L'hydrogène H est l'élément le plus répandu dans l'Univers (environ 75 % en masse) et sur Terre, il est le neuvième le plus abondant. Le composé naturel d’hydrogène le plus important est l’eau.
L'hydrogène occupe la première place dans le tableau périodique (Z = 1). Il possède la structure atomique la plus simple : le noyau de l'atome est constitué de 1 proton, entouré d'un nuage électronique constitué de 1 électron.
Dans certaines conditions, l'hydrogène présente propriétés métalliques(donne un électron), dans d'autres - non métallique (reçoit un électron).
Les isotopes de l'hydrogène trouvés dans la nature sont : 1H - protium (le noyau est constitué d'un proton), 2H - deutérium (D - le noyau est constitué d'un proton et d'un neutron), 3H - tritium (T - le noyau est constitué d'un proton et de deux neutrons).

Hydrogène, substance simple

Une molécule d'hydrogène est constituée de deux atomes reliés par une liaison covalente non polaire.
Propriétés physiques. L'hydrogène est un gaz incolore, inodore, insipide et non toxique. La molécule d'hydrogène n'est pas polaire. Par conséquent, les forces d’interaction intermoléculaire dans l’hydrogène gazeux sont faibles. Cela se manifeste dans basses températuresébullition (-252,6 0С) et fusion (-259,2 0С).
L'hydrogène est plus léger que l'air, D (par l'air) = 0,069 ; légèrement soluble dans l'eau (2 volumes de H2 se dissolvent dans 100 volumes de H2O). Par conséquent, l’hydrogène, lorsqu’il est produit en laboratoire, peut être collecté par des méthodes de déplacement d’air ou d’eau.

Production d'hydrogène

Dans le laboratoire:

1. Effet des acides dilués sur les métaux :
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Interaction entre les alcalins et les métaux avec de l'eau:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. Hydrolyse des hydrures : les hydrures métalliques sont facilement décomposés par l'eau pour former l'alcali et l'hydrogène correspondants :
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. L'effet des alcalis sur le zinc, l'aluminium ou le silicium :
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Électrolyse de l'eau. Pour augmenter la conductivité électrique de l'eau, un électrolyte y est ajouté, par exemple NaOH, H 2 SO 4 ou Na 2 SO 4. 2 volumes d'hydrogène se forment à la cathode et 1 volume d'oxygène à l'anode.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Production industrielle d'hydrogène

1. Conversion du méthane avec de la vapeur, Ni 800 °C (le moins cher) :
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Au total:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Vapeur d'eau à travers du coke chaud à 1000°C :
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Le monoxyde de carbone (IV) qui en résulte est absorbé par l'eau et 50 % de l'hydrogène industriel est ainsi produit.

3. En chauffant le méthane à 350°C en présence d'un catalyseur au fer ou au nickel :
CH4 → C + 2H2

4. Électrolyse de solutions aqueuses de KCl ou NaCl comme sous-produit :
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Propriétés chimiques de l'hydrogène

  • Dans les composés, l'hydrogène est toujours monovalent. Il se caractérise par un état d'oxydation de +1, mais dans les hydrures métalliques, il est égal à -1.
  • La molécule d'hydrogène est constituée de deux atomes. L'émergence d'une connexion entre eux s'explique par la formation d'une paire généralisée d'électrons H:H ou H 2
  • Grâce à cette généralisation des électrons, la molécule H2 est plus stable énergétiquement que son atomes individuels. Pour briser 1 mole de molécules d'hydrogène en atomes, il faut dépenser 436 kJ d'énergie : H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
  • Ceci explique l'activité relativement faible de l'hydrogène moléculaire aux températures ordinaires.
  • Avec de nombreux non-métaux, l'hydrogène forme des composés gazeux tels que RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Forme des halogénures d'hydrogène avec des halogènes :
H2 + Cl2 → 2HCl.
En même temps, il explose avec le fluor, réagit avec le chlore et le brome uniquement lorsqu'il est éclairé ou chauffé, et avec l'iode uniquement lorsqu'il est chauffé.

2) Avec de l'oxygène :
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
avec dégagement de chaleur. À des températures normales, la réaction se déroule lentement, au-dessus de 550°C elle explose. Un mélange de 2 volumes de H 2 et 1 volume d'O 2 est appelé gaz détonant.

3) Lorsqu'il est chauffé, il réagit vigoureusement avec le soufre (beaucoup plus difficile avec le sélénium et le tellure) :
H 2 + S → H 2 S (sulfure d'hydrogène),

4) Avec de l'azote avec formation d'ammoniac uniquement sur un catalyseur et à des températures et pressions élevées :
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) Avec du carbone à haute température :
2H 2 + C → CH 4 (méthane)

6) Forme des hydrures avec les métaux alcalins et alcalino-terreux (l'hydrogène est un agent oxydant) :
H 2 + 2Li → 2LiH
dans les hydrures métalliques, l'ion hydrogène est chargé négativement (état d'oxydation -1), c'est-à-dire l'hydrure Na + H - construit de manière similaire au chlorure de Na + Cl -

Avec des substances complexes :

7) Avec des oxydes métalliques (utilisés pour réduire les métaux) :
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) avec du monoxyde de carbone (II) :
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Synthèse - le gaz (un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone) est d'une grande importance pratique, car en fonction de la température, de la pression et du catalyseur, divers composés organiques, par exemple HCHO, CH 3 OH et autres.

9) Les hydrocarbures insaturés réagissent avec l'hydrogène et deviennent saturés :
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.


L'élément chimique le plus répandu dans l'Univers est l'hydrogène. C'est une sorte de point de référence, car dans le tableau périodique, son numéro atomique est égal à un. L’humanité espère pouvoir en apprendre davantage sur ce véhicule comme l’un des véhicules les plus possibles à l’avenir. L'hydrogène est l'élément le plus simple, le plus léger et le plus courant, il y en a beaucoup partout - soixante-quinze pour cent de la masse totale de la matière. Il est présent dans toutes les étoiles, notamment dans les géantes gazeuses. Son rôle dans les réactions de fusion stellaire est clé. Sans hydrogène, il n’y a pas d’eau, donc pas de vie. Tout le monde se souvient qu'une molécule d'eau contient un atome d'oxygène et que deux atomes sont de l'hydrogène. C'est la formule bien connue H 2 O.

Comment nous l'utilisons

L'hydrogène a été découvert en 1766 par Henry Cavendish en analysant la réaction d'oxydation d'un métal. Après plusieurs années d’observations, il s’est rendu compte que lors de la combustion de l’hydrogène, de l’eau se formait. Auparavant, les scientifiques isolaient cet élément, mais ne le considéraient pas comme indépendant. En 1783, l'hydrogène reçut le nom d'hydrogène (traduit du grec « hydro » - eau et « gen » - donner naissance). L'élément qui produit de l'eau est l'hydrogène. Il s'agit d'un gaz dont la formule moléculaire est H2. Si la température est proche de la température ambiante et que la pression est normale, cet élément est imperceptible. L’hydrogène pourrait même ne pas être capté organes humains sens - il est insipide, incolore et inodore. Mais sous pression et à une température de -252,87 C (très froid !) ce gaz se liquéfie. C'est ainsi qu'il est stocké, car sous forme de gaz, il absorbe beaucoup plus d'espace. L'hydrogène liquide est utilisé comme carburant pour fusée.

L'hydrogène peut devenir solide, métallique, mais cela nécessite une pression ultra-élevée, et c'est exactement ce que font actuellement les scientifiques les plus éminents - physiciens et chimistes. Cet élément sert déjà de carburant alternatif pour le transport. Son application est similaire au fonctionnement d'un moteur combustion interne: Lorsque l'hydrogène est brûlé, une grande partie de son énergie chimique est libérée. Une méthode pour créer une pile à combustible basée sur celle-ci a également été développée dans la pratique : lorsqu'elle est combinée avec de l'oxygène, une réaction se produit et, grâce à elle, de l'eau et de l'électricité se forment. Peut-être que bientôt les transports « passeront » de l'essence à l'hydrogène - de nombreux constructeurs automobiles sont intéressés par la création de matériaux combustibles alternatifs, et il y a des succès. Mais un moteur purement à hydrogène est encore dans le futur ; il y a ici de nombreuses difficultés. Cependant, les avantages sont tels que la création d’un réservoir de carburant à hydrogène solide bat son plein et les scientifiques et ingénieurs ne vont pas reculer.

Informations de base

Hydrogénium (lat.) - l'hydrogène, le premier numéro de série du tableau périodique, est désigné par H. L'atome d'hydrogène a une masse de 1,0079, c'est un gaz qui, dans des conditions normales, n'a ni goût, ni odeur, ni couleur. Depuis le XVIe siècle, les chimistes décrivent un certain gaz inflammable et le désignent de différentes manières. Mais cela fonctionnait pour tout le monde dans les mêmes conditions : lorsque le métal était exposé à un acide. L’hydrogène, même par Cavendish lui-même, a été simplement appelé « air inflammable » pendant de nombreuses années. Ce n'est qu'en 1783 que Lavoisier démontra par synthèse et analyse que l'eau avait une composition complexe, et quatre ans plus tard il la donna à « l'air combustible ». nom moderne. La racine de ceci mot composé est largement utilisé lorsqu'il est nécessaire de nommer des composés hydrogènes et tous les processus dans lesquels ils sont impliqués. Par exemple, l'hydrogénation, l'hydrure, etc. UN nom russe proposé en 1824 par M. Solovyov.

Dans la nature, la répartition de cet élément n'a pas d'égale. Dans la lithosphère et l'hydrosphère de la croûte terrestre, sa masse est de 1 pour cent, mais celle des atomes d'hydrogène atteint seize pour cent. L'eau est la plus abondante sur Terre et 11,19 % en masse est constituée d'hydrogène. Il est également certainement présent dans presque tous les composés qui composent le pétrole, le charbon, tous les gaz naturels et l’argile. Il y a de l'hydrogène dans tous les organismes végétaux et animaux - dans les protéines, les graisses, les acides nucléiques, les glucides, etc. L'état libre n'est pas typique de l'hydrogène et ne se produit presque jamais - il y en a très peu dans les gaz naturels et volcaniques. Une quantité très insignifiante d’hydrogène dans l’atmosphère est de 0,0001 %, en nombre d’atomes. Mais des flux entiers de protons représentent l’hydrogène dans l’espace proche de la Terre, qui constitue la ceinture de rayonnement interne de notre planète.

Espace

Aucun élément n’est aussi commun dans l’espace que l’hydrogène. Le volume d'hydrogène dans les éléments du Soleil représente plus de la moitié de sa masse. La plupart des étoiles produisent de l’hydrogène sous forme de plasma. L'essentiel des différents gaz des nébuleuses et du milieu interstellaire est également constitué d'hydrogène. Il est présent dans les comètes et dans l’atmosphère de nombreuses planètes. Bien entendu, pas sous sa forme pure - parfois sous forme de H2 libre, parfois sous forme de méthane CH4, parfois sous forme d'ammoniac NH3, voire sous forme d'eau H2O. Les radicaux CH, NH, SiN, OH, PH, etc. sont très courants. En tant que flux de protons, l’hydrogène fait partie du rayonnement solaire corpusculaire et des rayons cosmiques.

Dans l'hydrogène ordinaire, un mélange de deux isotopes stables est l'hydrogène léger (ou protium 1 H) et l'hydrogène lourd (ou deutérium - 2 H ou D). Il existe d'autres isotopes : le tritium radioactif - 3 H ou T, sinon - l'hydrogène super-lourd. Et aussi du 4 N très instable. Dans la nature, le composé hydrogène contient des isotopes dans les proportions suivantes : pour un atome de deutérium, il y a 6800 atomes de protium. Le tritium se forme dans l'atmosphère à partir de l'azote, qui est affecté par les neutrons des rayons cosmiques, mais en quantités négligeables. Que signifient les nombres de masse isotopique ? Le nombre indique que le noyau du protium n'a qu'un seul proton, tandis que le deutérium a non seulement un proton, mais aussi un neutron dans le noyau atomique. Le tritium dans son noyau possède déjà deux neutrons pour chaque proton. Mais 4 H contient trois neutrons par proton. Par conséquent, les propriétés physiques et chimiques des isotopes de l’hydrogène sont très différentes de celles des isotopes de tous les autres éléments – la différence de masse est trop grande.

Structure et propriétés physiques

La structure de l'atome d'hydrogène est la plus simple comparée à tous les autres éléments : un noyau - un électron. Potentiel d'ionisation - l'énergie de liaison d'un noyau à un électron - 13,595 électrons-volts (eV). C’est précisément en raison de la simplicité de cette structure que l’atome d’hydrogène convient comme modèle en mécanique quantique lorsqu’il est nécessaire de calculer les niveaux d’énergie d’atomes plus complexes. Dans la molécule H2, il y a deux atomes reliés par une liaison covalente chimique. L'énergie de désintégration est très élevée. L'hydrogène atomique peut se former dans réactions chimiques, comme le zinc et l'acide chlorhydrique. Cependant, il n'y a pratiquement aucune interaction avec l'hydrogène - l'état atomique de l'hydrogène est très court, les atomes se recombinent immédiatement en molécules H 2.

D'un point de vue physique, l'hydrogène est plus léger que toutes les substances connues - plus de quatorze fois plus léger que l'air (rappelez-vous les ballons qui s'envolent en vacances - ils contiennent de l'hydrogène). Cependant, il peut bouillir, se liquéfier, fondre, se solidifier, et seul l'hélium bout et fond à des températures plus basses. Il est difficile à liquéfier, il faut une température inférieure à -240 degrés Celsius. Mais sa conductivité thermique est très élevée. Il est presque insoluble dans l'eau, mais il interagit bien avec l'hydrogène des métaux - il se dissout dans presque tous, surtout dans le palladium (un volume d'hydrogène prend huit cent cinquante volumes). L'hydrogène liquide est léger et fluide, et lorsqu'il est dissous dans les métaux, il détruit souvent les alliages en raison de l'interaction avec le carbone (l'acier, par exemple), une diffusion et une décarbonisation se produisent.

Propriétés chimiques

Dans les composés, pour la plupart, l’hydrogène présente un état d’oxydation (valence) de +1, comme le sodium et d’autres métaux alcalins. Il est considéré comme leur analogue, se plaçant en tête du premier groupe du système périodique. Mais l’ion hydrogène dans les hydrures métalliques est chargé négativement, avec un état d’oxydation de -1. Cet élément est également proche des halogènes, qui sont même capables de le remplacer dans les composés organiques. Cela signifie que l’hydrogène peut également être attribué au septième groupe du système périodique. Dans des conditions normales, les molécules d'hydrogène ne diffèrent pas par leur activité, se combinant uniquement avec les non-métaux les plus actifs : bonnes avec le fluor, et si légères, avec le chlore. Mais lorsqu'il est chauffé, l'hydrogène devient différent : il réagit avec de nombreux éléments. L'hydrogène atomique, comparé à l'hydrogène moléculaire, est très chimiquement actif, de sorte que l'eau se forme en relation avec l'oxygène et que de l'énergie et de la chaleur sont simultanément libérées. À température ambiante, cette réaction est très lente, mais lorsqu'elle est chauffée au-dessus de cinq cent cinquante degrés, une explosion se produit.

L'hydrogène est utilisé pour réduire les métaux car il élimine l'oxygène de leurs oxydes. Avec le fluor, l'hydrogène forme une explosion même dans l'obscurité et à moins deux cent cinquante-deux degrés Celsius. Le chlore et le brome n'excitent l'hydrogène que lorsqu'ils sont chauffés ou éclairés, et l'iode uniquement lorsqu'ils sont chauffés. L'hydrogène et l'azote forment de l'ammoniac (c'est ainsi que sont fabriqués la plupart des engrais). Lorsqu'il est chauffé, il réagit très activement avec le soufre et on obtient du sulfure d'hydrogène. Avec le tellure et le sélénium, il est difficile de provoquer une réaction de l'hydrogène, mais avec le carbone pur, la réaction se produit à des températures très élevées et on obtient du méthane. L'hydrogène forme divers composés organiques avec le monoxyde de carbone ; la pression, la température, les catalyseurs influencent cela, et tout cela est d'une grande importance pratique. De manière générale, le rôle de l'hydrogène, ainsi que de ses composés, est extrêmement important, puisqu'il confère des propriétés acides aux acides protiques. Une liaison hydrogène se forme avec de nombreux éléments, affectant les propriétés des composés inorganiques et organiques.

Réception et utilisation

L’hydrogène est produit à l’échelle industrielle à partir de gaz naturels – gaz combustibles, gaz de cokerie et gaz de raffinage du pétrole. Il peut également être produit par électrolyse lorsque l’électricité n’est pas trop chère. Cependant, la méthode la plus importante pour produire de l'hydrogène est l'interaction catalytique des hydrocarbures, principalement du méthane, avec la vapeur d'eau, où la conversion est obtenue. La méthode d'oxydation des hydrocarbures avec de l'oxygène est également largement utilisée. Production d'hydrogène à partir de gaz naturel est le moyen le moins cher. Les deux autres sont l’utilisation de gaz de cokerie et de gaz de raffinerie – de l’hydrogène est libéré lorsque les composants restants sont liquéfiés. Ils se liquéfient plus facilement, et pour l'hydrogène, on s'en souvient, il faut -252 degrés.

Le peroxyde d’hydrogène est très utilisé. Le traitement avec cette solution est très souvent utilisé. Il est peu probable que la formule moléculaire H 2 O 2 soit nommée par tous ces millions de personnes qui veulent être blondes et éclaircir leurs cheveux, ainsi que par celles qui aiment la propreté dans la cuisine. Même ceux qui traitent les égratignures reçues en jouant avec un chaton ne se rendent souvent pas compte qu'ils utilisent un traitement à l'hydrogène. Mais tout le monde connaît l'histoire : depuis 1852, l'hydrogène pendant longtemps utilisé dans l'aéronautique. Le dirigeable, inventé par Henry Giffard, a été créé à base d'hydrogène. On les appelait des zeppelins. Les Zeppelins ont été chassés du ciel par le développement rapide de la construction aéronautique. En 1937, un accident majeur s'est produit lorsque le dirigeable Hindenburg a brûlé. Après cet incident, les zeppelins n'ont plus jamais été utilisés. Mais à la fin du XVIIIe siècle, la propagation des ballons, rempli d'hydrogène, était omniprésent. Outre la production d'ammoniac, l'hydrogène est désormais nécessaire à la production d'alcool méthylique et d'autres alcools, d'essence, de combustibles lourds hydrogénés et de combustibles solides. Vous ne pouvez pas vous passer d'hydrogène lors du soudage, lors de la coupe de métaux - il peut s'agir d'oxygène-hydrogène et d'hydrogène atomique. Et le tritium et le deutérium donnent la vie énergie nucléaire. Ce sont, on s'en souvient, des isotopes de l'hydrogène.

Neumyvakine

L'hydrogène comme élément chimique tellement bon qu'il ne pouvait s'empêcher d'avoir ses propres fans. Ivan Pavlovich Neumyvakin est docteur en sciences médicales, professeur, lauréat du Prix d'État, et il compte parmi eux de nombreux autres titres et récompenses. En tant que docteur en médecine traditionnelle, il est nommé meilleur guérisseur populaire de Russie. C'est lui qui a développé de nombreuses méthodes et principes pour fournir soins médicaux aux astronautes en vol. C'est lui qui a créé un hôpital unique : un hôpital à bord d'un vaisseau spatial. Parallèlement, il était coordinateur national de la médecine esthétique. Espace et cosmétiques. Sa passion pour l'hydrogène ne vise pas à gagner beaucoup d'argent, comme c'est actuellement le cas en médecine domestique, mais, au contraire, à apprendre aux gens à guérir n'importe quoi littéralement avec un sou, sans une visite supplémentaire à la pharmacie.

Il promeut le traitement avec un médicament présent littéralement dans chaque foyer. C'est du peroxyde d'hydrogène. Vous pouvez critiquer Neumyvakin autant que vous le souhaitez, il insistera toujours sur le sien : oui, en effet, littéralement tout peut être guéri avec du peroxyde d'hydrogène, car il sature les cellules internes du corps en oxygène, détruit les toxines, normalise les acides et les alcalins. l'équilibre, et à partir de là, les tissus sont régénérés, le corps tout entier est un organisme rajeuni. Personne n'a encore vu quelqu'un guérir avec du peroxyde d'hydrogène, et encore moins l'avoir examiné, mais Neumyvakin affirme qu'en utilisant ce remède, vous pouvez vous débarrasser complètement des maladies virales, bactériennes et fongiques, prévenir le développement de tumeurs et d'athérosclérose, vaincre la dépression, rajeunir. le corps et ne tombez jamais malade des ARVI et des rhumes.

Panacée

Ivan Pavlovich est convaincu qu'en utilisant correctement ce médicament simple et en suivant toutes les instructions simples, vous pourrez vaincre de nombreuses maladies, y compris les plus graves. La liste est longue : des maladies parodontales et des amygdalites à l'infarctus du myocarde, aux accidents vasculaires cérébraux et diabète sucré. Des bagatelles comme la sinusite ou l'ostéochondrose disparaissent dès les premières séances de traitement. Même les tumeurs cancéreuses sont effrayées et fuient le peroxyde d'hydrogène, car le système immunitaire est stimulé, la vie de l'organisme et ses défenses sont activées.

Même les enfants peuvent être traités de cette manière, sauf qu'il est préférable que les femmes enceintes s'abstiennent pour l'instant de consommer du peroxyde d'hydrogène. Cette méthode n’est pas non plus recommandée aux personnes ayant subi une greffe d’organe en raison d’une éventuelle incompatibilité tissulaire. La posologie doit être strictement respectée : d'une goutte à dix, en ajoutant une chaque jour. Trois fois par jour (trente gouttes d'une solution à trois pour cent de peroxyde d'hydrogène par jour, wow !) une demi-heure avant les repas. La solution peut être administrée par voie intraveineuse et sous contrôle médical. Parfois, le peroxyde d'hydrogène est associé à d'autres médicaments pour un effet plus efficace. La solution est utilisée en interne uniquement sous forme diluée - avec de l'eau propre.

Extérieurement

Même avant que le professeur Neumyvakin ne crée sa méthode, les compresses et les rinçages étaient très populaires. Tout le monde sait que, tout comme les compresses d'alcool, le peroxyde d'hydrogène ne peut pas être utilisé sous sa forme pure, car il provoquerait des brûlures aux tissus, mais les verrues ou les infections fongiques sont lubrifiées localement avec une solution forte - jusqu'à quinze pour cent.

Pour les éruptions cutanées et les maux de tête, des procédures impliquant du peroxyde d’hydrogène sont également effectuées. La compresse doit être réalisée à l'aide d'un chiffon en coton imbibé d'une solution composée de deux cuillères à café de peroxyde d'hydrogène à trois pour cent et de cinquante milligrammes d'eau propre. Couvrez le tissu d'un film et enveloppez-le de laine ou d'une serviette. La compresse dure d'un quart d'heure à une heure et demie matin et soir jusqu'à la guérison.

L'avis des médecins

Les avis sont partagés ; tout le monde n'est pas ravi des propriétés du peroxyde d'hydrogène ; de plus, non seulement ils n'y croient pas, mais ils s'en moquent. Parmi les médecins, il y a aussi ceux qui ont soutenu Neumyvakin et ont même repris le développement de sa théorie, mais ils constituent une minorité. La plupart des médecins considèrent ce type de traitement non seulement comme inefficace, mais aussi souvent désastreux.

En effet, il n’existe pas encore un seul cas officiellement prouvé dans lequel un patient aurait été guéri grâce au peroxyde d’hydrogène. Dans le même temps, il n'existe aucune information sur la détérioration de la santé liée à l'utilisation de cette méthode. Mais un temps précieux est perdu, et une personne qui a contracté l’une des maladies graves et qui compte entièrement sur la panacée de Neumyvakin risque d’être en retard pour commencer son véritable traitement traditionnel.

Hydrogène(lat. hydrogénium), H, élément chimique, le premier par numéro d'ordre dans le système périodique de Mendeleïev ; masse atomique 1,00797. Dans des conditions normales, V. est un gaz ; n'a ni couleur, ni odeur, ni goût.

Référence historique. Dans les ouvrages des chimistes des XVIe et XVIIe siècles. Le dégagement de gaz inflammables lorsque les acides agissent sur les métaux a été évoqué à plusieurs reprises. En 1766 Cavendish collecté et étudié le gaz libéré, le qualifiant d’« air inflammable ». Être un partisan de la théorie phlogistique, Cavendish croyait que ce gaz était du pur phlogistique. En 1783 A. Lavoisier en analysant et en synthétisant l'eau, il prouva la complexité de sa composition et, en 1787, il identifia « l'air combustible » comme un nouvel élément chimique (V.) et lui donna le nom moderne d'hydrogène (du grec h y d o r - eau et genn a o - J'accouche), ce qui signifie « accoucher de l'eau » ; cette racine est utilisée dans les noms de V. composés et processus avec sa participation (par exemple, hydrures, hydrogénation). Nom russe moderne « V ». a été proposé par M. F. Solovyov en 1824.

Prévalence dans la nature . V. est répandu dans la nature, son contenu dans la croûte terrestre(lithosphère et hydrosphère) est de 1 % en masse et de 16 % en nombre d'atomes. V. fait partie de la substance la plus courante sur Terre - l'eau (11,19 % de V. en poids), dans la composition de composés qui composent le charbon, le pétrole, les gaz naturels, les argiles, ainsi que les organismes animaux et végétaux (c'est-à-dire dans la composition protéines, acides nucléiques, graisses, glucides, etc.). A l'état libre, V. est extrêmement rare, on le trouve en petites quantités dans les gaz volcaniques et autres gaz naturels. De petites quantités d'hydrogène libre (0,0001 % en nombre d'atomes) sont présentes dans l'atmosphère. Dans l'espace proche de la Terre, l'énergie sous la forme d'un flux de protons forme un réseau interne (« proton ») La ceinture de radiations terrestre. Dans l'espace, V. est l'élément le plus courant. Comme plasma il représente environ la moitié de la masse du Soleil et de la plupart des étoiles, la majeure partie des gaz du milieu interstellaire et des nébuleuses gazeuses. V. est présent dans l'atmosphère de plusieurs planètes et dans les comètes sous forme de h 2 libre, de méthane ch 4, d'ammoniac nh 3, d'eau h 2 o, de radicaux tels que ch, nh, oh, sih, ph, etc. . Sous forme de flux de protons, l'énergie fait partie du rayonnement corpusculaire du Soleil et des rayons cosmiques.

Isotopes, atome et molécule. Le V. ordinaire est constitué d'un mélange de deux isotopes stables : le V. léger, ou protium (1 h), et le V. lourd, ou deutérium(2 h, ou j). Dans les composés naturels, il y a en moyenne 6800 atomes de 1 h pour 1 atome de 2 h. Un isotope radioactif est obtenu artificiellement - V. superlourd, ou tritium(3 h, ou T), avec rayonnement doux et demi-vie t 1/2= 12,262 ans. Dans la nature, le tritium se forme, par exemple, à partir de l'azote atmosphérique sous l'influence des neutrons des rayons cosmiques ; dans l'atmosphère, il est négligeable (4 · 10 -15 % du nombre total d'atomes V). Un isotope 4 h extrêmement instable a été obtenu. Les nombres de masse des isotopes 1 h, 2 h, 3 h et 4 h, respectivement 1,2, 3 et 4, indiquent que le noyau d'un atome de protium ne contient qu'un seul proton, le deutérium - 1 proton et 1 neutron, le tritium - 1 proton et 2 neutrons, 4 h - 1 proton et 3 neutrons. La grande différence dans les masses des isotopes de V. détermine une différence plus notable dans leurs propriétés physiques et chimiques que dans le cas des isotopes d'autres éléments.

L'atome V. a la structure la plus simple parmi les atomes de tous les autres éléments : il se compose d'un noyau et d'un électron. L'énergie de liaison d'un électron avec un noyau (potentiel d'ionisation) est de 13,595 ev. Un atome neutre peut également ajouter un deuxième électron, formant un ion négatif H - ; dans ce cas, l'énergie de liaison du deuxième électron avec un atome neutre (affinité électronique) est de 0,78 ev. Mécanique quantique permet de calculer tous les niveaux d'énergie possibles de l'atome V., et donc de donner une interprétation complète de son spectre atomique. L'atome V. est utilisé comme atome modèle dans les calculs de mécanique quantique niveaux d'énergie d'autres atomes plus complexes. La molécule B. h 2 est constituée de deux atomes reliés par une liaison covalente liaison chimique. L'énergie de dissociation (c'est-à-dire la désintégration en atomes) est de 4,776 ev(1 ev= 1,60210 10 -19 j). La distance interatomique à la position d'équilibre des noyaux est de 0,7414 a. À haute température, l'hydrogène moléculaire se dissocie en atomes (le degré de dissociation à 2 000 °C est de 0,0013, à 5 000 °C de 0,95). L'hydrogène atomique se forme également lors de diverses réactions chimiques (par exemple, par l'action du zinc sur l'acide chlorhydrique). Cependant, l'existence de V. à l'état atomique ne dure que un bref délais, les atomes se recombinent en molécules h 2.

Physique et Propriétés chimiques . V. est la plus légère de toutes les substances connues (14,4 fois plus légère que l'air), densité 0,0899 g/là 0°C et 1 au m. L'hélium bout (se liquéfie) et fond (se solidifie), respectivement, à -252,6°C et -259,1°C (seul l'hélium a des points de fusion et d'ébullition plus bas). La température critique de l'eau est très basse (-240°C), sa liquéfaction se heurte donc à de grandes difficultés ; pression critique 12,8 kgf/cm 2 (12,8 au m), densité critique 0,0312 g/cm 3. De tous les gaz, V. a la plus grande conductivité thermique, égale à 0°C et 1 au m 0,174 Mar/(m· À), soit 4,16 0 -4 cal/(Avec· cm· °C). Chaleur spécifique V. à 0°C et 1 au mSp 14.208 10 3 j/(kg· À), soit 3,394 cal/(g· °C). V. est légèrement soluble dans l'eau (0,0182 ml/gà 20°C et 1 au m), mais bon - dans de nombreux métaux (ni, pt, pd, etc.), notamment dans le palladium (850 volumes pour 1 volume pd). La solubilité de V. dans les métaux est liée à sa capacité à diffuser à travers eux ; La diffusion à travers un alliage de carbone (par exemple l'acier) s'accompagne parfois d'une destruction de l'alliage due à l'interaction du carbone avec le carbone (ce qu'on appelle la décarbonisation). Le liquide V. est très léger (densité à -253°C 0,0708 g/cm 3) et fluide (viscosité à - 253°C 13,8 épanouie).

Dans la plupart des composés, V. présente une valence (plus précisément, un état d'oxydation) +1, comme le sodium et d'autres métaux alcalins; il est généralement considéré comme un analogue de ces métaux, en tête de 1 gramme. Le système de Mendeleïev. Cependant, dans les hydrures métalliques, l'ion B est chargé négativement (état d'oxydation -1), c'est-à-dire que l'hydrure na + h - est construit de manière similaire au chlorure na + cl -. Ceci et quelques autres faits (la similitude des propriétés physiques de V. et des halogènes, la capacité des halogènes à remplacer V. dans les composés organiques) donnent des raisons de classer V. également dans le groupe VII. tableau périodique. Dans des conditions normales, le V. moléculaire est relativement peu actif, se combinant directement uniquement avec les non-métaux les plus actifs (avec le fluor et à la lumière avec le chlore). Cependant, lorsqu’il est chauffé, il réagit avec de nombreux éléments. Atomic V. a une activité chimique accrue par rapport à l'activité moléculaire. Avec l'oxygène, V. forme de l'eau : h 2 + 1 / 2 o 2 = h 2 o avec dégagement de 285,937 10 3 J/mol, soit 68.3174 kcal/mole chaleur (à 25°C et 1 au m). À des températures normales, la réaction se déroule extrêmement lentement ; au-dessus de 550°C, elle explose. Les limites explosives d'un mélange hydrogène-oxygène sont (en volume) de 4 à 94 % h2, et d'un mélange hydrogène-air - de 4 à 74 % h2 (un mélange de 2 volumes de h2 et 1 volume d'O2 est appelé gaz explosif). V. est utilisé pour réduire de nombreux métaux, car il élimine l'oxygène de leurs oxydes :

cuo +H 2 = cu + h 2 o,

fe 3 o 4 + 4h 2 = 3fe + 4h 2 o, etc.

Avec les halogènes, V. forme des halogénures d'hydrogène, par exemple :

h 2 + cl 2 = 2hcl.

Dans le même temps, V. explose avec le fluor (même dans l'obscurité et à -252°C), réagit avec le chlore et le brome uniquement lorsqu'il est éclairé ou chauffé, et avec l'iode uniquement lorsqu'il est chauffé. V. réagit avec l'azote pour former de l'ammoniac : 3h 2 + n 2 = 2nh 3 uniquement sur un catalyseur et à des températures et pressions élevées. Lorsqu'il est chauffé, V. réagit vigoureusement avec le soufre : h 2 + s = h 2 s (sulfure d'hydrogène), beaucoup plus difficile avec le sélénium et le tellure. V. peut réagir avec du carbone pur sans catalyseur uniquement à haute température : 2h 2 + C (amorphe) = ch 4 (méthane). V. réagit directement avec certains métaux (alcalis, alcalino-terreux, etc.), formant des hydrures : h 2 + 2li = 2lih. Les réactions des hydrocarbures avec le monoxyde de carbone sont d'une grande importance pratique, dans lesquelles divers composés organiques se forment en fonction de la température, de la pression et du catalyseur, par exemple hcho, ch 3 oh, etc. Les hydrocarbures insaturés réagissent avec l'hydrogène et se transforment en saturés, par exemple. exemple:

c n h 2 n + h 2 = c n h 2 n +2.

Le rôle de V. et de ses composés en chimie est exceptionnellement important. V. détermine les propriétés acides des acides dits protiques. V. a tendance à former avec certains éléments ce qu'on appelle liaison hydrogène, qui a une influence décisive sur les propriétés de nombreux composés organiques et inorganiques.

Reçu . Les principaux types de matières premières pour la production industrielle de V. - gaz naturels inflammables, gaz de cokerie(cm. Chimie du Coca-Cola) Et gaz de raffinage du pétrole, ainsi que les produits de gazéification de combustibles solides et liquides (principalement le charbon). V. est également obtenu à partir de eauélectrolyse (dans des endroits où l'électricité est bon marché). Les méthodes les plus importantes pour produire de l'hydrogène à partir du gaz naturel sont l'interaction catalytique des hydrocarbures, principalement du méthane, avec la vapeur d'eau (conversion) : ch 4 + h 2 o = co + 3h 2, et l'oxydation incomplète des hydrocarbures avec l'oxygène : ch 4 + 1/2 ou 2 = co + 2h 2 . Le monoxyde de carbone obtenu subit également une conversion : co + h 2 o = co 2 + h 2. V., extrait du gaz naturel, est le moins cher. Une méthode très courante de production d’énergie consiste à utiliser de l’eau et des gaz vapeur-air obtenus par gazéification du charbon. Le procédé est basé sur la conversion du monoxyde de carbone. L'eau gazeuse contient jusqu'à 50 % de h 2 et 40 % de co ; dans le gaz vapeur-air, en plus de h 2 et co, il y a une quantité importante de n 2, qui est utilisée avec le V. résultant pour la synthèse de nh 3. V. est isolé des gaz de cokerie et des gaz de raffinage du pétrole en éliminant les composants restants du mélange gazeux, qui se liquéfient plus facilement que V. lors d'un refroidissement profond. L'électrolyse de l'eau est réalisée CC, en le faisant passer dans une solution de koh ou de naoh (les acides ne sont pas utilisés pour éviter la corrosion des équipements en acier). En laboratoire, V. est obtenu par électrolyse de l'eau, ainsi que par réaction entre le zinc et acide hydrochlorique. Cependant, le plus souvent, ils utilisent des V. d'usine prêts à l'emploi en cylindres.

Application . V. a commencé à être produit à l'échelle industrielle à la fin du XVIIIe siècle. pour remplir des ballons. Actuellement, V. est largement utilisé dans l'industrie chimique, principalement pour la production ammoniac. Un consommateur majeur d'alcool est également la production d'alcools méthyliques et autres, d'essence synthétique (syntine) et d'autres produits obtenus par synthèse à partir d'alcool et de monoxyde de carbone. V. est utilisé pour l'hydrogénation de combustibles liquides solides et lourds, de graisses, etc., pour la synthèse de hCl, pour l'hydrotraitement de produits pétroliers, dans le soudage et le coupage de métaux avec une flamme oxygène-hydrogène (température jusqu'à 2800° C) et dans soudage à l'hydrogène atomique(jusqu'à 4000°C). Les isotopes de l'hydrogène, du deutérium et du tritium, ont trouvé des applications très importantes dans l'énergie nucléaire.

Lit. : Nekrasov B.V., Cours de chimie générale, 14e éd., M., 1962 ; Rémi G., Cours de chimie inorganique, trad. de l'allemand, tome 1, M., 1963 ; Egorov A.P., Shereshevsky D.I., Shmanenkov I.V., Technologie chimique générale des substances inorganiques, 4e éd., M., 1964 ; Technologie chimique générale. Éd. S. I. Volfkovich, tome 1, M., 1952 ; Lebedev V.V., L'hydrogène, sa production et son utilisation, M., 1958 ; Nalbandyan A. B., Voevodsky V. V., Mécanisme d'oxydation et de combustion de l'hydrogène, M. - L., 1949 ; Brève encyclopédie chimique, tome 1, M., 1961, p. 619-24.

Machine sans les gaz d'échappement. Il s'agit d'une Mirai fabriquée par Toyota. La voiture fonctionne à l'hydrogène.

Seuls l'air chauffé et la vapeur d'eau sortent des tuyaux d'échappement. La voiture du futur roule déjà sur les routes, même si elle connaît des problèmes de ravitaillement.

Cependant, étant donné l’abondance d’hydrogène dans l’Univers, un tel problème ne devrait pas se poser.

Le monde est constitué des trois quarts de substance. Donc, votre numéro de série élément hydrogène justifie. Aujourd'hui, toute l'attention est tournée vers lui.

Propriétés de l'hydrogène

Être le premier élément hydrogène donne naissance à la première substance. C'est de l'eau. Sa formule est connue pour être H 2 O.

Sur nom grec l'hydrogène s'écrit hidrogenium, où hidro est l'eau et le génium doit être généré.

Cependant, ce ne sont pas les Grecs qui ont donné son nom à l'élément, mais le naturaliste français Laurent Lavoisier. Avant lui, l'hydrogène a été exploré par Henry Cavendish, Nicola Lemery et Theophrastus Paracelsus.

Ce dernier, en effet, a quitté la science avec la première mention de la première substance. L'enregistrement remonte au 16ème siècle. À quelles conclusions les scientifiques sont-ils arrivés hydrogène?

Caractéristiques des éléments– la dualité. L'atome d'hydrogène n'a qu'un seul électron. Dans un certain nombre de réactions, la substance le trahit.

C'est le comportement d'un métal typique du premier groupe. Cependant, l’hydrogène est capable de compléter sa coquille, sans céder, mais en acceptant 1 électron.

Dans ce cas, le 1er élément se comporte comme des halogènes. Ils sont situés dans le 17ème groupe du tableau périodique et sont sujets à la formation.

Dans lequel d’entre eux peut-on trouver de l’hydrogène ? Par exemple, en hydrosulfure. Sa formule : - NaHS.

Ce composé de l'élément hydrogène est basé sur . Comme on peut le constater, les atomes d’hydrogène n’en sont que partiellement déplacés par le sodium.

Avoir un seul électron et la capacité de l’abandonner transforme un atome d’hydrogène en proton. Il n’y a également qu’une seule particule chargée positivement dans le noyau.

Masse relative le proton avec l'électron est égal à 2 um. L'indicateur est 14 fois inférieur à celui de l'air. Sans électron, la matière est encore plus légère.

La conclusion selon laquelle l'hydrogène est un gaz s'impose. Mais l’élément a aussi une forme liquide. La liquéfaction se produit à une température de -252,8 degrés Celsius.

En raison de sa petite taille élément chimique hydrogène a la capacité de pénétrer à travers d’autres substances.

Ainsi, si vous gonflez l'air non pas avec de l'hélium ou de l'air ordinaire, mais avec l'élément propre n°1, il se dégonflera en quelques jours.

Les particules de gaz passeront facilement dans les pores. L'hydrogène passe également dans certains métaux, par exemple, et.

S'accumulant dans leur structure, la substance s'évapore à mesure que la température augmente.

Cependant l'hydrogène est inclus dans l'eau, il se dissout mal. Ce n'est pas pour rien que l'élément est isolé dans les laboratoires en déplaçant l'humidité. Comment les industriels extraient-ils la première substance ? Nous y consacrerons le prochain chapitre.

Production d'hydrogène

Formule hydrogène vous permet de l'exploiter d'au moins 6 manières. Le premier est le reformage à la vapeur du méthane et du gaz naturel.

Des fractions de Legroin sont prélevées. L'hydrogène pur en est extrait par voie catalytique. Cela nécessite la présence de vapeur d'eau.

La deuxième façon d'extraire la 1ère substance est la gazéification. le carburant est chauffé à 1 500 degrés, le transformant en gaz inflammables.

Cela nécessite un agent oxydant. L'oxygène atmosphérique régulier est suffisant.

La troisième façon de produire de l’hydrogène est l’électrolyse de l’eau. Le courant y passe. Cela permet de mettre en évidence l’élément souhaité sur les électrodes.

Vous pouvez également utiliser la pyrolyse. Il s'agit de la décomposition thermique des composés. La matière organique et substances inorganiques, par exemple, la même eau. Le processus se déroule sous l'influence de températures élevées.

La cinquième façon de produire de l’hydrogène est l’oxydation partielle et la sixième est la biotechnologie.

Ce dernier fait référence à l’extraction du gaz de l’eau par sa division biochimique. Aide spéciale contre les algues.

Un photobioréacteur fermé est nécessaire, c'est pourquoi la 6ème méthode est rarement utilisée. En fait, seule la méthode de conversion à la vapeur est populaire.

C'est le moins cher et le plus simple. Cependant, la présence d’une multitude d’alternatives fait de l’hydrogène une matière première recherchée pour l’industrie, car elle ne dépend pas d’une source spécifique de l’élément.

Applications de l'hydrogène

L'hydrogène est utilisé pour la synthèse. Ce composé est un réfrigérant dans la technologie de congélation, connu comme composant de l'ammoniac, et est utilisé comme neutralisant d'acide.

L'hydrogène est également utilisé pour la synthèse de l'acide chlorhydrique. C'est le deuxième nom.

Il est nécessaire, par exemple, pour nettoyer les surfaces métalliques et les polir. DANS Industrie alimentaire acide chlorhydrique – régulateur d'acidité E507.

Comme additifs alimentaires L'hydrogène lui-même est également enregistré. Son nom sur l'emballage du produit est E949.

Il est notamment utilisé dans la production de margarine. Le système d’hydrogénation produit en fait de la margarine.

Chez les gras les huiles végétales Certaines connexions sont rompues. Des atomes d'hydrogène apparaissent aux sites de rupture. Cela transforme la substance fluide en une substance relative.

Dans le rôle pile à combustible à hydrogène Jusqu’à présent, il n’est pas tant utilisé dans les missiles que dans les missiles.

La première substance brûle dans l’oxygène, qui fournit l’énergie nécessaire au mouvement du vaisseau spatial.

Oui, l'un des plus puissants missiles russes« L’énergie » fonctionne à l’hydrogène. Le premier élément est liquéfié.

La réaction de combustion de l’hydrogène dans l’oxygène est également utile pour les travaux de soudage. Les matériaux les plus réfractaires peuvent être collés.

La température de réaction sous sa forme pure est de 3 000 degrés Celsius. En utilisant des modèles spéciaux, il est possible d'atteindre 4000 degrés.

Tout métal « se rendra ». D'ailleurs, les métaux sont également obtenus en utilisant le 1er élément. La réaction est basée sur l'isolement de substances précieuses de leurs oxydes.

L'industrie nucléaire porte plainte isotopes de l'hydrogène. Il n’y en a que 3. L’un d’eux est le tritium. C'est radioactif.

Il existe également du protium et du deutérium non radioactifs. Bien que le tritium soit dangereux, il est présent naturellement.

L'isotope se forme dans les couches supérieures de l'atmosphère, qui sont exposées aux rayons cosmiques. Cela conduit à des réactions nucléaires.

Dans les réacteurs situés à la surface de la Terre, le tritium est le résultat d’une irradiation neutronique.

Prix ​​de l'hydrogène

Le plus souvent, les industriels proposent de l'hydrogène gazeux, naturellement, à l'état comprimé et dans un récipient spécial qui ne laissera pas passer les petits atomes de la substance.

Le premier élément est divisé en technique et purifié, c'est-à-dire le grade le plus élevé. Il y a même qualités d'hydrogène, par exemple, "A".

GOST 3022-80 s'y applique. C'est du gaz technique. Pour 40 litres cubes, les constructeurs en demandent un peu moins de 1000. Pour 50 litres, ils en donnent 1300.

GOST pour l'hydrogène pur - R 51673-2000. La pureté du gaz est de 9,9999 %. L'élément technique est cependant un peu inférieur.

Sa pureté est de 9,99%. Cependant, pour 40 litres cubes substance pure Ils donnent déjà plus de 13 000 roubles.

Le prix montre à quel point l’étape finale de purification du gaz est difficile pour les industriels. Pour une bouteille de 50 litres, vous devrez payer entre 15 000 et 16 000 roubles.

Hydrogène liquide presque jamais utilisé. C’est trop cher et les pertes sont élevées. Il n’y a donc aucune offre de vente ou d’achat.

L’hydrogène liquéfié est non seulement difficile à obtenir, mais aussi à stocker. Des températures de moins 252 degrés ne sont pas une plaisanterie.

Personne ne va donc plaisanter sur l’utilisation d’un gaz efficace et facile à manipuler.

Méthodes de production industrielles substances simples dépendent de la forme sous laquelle l'élément correspondant se trouve dans la nature, c'est-à-dire de quelle peut être la matière première pour sa production. Ainsi, l'oxygène disponible à l'état libre est obtenu physiquement- libération de l'air liquide. Presque tout l’hydrogène se présente sous forme de composés, c’est pourquoi des méthodes chimiques sont utilisées pour l’obtenir. En particulier, des réactions de décomposition peuvent être utilisées. Une façon de produire de l’hydrogène consiste à décomposer l’eau par le courant électrique.

La principale méthode industrielle de production d’hydrogène est la réaction du méthane, qui fait partie du gaz naturel, avec l’eau. Elle est réalisée à haute température(il est facile de voir qu'en faisant passer le méthane même dans de l'eau bouillante, aucune réaction ne se produit) :

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

En laboratoire, pour obtenir des substances simples, on n'utilise pas forcément des matières premières naturelles, mais on choisit celles matières premières, à partir duquel il est plus facile d'isoler la substance nécessaire. Par exemple, en laboratoire, l’oxygène ne provient pas de l’air. Il en va de même pour la production d’hydrogène. L'une des méthodes de production d'hydrogène en laboratoire, parfois utilisée dans l'industrie, est la décomposition de l'eau par le courant électrique.

Généralement, l’hydrogène est produit en laboratoire en faisant réagir du zinc avec de l’acide chlorhydrique.

Dans l'industrie

1.Électrolyse de solutions aqueuses salines :

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Faire passer de la vapeur d'eau sur du coca chaudà des températures autour de 1000°C :

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Du gaz naturel.

Conversion de vapeur : CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Oxydation catalytique avec de l'oxygène : 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Craquage et reformage des hydrocarbures lors du raffinage du pétrole.

Dans le laboratoire

1.L'effet des acides dilués sur les métaux. Pour réaliser cette réaction, le zinc et l'acide chlorhydrique sont le plus souvent utilisés :

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interaction du calcium avec l'eau :

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hydrolyse des hydrures :

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Effet des alcalis sur le zinc ou l'aluminium :

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Utilisation de l'électrolyse. Lors de l'électrolyse de solutions aqueuses d'alcalis ou d'acides, de l'hydrogène est libéré au niveau de la cathode, par exemple :

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

  • Bioréacteur pour la production d'hydrogène

Propriétés physiques

L'hydrogène gazeux peut exister sous deux formes (modifications) - sous forme d'ortho et de para-hydrogène.

Dans une molécule d'orthohydrogène (point de fusion −259,10 °C, point d'ébullition −252,56 °C), les spins nucléaires sont dirigés de manière identique (parallèle), et dans le parahydrogène (point de fusion −259,32 °C, point d'ébullition -252,89 °C) - opposés les uns aux autres (antiparallèles).

Les formes allotropiques de l'hydrogène peuvent être séparées par adsorption sur charbon actif à la température de l'azote liquide. À très basse température, l’équilibre entre orthohydrogène et parahydrogène est presque entièrement déplacé vers ce dernier. À 80 K, le rapport des formes est d'environ 1:1. Lorsqu'il est chauffé, le parahydrogène désorbé est converti en orthohydrogène jusqu'à formation d'un mélange équilibré à température ambiante (ortho-para : 75 : 25). Sans catalyseur, la transformation se produit lentement, ce qui permet d'étudier les propriétés de formes allotropiques individuelles. La molécule d'hydrogène est diatomique - H₂. Dans des conditions normales, c'est un gaz incolore, inodore et insipide. L'hydrogène est le gaz le plus léger, sa densité est plusieurs fois moins de densité air. Évidemment, plus la masse des molécules est faible, plus leur vitesse est élevée à la même température. En tant que molécules les plus légères, les molécules d’hydrogène se déplacent plus rapidement que les molécules de tout autre gaz et peuvent ainsi transférer la chaleur d’un corps à un autre plus rapidement. Il s’ensuit que l’hydrogène possède la conductivité thermique la plus élevée parmi les substances gazeuses. Sa conductivité thermique est environ sept fois supérieure à la conductivité thermique de l'air.

Propriétés chimiques

Les molécules d'hydrogène H₂ sont assez fortes, et pour que l'hydrogène réagisse, il faut dépenser beaucoup d'énergie : H 2 = 2H - 432 kJ Par conséquent, à des températures ordinaires, l'hydrogène ne réagit qu'avec des métaux très actifs, par exemple le calcium, formant du calcium hydrure : Ca + H 2 = CaH 2 et avec le seul non-métal - fluor, formant du fluorure d'hydrogène : F 2 + H 2 = 2HF Avec la plupart des métaux et non-métaux, l'hydrogène réagit à des températures élevées ou sous d'autres influences, par exemple , éclairage. Il peut « enlever » l'oxygène de certains oxydes, par exemple : CuO + H 2 = Cu + H 2 0 L'équation écrite reflète la réaction de réduction. Les réactions de réduction sont des processus dans lesquels l'oxygène est éliminé d'un composé ; Les substances qui absorbent l’oxygène sont appelées agents réducteurs (elles s’oxydent elles-mêmes). Par la suite, une autre définition des concepts « oxydation » et « réduction » sera donnée. UN cette définition, historiquement le premier, reste important aujourd’hui, notamment en chimie organique. La réaction de réduction est l’opposé de la réaction d’oxydation. Ces deux réactions se produisent toujours simultanément comme un seul processus : lorsqu'une substance est oxydée (réduite), la réduction (oxydation) d'une autre se produit nécessairement simultanément.

N2 + 3H2 → 2NH3

Formes avec halogènes halogénures d'hydrogène:

F 2 + H 2 → 2 HF, la réaction se produit de manière explosive dans l'obscurité et à n'importe quelle température, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, la réaction se produit de manière explosive, uniquement à la lumière.

Il interagit avec la suie sous forte chaleur :

C + 2H 2 → CH 4

Interaction avec les métaux alcalins et alcalino-terreux

L'hydrogène se forme avec des métaux actifs hydrures:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Hydrures- substances salines, solides, facilement hydrolysables :

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interaction avec des oxydes métalliques (généralement des éléments D)

Les oxydes sont réduits en métaux :

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hydrogénation de composés organiques

Lorsque l'hydrogène agit sur des hydrocarbures insaturés en présence d'un catalyseur au nickel et à des températures élevées, une réaction se produit hydrogénation:

CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

L'hydrogène réduit les aldéhydes en alcools :

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Géochimie de l'hydrogène

L'hydrogène est le principal matériau de construction de l'univers. C'est l'élément le plus courant et tous les éléments en sont formés à la suite de réactions thermonucléaires et nucléaires.

L'hydrogène H2 libre est relativement rare dans les gaz terrestres, mais sous forme d'eau, il joue un rôle extrêmement important dans les processus géochimiques.

L'hydrogène peut être présent dans les minéraux sous forme d'ions ammonium, d'ions hydroxyle et d'eau cristalline.

Dans l’atmosphère, de l’hydrogène est produit en permanence à la suite de la décomposition de l’eau par le rayonnement solaire. Il migre vers la haute atmosphère et s’échappe dans l’espace.

Application

  • Énergie hydrogène

L'hydrogène atomique est utilisé pour le soudage à l'hydrogène atomique.

Dans l’industrie agroalimentaire, l’hydrogène est enregistré comme additif alimentaire E949, comme le gaz d’emballage.

Caractéristiques du traitement

L'hydrogène, lorsqu'il est mélangé à l'air, forme un mélange explosif, appelé gaz détonant. Ce gaz est plus explosif lorsque le rapport volumique de l'hydrogène et de l'oxygène est de 2:1, ou que l'hydrogène et l'air sont d'environ 2:5, puisque l'air contient environ 21 % d'oxygène. L'hydrogène présente également un risque d'incendie. L'hydrogène liquide peut provoquer de graves engelures s'il entre en contact avec la peau.

Les concentrations explosives d'hydrogène et d'oxygène varient de 4 à 96 % en volume. Lorsqu'il est mélangé avec de l'air de 4 % à 75(74) % en volume.

Utilisation de l'hydrogène

Dans l’industrie chimique, l’hydrogène est utilisé dans la production d’ammoniac, de savon et de plastiques. Dans l’industrie alimentaire, la margarine est fabriquée à partir d’huiles végétales liquides utilisant de l’hydrogène. L'hydrogène est très léger et s'élève toujours dans l'air. Il était une fois des dirigeables et des ballons rempli d'hydrogène. Mais dans les années 30. XXe siècle plusieurs se sont produits terribles catastrophes quand les dirigeables ont explosé et brûlé. De nos jours, les dirigeables sont remplis d’hélium. L'hydrogène est également utilisé comme carburant de fusée. Un jour, l’hydrogène pourrait être largement utilisé comme carburant pour les voitures et camions. Les moteurs à hydrogène ne polluent pas l’environnement et n’émettent que de la vapeur d’eau (bien que la production d’hydrogène elle-même entraîne une certaine pollution de l’environnement). Notre Soleil est principalement constitué d’hydrogène. La chaleur et la lumière solaires sont le résultat de la libération d’énergie nucléaire issue de la fusion de noyaux d’hydrogène.

Utiliser l’hydrogène comme carburant (rentable)

La caractéristique la plus importante des substances utilisées comme combustible est leur chaleur de combustion. Du cours de chimie générale, on sait que la réaction entre l'hydrogène et l'oxygène se produit avec dégagement de chaleur. Si nous prenons 1 mol H 2 (2 g) et 0,5 mol O 2 (16 g) dans des conditions standard et excitons la réaction, alors selon l'équation

H 2 + 0,5 O 2 = H 2 O

une fois la réaction terminée, 1 mole de H 2 O (18 g) est formée avec libération d'énergie de 285,8 kJ/mol (à titre de comparaison : la chaleur de combustion de l'acétylène est de 1300 kJ/mol, du propane - 2200 kJ/mol) . 1 m³ d'hydrogène pèse 89,8 g (44,9 mol). Ainsi, pour produire 1 m³ d’hydrogène, 12 832,4 kJ d’énergie seront dépensés. En tenant compte du fait que 1 kWh = 3600 kJ, nous obtenons 3,56 kWh d'électricité. Connaissant le tarif de 1 kWh d'électricité et le coût de 1 m³ de gaz, on peut conclure qu'il est conseillé de passer à l'hydrogène carburant.

Par exemple, le modèle expérimental Honda FCX de 3e génération avec un réservoir d'hydrogène de 156 litres (contient 3,12 kg d'hydrogène sous une pression de 25 MPa) parcourt 355 km. Ainsi, à partir de 3,12 kg H2, on obtient 123,8 kWh. Aux 100 km, la consommation d'énergie sera de 36,97 kWh. Connaissant le coût de l'électricité, le coût du gaz ou de l'essence, leur consommation pour une voiture aux 100 km peut facilement être calculée comme négative effet économique transition des voitures vers l’hydrogène. Disons (Russie 2008) que 10 cents par kWh d'électricité conduisent au fait que 1 m³ d'hydrogène entraîne un prix de 35,6 cents, et en tenant compte de l'efficacité de décomposition de l'eau de 40 à 45 cents, la même quantité de kWh la combustion de l'essence coûte 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 cents/l=34 cents au prix de détail, tandis que pour l'hydrogène nous avons calculé l'option idéale, sans tenir compte du transport, de la dépréciation des équipements, etc. Pour le méthane avec Avec une énergie de combustion d'environ 39 MJ par m³, le résultat sera deux à quatre fois inférieur en raison de la différence de prix (1 m³ pour l'Ukraine coûte 179 dollars et pour l'Europe 350 dollars). Autrement dit, une quantité équivalente de méthane coûtera 10 à 20 centimes.

Cependant, il ne faut pas oublier que lorsque nous brûlons de l’hydrogène, nous obtenons de l’eau propre dont il a été extrait. Autrement dit, nous avons une énergie renouvelable accapareur l'énergie sans nuire à l'environnement, contrairement au gaz ou à l'essence qui sont des sources d'énergie primaires.

Php en ligne 377 Attention : require(http://www..php) : échec d'ouverture du flux : aucun wrapper approprié n'a pu être trouvé dans /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php en ligne 377 Fatal erreur : require() : échec de l'ouverture requise "http://www..php" (include_path="..php à la ligne 377