэсэн нэрийг химич М.Ф. Соловьев 1824 онд Сломоносовын "хүчилтөрөгч" -тэй зүйрлэн санал болгосон.

Тархалт

Устөрөгч бол орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг элемент юм. Энэ нь бүх атомын 92% -ийг эзэлдэг (8% нь гелий атомууд, бусад бүх элементүүдийн нийлбэр нь 0.1% -иас бага байдаг). Тиймээс устөрөгч нь од ба од хоорондын хийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Оддын температурын нөхцөлд (жишээлбэл, нарны гадаргуугийн температур ~ 6000 ° C) устөрөгч нь од хоорондын орон зайд плазм хэлбэрээр байдаг, энэ элемент нь бие даасан молекул, атом, ион хэлбэрээр байдаг бөгөөд үүсч болно хэмжээ, нягтрал, температурын хувьд ихээхэн ялгаатай молекулын үүл.

Дэлхийн царцдас ба амьд организмууд

Дэлхийн царцдас дахь устөрөгчийн массын эзлэх хувь 1% - энэ нь хамгийн элбэг байдаг арав дахь элемент юм. Гэсэн хэдий ч түүний байгальд гүйцэтгэх үүргийг массаар бус атомын тоогоор тодорхойлдог бөгөөд бусад элементүүдийн дунд эзлэх хувь нь 17% (хүчилтөрөгчийн дараа хоёрдугаарт, атомын эзлэх хувь ~ 52%) байна. Тиймээс дэлхий дээр болж буй химийн процессуудад устөрөгчийн ач холбогдол нь хүчилтөрөгчийнхтэй бараг адил юм. Хүчилтөрөгчөөс ялгаатай нь дэлхий дээр холбогдсон болон чөлөөт төлөвт байдаг бөгөөд дэлхий дээрх бараг бүх устөрөгч нь нэгдлүүд хэлбэртэй байдаг; Агаар мандалд маш бага хэмжээний устөрөгч энгийн бодис хэлбэрээр агуулагддаг (эзэлхүүний 0.00005%).

Устөрөгч нь бараг бүх органик бодисын нэг хэсэг бөгөөд бүх амьд эсэд байдаг. Амьд эсэд устөрөгч нь атомын бараг 50% -ийг эзэлдэг.

Баримт

Энгийн бодисыг үйлдвэрлэх үйлдвэрлэлийн аргууд нь байгальд харгалзах элемент нь ямар хэлбэрээр, өөрөөр хэлбэл түүнийг үйлдвэрлэх түүхий эд байж болох хэлбэрээс хамаарна. Тиймээс чөлөөт төлөвт байгаа хүчилтөрөгчийг шингэн агаараас салгах замаар физик байдлаар олж авдаг. Устөрөгч нь бараг бүхэлдээ нэгдлүүдийн хэлбэртэй байдаг тул химийн аргаар гаргаж авдаг. Ялангуяа задралын урвалыг ашиглаж болно. Устөрөгчийг үйлдвэрлэх нэг арга бол усыг цахилгаан гүйдлээр задлах явдал юм.

Устөрөгчийг үйлдвэрлэх үйлдвэрлэлийн гол арга бол байгалийн хийн нэг хэсэг болох метаныг устай урвалд оруулах явдал юм. Энэ нь өндөр температурт хийгддэг (метаныг буцалж буй усаар дамжуулж байхад ямар ч хариу үйлдэл үзүүлэхгүй гэдгийг шалгахад хялбар байдаг):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 кЖ

Лабораторид энгийн бодисыг олж авахын тулд тэд байгалийн түүхий эдийг ашиглах шаардлагагүй, харин шаардлагатай бодисыг тусгаарлахад хялбар байх эхлэлийн материалыг сонгоно. Жишээлбэл, лабораторид хүчилтөрөгчийг агаараас авдаггүй. Устөрөгчийн үйлдвэрлэлд мөн адил хамаарна. Үйлдвэрт заримдаа ашигладаг устөрөгчийг үйлдвэрлэх лабораторийн аргуудын нэг бол усыг цахилгаан гүйдлээр задлах явдал юм.

Ихэвчлэн устөрөгчийг лабораторид цайрыг давсны хүчилтэй урвалд оруулснаар үйлдвэрлэдэг.

Аж үйлдвэрт

1. Давсны усан уусмалын электролиз:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Усны уурыг халуун коксоор 1000 ° C орчим температурт нэвтрүүлэх:

H2O+C? H2+CO

3. Байгалийн хийнээс .

Steam хөрвүүлэлт:

CH 4 + H 2 O ? CO + 3H 2 (1000 °C)

Хүчилтөрөгчтэй каталитик исэлдэлт:

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

4. Газрын тос боловсруулах явцад нүүрсустөрөгчийн хагарал, шинэчлэл.

Лабораторид

1.Металл дахь шингэрүүлсэн хүчлүүдийн нөлөө.Энэ урвалыг явуулахын тулд цайр ба шингэрүүлсэн давсны хүчлийг ихэвчлэн ашигладаг.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Кальцийн устай харилцан үйлчлэх:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Гидридийн гидролиз:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Цайр эсвэл хөнгөн цагаанд шүлтийн нөлөө:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Электролиз ашиглах.Шүлт эсвэл хүчлийн усан уусмалын электролизийн үед катод дээр устөрөгч ялгардаг, жишээлбэл:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Физик шинж чанар

Устөрөгч нь хоёр хэлбэрээр (өөрчлөлт) байж болно - орто- ба пара-устөрөгчийн хэлбэрээр. Ортогидроген молекулд о-H 2 (mp −259.10 °C, bp −252.56 °C) цөмийн спин нь ижил (зэрэгцээ) чиглэгддэг ба пара устөрөгчийн хувьд х-H 2 (хайлах цэг -259.32 ° C, буцлах цэг -252.89 ° C) - бие биенийхээ эсрэг (эсрэг параллель). Тэнцвэрийн холимог о-H 2 ба х-Өгөгдсөн температурт H 2-ийг нэрлэдэг тэнцвэрт устөрөгч д-Н2.

Устөрөгчийн өөрчлөлтийг шингэн азотын температурт идэвхтэй нүүрстөрөгч дээр шингээх замаар салгаж болно. Маш бага температурт ортогидроген ба пара устөрөгчийн тэнцвэр бараг бүрэн шилждэг. 80 К-т хэлбэрүүдийн харьцаа ойролцоогоор 1: 1 байна. Халах үед десорбцийн парагидроген нь тасалгааны температурт тэнцвэртэй холимог үүсэх хүртэл ортогидроген болж хувирдаг (орто-пара: 75:25). Катализаторгүйгээр хувиргалт нь аажмаар явагддаг (од хоорондын орчны нөхцөлд - сансар огторгуйн цаг хүртэл) бөгөөд энэ нь хувь хүний ​​өөрчлөлтийн шинж чанарыг судлах боломжийг олгодог.

Устөрөгч нь хамгийн хөнгөн хий бөгөөд агаараас 14.5 дахин хөнгөн. Молекулуудын масс бага байх тусам ижил температурт хурд нь өндөр байх нь ойлгомжтой. Хамгийн хөнгөн молекулуудын хувьд устөрөгчийн молекулууд нь бусад хийн молекулуудаас илүү хурдан хөдөлдөг тул дулааныг нэг биеэс нөгөөд илүү хурдан шилжүүлж чаддаг. Үүнээс үзэхэд устөрөгч нь хийн бодисуудын дунд хамгийн өндөр дулаан дамжуулалттай байдаг. Түүний дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь агаарын дулаан дамжуулалтаас ойролцоогоор долоо дахин их байдаг.

Устөрөгчийн молекул нь хоёр атомт - H2. Хэвийн нөхцөлд энэ нь өнгөгүй, үнэргүй, амтгүй хий юм. Нягт 0,08987 г/л (но.), буцлах температур −252,76 °C, шаталтын хувийн дулаан 120,9×10 6 Ж/кг, усанд бага зэрэг уусдаг - 18,8 мл/л. Устөрөгч нь олон металл (Ni, Pt, Pd гэх мэт), ялангуяа палладийд (1 эзлэхүүн Pd тутамд 850 боть) маш сайн уусдаг. Метал дахь устөрөгчийн уусах чадвар нь тэдгээрийн дундуур тархах чадвартай холбоотой; Нүүрстөрөгчийн хайлшаар (жишээлбэл, ган) тархах нь заримдаа устөрөгчийн нүүрстөрөгчтэй харилцан үйлчлэлцсэний улмаас хайлшийг устгах (декарбонизаци гэж нэрлэгддэг) дагалддаг. Мөнгөнд бараг уусдаггүй.

Шингэн устөрөгч−252.76-аас −259.2 °C хүртэл маш нарийн температурын мужид оршдог. Энэ нь өнгөгүй шингэн, маш хөнгөн (-253 ° C-ийн нягтрал 0.0708 г/см3) ба шингэн (-253 ° C-д зуурамтгай чанар 13.8 spuaz). Устөрөгчийн чухал параметрүүд нь маш бага: температур -240.2 ° C, даралт 12.8 атм. Энэ нь устөрөгчийг шингэрүүлэхэд хүндрэлтэй байгааг тайлбарладаг. Шингэн төлөвт тэнцвэрт устөрөгч нь 99.79% пара-Н2, 0.21% орто-Н2-ээс бүрдэнэ.

Хатуу устөрөгч, хайлах цэг −259.2 °C, нягт 0.0807 г/см 3 (−262 °C-д) - цас шиг масс, зургаан өнцөгт талст, орон зайн бүлэг P6/mmc, эсийн параметрүүд а=3,75 в=6.12. Өндөр даралтын үед устөрөгч нь металл төлөвт хувирдаг.

Изотопууд

Устөрөгч нь бие даасан нэртэй гурван изотоп хэлбэрээр үүсдэг: 1 H - протиум (H), 2 H - дейтерий (D), 3 H - тритиум (цацраг идэвхт) (T).

Протиум ба дейтерий нь массын тоо 1 ба 2-той тогтвортой изотопууд юм. Тэдний байгаль дээрх агууламж нь 99.9885 ± 0.0070% ба 0.0115 ± 0.0070% байна. Устөрөгчийг үйлдвэрлэх эх үүсвэр, аргаас хамааран энэ харьцаа бага зэрэг ялгаатай байж болно.

Устөрөгчийн изотоп 3H (тритиум) нь тогтворгүй байдаг. Түүний хагас задралын хугацаа 12.32 жил байна. Тритиум нь маш бага хэмжээгээр байгалийн гаралтай байдаг.

Мөн уран зохиолд массын тоо нь 4 - 7, хагас задралын хугацаа 10 -22 - 10 -23 секундын устөрөгчийн изотопуудын талаарх мэдээллийг өгдөг.

Байгалийн устөрөгч нь 3200:1 харьцаатай H 2 ба HD (дейтерийн устөрөгч) молекулуудаас бүрддэг. Цэвэр дейтерийн устөрөгч D 2-ийн агууламж үүнээс ч бага байна. HD ба D 2-ийн концентрацийн харьцаа ойролцоогоор 6400:1 байна.

Химийн элементүүдийн бүх изотопуудаас устөрөгчийн изотопуудын физик, химийн шинж чанар нь бие биенээсээ ихээхэн ялгаатай байдаг. Энэ нь атомын массын хамгийн том харьцангуй өөрчлөлттэй холбоотой юм.

Дейтерий ба тритий нь мөн орто- болон пара-өөрчлөлттэй байдаг: х-D 2, о-D 2, х-T 2, о-Т 2. Гетероизотопын устөрөгч (HD, HT, DT) нь орто- болон пара-модификацтай байдаггүй.

Химийн шинж чанар

Диссоциацлагдсан устөрөгчийн молекулуудын хэсэг

Устөрөгчийн молекул H2 нь нэлээд хүчтэй бөгөөд устөрөгчийн урвалд орохын тулд маш их энерги зарцуулах шаардлагатай.

H 2 = 2H - 432 кЖ

Тиймээс энгийн температурт устөрөгч нь зөвхөн кальци гэх мэт маш идэвхтэй металлуудтай урвалд орж, кальцийн гидрид үүсгэдэг.

Ca + H 2 = CaH 2

ба устөрөгчийн фтор үүсгэдэг цорын ганц металл бус фтортой:

Устөрөгч нь өндөр температурт эсвэл бусад нөлөөллийн дор ихэнх металл ба металл бустай урвалд ордог, жишээлбэл, гэрэлтүүлэг:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Энэ нь зарим исэлээс хүчилтөрөгчийг "зайлж" чаддаг, жишээлбэл:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Бичсэн тэгшитгэл нь устөрөгчийн багасгах шинж чанарыг тусгасан болно.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Галогентэй устөрөгчийн галид үүсгэдэг:

F 2 + H 2 → 2HF, урвал нь харанхуйд, ямар ч температурт тэсрэх аюултай,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, урвал нь зөвхөн гэрэлд тэсрэх замаар явагддаг.

Энэ нь өндөр халуунд тортогтой харьцдаг:

C + 2H 2 → CH 4

Шүлт ба шүлтлэг шороон металлуудтай харилцан үйлчлэл

Идэвхтэй металлуудтай харилцан үйлчлэхэд устөрөгч нь гидрид үүсгэдэг.

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

Гидрид- давстай төстэй хатуу бодис, амархан гидролизд ордог:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Металлын оксидуудтай харилцан үйлчлэл (ихэвчлэн d-элементүүд)

Оксидууд нь металл болж хувирдаг:

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

Органик нэгдлүүдийг устөрөгчжүүлэх

Молекулын устөрөгчийг органик нэгдлүүдийг багасгах зорилгоор органик синтезд өргөн ашигладаг. Эдгээр процессуудыг нэрлэдэг устөрөгчжүүлэх урвалууд. Эдгээр урвалууд нь өндөр даралт, температурт катализаторын оролцоотойгоор явагддаг. Катализатор нь нэгэн төрлийн (жишээ нь, Вилкинсоны катализатор) эсвэл гетероген (жишээ нь: Рэйни никель, нүүрстөрөгч дээрх палладий) байж болно.

Тиймээс, ялангуяа алкен, алкин зэрэг ханаагүй нэгдлүүдийг катализаторын устөрөгчжүүлэх явцад ханасан нэгдлүүд - алканууд үүсдэг.

Устөрөгчийн геохими

Чөлөөт устөрөгч H2 нь хуурай газрын хийд харьцангуй ховор байдаг боловч ус хэлбэрээр геохимийн процесст маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Устөрөгч нь эрдэс бодист аммонийн ион, гидроксил ион, талст ус хэлбэрээр байж болно.

Агаар мандалд устөрөгч нь нарны цацрагийн нөлөөгөөр ус задралын үр дүнд тасралтгүй үүсдэг. Бага масстай устөрөгчийн молекулууд нь тархалтын хөдөлгөөний өндөр хурдтай байдаг (энэ нь сансрын хоёр дахь хурдтай ойролцоо байдаг) бөгөөд агаар мандлын дээд давхаргад орохдоо тэд сансарт нисч чаддаг.

Эмчилгээний онцлог

Устөрөгч нь агаартай холилдох үед тэсрэх бодис гэж нэрлэгддэг тэсрэх хольц үүсгэдэг. Энэ хий нь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн эзлэхүүний харьцаа 2:1 буюу устөрөгч ба агаар ойролцоогоор 2:5 байх үед хамгийн их тэсрэх аюултай, учир нь агаар нь ойролцоогоор 21% хүчилтөрөгч агуулдаг. Устөрөгч нь бас галын аюул юм. Шингэн устөрөгч нь арьсанд хүрвэл хүчтэй хөлдөлт үүсгэдэг.

Устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн тэсрэх агууламж нь эзлэхүүний 4% -иас 96% хүртэл байдаг. Эзлэхүүний 4%-аас 75(74)% хүртэл агаартай холилдох үед.

Эдийн засаг

Томоохон бөөний нийлүүлэлтийн устөрөгчийн үнэ нэг кг тутамд 2-5 доллар хооронд хэлбэлздэг.

Өргөдөл

Атомын устөрөгчийг атомын устөрөгчийн гагнуурын ажилд ашигладаг.

Химийн үйлдвэр

• Аммиак, метанол, саван, хуванцар үйлдвэрлэлд
• Шингэн ургамлын тосноос маргарин үйлдвэрлэхэд
• Хүнсний нэмэлт болгон бүртгүүлсэн E949(хий савлах)

Хүнсний үйлдвэр

Агаарын тээврийн салбар

Устөрөгч нь маш хөнгөн бөгөөд агаарт үргэлж өсдөг. Нэгэн цагт агаарын хөлөг, агаарын бөмбөлгүүдийг устөрөгчөөр дүүргэдэг байв. Гэхдээ 30-аад онд. XX зуун Агаарын хөлөг дэлбэрч, шатсан хэд хэдэн гамшиг тохиолдсон. Өнөө үед агаарын хөлөг нь хамаагүй өндөр өртөгтэй ч гелийээр дүүрдэг.

Шатахуун

Устөрөгчийг пуужингийн түлш болгон ашигладаг.

Устөрөгчийг автомашин, ачааны машинд түлш болгон ашиглах судалгаа хийгдэж байна. Устөрөгчийн хөдөлгүүр нь хүрээлэн буй орчныг бохирдуулдаггүй бөгөөд зөвхөн усны уурыг ялгаруулдаг.

Устөрөгч-хүчилтөрөгчийн түлшний эсүүд нь химийн урвалын энергийг шууд цахилгаан энерги болгон хувиргахад устөрөгчийг ашигладаг.

"Шингэн устөрөгч"(“LH”) нь устөрөгчийн шингэн төлөв, бага хувийн нягт нь 0.07 г/см³, хөлдөх температур нь 14.01 К (−259.14 ° C), буцлах температур нь 20.28 К (−252.87 ° C) криоген шинж чанартай байдаг. ). Энэ нь өнгөгүй, үнэргүй шингэн бөгөөд агаартай холилдоход 4-75% шатах чадвартай тэсрэх аюултай гэж ангилдаг. Шингэн устөрөгч дэх изомеруудын эргэлтийн харьцаа: 99.79% - парагидроген; 0.21% - ортогидроген. Агрегацын төлөвийг хийн төлөвт шилжүүлэх үед устөрөгчийн тэлэлтийн коэффициент нь 20 ° C-д 848: 1 байна.

Бусад хийтэй адил устөрөгчийг шингэрүүлэх нь түүний эзэлхүүнийг багасгахад хүргэдэг. Шингэрүүлсний дараа шингэн шингэнийг даралтын дор дулаан тусгаарлагдсан саванд хадгална. Шингэн устөрөгч Шингэн устөрөгч, LH2, LH 2) нь үйлдвэрлэлд, хий хадгалах нэг хэлбэр, сансрын салбарт пуужингийн түлш болгон идэвхтэй ашиглагддаг.

Өгүүллэг

Хиймэл хөргөлтийн анхны баримтжуулсан хэрэглээг 1756 онд Английн эрдэмтэн Уильям Каллен, 1784 онд Гаспард Монж хүхрийн ислийн шингэн төлөвийг олж авсан анхны хүн, Майкл Фарадей шингэрүүлсэн аммиак, Америкийн зохион бүтээгч Оливер Эванс анх гаргажээ. 1805 онд хөргөлтийн компрессор бүтээж, Жейкоб Перкинс 1834 онд, Жон Гори 1851 онд АНУ-д агааржуулагчийн патентыг анхлан авсан. Вернер Сименс 1857 онд нөхөн сэргээгдэх хөргөлтийн үзэл баримтлалыг санал болгож, Карл Линде 1876 онд "Жоуль-Томсоны тэлэлтийн эффект" каскад ашиглан шингэн агаар үйлдвэрлэх төхөөрөмжийг патентжуулсан. 1885 онд Польшийн физикч, химич Зигмунт Вроблевски устөрөгчийн эгзэгтэй температур 33 К, эгзэгтэй даралтыг 13.3 атм гэж нийтлэв. ба буцлах температур 23 К. Устөрөгчийг анх 1898 онд Жеймс Дьюар нөхөн төлжүүлэх хөргөлт болон түүний зохион бүтээсэн Дьюар колбыг ашиглан шингэрүүлсэн. Шингэн устөрөгчийн тогтвортой изомер болох пара устөрөгчийн анхны нийлэгжилтийг 1929 онд Пол Хартек, Карл Бонхоффер нар хийжээ.

Устөрөгчийн ээрэх изомерууд

Өрөөний температурт устөрөгч нь үндсэндээ спин изомер болох ортогидрогенээс бүрдэнэ. Үйлдвэрлэсний дараа шингэн устөрөгч нь хувирамтгай төлөвт байгаа бөгөөд бага температурт өөрчлөгдөх үед тэсрэх экзотермик урвалаас зайлсхийхийн тулд параустөрөгчийн хэлбэрт шилжих ёстой. Төмрийн исэл, хромын исэл, идэвхжүүлсэн нүүрс, цагаан алтаар бүрсэн асбест, газрын ховор металл зэрэг катализатор эсвэл уран, никелийн нэмэлтийг ашиглан параустөрөгчийн үе шат руу хувиргадаг.

Хэрэглээ

Шингэн устөрөгчийг дотоод шаталтат хөдөлгүүр болон түлшний эсүүдэд түлш хадгалах хэлбэр болгон ашиглаж болно. Төрөл бүрийн шумбагч онгоцууд ("212А" ба "214" төслүүд, Герман) болон устөрөгчийн тээвэрлэлтийн концепцийг устөрөгчийн нэгтгэсэн хэлбэрийг ашиглан бүтээсэн (жишээлбэл "DeepC" эсвэл "BMW H2R"-ийг үзнэ үү). Загварын ойролцоо байгаа тул LHV төхөөрөмжийг бүтээгчид шингэрүүлсэн байгалийн хий (LNG) ашиглан системийг ашиглах эсвэл зөвхөн өөрчлөх боломжтой. Гэсэн хэдий ч эзэлхүүний эрчим хүчний нягтрал багатай тул шаталт нь байгалийн хийнээс илүү их хэмжээний устөрөгч шаарддаг. Хэрэв поршений хөдөлгүүрт "CNG"-ийн оронд шингэн устөрөгчийг ашигладаг бол ихэвчлэн илүү их хэмжээний түлшний систем шаардлагатай байдаг. Шууд тарилга хийснээр хэрэглээний суваг дахь алдагдал ихсэх нь цилиндрийн дүүргэлтийг бууруулдаг.

Шингэн устөрөгчийг нейтроныг тараах туршилтанд нейтроныг хөргөхөд ашигладаг. Нейтрон ба устөрөгчийн цөмийн масс бараг тэнцүү тул уян харимхай мөргөлдөөний үед энерги солилцох нь хамгийн үр дүнтэй байдаг.

Давуу тал

Устөрөгчийг ашиглахын давуу тал нь түүний хэрэглээний "тэг ялгаралт" юм. Түүний агаартай харьцах бүтээгдэхүүн нь ус юм.

Саад бэрхшээл

Нэг литр "ZhV" нь ердөө 0.07 кг жинтэй. Өөрөөр хэлбэл, түүний хувийн жин нь 20 К-д 70.99 г/л байна. Шингэн устөрөгч нь тусгай дулаан тусгаарлалттай сав зэрэг криоген хадгалах технологи шаарддаг бөгөөд энэ нь бүх криоген материалд ердийн зүйл юм. Энэ нь шингэн хүчилтөрөгчтэй ойролцоо боловч галын аюулаас болж илүү болгоомжтой байхыг шаарддаг. Тусгаарласан савтай байсан ч шингэн байлгахад шаардагдах бага температурт байлгахад хэцүү байдаг (энэ нь ихэвчлэн өдөрт 1% ууршдаг). Түүнтэй харьцахдаа устөрөгчтэй ажиллахдаа ердийн аюулгүй байдлын урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээг дагаж мөрдөх шаардлагатай - энэ нь агаарыг шингэрүүлэхэд хангалттай хүйтэн тул тэсрэх аюултай.

Түлш

Шингэн устөрөгч нь пуужингийн түлшний нийтлэг бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд хөөргөгч болон сансрын хөлгүүдийг хөдөлгөхөд ашигладаг. Ихэнх шингэн устөрөгчийн пуужингийн хөдөлгүүрт энэ нь эхлээд исэлдүүлэгчтэй холилдож, түлхэлт үүсгэхийн тулд шатаахын өмнө хушуу болон хөдөлгүүрийн бусад хэсгүүдийг нөхөн сэргээхэд ашигладаг. H 2 / O 2 бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг орчин үеийн хөдөлгүүрүүд нь устөрөгчөөр хэт баяжуулсан түлшний хольцыг хэрэглэдэг бөгөөд энэ нь янданд тодорхой хэмжээний шатаагүй устөрөгч үүсгэдэг. Энэ нь молекулын жинг бууруулах замаар хөдөлгүүрийн тодорхой импульсийг нэмэгдүүлэхээс гадна хушуу болон шатаах камерын элэгдлийг бууруулдаг.

Криоген шинж чанар, нягтрал багатай гэх мэт бусад газруудад LH-ийг ашиглахад ийм саад тотгор учруулдаг нь энэ тохиолдолд хэрэглэхийг хязгаарлах хүчин зүйл болдог. 2009 оны байдлаар зөвхөн нэг зөөгч пуужин (Дельта-4) байгаа бөгөөд энэ нь бүхэлдээ устөрөгчийн пуужин юм. Үндсэндээ "ZhV" нь пуужингийн дээд шатанд эсвэл вакуум дахь ачааг сансарт хөөргөх ажлын ихээхэн хэсгийг гүйцэтгэдэг блокуудад ашиглагддаг. Энэ төрлийн түлшний нягтралыг нэмэгдүүлэх арга хэмжээний нэг болох лаг шиг устөрөгч буюу хагас хөлдөөсөн "шингэн устөрөгч"-ийг ашиглах санал гарч байна.

Үелэх системд устөрөгч нь шинж чанараараа эсрэгээрээ хоёр бүлгийн элементүүдэд байрладаг. Энэ онцлог нь түүнийг бүрэн өвөрмөц болгодог. Устөрөгч нь зөвхөн нэг элемент эсвэл бодис биш, мөн олон тооны нийлмэл нэгдлүүдийн салшгүй хэсэг болох органик ба биогенийн элемент юм. Тиймээс түүний шинж чанар, шинж чанарыг илүү нарийвчлан авч үзье.

Металл ба хүчлүүдийн харилцан үйлчлэлийн явцад шатамхай хий ялгарах нь 16-р зуунд, өөрөөр хэлбэл химийн шинжлэх ухаан үүсэх үед ажиглагдсан. Английн нэрт эрдэмтэн Генри Кавендиш 1766 оноос эхлэн уг бодисыг судалж, "шатдаг агаар" гэж нэрлэжээ. Шатаахад энэ хий нь ус үүсгэдэг. Харамсалтай нь эрдэмтэн флогистоны онолыг (таамаглалтай "хэт бодис") баримталдаг байсан нь түүнийг зөв дүгнэлтэд хүрэхэд саад болжээ.

Францын химич, байгаль судлаач А.Лавуазье инженер Ж.Меньетэй хамтран тусгай газометрийн тусламжтайгаар 1783 онд усыг нийлэгжүүлж, улмаар халуун төмрөөр усны уурыг задлах замаар шинжилжээ. Ийнхүү эрдэмтэд зөв дүгнэлтэд хүрч чадсан. Тэд "шатамхай агаар" нь зөвхөн усны нэг хэсэг биш, харин түүнээс авах боломжтой гэдгийг олж мэдсэн.

1787 онд Лавуазье судалж буй хий нь энгийн бодис бөгөөд үүний дагуу химийн анхдагч элементүүдийн нэг гэж үзсэн. Тэрээр үүнийг устөрөгч гэж нэрлэсэн (Грек хэлний hydor - ус + геннао - би төрдөг), өөрөөр хэлбэл "ус төрүүлэх".

"Устөрөгч" гэсэн орос нэрийг 1824 онд химич М.Соловьев санал болгосон. Усны найрлагыг тодорхойлсон нь "флогистоны онол"-ын төгсгөл болсон юм. 18-19-р зууны төгсгөлд устөрөгчийн атом нь маш хөнгөн (бусад элементийн атомуудтай харьцуулахад) бөгөөд түүний массыг атомын массыг харьцуулах үндсэн нэгж болгон авч, 1-тэй тэнцэх утгыг авсан.

Физик шинж чанар

Устөрөгч нь шинжлэх ухаанд мэдэгдэж байгаа хамгийн хөнгөн бодис юм (энэ нь агаараас 14.4 дахин хөнгөн), нягт нь 0.0899 г/л (1 атм, 0 ° C). Энэ материал нь -259.1 ° C ба -252.8 ° C (зөвхөн гели бага буцалгах, хайлах температуртай) тус тусад нь хайлж (хатуу) ба буцалгана (шингэрүүлдэг).

Устөрөгчийн чухал температур нь маш бага (-240 ° C). Ийм учраас түүнийг шингэрүүлэх нь нэлээд төвөгтэй бөгөөд өртөг өндөртэй процесс юм. Бодисын чухал даралт нь 12.8 кгс / см², чухал нягт нь 0.0312 г / см³ байна. Бүх хий дотроос устөрөгч нь хамгийн өндөр дулаан дамжуулалттай байдаг: 1 атм ба 0 ° C-д энэ нь 0.174 Вт / (mxK) тэнцүү байна.

Ижил нөхцөлд байгаа бодисын хувийн дулаан багтаамж нь 14.208 кЖ/(кгхК) буюу 3.394 кал/(rx°C) байна. Энэ элемент нь усанд бага зэрэг уусдаг (1 атм ба 20 хэмд 0.0182 мл/г орчим), харин ихэнх металлд (Ni, Pt, Па болон бусад), ялангуяа палладийд (Pd эзлэхүүн тутамд 850 орчим боть) сайн уусдаг. .

Сүүлчийн шинж чанар нь түүний тархах чадвартай холбоотой бөгөөд нүүрстөрөгчийн хайлшаар (жишээлбэл, ган) тархах нь устөрөгчтэй нүүрстөрөгчийн харилцан үйлчлэлийн улмаас хайлшийг устгах замаар дагалдаж болно (энэ процессыг нүүрстөрөгчийн задрал гэж нэрлэдэг). Шингэн төлөвт бодис нь маш хөнгөн (нягшил - 0.0708 г/см³ t° = -253 ° C) ба шингэн (ижил нөхцөлд зуурамтгай чанар - 13.8 spoise).

Олон нэгдлүүдийн хувьд энэ элемент нь натри болон бусад шүлтлэг металлууд шиг +1 валентыг (исэлдэлтийн төлөв) харуулдаг. Энэ нь ихэвчлэн эдгээр металлын аналог гэж тооцогддог. Үүний дагуу тэрээр үечилсэн системийн I бүлгийг тэргүүлдэг. Металлын гидридэд устөрөгчийн ион нь сөрөг цэнэгтэй байдаг (исэлдэлтийн төлөв -1), өөрөөр хэлбэл Na+H- нь Na+Cl- хлоридтой төстэй бүтэцтэй байдаг. Энэ болон бусад зарим баримтын дагуу ("H" элемент ба галогенийн физик шинж чанаруудын ижил төстэй байдал, түүнийг органик нэгдлүүд дэх галогенээр солих чадвар) устөрөгчийг үечилсэн системийн VII бүлэгт ангилдаг.

Хэвийн нөхцөлд молекулын устөрөгч нь бага идэвхжилтэй бөгөөд зөвхөн хамгийн идэвхтэй металл бус (фтор ба хлор, сүүлийнх нь гэрэлд байдаг) шууд нийлдэг. Хариуд нь халах үед энэ нь олон химийн элементүүдтэй харилцан үйлчилдэг.

Атомын устөрөгч нь химийн идэвхжил нэмэгдсэн (молекулын устөрөгчтэй харьцуулахад). Хүчилтөрөгчийн тусламжтайгаар дараах томъёоны дагуу ус үүсгэдэг.

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

285.937 кЖ/моль дулаан буюу 68.3174 ккал/моль (25 0С, 1 атм) ялгаруулна. Хэвийн температурын нөхцөлд урвал нэлээд удаан явагддаг бөгөөд t ° > = 550 ° C-д энэ нь хяналтгүй байдаг. Устөрөгч + хүчилтөрөгчийн хольцын тэсрэх хязгаар нь эзэлхүүнээр 4-94% H₂, устөрөгч + агаарын хольц нь 4-74% H₂ (хоёр эзэлхүүн H₂ ба нэг эзэлхүүн O₂ хольцыг тэсрэх хий гэж нэрлэдэг).

Энэ элемент нь ихэнх металыг багасгахад ашиглагддаг, учир нь хүчилтөрөгчийг исэлээс зайлуулдаг.

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O гэх мэт.

Устөрөгч нь өөр өөр галогентэй устөрөгчийн галогенийг үүсгэдэг, жишээлбэл:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Гэсэн хэдий ч фтортой урвалд ороход устөрөгч дэлбэрдэг (энэ нь харанхуйд -252 хэмд тохиолддог), бром ба хлортой зөвхөн халаах эсвэл гэрэлтүүлэх үед, иодтой бол зөвхөн халах үед л урвалд ордог. Азоттой харилцан үйлчлэхэд аммиак үүсдэг, гэхдээ зөвхөн катализатор дээр, өндөр даралт, температурт:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Халах үед устөрөгч хүхэртэй идэвхтэй урвалд ордог.

H₂ + S = H₂S (устөрөгчийн сульфид),

теллур эсвэл селентэй бол илүү хэцүү байдаг. Устөрөгч нь катализаторгүйгээр цэвэр нүүрстөрөгчтэй урвалд ордог боловч өндөр температурт:

2H₂ + C (аморф) = CH₄ (метан).

Энэ бодис нь зарим металлуудтай (шүлт, шүлтлэг болон бусад) шууд урвалд орж, гидрид үүсгэдэг, жишээлбэл:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Устөрөгч ба нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн (II) хоорондын харилцан үйлчлэл нь практик ач холбогдолтой юм. Энэ тохиолдолд даралт, температур, катализатороос хамааран янз бүрийн органик нэгдлүүд үүсдэг: HCHO, CH₃OH гэх мэт. Урвалын явцад ханаагүй нүүрсустөрөгчид ханасан болно, жишээлбэл:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Устөрөгч ба түүний нэгдлүүд химийн салбарт онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь хүчиллэг шинж чанарыг тодорхойлдог. протик хүчил нь янз бүрийн элементүүдтэй устөрөгчийн холбоо үүсгэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь олон органик бус болон органик нэгдлүүдийн шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг.

Устөрөгчийн үйлдвэрлэл

Энэ элементийн үйлдвэрлэлийн үндсэн түүхий эд нь газрын тос боловсруулах хий, байгалийн шатдаг хий, коксын хий юм. Мөн уснаас электролизийн аргаар (цахилгаан эрчим хүч байгаа газруудад) гаргаж авдаг. Байгалийн хийнээс материал үйлдвэрлэх хамгийн чухал аргуудын нэг бол нүүрсустөрөгч, голчлон метан, усны ууртай катализаторын харилцан үйлчлэл юм (хувиргах гэж нэрлэдэг). Жишээ нь:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Хүчилтөрөгчтэй нүүрсустөрөгчийн бүрэн бус исэлдэлт:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Үүссэн нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) нь дараах хувиралд ордог.

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Байгалийн хийнээс гаргаж авсан устөрөгч нь хамгийн хямд байдаг.

Усны электролизийн хувьд шууд гүйдлийг ашигладаг бөгөөд энэ нь NaOH эсвэл KOH-ийн уусмалаар дамждаг (тоног төхөөрөмжийн зэврэлтээс зайлсхийхийн тулд хүчил хэрэглэдэггүй). Лабораторийн нөхцөлд материалыг усны электролиз эсвэл давсны хүчил ба цайрын хоорондох урвалын үр дүнд олж авдаг. Гэсэн хэдий ч цилиндрт үйлдвэрлэсэн бэлэн материалыг илүү их ашигладаг.

Гүн хөргөлтийн явцад илүү амархан шингэрдэг тул энэ элемент нь хийн хольцын бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зайлуулж, газрын тос боловсруулах хий, коксын хийнээс тусгаарлагддаг.

Энэ материалыг 18-р зууны төгсгөлд үйлдвэрийн аргаар үйлдвэрлэж эхэлсэн. Тэр үед бөмбөлөг дүүргэхэд ашигладаг байсан. Одоогийн байдлаар устөрөгчийг үйлдвэрлэлд, гол төлөв химийн үйлдвэрт аммиак үйлдвэрлэхэд өргөн ашигладаг.

Бодисын масс хэрэглэгчид нь метил болон бусад спирт, синтетик бензин болон бусад олон бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэгчид юм. Тэдгээрийг нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) ба устөрөгчөөс нийлэгжүүлэн гаргаж авдаг. Устөрөгчийг хүнд болон хатуу шингэн түлш, өөх тос гэх мэтийг устөрөгчжүүлж, HCl нийлэгжүүлэх, нефтийн бүтээгдэхүүнийг усжуулах, түүнчлэн металл зүсэх/гагнуур хийхэд ашигладаг. Цөмийн энергийн хамгийн чухал элементүүд нь түүний изотопууд болох тритий ба дейтерий юм.

Устөрөгчийн биологийн үүрэг

Амьд организмын массын 10 орчим хувь нь (дунджаар) энэ элементээс гардаг. Энэ нь усны нэг хэсэг бөгөөд уураг, нуклейн хүчил, липид, нүүрс ус зэрэг байгалийн нэгдлүүдийн хамгийн чухал бүлгүүдийн нэг юм. Энэ нь юунд ашиглагддаг вэ?

Энэ материал нь шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг: уургийн орон зайн бүтцийг хадгалах (дөрөвдөгч), нуклейн хүчлүүдийг нөхөх зарчмыг хэрэгжүүлэх (жишээ нь генетикийн мэдээллийг хэрэгжүүлэх, хадгалах), ерөнхийдөө молекулыг "таних" зэрэгт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. түвшин.

Устөрөгчийн ион H+ нь бие махбод дахь чухал динамик урвал/процессуудад оролцдог. Үүнд: амьд эсийг эрчим хүчээр хангадаг биологийн исэлдэлт, биосинтетик урвал, ургамал дахь фотосинтез, бактерийн фотосинтез ба азотын бэхжилт, хүчил-суурь тэнцвэр, гомеостазыг хадгалах, мембран тээвэрлэх үйл явцад оролцдог. Нүүрстөрөгч ба хүчилтөрөгчтэй хамт амьдралын үзэгдлийн функциональ ба бүтцийн үндсийг бүрдүүлдэг.

Устөрөгч (H) нь маш хөнгөн химийн элемент бөгөөд дэлхийн царцдас дахь жингийн 0.9%, усанд 11.19% байдаг.

Устөрөгчийн шинж чанар

Энэ нь хөнгөн хийнүүдийн дунд эхнийх нь юм. Ердийн нөхцөлд энэ нь амтгүй, өнгөгүй, туйлын үнэргүй байдаг. Термосферт орохдоо жин багатай учир сансарт нисдэг.

Бүх орчлон ертөнцөд энэ нь хамгийн олон тооны химийн элемент юм (нийт бодисын массын 75%). Сансар огторгуйн олон одод бүхэлдээ үүнээс бүтсэн байдаг. Жишээлбэл, Нар. Үүний гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь устөрөгч юм. Мөн дулаан, гэрэл нь материалын цөмүүдийг нэгтгэх явцад энерги ялгарсны үр дүн юм. Мөн сансарт түүний молекулуудын янз бүрийн хэмжээ, нягтрал, температур бүхий бүхэл бүтэн үүлнүүд байдаг.

Физик шинж чанар

Өндөр температур, даралт нь түүний чанарыг эрс өөрчилдөг боловч хэвийн нөхцөлд:

Энэ нь бусад хийтэй харьцуулахад өндөр дулаан дамжуулалттай,

Хоргүй, усанд муу уусдаг,

0°С ба 1 атм.-д 0.0899 г/л нягттай,

-252.8°С температурт шингэн болж хувирна

-259.1°С-т хатуу болдог,

Шаталтын хувийн дулаан 120.9.106 Ж/кг.

Энэ нь шингэн эсвэл хатуу болж хувирахын тулд өндөр даралт, маш бага температур шаарддаг. Шингэрүүлсэн төлөвт энэ нь шингэн, хөнгөн байдаг.

Химийн шинж чанар

Даралт болон хөргөлтийн үед (-252.87 хэм) устөрөгч нь шингэн төлөвийг олж авдаг бөгөөд энэ нь бусад аналогиас илүү хөнгөн жинтэй байдаг. Энэ нь хийн хэлбэрээс бага зай эзэлдэг.

Энэ нь ердийн металл биш юм. Лабораторид металыг (цайры, төмөр гэх мэт) шингэрүүлсэн хүчилтэй урвалд оруулснаар үйлдвэрлэдэг. Хэвийн нөхцөлд энэ нь идэвхгүй бөгөөд зөвхөн идэвхтэй металл бустай урвалд ордог. Устөрөгч нь хүчилтөрөгчийг исэлээс салгаж, нэгдлээс металыг багасгаж чаддаг. Энэ болон түүний хольц нь тодорхой элементүүдтэй устөрөгчийн холбоо үүсгэдэг.

Уг хий нь этанол болон олон металл, ялангуяа палладийд маш сайн уусдаг. Мөнгө нь уусдаггүй. Устөрөгч нь хүчилтөрөгч эсвэл агаарт шатах, галогентэй харилцан үйлчлэх үед исэлдэж болно.

Хүчилтөрөгчтэй нэгдэх үед ус үүсдэг. Хэрэв температур хэвийн бол 550 хэмээс дээш байвал урвал аажмаар явагддаг (энэ нь тэсрэх хий болж хувирдаг).

Байгаль дахь устөрөгчийг олох

Хэдийгээр манай гариг ​​дээр устөрөгч маш их байдаг ч цэвэр хэлбэрээр нь олоход амаргүй. Галт уулын дэлбэрэлт, газрын тосны олборлолт, органик бодис задрах үед бага зэрэг олж болно.

Нийт дүнгийн талаас илүү хувь нь устай найрлагад байдаг. Энэ нь мөн газрын тос, төрөл бүрийн шавар, шатамхай хий, амьтан, ургамлын бүтцэд (амьд эс бүрт агуулагдах атомын тоогоор 50% байдаг) багтдаг.

Байгаль дахь устөрөгчийн эргэлт

Жил бүр асар их хэмжээний (тэрбум тонн) ургамлын үлдэгдэл ус, хөрсөнд задардаг бөгөөд энэ задрал нь агаар мандалд асар их хэмжээний устөрөгчийг ялгаруулдаг. Мөн нянгаар үүсгэгдсэн исгэх, шатаах үед ялгарч, хүчилтөрөгчтэй хамт усны эргэлтэнд оролцдог.

Устөрөгчийн хэрэглээ

Элементийг хүн төрөлхтөн үйл ажиллагаандаа идэвхтэй ашигладаг тул бид үүнийг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд олж авч сурсан:

Цаг уур, химийн үйлдвэрлэл;

маргарин үйлдвэрлэл;

Пуужингийн түлш (шингэн устөрөгч);

Цахилгаан үүсгүүрийг хөргөх цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэр;

Металл гагнах, зүсэх.

Нийлэг бензин (бага чанарын түлшний чанарыг сайжруулахын тулд), аммиак, устөрөгчийн хлорид, спирт болон бусад материалыг үйлдвэрлэхэд их хэмжээний устөрөгчийг ашигладаг. Цөмийн энерги нь түүний изотопуудыг идэвхтэй ашигладаг.

"Устөрөгчийн хэт исэл" эмийг металлурги, электроникийн үйлдвэрлэл, целлюлоз, цаасны үйлдвэрлэл, цагаан хэрэглэл, хөвөн даавууг цайруулах, үсний будаг, гоо сайхны бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх, полимер үйлдвэрлэх, шархыг эмчлэхэд өргөн хэрэглэдэг.

Энэ хийн "тэсрэх" шинж чанар нь үхлийн зэвсэг болох устөрөгчийн бөмбөг болж чаддаг. Түүний дэлбэрэлт нь асар их хэмжээний цацраг идэвхт бодис ялгаруулж, бүх амьд биетийг сүйтгэдэг.

Шингэн устөрөгч болон арьсанд хүрэлцэх нь хүнд, өвдөлттэй хөлдөлт үүсгэдэг.

• Тэмдэглэл - H (устөрөгч);
• Латин нэр - Hydrogenium;
• Хугацаа - I;
• Бүлэг - 1 (Ia);
• Атомын масс - 1.00794;
• Атомын дугаар - 1;
• Атомын радиус = 53 pm;
• Ковалентын радиус = 32 pm;
• Электрон хуваарилалт - 1с 1;
• хайлах температур = -259.14 ° C;
• буцлах цэг = -252.87 ° C;
• Цахилгаан сөрөг чанар (Паулингын дагуу/Альпред ба Рочовын дагуу) = 2.02/-;
• Исэлдэлтийн төлөв: +1; 0; -1;
• Нягт (үгүй) = 0.0000899 г/см 3;
• Молийн хэмжээ = 14.1 см 3 / моль.

Хүчилтөрөгчтэй устөрөгчийн хоёртын нэгдлүүд:

Устөрөгчийг (“усыг төрүүлэх”) 1766 онд Английн эрдэмтэн Г.Кавендиш нээжээ. Энэ бол байгаль дээрх хамгийн энгийн элемент юм - устөрөгчийн атом нь цөм, нэг электронтой байдаг тул устөрөгч нь орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг элемент юм (ихэнх оддын массын талаас илүү хувийг эзэлдэг).

Устөрөгчийн талаар бид "дамар нь жижиг, гэхдээ үнэтэй" гэж хэлж болно. Устөрөгч нь "энгийн" хэдий ч дэлхий дээрх бүх амьд оршнолуудыг эрчим хүчээр хангадаг - наран дээр тасралтгүй термоядролын урвал явагдаж, дөрвөн устөрөгчийн атомаас нэг гелий атом үүсдэг бөгөөд энэ үйл явц нь асар их хэмжээний энерги ялгардаг. (дэлгэрэнгүй мэдээллийг Цөмийн нэгдэл хэсгээс үзнэ үү).

Дэлхийн царцдас дахь устөрөгчийн массын хувь нь ердөө 0.15% байдаг. Үүний зэрэгцээ дэлхий дээр мэдэгдэж байгаа бүх химийн бодисын дийлэнх нь (95%) нь нэг буюу хэд хэдэн устөрөгчийн атом агуулдаг.

Металл бус нэгдлүүдэд (HCl, H 2 O, CH 4 ...) устөрөгч нь цорын ганц электроноо илүү электрон сөрөг элементүүдэд өгч, исэлдэлтийн төлөвийг +1 (илүү олон удаа) харуулж, зөвхөн ковалент холбоо үүсгэдэг (Ковалентын хэсгийг үзнэ үү). бонд).

Металлуудтай нэгдлүүдэд (NaH, CaH 2 ...) устөрөгч нь эсрэгээрээ өөр нэг электроныг цорын ганц s-орбитал руу хүлээн авдаг тул электрон давхаргыг дуусгахыг оролдож, -1 (бага давтамжтай) исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг. ихэвчлэн ионы холбоо үүсгэдэг (Ионы холбоог үзнэ үү), учир нь устөрөгчийн атом ба металлын атомын цахилгаан сөрөг байдлын ялгаа нэлээд том байж болно.

H 2

Хийн төлөвт устөрөгч нь хоёр атомт молекул хэлбэрээр оршдог бөгөөд туйлт бус ковалент холбоо үүсгэдэг.

Устөрөгчийн молекулууд нь:

• гайхалтай хөдөлгөөн;
• их хүч чадал;
• туйлшрал багатай;
• жижиг хэмжээ, жин.

Устөрөгчийн хийн шинж чанарууд:

• байгаль дээрх хамгийн хөнгөн хий, өнгө, үнэргүй;
• ус, органик уусгагчид муу уусдаг;
• шингэн ба хатуу металл (ялангуяа цагаан алт, палладий) -д бага хэмжээгээр уусдаг;
• шингэрүүлэхэд хэцүү (туйлшрал багатай тул);
• бүх мэдэгдэж буй хийнүүдээс хамгийн өндөр дулаан дамжуулалттай;
• халах үед энэ нь олон металл бус бодисуудтай урвалд орж, бууруулагчийн шинж чанарыг харуулдаг;
• тасалгааны температурт фтортой урвалд ордог (тэсрэлт үүсдэг): H 2 + F 2 = 2HF;
• Металлуудтай урвалд орж гидрид үүсгэх, исэлдүүлэх шинж чанарыг харуулдаг: H 2 + Ca = CaH 2;

Нэгдлүүдийн хувьд устөрөгч нь исэлдүүлэх шинж чанараасаа хамаагүй хүчтэйгээр бууруулах шинж чанартай байдаг. Устөрөгч нь нүүрс, хөнгөн цагаан, кальцийн дараа хамгийн хүчтэй бууруулагч юм. Устөрөгчийн бууруулагч шинж чанарыг үйлдвэрлэлд исэл ба галлидаас металл ба металл бус (энгийн бодис) гаргаж авахад өргөн ашигладаг.

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

Устөрөгчийн энгийн бодисуудтай үзүүлэх урвал

Устөрөгч нь электроныг хүлээн авч, үүрэг гүйцэтгэдэг бууруулах бодис, урвалд:

• -тай хүчилтөрөгч(гал асаах үед эсвэл катализаторын оролцоотой үед) 2: 1 (устөрөгч: хүчилтөрөгч) харьцаагаар тэсрэх тэсрэх хий үүсдэг: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 кДж.
• -тай саарал(150°C-300°C хүртэл халаахад): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• -тай хлор(хэт ягаан туяагаар гал авалцах буюу цацрагаар цацах үед): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• -тай фтор: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• -тай азот(катализаторын оролцоотойгоор эсвэл өндөр даралтаар халах үед): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Устөрөгч нь электрон хандивлаж, үүрэг гүйцэтгэдэг исэлдүүлэгч бодис, -тэй хариу үйлдэл үзүүлэхэд шүлтлэгТэгээд шүлтлэг газарметалл гидрид үүсэх металлууд - гидридийн ион H агуулсан давстай төстэй ионы нэгдлүүд - эдгээр нь тогтворгүй цагаан талст бодис юм.

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

Устөрөгчийн хувьд исэлдэлтийн төлөв -1 байх нь ердийн зүйл биш юм. Устай урвалд ороход гидридүүд задарч усыг устөрөгч болгон бууруулдаг. Кальцийн гидридийн устай урвал дараах байдалтай байна.

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

Устөрөгчийн нарийн төвөгтэй бодисуудтай урвал

• өндөр температурт устөрөгч нь олон металлын ислийг бууруулдаг: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• Метилийн спиртийг устөрөгчийг нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) -тэй урвалд оруулснаар гаргаж авдаг: 2H 2 +CO → CH 3 OH
• Устөрөгчжих урвалд устөрөгч нь олон органик бодисуудтай урвалд ордог.

Устөрөгч ба түүний нэгдлүүдийн химийн урвалын тэгшитгэлийг "Устөрөгч ба түүний нэгдлүүд - устөрөгчтэй холбоотой химийн урвалын тэгшитгэл" хуудсан дээр илүү дэлгэрэнгүй авч үзсэн болно.

Устөрөгчийн хэрэглээ

• цөмийн энергид устөрөгчийн изотопуудыг ашигладаг - дейтерий ба тритий;
• химийн үйлдвэрт устөрөгчийг олон органик бодис, аммиак, устөрөгчийн хлоридын нийлэгжилтэд ашигладаг;
• хүнсний үйлдвэрт устөрөгчийг ургамлын тосыг устөрөгчжүүлэх замаар хатуу өөх тос үйлдвэрлэхэд ашигладаг;
• металлыг гагнах, огтлоход хүчилтөрөгч дэх устөрөгчийн шаталтын өндөр температурыг (2600 ° C) ашигладаг;
• зарим металлын үйлдвэрлэлд устөрөгчийг бууруулах бодис болгон ашигладаг (дээрхийг үзнэ үү);
• устөрөгч нь хөнгөн хий учраас агаарын тээвэрт бөмбөлөг, аэростат, агаарын хөлөгт дүүргэгч болгон ашигладаг;
• Устөрөгчийг CO-тэй холилдсон түлш болгон ашигладаг.

Сүүлийн үед эрдэмтэд сэргээгдэх эрчим хүчний өөр эх үүсвэр хайхад ихээхэн анхаарал хандуулж байна. Ирээдүйтэй чиглэлүүдийн нэг бол устөрөгчийг түлш болгон ашигладаг "устөрөгчийн" эрчим хүч бөгөөд шаталтын бүтээгдэхүүн нь энгийн ус юм.

Устөрөгч үйлдвэрлэх арга

Устөрөгчийг үйлдвэрлэх үйлдвэрлэлийн аргууд:

• никель катализатор дээр өндөр температурт (800 ° C) усны ууртай метан хувиргалт (усны уурын катализаторын бууралт): CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• Fe 2 O 3 катализатор дээр нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг усны ууртай (t=500°C) хувиргах: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• метаны дулааны задрал: CH 4 = C + 2H 2;
• хатуу түлшийг хийжүүлэх (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• Усны электролиз (маш цэвэр устөрөгч үүсгэдэг маш үнэтэй арга): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Устөрөгч үйлдвэрлэх лабораторийн аргууд:

• давсны буюу шингэрүүлсэн хүхрийн хүчилтэй метал (ихэвчлэн цайр) дээр үзүүлэх үйлдэл: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• Усны уурын халуун төмрийн үртэстэй харилцан үйлчлэл: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

ТОДОРХОЙЛОЛТ

Устөрөгч- үечилсэн системийн эхний элемент. Тэмдэглэл - Латин "hydrogenium" -аас H. Эхний үед байрласан IA бүлэг. Металл бус металлыг хэлнэ. Цөмийн цэнэг 1.

Устөрөгч нь хамгийн түгээмэл химийн элементүүдийн нэг бөгөөд түүний эзлэх хувь нь дэлхийн царцдасын бүх гурван бүрхүүлийн (агаар мандал, гидросфер, литосфер) массын 1 орчим хувийг эзэлдэг бөгөөд энэ нь атомын хувь болгон хувиргахад 17.0 гэсэн үзүүлэлтийг өгдөг.

Энэ элементийн гол хэмжээ нь холбогдсон төлөвт байна. Тиймээс ус ойролцоогоор 11 жин агуулдаг. %, шавар - ойролцоогоор 1.5% гэх мэт. Нүүрстөрөгчтэй нэгдлүүд хэлбэрээр устөрөгч нь газрын тос, шатамхай байгалийн хий, бүх организмын нэг хэсэг юм.

Устөрөгч нь өнгө, үнэргүй хий (атомын бүтцийн диаграммыг 1-р зурагт үзүүлэв). Түүний хайлах болон буцалгах температур маш бага (тус тус -259 o C ба -253 o C). Температур (-240 ° C) ба даралтын дор устөрөгч нь шингэрүүлэх чадвартай бөгөөд үүссэн шингэнийг хурдан ууршуулж, хатуу төлөвт (тунгалаг талст) хувирдаг. Энэ нь усанд бага зэрэг уусдаг - 2:100 эзэлхүүнтэй. Устөрөгч нь зарим металл, жишээлбэл, төмрийн уусах чадвараар тодорхойлогддог.

Цагаан будаа. 1. Устөрөгчийн атомын бүтэц.

Устөрөгчийн атом ба молекулын масс

ТОДОРХОЙЛОЛТ

Харьцангуй атомын массэлементийн масс гэдэг нь тухайн элементийн атомын массыг нүүрстөрөгчийн атомын массын 1/12-д харьцуулсан харьцаа юм.

Харьцангуй атомын масс нь хэмжээсгүй бөгөөд A r-ээр тэмдэглэгдсэн байдаг ("r" индекс нь харьцангуй гэсэн англи үгийн эхний үсэг бөгөөд "харьцангуй" гэсэн утгатай). Атомын устөрөгчийн харьцангуй атомын масс нь 1.008 аму байна.

Молекулын масс, түүнчлэн атомын массыг атомын массын нэгжээр илэрхийлдэг.

ТОДОРХОЙЛОЛТ

Молекулын жинБодисыг атомын массын нэгжээр илэрхийлсэн молекулын масс гэж нэрлэдэг. Харьцангуй молекул жинбодисыг тухайн бодисын молекулын массыг нүүрстөрөгчийн атомын массын 1/12-д харьцуулсан харьцаа гэж нэрлэдэг бөгөөд масс нь 12 аму байна.

Устөрөгчийн молекул нь хоёр атомт - H 2 гэдгийг мэддэг. Устөрөгчийн молекулын харьцангуй молекул жин нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.

M r (H 2) = 1.008 × 2 = 2.016.

Устөрөгчийн изотопууд

Устөрөгч нь гурван изотоптой: протиум 1 H, дейтерий 2 H эсвэл D, тритий 3 H эсвэл T. Тэдний массын тоо 1, 2 ба 3. Протиум ба дейтерий тогтвортой, трити нь цацраг идэвхт (хагас задралын хугацаа 12.5 жил). Байгалийн нэгдлүүдэд дейтерий ба протиум нь дунджаар 1:6800 харьцаатай (атомын тоогоор) агуулагддаг. Тритиум нь байгальд маш бага хэмжээгээр агуулагддаг.

Устөрөгчийн атомын цөм 1 H нь нэг протон агуулдаг. Дейтерий ба тритий цөмд протоноос гадна нэг ба хоёр нейтрон орно.

Устөрөгчийн ионууд

Устөрөгчийн атом нь нэг электроноо орхиж эерэг ион (энэ нь нүцгэн протон) үүсгэх эсвэл нэг электрон авч гелий электроны бүтэцтэй сөрөг ион болох боломжтой.

Устөрөгчийн атомаас электроныг бүрэн арилгахын тулд маш өндөр иончлолын энерги зарцуулах шаардлагатай.

H + 315 ккал = H + + e.

Үүний үр дүнд устөрөгч нь металлоидуудтай харилцан үйлчлэхэд ион биш, харин зөвхөн туйлын холбоо үүсдэг.

Төвийг сахисан атомын илүүдэл электрон авах хандлага нь түүний электрон хамаарлын үнэлэмжээр тодорхойлогддог. Устөрөгчийн хувьд энэ нь нэлээд сул илэрхийлэгддэг (гэхдээ энэ нь ийм устөрөгчийн ион байх боломжгүй гэсэн үг биш юм):

H + e = H - + 19 ккал.

Устөрөгчийн молекул ба атом

Устөрөгчийн молекул нь H2 гэсэн хоёр атомаас бүрдэнэ. Устөрөгчийн атом ба молекулыг тодорхойлох зарим шинж чанарууд энд байна.

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

ЖИШЭЭ 1