Μόριο Υδρογόνου – Ιδιότητες, Μέθοδοι Παρασκευής.

Μόριο Υδρογόνου

Το μοριακό υδρογόνο, γνωστό και ως διυδρογόνο, είναι ένα διατομικό μόριο που αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου που ενώνονται με έναν ομοιοπολικό δεσμό με τον χημικό τύπο Η2. Το μόριο του υδρογόνου χρησιμοποιείται για την υδρογόνωση λιπών και ελαίων και περιστασιακά χρησιμοποιείται επίσης για την πλήρωση μπαλονιών. μόρια υδρογόνου μπορούν να προσροφηθούν όχι μόνο σε μεταλλικές επιφάνειες, αλλά και σε επιφάνειες άνθρακα, ζεόλιθων, αλουμίνας και πυριτίου.

Ένα από τα πιο άφθονα άτομα ή στοιχεία που υπάρχουν στο σύμπαν είναι το υδρογόνο. Αποτελεί περίπου το 90 τοις εκατό όλων των ατόμων στο σύμπαν. Ο ατομικός του αριθμός είναι ένα και με ατομικό βάρος 1,008, είναι το ελαφρύτερο και μικρότερο από όλα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα. Το μόριο του υδρογόνου βρίσκεται γενικά σε αέρια κατάσταση. Υπάρχει κυρίως ως άοσμο και άχρωμο αέριο που είναι πολύ εύφλεκτο.

Καθώς ο ατομικός αριθμός του υδρογόνου είναι ένα, είναι το πρώτο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα. Έχει ορισμένα χαρακτηριστικά που είναι πανομοιότυπα με τα αλογόνα και τα αλκαλικά μέταλλα. Ωστόσο, πρόσφατα, σε ορισμένες μελέτες, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το υδρογόνο υπάρχει και στη μεταλλική του μορφή. Όπως και άλλα αλκάλια, το εξωτερικό του κέλυφος περιέχει ένα ηλεκτρόνιο και η ενέργεια ιοντισμού του είναι παρόμοια με αυτή των ατόμων αλογόνου.

Παρόλο που το υδρογόνο είναι διαθέσιμο σε μεγάλη ποσότητα στη φύση, σπάνια βρίσκεται στη φύση σε ελεύθερη κατάσταση. Τις περισσότερες φορές, μπορεί να βρεθεί συνδεδεμένο με άλλα στοιχεία σε χημικές ενώσεις. Για παράδειγμα, σε ένα μόριο νερού (Η2Ο), το μόριο Η2 συνδέεται με ένα άτομο οξυγόνου. Είναι ενδιαφέρον να γνωρίζουμε ότι όταν καίμε υδρογόνο, αυτό αντιδρά με το οξυγόνο του αέρα και σχηματίζει νερό. Στην πραγματικότητα, αυτό το φαινόμενο έδωσε το όνομά του σε ένα μόριο υδρογόνου. Το όνομα προέρχεται από την ελληνική λέξη «hydro genes», που σημαίνει δημιουργός του νερού.

Εμφάνιση μορίου υδρογόνου

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το μόριο Η2 είναι το πιο άφθονα στοιχείο στο σύμπαν και αποτελεί το 70% της μάζας ολόκληρου του σύμπαντος. Στη μοριακή του μορφή, βρίσκεται ως διυδρογόνο. Το υδρογόνο είναι επίσης το κύριο στοιχείο του ηλιακού συστήματος, με τους μεγαλύτερους πλανήτες, τον Κρόνο και τον Δία, να αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο. Στη συνδυασμένη του κατάσταση, το υδρογόνο αποτελεί το 15,3 τοις εκατό του φλοιού της Γης και των ωκεανών.

Ανακάλυψη του μορίου του υδρογόνου

Ένας Βρετανός επιστήμονας ονόματι Henry Cavendish ανακάλυψε για πρώτη φορά ένα μόριο υδρογόνου το έτος 1765 και το ονόμασε «εύφλεκτο αέρα». Ο Γάλλος επιστήμονας Antoine Lavoisier επινόησε το όνομα «υδρογόνο» το 1783.

Ισότοπα του υδρογόνου

Το υδρογόνο έχει κυρίως τρία ισότοπα, τα οποία έχουν όλα την ίδια ηλεκτρονική διαμόρφωση. Επομένως, οι χημικές τους ιδιότητες είναι επίσης πανομοιότυπες. Ωστόσο, καθώς οι μάζες τους είναι διαφορετικοί, οι φυσικές ιδιότητες των ισοτόπων του υδρογόνου είναι αρκετά διαφορετικές. Παρακάτω είναι τα τρία ισότοπα του υδρογόνου:

Ισότοπα	Ατομική μάζα	Ατομικός αριθμός	Αριθμός πρωτονίων	Αριθμός Νετρονίων
Δευτέριο	2	1	1	1
Protium	1	1	1	0
Τρίτιο	3	1	1	2

Από τα τρία ισότοπα ενός μορίου υδρογόνου στον παραπάνω πίνακα, το πρωτίου είναι το πιο κοινό και βρίσκεται σε αφθονία στη φύση.

Θέση του Υδρογόνου στον Περιοδικό Πίνακα

Το υδρογόνο είναι πανομοιότυπο με τα αλκάλια και τα αλογόνα. Γι' αυτό βρίσκεται στην κορυφή του περιοδικού πίνακα.

Ποια είναι η ομοιότητα του υδρογόνου με τα αλκάλια;

Τόσο το υδρογόνο όσο και τα αλκαλιμέταλλα έχουν ένα σθένος.

Εξήγηση:

H (Z=1) – K1

Li (Z=3) – K2, L1

Na (Z=11) – K2, L8, M1

K (Z=19) – K2, L8, M8, N1

Και τα δύο στοιχεία της ομάδας I A και του μορίου H2 έχουν την ίδια εξωτερική διαμόρφωση ns1

Εξήγηση:

H (Z=1) – 1s1

Li (Z=3) – 1s2, 2s1

Na (Z=11) – 1s2, 2s2, 2p6, 3s1

K (Z=19) – 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1

Ακριβώς όπως τα αλκαλικά μέταλλα, το υδρογόνο δημιουργεί επίσης αλογονίδια.

Εξήγηση:

I-A:NaCl, KBr.

Υδρογόνο:HCl, HI.

Το αέριο υδρογόνο απελευθερώνεται στην κάθοδο κατά την ηλεκτρόλυση.

Τόσο το υδρογόνο όσο και τα αλκαλιμέταλλα έχουν κατάσταση οξείδωσης +1.

Ακριβώς όπως τα αλογονίδια των αλκαλικών μετάλλων, τα υδραλογονίδια υφίστανται ιονισμό σε ένα υδατικό μέσο.

Εξήγηση:

HCl(aq)→ H+(aq) + Cl–(aq)

NaCl(aq)→ Na+(aq) + Cl–(aq)

Μη μεταλλικές ενώσεις όπως τα αλκαλικά μέταλλα μπορεί επίσης να σχηματιστούν από το υδρογόνο.

Εξήγηση:

Υδρογόνο:H₂ S

I-A:Na₂ S

Πώς μοιάζει το υδρογόνο με τα αλογόνα;

Το αλογόνο, όπως και το υδρογόνο, είναι αμέταλλα, με εξαίρεση το ιώδιο που είναι μερικώς μεταλλικό.
Η ηλεκτραρνητικότητα του υδρογόνου είναι υψηλότερη (2.1).
Και τα δύο έχουν υψηλό δυναμικό ιονισμού.
Το υδρογόνο δέχεται εύκολα ένα ηλεκτρόνιο για να σχηματίσει ένα ιόν υδριδίου (H–), με τον ίδιο τρόπο που το αλογόνο δέχεται ένα ηλεκτρόνιο για να σχηματίσει ένα ιόν αλογονιδίου (X–).
Οι ενώσεις με μη μέταλλα σχηματίζονται τόσο από υδρογόνο όσο και από αλογόνο.

Εξήγηση:

Αλογόνο:HCl (Η είναι μη μέταλλο)

Υδρογόνο:H2S (το S είναι μη μέταλλο)

Επομένως, η ομοιότητα του υδρογόνου είναι μεγαλύτερη με το αλογόνο παρά με τα αλκαλικά μέταλλα. Γι' αυτό η θέση του στον περιοδικό πίνακα δεν δικαιολογείται.

Διαφορές του υδρογόνου από τα αλογόνα και τα αλκαλικά μέταλλα:

Η ηλεκτροθετικότητα του υδρογόνου είναι μικρότερη από τα αλκαλικά μέταλλα και η ηλεκτραρνητικότητα μικρότερη από τα αλογόνα.
Το υδρογόνο έχει μόνο ένα πρωτόνιο στον πυρήνα του. Έχει επίσης ένα ηλεκτρόνιο έξω από τον πυρήνα, αλλά δεν υπάρχουν νετρόνια.
Τα μεγέθη των ιόντων των μετάλλων αλκαλίων είναι πολύ μεγαλύτερα από αυτά των ιόντων υδρογόνου.
Τα ιόντα K+ και Na+ είναι σταθερά στο νερό, ενώ τα ιόντα υδρογόνου (H+) είναι ασταθή.

Ιδιότητες υδρογόνου

Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου

Το υδρογόνο είναι ένα άοσμο, άχρωμο και ουδέτερο αέριο
Το υδρογόνο είναι λιγότερο διαλυτό στο νερό
Είναι πολύ εύφλεκτο και καίγεται με μπλε φλόγα
Το σημείο βρασμού του είναι πολύ χαμηλό

Χημικές ιδιότητες του υδρογόνου

Σε θερμοκρασία δωματίου, το διυδρογόνο είναι αρκετά αδρανές επειδή ο δεσμός Η–Η έχει σχετικά ισχυρή ενθαλπία δεσμού.
Απαιτείται υψηλό ηλεκτρικό τόξο για την παραγωγή ατομικού υδρογόνου, καθώς η τροχιά του δεν είναι πλήρης με ένα ηλεκτρόνιο.
Το υδρογόνο είναι ικανό να συνδυάζεται με σχεδόν κάθε στοιχείο.

Διαφορετικές μορφές υδρογόνου

Ατομικό Υδρογόνο:

Το ατομικό υδρογόνο δημιουργείται όταν περνάμε μοριακό υδρογόνο μέσα από ένα ηλεκτρικό τόξο. Υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια βολφραμίου γύρω από αυτό το ηλεκτρικό τόξο και η θερμοκρασία του είναι 2273K Η θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας αποθηκεύεται στα άτομα.

H2→ 2H- Θερμότητα

Τα άτομα υδρογόνου που απελευθερώνονται στην αντίδραση συνδυάζονται και πάλι και σχηματίζουν Η. Απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας στη διαδικασία, η οποία χρησιμοποιείται για σκοπούς συγκόλλησης.

Υδρογόνο που γεννήθηκε:

Όταν το υδρογόνο παράγεται ή μόλις ελευθερώνεται, ονομάζεται υδρογόνο που γεννιέται. Είναι πιο ισχυρός αναγωγικός παράγοντας από το κανονικό υδρογόνο και είναι πολύ πιο αντιδραστικό.

Μέθοδοι Παρασκευής Μορίου Υδρογόνου

Με την ηλεκτρόλυση του νερού:

2. Η αντίδραση των ενεργειών με έντονα ηλεκτροθετικά μέταλλα

2Na+ + H₂ SO₄ —→ Na₂ SO₄ + H₂ (2 μόρια υδρογόνου)

2K+2HCl→ 2KCl+ H₂ ( 2 μόρια υδρογόνου)

3. Η αντίδραση του νερού με έντονα ηλεκτροθετικά μέταλλα:

2Na + 2H₂ O —→ 2NaOH + H₂ (2 μόρια υδρογόνου)

4. Η αντίδραση των αλκαλίων με μέταλλα όπως ο Zn και το Al

6NaOH (Ζεστό &Συμπυκνωμένο) + 2Al —→ 2 Na₃ Alo₃ + 3H₂

Zn + 2NaOH —→ Na₂ + ZnO₂ + H₂ (2 μόρια υδρογόνου)

5. Η αντίδραση του υδρογόνου με το οξυγόνο

Όταν το υδρογόνο αντιδρά με το διοοξυγόνο, σχηματίζεται νερό.

H₂ + 12O₂ →[Δ] 200 ∘ CH₂ O Αναγεννώμενο υδρογόνο

6. Η αντίδραση του υδρογόνου με τα μέταλλα

Το υδρογόνο αντιδρά με πολλά μέταλλα σε υψηλές θερμοκρασίες για να παράγει το αντίστοιχο υδρίδιο. Για παράδειγμα,

2Na + H₂ (2 μόρια υδρογόνου) →[Δ] 350 ∘ C₂ NaH (Υδρίδιο του νατρίου)

7. Η αντίδραση του υδρογόνου με τα αλογόνα

Το υδρογόνο αντιδρά με αλογόνα για να σχηματίσει υδραλογονίδια.

H₂ + F₂ → σκούρο 2HF

H₂ + Cl₂ → ηλιακό φως 2HCl

H₂ + Br₂ → 350 ∘ C2HBr

H₂ + I₂ → 2HI

8. Αντιδράσεις υδρογόνου με οργανικές ενώσεις:

Το υδρογόνο αντιδρά με πολλές οργανικές ενώσεις για να παράγει εμπορικά σημαντικά προϊόντα παρουσία ορισμένων καταλυτών. Για παράδειγμα,

Με την παρουσία ενός καταλύτη νικελίου, τα φυτικά έλαια υδρογονώνονται.
Όταν συμβαίνει υδροφορμυλίωση των ολεφινών, σχηματίζονται αλδεΰδες, οι οποίες στη συνέχεια δίνουν αλκοόλ.

Χρήσεις υδρογόνου

Ακολουθούν μερικές από τις χρήσεις του υδρογόνου:

Χρησιμοποιείται για την παρασκευή αμμωνίας.
Χρησιμοποιείται στην παρασκευή καυσίμων αερίων όπως το αέριο νερού.
Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας στη μεταλλουργία.
Στην αντίδραση πυρηνικής σύντηξης του υδρογόνου, απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας στα αστέρια.

Συμπέρασμα

Το υδρογόνο είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα και οι αντιδράσεις του έχουν μεγάλη σημασία στη φύση καθώς και για εμπορική χρήση. Επομένως, η γνώση του είναι σημαντική. Ελπίζουμε ότι αυτό το ιστολόγιο σας βοήθησε να αποκτήσετε τις απαιτούμενες γνώσεις σχετικά με το θέμα.

Συχνές ερωτήσεις

Ε) Γιατί το εκκολαπτόμενο υδρογόνο είναι πιο αντιδραστικό από το συνηθισμένο υδρογόνο;

Α) Ένα εκκολαπτόμενο μόριο αερίου υδρογόνου είναι πιο αντιδραστικό από το συνηθισμένο υδρογόνο επειδή βρίσκεται σε ατομική κατάσταση και τα άτομα είναι πιο αντιδραστικά από τα μόρια. Επίσης, η εσωτερική τους πίεση είναι μεγαλύτερη.

Ε) Ποια είναι τα αλλότροπα του υδρογόνου;

Α) Ακολουθούν οι δύο ισομερείς μορφές στις οποίες εμφανίζεται το μοριακό υδρογόνο:

Ορθο-Υδρογόνο: Σε αυτό το αλλότροπο υδρογόνου, υπάρχει μια παράλληλη ευθυγράμμιση δύο πυρηνικών σπιν πρωτονίων.
Παρα-Υδρογόνο: Σε αυτό το αλλότροπο υδρογόνου, υπάρχει μια αντιπαράλληλη ευθυγράμμιση δύο πυρηνικών σπιν πρωτονίων.

Ε) Καίγονται μόρια αερίου υδρογόνου στον αέρα;

Α) Ναι, τα μόρια του αερίου υδρογόνου αντιδρούν με το οξυγόνο του αέρα για να δώσουν H2O ή νερό. Κατά τη διαδικασία απελευθερώνεται επίσης κάποια ποσότητα ενέργειας.

Μόριο Υδρογόνου – Ιδιότητες, Μέθοδοι Παρασκευής.