हायड्रोजन त्याचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म. रासायनिक परस्परसंवाद: सामान्य तरतुदी

हायड्रोजन हे चिन्ह H आणि अणुक्रमांक 1 असलेले रासायनिक घटक आहे. साधारण 1.008 च्या प्रमाणित अणु वजनासह, हायड्रोजन हा आवर्त सारणीवरील सर्वात हलका घटक आहे. त्याचे मोनॅटॉमिक फॉर्म (H) हे ब्रह्मांडातील सर्वात विपुल रसायन आहे, जे बॅरिऑनच्या एकूण वस्तुमानाच्या अंदाजे 75% आहे. प्लाझ्मा अवस्थेत तारे बहुतेक हायड्रोजनचे बनलेले असतात. हायड्रोजनचा सर्वात सामान्य समस्थानिक, ज्याला प्रोटियम म्हणतात (हे नाव क्वचितच वापरले जाते, चिन्ह 1H), त्यात एक प्रोटॉन आहे आणि न्यूट्रॉन नाही. अणू हायड्रोजनचे व्यापक स्वरूप प्रथम पुनर्संयोजनाच्या युगात आले. मानक तापमान आणि दाबांवर, हायड्रोजन हा रंगहीन, गंधहीन, चवहीन, विषारी, अधातूचा, ज्वलनशील डायटॉमिक वायू आहे ज्याचा आण्विक सूत्र H2 आहे. कारण हायड्रोजन बहुतेक गैर-धातु घटकांसह सहसंयोजक बंध तयार करतो, पृथ्वीवरील बहुतेक हायड्रोजन पाणी किंवा सेंद्रिय संयुगे यासारख्या आण्विक स्वरूपात अस्तित्वात आहे. हायड्रोजन आम्ल-बेस अभिक्रियांमध्ये विशेषतः महत्वाची भूमिका बजावते कारण बहुतेक ऍसिड-आधारित प्रतिक्रियांमध्ये विद्रव्य रेणूंमधील प्रोटॉनची देवाणघेवाण समाविष्ट असते. आयनिक यौगिकांमध्ये, हायड्रोजन नकारात्मक चार्ज (म्हणजे, आयन) चे रूप धारण करू शकते आणि त्याला हायड्राइड म्हणून ओळखले जाते, किंवा सकारात्मक चार्ज केलेली (म्हणजे, कॅशन) प्रजाती म्हणून ओळखले जाते, H+ या चिन्हाने दर्शविले जाते. हायड्रोजन केशन हे साध्या प्रोटॉनचे बनलेले आहे असे वर्णन केले जाते, परंतु आयनिक संयुगेमधील वास्तविक हायड्रोजन केशन नेहमीच अधिक जटिल असतात. एकमेव तटस्थ अणू म्हणून ज्यासाठी श्रोडिंगर समीकरण विश्लेषणात्मकपणे सोडवले जाऊ शकते, हायड्रोजनने (म्हणजेच, उर्जेचा अभ्यास आणि त्याच्या अणूचे बंधन) क्वांटम मेकॅनिक्सच्या विकासात महत्त्वाची भूमिका बजावली आहे. हायड्रोजन गॅस प्रथम 16 व्या शतकाच्या सुरुवातीस धातूंसह ऍसिडच्या अभिक्रियाद्वारे कृत्रिमरित्या तयार केला गेला. 1766-81 मध्ये. हायड्रोजन वायू हा एक वेगळा पदार्थ आहे आणि तो जाळल्यावर पाणी तयार करतो हे ओळखणारे हेन्री कॅव्हेंडिश हे पहिले होते, म्हणून त्याचे नाव: ग्रीकमध्ये हायड्रोजन म्हणजे "पाणी उत्पादक" असा आहे. हायड्रोजनचे औद्योगिक उत्पादन प्रामुख्याने नैसर्गिक वायूच्या वाफेच्या रूपांतरणाशी आणि कमी सामान्यपणे, अधिक ऊर्जा-केंद्रित पद्धती जसे की पाणी इलेक्ट्रोलिसिसशी संबंधित आहे. बहुतेक हायड्रोजन ते जेथे तयार केले जाते त्याच्या जवळ वापरले जाते, दोन सर्वात सामान्य उपयोग म्हणजे जीवाश्म इंधन प्रक्रिया (उदा. हायड्रोक्रॅकिंग) आणि अमोनिया उत्पादन, मुख्यतः खत बाजारासाठी. हायड्रोजन हा धातू शास्त्रात चिंतेचा विषय आहे कारण तो अनेक धातू ठिसूळ करू शकतो, ज्यामुळे पाइपलाइन आणि साठवण टाक्या डिझाइन करणे कठीण होते.

गुणधर्म

ज्वलन

हायड्रोजन वायू (डायहायड्रोजन किंवा आण्विक हायड्रोजन) हा एक ज्वलनशील वायू आहे जो 4% ते 75% पर्यंत घनतेच्या विस्तृत श्रेणीमध्ये हवेत जळतो. ज्वलनाची एन्थाल्पी 286 kJ/mol आहे:

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

हायड्रोजन वायू 4-74% पर्यंत एकाग्रतेमध्ये हवेसह आणि 5.95% पर्यंत एकाग्रतेमध्ये क्लोरीनसह स्फोटक मिश्रण तयार करतो. स्फोटक प्रतिक्रिया स्पार्क्स, उष्णता किंवा सूर्यप्रकाशामुळे होऊ शकतात. हायड्रोजनचे ऑटोइग्निशन तापमान, हवेतील उत्स्फूर्त प्रज्वलन तापमान, 500 °C (932 °F) आहे. शुद्ध हायड्रोजन-ऑक्सिजन ज्वाला अतिनील किरणोत्सर्ग उत्सर्जित करतात आणि उच्च ऑक्सिजन मिश्रणासह उघड्या डोळ्यांना जवळजवळ अदृश्य असतात, हे स्पेस शटल सॉलिड रॉकेट बूस्टरच्या अत्यंत दृश्यमान प्लमच्या तुलनेत स्पेस शटलच्या मुख्य इंजिनच्या अस्पष्ट प्लमद्वारे दिसून येते. अमोनियम परक्लोरेट संमिश्र. बर्निंग हायड्रोजनची गळती शोधण्यासाठी फ्लेम डिटेक्टरची आवश्यकता असू शकते; अशा गळती खूप धोकादायक असू शकतात. इतर परिस्थितीत हायड्रोजनची ज्योत निळी असते आणि ती नैसर्गिक वायूच्या निळ्या ज्योतीसारखी असते. एअरशिप "हिंडेनबर्ग" चे बुडणे हे हायड्रोजन बर्निंगचे एक कुप्रसिद्ध उदाहरण आहे आणि हे प्रकरण अद्याप चर्चेत आहे. या घटनेतील दृश्यमान केशरी ज्वाला एअरशिपच्या त्वचेतून कार्बन संयुगांसह हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या मिश्रणाच्या संपर्कात आल्याने उद्भवली. H2 प्रत्येक ऑक्सिडायझिंग घटकासह प्रतिक्रिया देतो. हायड्रोजन खोलीच्या तपमानावर क्लोरीन आणि फ्लोरिनसह उत्स्फूर्तपणे प्रतिक्रिया देऊन संबंधित हायड्रोजन हॅलाइड्स, हायड्रोजन क्लोराईड आणि हायड्रोजन फ्लोराइड तयार करू शकतो, जे संभाव्य धोकादायक ऍसिड देखील आहेत.

इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पातळी

हायड्रोजन अणूमधील इलेक्ट्रॉनची ग्राउंड स्टेट एनर्जी लेव्हल −13.6 eV आहे, जी सुमारे 91 एनएम तरंगलांबी असलेल्या अल्ट्राव्हायोलेट फोटॉनच्या समतुल्य आहे. हायड्रोजनच्या ऊर्जेची पातळी अणूच्या बोहर मॉडेलचा वापर करून अगदी अचूकपणे मोजली जाऊ शकते, जे इलेक्ट्रॉनला सूर्याच्या पृथ्वीच्या कक्षेप्रमाणे "ऑर्बिटल" प्रोटॉन म्हणून कल्पना करते. तथापि, अणू इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक शक्तीने एकत्र धरले जातात, तर ग्रह आणि खगोलीय वस्तू गुरुत्वाकर्षणाने एकत्र ठेवल्या जातात. बोहरने सुरुवातीच्या क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये मांडलेल्या कोनीय संवेगाच्या विवेचनामुळे, बोहरच्या मॉडेलमधील इलेक्ट्रॉन प्रोटॉनपासून फक्त काही स्वीकार्य अंतर व्यापू शकतो आणि त्यामुळे केवळ काही स्वीकार्य ऊर्जा. हायड्रोजन अणूचे अधिक अचूक वर्णन पूर्णपणे क्वांटम मेकॅनिकल उपचारातून येते जे प्रोटॉनभोवती इलेक्ट्रॉनच्या संभाव्य घनतेच्या वितरणाची गणना करण्यासाठी श्रोडिंगर समीकरण, डिराक समीकरण किंवा अगदी फेनमन एकात्मिक सर्किटचा वापर करते. सर्वात जटिल प्रक्रिया पद्धतींमुळे एखाद्याला विशेष सापेक्षता आणि व्हॅक्यूम ध्रुवीकरणाचे छोटे प्रभाव प्राप्त होतात. क्वांटम मशीनिंगमध्ये, ग्राउंड स्टेट हायड्रोजन अणूमधील इलेक्ट्रॉनमध्ये अजिबात टॉर्क नसतो, "ग्रहांची कक्षा" इलेक्ट्रॉनच्या गतीपेक्षा कशी वेगळी असते हे स्पष्ट करते.

प्राथमिक आण्विक रूपे

डायटॉमिक हायड्रोजन रेणूंचे दोन भिन्न स्पिन आयसोमर आहेत जे त्यांच्या केंद्रकांच्या सापेक्ष स्पिनमध्ये भिन्न आहेत. ऑर्थोहायड्रोजन स्वरूपात, दोन प्रोटॉनचे स्पिन समांतर असतात आणि 1 (1/2 + 1/2) च्या आण्विक स्पिन क्वांटम क्रमांकासह तिहेरी अवस्था तयार करतात; पॅराहायड्रोजन स्वरूपात, स्पिन समांतर असतात आणि 0 (1/2 1/2) च्या आण्विक स्पिन क्वांटम क्रमांकासह एक सिंगल तयार करतात. मानक तापमान आणि दाबावर, हायड्रोजन वायूमध्ये पॅरा फॉर्मचा सुमारे 25% आणि ऑर्थो फॉर्मचा 75% भाग असतो, ज्याला "सामान्य स्वरूप" देखील म्हणतात. ऑर्थोहायड्रोजन आणि पॅराहायड्रोजनचे समतोल गुणोत्तर तापमानावर अवलंबून असते, परंतु ऑर्थो फॉर्म एक उत्तेजित अवस्था असल्यामुळे आणि पॅरा फॉर्मपेक्षा जास्त ऊर्जा असल्यामुळे ते अस्थिर आहे आणि शुद्ध होऊ शकत नाही. अत्यंत कमी तापमानात, समतोल स्थितीमध्ये जवळजवळ केवळ पॅरा फॉर्मचा समावेश होतो. शुद्ध पॅराहायड्रोजनच्या द्रव आणि वायूच्या टप्प्यांचे थर्मल गुणधर्म सामान्य स्वरूपातील घूर्णन उष्णता क्षमतेतील फरकांमुळे लक्षणीय भिन्न आहेत, ज्याची हायड्रोजन स्पिन आयसोमर्समध्ये अधिक तपशीलवार चर्चा केली आहे. ऑर्थो/पेअर भेद इतर हायड्रोजन-युक्त रेणू किंवा कार्यात्मक गट जसे की पाणी आणि मिथिलीनमध्ये देखील आढळतो, परंतु त्यांच्या थर्मल गुणधर्मांसाठी हे फारसे महत्त्वाचे नाही. पॅरा आणि ऑर्थो H2 मधील अपरिवर्तनीय आंतरपरिवर्तन वाढत्या तापमानासह वाढते; अशाप्रकारे वेगाने कंडेन्स्ड H2 मध्ये मोठ्या प्रमाणात उच्च उर्जा ऑर्थोगोनल फॉर्म असते, जे अतिशय हळूहळू पॅरा फॉर्ममध्ये रूपांतरित होते. घनरूप H2 मधील ऑर्थो/पॅरा गुणोत्तर हा द्रव हायड्रोजन तयार करण्यासाठी आणि साठवण्यात एक महत्त्वाचा घटक आहे: ऑर्थोपासून पॅरामध्ये होणारे रूपांतरण एक्झोथर्मिक आहे आणि काही हायड्रोजन द्रवपदार्थाची वाफ करण्यासाठी पुरेशी उष्णता प्रदान करते, परिणामी द्रवपदार्थ नष्ट होतो. ऑर्थो-पॅरा रूपांतरणासाठी उत्प्रेरक जसे की लोह ऑक्साईड, सक्रिय कार्बन, प्लॅटिनाइज्ड एस्बेस्टोस, दुर्मिळ पृथ्वी, युरेनियम संयुगे, क्रोमियम ऑक्साईड किंवा काही निकेल संयुगे हायड्रोजन कूलिंगमध्ये वापरले जातात.

टप्पे

हायड्रोजन वायू

द्रव हायड्रोजन

हायड्रोजन गाळ

घन हायड्रोजन

धातूचा हायड्रोजन

जोडण्या

सहसंयोजक आणि सेंद्रिय संयुगे

मानक परिस्थितीत H2 फारसा प्रतिक्रियाशील नसला तरी, ते बहुतेक घटकांसह संयुगे बनवते. हायड्रोजन अधिक इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह घटकांसह संयुगे तयार करू शकतो, जसे की हॅलोजन (उदा. F, Cl, Br, I) किंवा ऑक्सिजन; या संयुगांमध्ये, हायड्रोजन आंशिक सकारात्मक चार्ज घेते. फ्लोरिन, ऑक्सिजन किंवा नायट्रोजनशी जोडलेले असताना, हायड्रोजन इतर तत्सम रेणूंच्या हायड्रोजनसह मध्यम-शक्तीच्या गैर-सहसंयोजक बंधाच्या स्वरूपात भाग घेऊ शकतो, हायड्रोजन बाँडिंग नावाची घटना, जी अनेक जैविक रेणूंच्या स्थिरतेसाठी महत्त्वपूर्ण आहे. हायड्रोजन कमी इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह घटकांसह संयुगे देखील तयार करतो जसे की धातू आणि मेटलॉइड्स, जेथे ते आंशिक नकारात्मक शुल्क घेते. ही संयुगे अनेकदा हायड्राइड्स म्हणून ओळखली जातात. हायड्रोजन कार्बनसह विविध प्रकारचे संयुगे बनवते, ज्याला हायड्रोकार्बन म्हणतात, आणि हेटरोएटम्ससह संयुगेची आणखी एक मोठी विविधता, ज्यांना सजीव वस्तूंशी त्यांच्या सामान्य संबंधामुळे सेंद्रिय संयुगे म्हणतात. त्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास हा सेंद्रिय रसायनशास्त्राचा विषय आहे आणि सजीवांच्या संदर्भात त्यांचा अभ्यास बायोकेमिस्ट्री म्हणून ओळखला जातो. काही व्याख्यांनुसार, "सेंद्रिय" संयुगेमध्ये फक्त कार्बन असणे आवश्यक आहे. तथापि, बहुतेकांमध्ये हायड्रोजन देखील असतो, आणि हा कार्बन-हायड्रोजन बंध असल्यामुळे या वर्गाच्या संयुगांना त्यांच्या विशिष्ट रासायनिक वैशिष्ट्यांपैकी बरेच काही देतात, रसायनशास्त्रातील "ऑर्गेनिक" शब्दाच्या काही व्याख्यांमध्ये कार्बन-हायड्रोजन बंध आवश्यक आहेत. लाखो हायड्रोकार्बन्स ज्ञात आहेत, आणि ते सहसा जटिल कृत्रिम मार्गांद्वारे तयार केले जातात ज्यामध्ये क्वचितच मूलभूत हायड्रोजनचा समावेश असतो.

हायड्राइड्स

हायड्रोजन यौगिकांना अनेकदा हायड्राइड्स म्हणतात. "हायड्राइड" हा शब्द सूचित करतो की H अणूने एक ऋणात्मक किंवा anionic वर्ण प्राप्त केला आहे, H- दर्शविला जातो आणि जेव्हा हायड्रोजन अधिक इलेक्ट्रोपॉझिटिव्ह घटकांसह संयुग बनवतो तेव्हा त्याचा वापर केला जातो. गिल्बर्ट एन. लुईस यांनी 1916 मध्ये गट 1 आणि 2 मीठ युक्त हायड्राइड्ससाठी प्रस्तावित केलेल्या हायड्राइड आयनचे अस्तित्व, 1920 मध्ये मोअर्सने वितळलेल्या लिथियम हायड्राइड (LiH) च्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे प्रदर्शित केले होते, ज्यामुळे प्रति हायड्रोजनची स्टोइचिओमेट्रिक मात्रा तयार होते. गट 1 आणि 2 धातूंव्यतिरिक्त हायड्राइड्ससाठी, हायड्रोजनची कमी इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी लक्षात घेता हा शब्द दिशाभूल करणारा आहे. गट 2 हायड्राइड्समध्ये अपवाद BeH2 आहे, जो पॉलिमेरिक आहे. लिथियम अॅल्युमिनियम हायड्राइडमध्ये, AlH-4 anion मध्ये हायड्राइड केंद्रे Al(III) ला घट्टपणे जोडलेली असतात. जरी हायड्राइड्स जवळजवळ सर्व मुख्य गट घटकांमध्ये तयार होऊ शकतात, तरी संभाव्य संयुगांची संख्या आणि संयोजन मोठ्या प्रमाणात बदलते; उदाहरणार्थ, 100 पेक्षा जास्त बायनरी बोरेन हायड्राइड आणि फक्त एक बायनरी अॅल्युमिनियम हायड्राइड ज्ञात आहेत. बायनरी इंडियम हायड्राइड अद्याप ओळखले गेले नाही, जरी मोठे कॉम्प्लेक्स अस्तित्वात आहेत. अजैविक रसायनशास्त्रात, हायड्राइड्स ब्रिजिंग लिगँड्स म्हणून देखील काम करू शकतात जे समन्वय संकुलात दोन धातू केंद्रांना जोडतात. हे कार्य विशेषत: समूह 13 घटकांचे वैशिष्ट्य आहे, विशेषत: बोरेन्स (बोरॉन हायड्राइड्स) आणि अॅल्युमिनियम कॉम्प्लेक्स तसेच क्लस्टर कार्बोरेन्समध्ये.

प्रोटॉन आणि ऍसिडस्

हायड्रोजनचे ऑक्सिडेशन त्याचे इलेक्ट्रॉन काढून टाकते आणि H+ देते, ज्यामध्ये कोणतेही इलेक्ट्रॉन आणि केंद्रक नसतात, ज्यामध्ये सामान्यतः एक प्रोटॉन असतो. म्हणूनच H+ ला अनेकदा प्रोटॉन म्हणून संबोधले जाते. हे मत ऍसिडच्या चर्चेत केंद्रस्थानी आहे. ब्रॉन्स्टेड-लॉरी सिद्धांतानुसार, ऍसिड हे प्रोटॉन दाता असतात आणि बेस हे प्रोटॉन स्वीकारणारे असतात. नग्न प्रोटॉन, H+, द्रावणात किंवा आयनिक क्रिस्टल्समध्ये अस्तित्वात असू शकत नाही कारण त्याच्या इलेक्ट्रॉनसह इतर अणू किंवा रेणूंकडे अप्रतिम आकर्षण आहे. प्लाझ्माशी संबंधित उच्च तापमान वगळता, असे प्रोटॉन अणू आणि रेणूंच्या इलेक्ट्रॉन ढगांमधून काढले जाऊ शकत नाहीत आणि त्यांच्याशी संलग्न राहतील. तथापि, "प्रोटॉन" हा शब्द काहीवेळा अशा प्रकारे इतर प्रजातींशी जोडलेल्या सकारात्मक चार्ज केलेल्या किंवा कॅशनिक हायड्रोजनचा संदर्भ देण्यासाठी रूपक रीतीने वापरला जातो, आणि म्हणून कोणत्याही वैयक्तिक प्रोटॉन्स एक प्रजाती म्हणून मुक्तपणे अस्तित्वात असल्याचा कोणताही अर्थ न घेता "H+" म्हणून नियुक्त केले जाते. द्रावणात नग्न "विरघळलेले प्रोटॉन" दिसणे टाळण्यासाठी, अम्लीय जलीय द्रावणात कधीकधी "हायड्रोनियम आयन" (H 3 O+) नावाची कमी संभव नसलेली काल्पनिक प्रजाती असते असे मानले जाते. तथापि, या प्रकरणातही, अशा विरघळलेल्या हायड्रोजन केशन्सना अधिक वास्तववादी पद्धतीने H 9O+4 च्या जवळ प्रजाती तयार करणारे संघटित क्लस्टर मानले जाते. इतर ऑक्सोनियम आयन आढळतात जेव्हा पाणी इतर सॉल्व्हेंट्ससह अम्लीय द्रावणात असते. पृथ्वीवर विदेशी असूनही, विश्वातील सर्वात सामान्य आयनांपैकी एक H+3 आहे, जो प्रोटोनेटेड आण्विक हायड्रोजन किंवा ट्रायहायड्रोजन केशन म्हणून ओळखला जातो.

समस्थानिक

हायड्रोजनमध्ये 1H, 2H आणि 3H असे तीन नैसर्गिक समस्थानिक असतात. इतर अत्यंत अस्थिर केंद्रक (4H ते 7H) प्रयोगशाळेत संश्लेषित केले गेले आहेत परंतु ते निसर्गात आढळले नाहीत. 1H हा हायड्रोजनचा सर्वात सामान्य समस्थानिक आहे, ज्याचे प्रमाण 99.98% पेक्षा जास्त आहे. या समस्थानिकेच्या केंद्रकात फक्त एक प्रोटॉन असल्याने, त्याला वर्णनात्मक परंतु क्वचितच वापरले जाणारे औपचारिक नाव प्रोटियम दिले जाते. 2H, हायड्रोजनचा दुसरा स्थिर समस्थानिक, ड्युटेरियम म्हणून ओळखला जातो आणि त्यात न्यूक्लियसमध्ये एक प्रोटॉन आणि एक न्यूट्रॉन असतो. असे मानले जाते की ब्रह्मांडातील सर्व ड्युटेरियम बिग बँग दरम्यान तयार झाले होते आणि त्या काळापासून ते आतापर्यंत अस्तित्वात आहे. ड्युटेरियम हा किरणोत्सर्गी घटक नाही आणि विषारीपणाचा महत्त्वपूर्ण धोका नाही. सामान्य हायड्रोजनऐवजी ड्युटेरियमचा समावेश असलेल्या रेणूंमध्ये समृद्ध पाण्याला जड पाणी म्हणतात. ड्युटेरियम आणि त्याची संयुगे रासायनिक प्रयोगांमध्ये आणि 1H-NMR स्पेक्ट्रोस्कोपीसाठी सॉल्व्हेंट्समध्ये नॉन-रेडिओएक्टिव्ह लेबल म्हणून वापरली जातात. जड पाण्याचा वापर न्यूट्रॉन मॉडरेटर आणि अणुभट्ट्यांसाठी शीतलक म्हणून केला जातो. ड्युटेरियम हे व्यावसायिक आण्विक संलयनासाठी देखील संभाव्य इंधन आहे. 3H हे ट्रिटियम म्हणून ओळखले जाते आणि न्यूक्लियसमध्ये एक प्रोटॉन आणि दोन न्यूट्रॉन असतात. हे किरणोत्सर्गी आहे, 12.32 वर्षांच्या अर्ध्या आयुष्यासह बीटा क्षयद्वारे हेलियम-3 मध्ये क्षय होतो. हे इतके किरणोत्सर्गी आहे की ते चमकदार पेंटमध्ये वापरले जाऊ शकते, उदाहरणार्थ, चमकदार डायलसह घड्याळे बनविण्यात उपयुक्त ठरते. काच थोड्या प्रमाणात रेडिएशन बाहेर पडण्यापासून प्रतिबंधित करते. वायुमंडलीय वायूंसोबत वैश्विक किरणांच्या परस्परसंवादामुळे ट्रिटियमची एक छोटीशी मात्रा नैसर्गिकरित्या तयार होते; अण्वस्त्र चाचणी दरम्यान ट्रिटियम देखील सोडण्यात आले आहे. हे समस्थानिक भू-रसायनशास्त्राचे सूचक म्हणून आणि विशेष स्वयं-चालित प्रकाश उपकरणांमध्ये आण्विक संलयन प्रतिक्रियांमध्ये वापरले जाते. ट्रिटियमचा वापर रासायनिक आणि जैविक लेबलिंग प्रयोगांमध्ये रेडिओएक्टिव्ह लेबल म्हणून देखील केला गेला आहे. हायड्रोजन हा एकमेव घटक आहे ज्याच्या समस्थानिकांसाठी भिन्न नावे आहेत जी आज सामान्य वापरात आहेत. किरणोत्सर्गीतेच्या सुरुवातीच्या अभ्यासादरम्यान, विविध जड किरणोत्सारी समस्थानिकांना त्यांची स्वतःची नावे देण्यात आली होती, परंतु ड्युटेरियम आणि ट्रिटियमचा अपवाद वगळता अशी नावे आता वापरली जात नाहीत. D आणि T (2H आणि 3H ऐवजी) ही चिन्हे कधीकधी ड्युटेरियम आणि ट्रिटियमसाठी वापरली जातात, परंतु प्रोटियम P साठी संबंधित चिन्ह आधीच फॉस्फरससाठी वापरले जाते आणि त्यामुळे प्रोटियमसाठी उपलब्ध नाही. नामांकन मार्गदर्शक तत्त्वांमध्ये, इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड अप्लाइड केमिस्ट्री D, T, 2H, आणि 3H मधील कोणतेही चिन्ह वापरण्याची परवानगी देते, जरी 2H आणि 3H ला प्राधान्य दिले जाते. 1960 मध्ये सापडलेल्या अँटीम्युऑन आणि इलेक्ट्रॉनमधील वस्तुमान फरकामुळे विदेशी अणू म्युओनियम (प्रतीक Mu), ज्यामध्ये अँटीम्युऑन आणि इलेक्ट्रॉन यांचा समावेश आहे, कधीकधी हायड्रोजनचा प्रकाश रेडिओआयसोटोप देखील मानला जातो. म्युऑनच्या जीवनकाळात, 2.2 μs, म्युओनियम अनुक्रमे हायड्रोजन क्लोराईड आणि सोडियम हायड्राइड प्रमाणेच म्युओनियम क्लोराईड (MuCl) किंवा सोडियम म्युओनाइड (NaMu) सारख्या संयुगेमध्ये प्रवेश करू शकतात.

कथा

शोध आणि वापर

1671 मध्ये, रॉबर्ट बॉयलने हायड्रोजन वायू बनवणाऱ्या लोह फायलिंग आणि सौम्य ऍसिड यांच्यातील प्रतिक्रिया शोधून काढली आणि त्याचे वर्णन केले. 1766 मध्ये, हेन्री कॅव्हेंडिश हा हायड्रोजन वायूला स्वतंत्र पदार्थ म्हणून ओळखणारा पहिला होता, ज्याने धातू-आम्ल अभिक्रियामुळे वायूला "ज्वलनशील हवा" असे नाव दिले. त्यांनी सुचवले की "ज्वलनशील हवा" वस्तुतः "फ्लोगिस्टन" नावाच्या काल्पनिक पदार्थासारखीच आहे आणि 1781 मध्ये पुन्हा असे आढळले की गॅस जळल्यावर पाणी तयार करते. असे मानले जाते की त्यांनीच हायड्रोजन हा घटक शोधला होता. 1783 मध्ये, अँटोइन लॅव्हॉइसियरने या घटकाला हायड्रोजन (ग्रीक ὑδρο-hydro म्हणजे "पाणी" आणि -γενής जनुकांचा अर्थ "निर्माता" मधून) नाव दिले जेव्हा त्याने आणि Laplace यांनी कॅव्हेंडिशचा डेटा पुनरुत्पादित केला की हायड्रोजन जाळल्यावर पाणी तयार होते. लॅव्हॉइसियरने त्याच्या मोठ्या प्रमाणावरील प्रयोगांच्या संवर्धनासाठी अग्नीत तापवलेल्या तापलेल्या दिव्याद्वारे वाफेच्या प्रवाहाला धातूच्या लोखंडासह अभिक्रिया करून हायड्रोजनची निर्मिती केली. उच्च तापमानात पाण्याच्या प्रोटॉनद्वारे लोहाचे अॅनारोबिक ऑक्सिडेशन खालील प्रतिक्रियांच्या संचाद्वारे योजनाबद्धपणे दर्शविले जाऊ शकते:

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

हायड्रोजन तयार करण्यासाठी झिरकोनिअमसारख्या अनेक धातूंची पाण्याशी अशीच प्रतिक्रिया होते. हायड्रोजन प्रथम 1898 मध्ये जेम्स देवर यांनी रीजनरेटिव्ह रेफ्रिजरेशन आणि त्यांचा शोध, व्हॅक्यूम फ्लास्क वापरून द्रवीकरण केले. पुढच्या वर्षी त्याने घन हायड्रोजन तयार केले. ड्युटेरियमचा शोध डिसेंबर 1931 मध्ये हॅरोल्ड उरे यांनी लावला होता आणि ट्रिटियम 1934 मध्ये अर्नेस्ट रदरफोर्ड, मार्क ऑलिफंट आणि पॉल हार्टेक यांनी तयार केला होता. सामान्य हायड्रोजनऐवजी ड्युटेरियमपासून बनलेले जड पाणी, युरेच्या गटाने 1932 मध्ये शोधले होते. फ्रँकोइस आयझॅक डी रिवाझ यांनी 1806 मध्ये पहिले "रिवाझ" इंजिन, हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनद्वारे समर्थित अंतर्गत ज्वलन इंजिन तयार केले. एडवर्ड डॅनियल क्लार्कने 1819 मध्ये हायड्रोजन गॅस ट्यूबचा शोध लावला. 1823 मध्ये डोबेरेनर स्टीलचा (पहिला पूर्ण वाढ झालेला लाइटर) शोध लागला. पहिल्या हायड्रोजन बलूनचा शोध जॅक चार्ल्स यांनी १७८३ मध्ये लावला होता. 1852 मध्ये हेन्री गिफर्डच्या पहिल्या हायड्रोजन-लिफ्टेड एअरशिपच्या शोधानंतर हायड्रोजनने हवाई वाहतुकीच्या पहिल्या विश्वसनीय स्वरूपाचा उदय प्रदान केला. जर्मन काउंट फर्डिनांड वॉन झेपेलिन यांनी हायड्रोजनद्वारे हवेत उचललेल्या कठोर एअरशिपच्या कल्पनेला प्रोत्साहन दिले, ज्यांना नंतर झेपेलिन म्हटले गेले; यापैकी पहिले विमान 1900 मध्ये पहिल्यांदा उड्डाण केले. नियमितपणे नियोजित उड्डाणे 1910 मध्ये सुरू झाली आणि ऑगस्ट 1914 मध्ये पहिल्या महायुद्धाच्या सुरूवातीस त्यांनी 35,000 प्रवाशांना कोणतीही मोठी घटना न होता वाहून नेले होते. युद्धादरम्यान, हायड्रोजन एअरशिप्सचा वापर निरीक्षण प्लॅटफॉर्म आणि बॉम्बर म्हणून केला गेला. 1919 मध्ये ब्रिटीश एअरशिप R34 ने प्रथम नॉन-स्टॉप ट्रान्साटलांटिक उड्डाण केले होते. 1920 च्या दशकात नियमित प्रवासी सेवा पुन्हा सुरू झाली आणि युनायटेड स्टेट्समध्ये हेलियमच्या साठ्याचा शोध लागल्याने विमान वाहतूक सुरक्षा सुधारणे अपेक्षित होते, परंतु यूएस सरकारने या उद्देशासाठी गॅस विकण्यास नकार दिला, म्हणून H2 चा वापर हिंडनबर्ग एअरशिपमध्ये केला गेला, जो 1920 मध्ये नष्ट झाला. 6 मे 1937 रोजी न्यू जर्सी येथे मिलान आग. या घटनेचे रेडिओवर थेट प्रक्षेपण करण्यात आले आणि व्हिडिओ चित्रीकरण करण्यात आले. इग्निशनचे कारण हायड्रोजन गळती होते असे मोठ्या प्रमाणावर गृहीत धरले गेले होते, परंतु त्यानंतरच्या संशोधनात असे दिसून आले आहे की अॅल्युमिनाइज्ड फॅब्रिक कोटिंग स्थिर विजेद्वारे प्रज्वलित होते. परंतु या वेळेपर्यंत, उचलणारा वायू म्हणून हायड्रोजनची प्रतिष्ठा आधीच खराब झाली होती. त्याच वर्षी, रोटर आणि स्टेटरमध्ये शीतलक म्हणून हायड्रोजन वायू असलेले पहिले हायड्रोजन-कूल्ड टर्बोजनरेटर 1937 मध्ये डेटन, ओहायो येथे डेटन पॉवर अँड लाइट कंपनीने कार्यान्वित केले. हायड्रोजन वायूच्या थर्मल चालकतेमुळे, आज या क्षेत्रात वापरण्यासाठी हा सर्वात सामान्य वायू आहे. निकेल-हायड्रोजन बॅटरी पहिल्यांदा 1977 मध्ये यूएस नेव्हिगेशन टेक्नॉलॉजी सॅटेलाइट 2 (NTS-2) वर वापरली गेली. ISS, Mars Odyssey आणि Mars Global Surveyor निकेल-हायड्रोजन बॅटरीने सुसज्ज आहेत. त्याच्या कक्षेच्या गडद भागात, हबल स्पेस टेलीस्कोप देखील निकेल-हायड्रोजन बॅटरीद्वारे समर्थित आहे, ज्या शेवटी मे 2009 मध्ये, प्रक्षेपणानंतर 19 वर्षांहून अधिक आणि डिझाइन केल्याच्या 13 वर्षांनंतर बदलण्यात आल्या.

क्वांटम सिद्धांतातील भूमिका

केवळ प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनच्या साध्या अणू रचनेमुळे, हायड्रोजन अणू, प्रकाशाच्या स्पेक्ट्रमसह त्यातून निर्माण झालेला किंवा शोषून घेणारा, अणू संरचना सिद्धांताच्या विकासासाठी केंद्रस्थानी आहे. याव्यतिरिक्त, हायड्रोजन रेणू आणि संबंधित H+2 कॅशनच्या संबंधित साधेपणाच्या अभ्यासामुळे रासायनिक बंधाचे स्वरूप समजले, ज्याने लवकरच 2020 च्या मध्यात क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये हायड्रोजन अणूचे भौतिक उपचार केले. पूर्ण क्वांटम मेकॅनिकल सिद्धांत अस्तित्वात येण्यापूर्वी अर्ध्या शतकापूर्वी स्पष्टपणे पाहिले गेलेले (परंतु त्या वेळी समजले नाही) पहिल्या क्वांटम प्रभावांपैकी एक म्हणजे हायड्रोजनचा समावेश असलेले निरीक्षण. मॅक्सवेलने नमूद केले की H2 ची विशिष्ट उष्णता क्षमता अपरिवर्तनीयपणे खोलीच्या तपमानापेक्षा कमी डायटॉमिक गॅसमधून निघून जाते आणि क्रायोजेनिक तापमानात मोनॅटॉमिक गॅसच्या विशिष्ट उष्णता क्षमतेशी अधिकाधिक साम्य होऊ लागते. क्वांटम सिद्धांतानुसार, हे वर्तन (क्वांटाईज्ड) रोटेशनल एनर्जी लेव्हलच्या अंतरापासून उद्भवते, जे विशेषतः कमी वस्तुमानामुळे H2 मध्ये मोठ्या प्रमाणात अंतरावर आहे. हे व्यापक अंतर असलेले स्तर कमी तापमानात हायड्रोजनमध्ये औष्णिक उर्जेचे समान विभाजन रोखतात. डायटॉम वायू, जे जड अणूंनी बनलेले असतात, त्यांच्यात इतके व्यापक अंतर नसतात आणि समान प्रभाव दाखवत नाहीत. अँटीहायड्रोजन हे हायड्रोजनचे अँटिमेटरियल अॅनालॉग आहे. त्यात पॉझिट्रॉनसह अँटीप्रोटॉन असते. 2015 पर्यंत प्राप्त झालेला अँटीहाइड्रोजन हा एकमेव प्रकारचा प्रतिद्रव्य अणू आहे.

निसर्गात असणे

हायड्रोजन हे विश्वातील सर्वात विपुल रासायनिक घटक आहे, जे वस्तुमानानुसार सामान्य पदार्थाच्या 75% आणि अणूंच्या संख्येनुसार 90% पेक्षा जास्त बनवते. (विश्वातील बहुतांश वस्तुमान मात्र या रासायनिक घटकाच्या स्वरूपात नाही, परंतु गडद पदार्थ आणि गडद ऊर्जा यांसारखे वस्तुमान अद्याप न सापडलेले आहे असे मानले जाते.) हा घटक ताऱ्यांमध्ये मोठ्या प्रमाणात आढळतो आणि गॅस दिग्गज. H2 आण्विक ढग तारा निर्मितीशी संबंधित आहेत. प्रोटॉन-प्रोटॉन प्रतिक्रिया आणि CNO चक्राच्या आण्विक संलयनाद्वारे तारे चालू करण्यात हायड्रोजन महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. संपूर्ण जगात, हायड्रोजन प्रामुख्याने अणु आणि प्लाझ्मा अवस्थेत आढळतो ज्याचे गुणधर्म आण्विक हायड्रोजनपेक्षा बरेच वेगळे असतात. प्लाझ्मा म्हणून, हायड्रोजनचे इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन एकत्र बांधलेले नसतात, परिणामी खूप उच्च विद्युत चालकता आणि उच्च उत्सर्जन (सूर्य आणि इतर ताऱ्यांमधून प्रकाश निर्माण करणे) होते. चार्ज केलेले कण चुंबकीय आणि विद्युत क्षेत्रांवर जोरदारपणे प्रभावित होतात. उदाहरणार्थ, सौर वाऱ्यामध्ये, ते पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राशी संवाद साधतात, बर्कलँड प्रवाह आणि अरोरा तयार करतात. आंतरतारकीय माध्यमात हायड्रोजन तटस्थ अणू स्थितीत आहे. इव्हेनेसंट लिमन-अल्फा सिस्टीममध्ये मोठ्या प्रमाणात न्यूट्रल हायड्रोजन आढळतो असे मानले जाते की ब्रह्मांडाच्या कॉस्मॉलॉजिकल बॅरिऑन घनतेवर रेडशिफ्ट z = 4 पर्यंत वर्चस्व आहे. पृथ्वीवरील सामान्य परिस्थितीत, एलिमेंटल हायड्रोजन डायटॉमिक गॅस, H2 म्हणून अस्तित्वात आहे. तथापि, हायड्रोजन वायू पृथ्वीच्या वातावरणात फारच दुर्मिळ आहे (आवाजानुसार 1 पीपीएम) त्याच्या हलक्या वजनामुळे, ज्यामुळे ते जड वायूंपेक्षा पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाला अधिक सहजतेने झुगारू देते. तथापि, हायड्रोजन हा पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील तिसरा सर्वात मुबलक घटक आहे, जो प्रामुख्याने हायड्रोकार्बन्स आणि पाण्यासारख्या रासायनिक संयुगेच्या स्वरूपात अस्तित्वात आहे. हायड्रोजन वायू काही जीवाणू आणि एकपेशीय वनस्पतींद्वारे तयार केला जातो आणि बासरीचा एक नैसर्गिक घटक आहे, मिथेन आहे, जो हायड्रोजनचा वाढत्या प्रमाणात महत्त्वपूर्ण स्त्रोत आहे. प्रोटोनेटेड मॉलिक्युलर हायड्रोजन (H+3) नावाचा एक आण्विक रूप आंतरतारकीय माध्यमामध्ये आढळतो, जेथे तो वैश्विक किरणांपासून आण्विक हायड्रोजनच्या आयनीकरणाने तयार होतो. हे चार्ज केलेले आयन गुरू ग्रहाच्या वरच्या वातावरणात देखील दिसून आले आहे. कमी तापमान आणि घनतेमुळे आयन वातावरणात तुलनेने स्थिर आहे. H+3 हे विश्वातील सर्वात मुबलक आयनांपैकी एक आहे आणि ते आंतरतारकीय माध्यमाच्या रसायनशास्त्रात प्रमुख भूमिका बजावते. तटस्थ ट्रायटॉमिक हायड्रोजन H3 केवळ उत्तेजित स्वरूपात अस्तित्वात असू शकते आणि ते अस्थिर आहे. याउलट, सकारात्मक आण्विक हायड्रोजन आयन (H+2) हा विश्वातील दुर्मिळ रेणू आहे.

हायड्रोजन उत्पादन

H2 रासायनिक आणि जैविक प्रयोगशाळांमध्ये तयार केले जाते, बहुतेकदा इतर प्रतिक्रियांचे उप-उत्पादन म्हणून; असंतृप्त सब्सट्रेट्सच्या हायड्रोजनेशनसाठी उद्योगात; आणि जैवरासायनिक अभिक्रियांमध्ये समतुल्य कमी करणारे विस्थापित करण्याचे साधन म्हणून निसर्गात.

स्टीम रिफॉर्मिंग

हायड्रोजनचे उत्पादन अनेक प्रकारे केले जाऊ शकते, परंतु आर्थिकदृष्ट्या सर्वात महत्वाच्या प्रक्रियेमध्ये हायड्रोकार्बनमधून हायड्रोजन काढून टाकणे समाविष्ट आहे, कारण 2000 मध्ये सुमारे 95% हायड्रोजन उत्पादन वाफेच्या सुधारणेतून आले. व्यावसायिकदृष्ट्या, नैसर्गिक वायूच्या वाफेच्या सुधारणेद्वारे मोठ्या प्रमाणात हायड्रोजनची निर्मिती केली जाते. उच्च तापमानात (1000-1400 K, 700-1100 °C किंवा 1300-2000 °F) वाफ (स्टीम) मिथेनवर प्रतिक्रिया देऊन कार्बन मोनोऑक्साइड आणि H2 तयार करते.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

ही प्रतिक्रिया कमी दाबावर उत्तम कार्य करते, परंतु तरीही उच्च दाबांवर (2.0 MPa, 20 atm, किंवा 600 इंच पारा) केली जाऊ शकते. याचे कारण असे की उच्च दाब H2 हे सर्वात लोकप्रिय उत्पादन आहे आणि प्रेशराइज्ड सुपरहीट क्लिनिंग सिस्टीम जास्त दाबांवर चांगले कार्य करते. उत्पादनाचे मिश्रण "संश्लेषण वायू" म्हणून ओळखले जाते कारण ते अनेकदा थेट मिथेनॉल आणि संबंधित संयुगे तयार करण्यासाठी वापरले जाते. मिथेन व्यतिरिक्त हायड्रोकार्बन्सचा वापर विविध उत्पादन गुणोत्तरांसह संश्लेषण वायू तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. या अत्यंत अनुकूल तंत्रज्ञानाच्या अनेक गुंतागुंतांपैकी एक म्हणजे कोक किंवा कार्बनची निर्मिती:

CH4 → C + 2 H2

म्हणून, स्टीम रिफॉर्मिंग सहसा H2O पेक्षा जास्त वापरते. वॉटर गॅस शिफ्ट रिअॅक्शनद्वारे कार्बन मोनॉक्साईड वापरून स्टीममधून अतिरिक्त हायड्रोजन पुनर्प्राप्त केला जाऊ शकतो, विशेषत: लोह ऑक्साईड उत्प्रेरक वापरून. ही प्रतिक्रिया कार्बन डायऑक्साइडचा एक सामान्य औद्योगिक स्रोत देखील आहे:

CO + H2O → CO2 + H2

H2 साठी इतर महत्त्वाच्या पद्धतींमध्ये हायड्रोकार्बन्सचे आंशिक ऑक्सीकरण समाविष्ट आहे:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

आणि कोळशाची प्रतिक्रिया, जी वर वर्णन केलेल्या शिफ्ट प्रतिक्रियेची प्रस्तावना म्हणून काम करू शकते:

C + H2O → CO + H2

काहीवेळा हायड्रोजन समान औद्योगिक प्रक्रियेत, वेगळे न करता तयार आणि वापरला जातो. अमोनियाच्या निर्मितीसाठी हॅबर प्रक्रियेत नैसर्गिक वायूपासून हायड्रोजन तयार होतो. क्लोरीन तयार करण्यासाठी सॉल्ट सोल्यूशन इलेक्ट्रोलिसिस देखील उप-उत्पादन म्हणून हायड्रोजन तयार करते.

धातूचे आम्ल

प्रयोगशाळेत, H2 सामान्यत: सौम्य नॉन-ऑक्सिडायझिंग ऍसिडवर किप्प उपकरणासह जस्त सारख्या विशिष्ट प्रतिक्रियाशील धातूसह प्रतिक्रिया करून तयार केले जाते.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

बेससह उपचार केल्यावर अॅल्युमिनियम H2 देखील तयार करू शकतो:

2 Al + 6 H2O + 2 OH- → 2 Al (OH) -4 + 3 H2

जल इलेक्ट्रोलिसिस हा हायड्रोजन तयार करण्याचा एक सोपा मार्ग आहे. पाण्यामधून कमी व्होल्टेजचा प्रवाह वाहतो आणि एनोडमध्ये ऑक्सिजन वायू तयार होतो तर कॅथोडमध्ये हायड्रोजन वायू तयार होतो. सामान्यतः, कॅथोड प्लॅटिनम किंवा स्टोरेजसाठी हायड्रोजनच्या उत्पादनात इतर निष्क्रिय धातूपासून बनवले जाते. तथापि, जर वायू स्थितीत जाळायचा असेल तर, ज्वलनाला चालना देण्यासाठी ऑक्सिजनची उपस्थिती इष्ट आहे, आणि म्हणून दोन्ही इलेक्ट्रोड निष्क्रिय धातूंचे बनलेले असतील. (उदाहरणार्थ, लोहाचे ऑक्सिडायझेशन होते आणि त्यामुळे ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होते). सैद्धांतिक कमाल कार्यक्षमता (उत्पादित हायड्रोजनच्या ऊर्जा मूल्याच्या संबंधात वापरली जाणारी वीज) 80-94% च्या श्रेणीत आहे.

2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)

पाण्यामध्ये जोडलेल्या ग्रॅन्युलच्या स्वरूपात अॅल्युमिनियम आणि गॅलियमचा मिश्रधातू हायड्रोजन तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो. या प्रक्रियेमुळे अॅल्युमिना देखील तयार होते, परंतु महागड्या गॅलियम, जे ऑक्साईड त्वचेला गोळ्यांवर तयार होण्यापासून प्रतिबंधित करते, ते पुन्हा वापरले जाऊ शकते. हायड्रोजनच्या अर्थशास्त्रासाठी हे महत्त्वाचे संभाव्य परिणाम आहेत, कारण हायड्रोजन स्थानिक पातळीवर तयार केले जाऊ शकते आणि त्याला वाहतूक करण्याची आवश्यकता नाही.

थर्मोकेमिकल गुणधर्म

200 पेक्षा जास्त थर्मोकेमिकल चक्रे आहेत जी पाणी वेगळे करण्यासाठी वापरली जाऊ शकतात, यापैकी सुमारे एक डझन चक्रे आहेत, जसे की लोह ऑक्साईड सायकल, सिरियम (IV) ऑक्साईड सायकल, सिरियम (III) ऑक्साईड सायकल, झिंक-झिंक ऑक्साईड चक्र, सल्फर आयोडीन चक्र, तांबे चक्र आणि क्लोरीन आणि सल्फर संकरित चक्र विजेचा वापर न करता पाणी आणि उष्णतेपासून हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन तयार करण्यासाठी संशोधन आणि चाचणी अंतर्गत आहे. अनेक प्रयोगशाळा (फ्रान्स, जर्मनी, ग्रीस, जपान आणि यूएसए मधील प्रयोगशाळा) सौर ऊर्जा आणि पाण्यापासून हायड्रोजन तयार करण्यासाठी थर्मोकेमिकल पद्धती विकसित करत आहेत.

एनारोबिक गंज

अ‍ॅनेरोबिक परिस्थितीत, लोह आणि पोलाद मिश्रधातू पाण्याच्या प्रोटॉनद्वारे हळूहळू ऑक्सिडाइझ केले जातात आणि आण्विक हायड्रोजन (H2) मध्ये कमी केले जातात. लोहाच्या अनॅरोबिक गंजमुळे प्रथम लोह हायड्रॉक्साईड (हिरवा गंज) तयार होतो आणि पुढील प्रतिक्रियांद्वारे वर्णन केले जाऊ शकते: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. या बदल्यात, अॅनारोबिक परिस्थितीत, लोह हायड्रॉक्साईड (Fe (OH) 2) मॅग्नेटाइट आणि आण्विक हायड्रोजन तयार करण्यासाठी वॉटर प्रोटॉनद्वारे ऑक्सिडाइझ केले जाऊ शकते. या प्रक्रियेचे वर्णन शिकोरा अभिक्रियाद्वारे केले जाते: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 लोह हायड्रॉक्साइड → मॅग्नेशियम + पाणी + हायड्रोजन. आयर्न हायड्रॉक्साईड (Fe(OH)2) पेक्षा सु-स्फटिकीकृत मॅग्नेटाइट (Fe3O4) थर्मोडायनामिकदृष्ट्या अधिक स्थिर आहे. ही प्रक्रिया अनॉक्सिक भूजलामध्ये लोखंड आणि स्टीलच्या ऍनारोबिक गंज दरम्यान होते आणि जेव्हा पाण्याच्या तक्त्याच्या खाली माती पुन्हा मिळवली जाते.

भूगर्भीय उत्पत्ती: सर्पिनीकरण प्रतिक्रिया

पृथ्वीच्या वातावरणापासून दूर असलेल्या खोल भूगर्भीय परिस्थितीत ऑक्सिजन (O2) च्या अनुपस्थितीत, हायड्रोजन (H2) सर्पेन्टाइझेशनच्या वेळी फायालाइटच्या क्रिस्टल जाळीमध्ये असलेल्या लोह सिलिकेट (Fe2+) च्या वॉटर प्रोटॉन (H+) द्वारे अॅनारोबिक ऑक्सिडेशनद्वारे तयार होतो. Fe2SiO4, मिनल ऑलिव्हिन ग्रंथी). मॅग्नेटाइट (Fe3O4), क्वार्ट्ज (SiO2) आणि हायड्रोजन (H2): 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 fayalite + पाणी → मॅग्नेटाइट + क्वार्ट्ज + हायड्रोजनच्या निर्मितीकडे नेणारी संबंधित प्रतिक्रिया. ही प्रतिक्रिया पाण्याच्या संपर्कात असलेल्या लोह हायड्रॉक्साईडच्या अॅनारोबिक ऑक्सिडेशनमध्ये आढळलेल्या शिकोरा प्रतिक्रियेशी जवळून साम्य आहे.

ट्रान्सफॉर्मर मध्ये निर्मिती

पॉवर ट्रान्सफॉर्मरमध्ये निर्माण होणाऱ्या सर्व घातक वायूंपैकी हायड्रोजन हा सर्वात सामान्य आहे आणि बहुतेक दोषांमध्ये तो निर्माण होतो; अशा प्रकारे, हायड्रोजनची निर्मिती हे ट्रान्सफॉर्मरच्या जीवन चक्रातील गंभीर समस्यांचे प्रारंभिक लक्षण आहे.

अर्ज

विविध प्रक्रियांमध्ये वापर

पेट्रोलियम आणि रासायनिक उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणात H2 आवश्यक आहे. H2 चा सर्वात जास्त वापर जीवाश्म इंधनाच्या प्रक्रियेसाठी ("अपग्रेडिंग") आणि अमोनिया निर्मितीसाठी आहे. पेट्रोकेमिकल प्लांट्समध्ये, H2 चा वापर हायड्रोडेलकिलेशन, हायड्रोडसल्फ्युरायझेशन आणि हायड्रोक्रॅकिंगमध्ये केला जातो. H2 चे इतर अनेक महत्त्वाचे उपयोग आहेत. H2 चा वापर हायड्रोजेनेटिंग एजंट म्हणून केला जातो, विशेषत: असंतृप्त चरबी आणि तेलांची संपृक्तता पातळी वाढवण्यासाठी (मार्जरीनसारख्या वस्तूंमध्ये आढळतात), आणि मिथेनॉल उत्पादनात. हायड्रोक्लोरिक ऍसिडच्या निर्मितीमध्ये हा हायड्रोजनचा स्त्रोत देखील आहे. H2 चा वापर धातूच्या धातूसाठी कमी करणारे एजंट म्हणून देखील केला जातो. हायड्रोजन अनेक दुर्मिळ पृथ्वी आणि संक्रमण धातूंमध्ये अत्यंत विद्रव्य आहे आणि नॅनोक्रिस्टलाइन आणि आकारहीन धातूंमध्ये विरघळणारा आहे. धातूंमधील हायड्रोजनची विद्राव्यता क्रिस्टल जाळीतील स्थानिक विकृती किंवा अशुद्धतेवर अवलंबून असते. गरम पॅलेडियम डिस्क्समधून हायड्रोजनचे शुद्धीकरण केले जाते तेव्हा हे उपयुक्त ठरू शकते, परंतु गॅसची उच्च विद्राव्यता ही एक धातू समस्या आहे जी अनेक धातूंना गळ घालते, पाइपलाइन आणि साठवण टाक्यांची रचना गुंतागुंतीची करते. अभिकर्मक म्हणून वापरण्याव्यतिरिक्त, H2 मध्ये भौतिकशास्त्र आणि अभियांत्रिकीमध्ये विस्तृत अनुप्रयोग आहेत. हे अणू हायड्रोजन वेल्डिंग सारख्या वेल्डिंग पद्धतींमध्ये संरक्षण वायू म्हणून वापरले जाते. H2 हे पॉवर प्लांटमधील इलेक्ट्रिकल जनरेटरमध्ये रोटर कूलंट म्हणून वापरले जाते कारण त्यात कोणत्याही वायूची सर्वात जास्त थर्मल चालकता असते. लिक्विड H2 चा वापर क्रायोजेनिक संशोधनामध्ये केला जातो, ज्यामध्ये सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या संशोधनाचा समावेश होतो. कारण H2 हवेपेक्षा हलका आहे, हवेच्या घनतेच्या फक्त 1/14 वर, तो एकेकाळी फुगे आणि एअरशिपमध्ये उचलणारा वायू म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरला जात असे. नवीन ऍप्लिकेशन्समध्ये, झटपट गळती शोधण्यासाठी ट्रेसर गॅस म्हणून हायड्रोजनचा वापर व्यवस्थित किंवा नायट्रोजनसह मिश्रित केला जातो. हायड्रोजनचा वापर ऑटोमोटिव्ह, रासायनिक, ऊर्जा, एरोस्पेस आणि दूरसंचार उद्योगांमध्ये केला जातो. हायड्रोजन हे अनुमत अन्न मिश्रित पदार्थ (E 949) आहे जे इतर अँटिऑक्सिडंट गुणधर्मांसह अन्न गळती चाचणी करण्यास परवानगी देते. हायड्रोजनच्या दुर्मिळ समस्थानिकांचे देखील विशिष्ट उपयोग आहेत. ड्युटेरियम (हायड्रोजन-2) न्यूट्रॉन मॉडरेटर म्हणून आणि न्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रियांमध्ये न्यूक्लियर फिशन ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरले जाते. ड्युटेरियम यौगिकांचा उपयोग रसायनशास्त्र आणि जीवशास्त्राच्या क्षेत्रात प्रतिक्रियेच्या समस्थानिक प्रभावांच्या अभ्यासात केला जातो. ट्रिटियम (हायड्रोजन-3), परमाणु अणुभट्ट्यांमध्ये उत्पादित, हायड्रोजन बॉम्बच्या निर्मितीमध्ये, जैविक विज्ञानातील समस्थानिक चिन्हक म्हणून आणि प्रकाशमय पेंट्समध्ये रेडिएशन स्त्रोत म्हणून वापरला जातो. ITS-90 तापमान स्केलवर 13.8033 केल्विन येथे समतोल हायड्रोजनचे तिप्पट बिंदू तापमान निश्चित निश्चित बिंदू आहे.

थंड करण्याचे माध्यम

हायड्रोजन सामान्यतः पॉवर प्लांट्समध्ये जनरेटरमध्ये रेफ्रिजरंट म्हणून वापरला जातो कारण त्याच्या प्रकाश डायटॉमिक रेणूंचा थेट परिणाम असलेल्या अनेक अनुकूल गुणधर्मांमुळे. यामध्ये कमी घनता, कमी स्निग्धता आणि उच्च विशिष्ट उष्णता क्षमता आणि कोणत्याही वायूची थर्मल चालकता यांचा समावेश होतो.

ऊर्जा वाहक

ड्युटेरियम किंवा ट्रिटियम वापरून व्यावसायिक फ्यूजन पॉवर प्लांट्सच्या काल्पनिक संदर्भात हायड्रोजन हे ऊर्जा संसाधन नाही, हे तंत्रज्ञान सध्या परिपक्व नाही. सूर्याची ऊर्जा हायड्रोजनच्या परमाणु संलयनातून येते, परंतु ही प्रक्रिया पृथ्वीवर साध्य करणे कठीण आहे. सौर, जैविक किंवा इलेक्ट्रिकल स्त्रोतांपासून तयार होणार्‍या एलिमेंटल हायड्रोजनला ते जाळण्यासाठी जितकी ऊर्जा लागते त्यापेक्षा जास्त ऊर्जा लागते, म्हणून अशा परिस्थितीत हायड्रोजन बॅटरी प्रमाणेच ऊर्जा वाहक म्हणून कार्य करते. हायड्रोजन जीवाश्म स्त्रोतांपासून (जसे की मिथेन) मिळवता येतो, परंतु हे स्त्रोत संपुष्टात येऊ शकत नाहीत. द्रव हायड्रोजन आणि संपीडित वायू हायड्रोजन या दोन्हीची उर्जा घनता कोणत्याही व्यावहारिकदृष्ट्या साध्य करण्यायोग्य दाबाने पारंपारिक ऊर्जा स्त्रोतांपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी असते, जरी इंधनाच्या प्रति युनिट वस्तुमानात ऊर्जा घनता जास्त असते. तथापि, संभाव्य भविष्यातील अर्थव्यवस्था-व्यापी ऊर्जा वाहक म्हणून ऊर्जा संदर्भात मूलभूत हायड्रोजनची व्यापकपणे चर्चा केली गेली आहे. उदाहरणार्थ, कार्बन कॅप्चर आणि स्टोरेज नंतर CO2 सीक्वेस्टेशन जीवाश्म इंधनापासून H2 च्या उत्पादनाच्या ठिकाणी केले जाऊ शकते. वाहतुकीमध्ये वापरलेला हायड्रोजन तुलनेने स्वच्छ बर्न होईल, काही NOx उत्सर्जनासह परंतु कार्बन उत्सर्जन होणार नाही. तथापि, हायड्रोजन अर्थव्यवस्थेत पूर्ण रूपांतरणाशी संबंधित पायाभूत सुविधांचा खर्च महत्त्वपूर्ण असेल. इंधन पेशी हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन थेट विजेमध्ये बदलू शकतात अंतर्गत ज्वलन इंजिनपेक्षा अधिक कार्यक्षमतेने.

सेमीकंडक्टर उद्योग

हायड्रोजनचा वापर अनाकार सिलिकॉन आणि आकारहीन कार्बनच्या लटकणाऱ्या बंधांना संतृप्त करण्यासाठी केला जातो, ज्यामुळे सामग्रीचे गुणधर्म स्थिर होण्यास मदत होते. हे ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4, आणि SrZ3 यासह विविध ऑक्साईड सामग्रीमध्ये संभाव्य इलेक्ट्रॉन दाता देखील आहे.

जैविक प्रतिक्रिया

H2 हे काही ऍनारोबिक चयापचयाचे उत्पादन आहे आणि ते अनेक सूक्ष्मजीवांद्वारे तयार केले जाते, सामान्यत: हायड्रोजेनेसेस नावाच्या एंजाइम असलेल्या लोह किंवा निकेलद्वारे उत्प्रेरित केलेल्या प्रतिक्रियांद्वारे. हे एंझाइम H2 आणि त्याचे दोन प्रोटॉन आणि दोन इलेक्ट्रॉन घटक यांच्यामध्ये उलट करता येणारी रेडॉक्स प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करतात. हायड्रोजन वायूची निर्मिती पायरुवेटच्या किण्वनाने तयार होणारे कमी समतुल्य पाण्यात स्थानांतरित करून होते. हायड्रोजन उत्पादन आणि जीवांच्या वापराच्या नैसर्गिक चक्राला हायड्रोजन चक्र म्हणतात. पाण्याचे विभाजन, प्रक्रिया ज्याद्वारे पाणी त्याचे घटक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि ऑक्सिजनमध्ये मोडले जाते, सर्व प्रकाशसंश्लेषक जीवांमध्ये प्रकाश प्रतिक्रियांमध्ये होते. क्लेमिडोमोनास रेनहार्डटी आणि सायनोबॅक्टेरिया या शैवालांसह अशा काही जीवांनी गडद प्रतिक्रियांचा दुसरा टप्पा विकसित केला आहे ज्यामध्ये क्लोरोप्लास्टमधील विशिष्ट हायड्रोजनेसेसद्वारे प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन H2 वायू तयार करण्यासाठी कमी केले जातात. ऑक्सिजनच्या उपस्थितीतही H2 वायूचे कार्यक्षमतेने संश्लेषण करण्यासाठी सायनोबॅक्टेरियल हायड्रेसेसचे अनुवांशिकरित्या बदल करण्याचा प्रयत्न केला गेला आहे. बायोरिएक्टरमध्ये अनुवांशिकरित्या सुधारित शैवाल वापरण्याचे प्रयत्न देखील केले गेले आहेत.

हायड्रोजन एच हा एक रासायनिक घटक आहे, जो आपल्या विश्वातील सर्वात सामान्य घटकांपैकी एक आहे. पदार्थांच्या रचनेतील घटक म्हणून हायड्रोजनचे वस्तुमान दुसर्‍या प्रकारच्या अणूंच्या एकूण सामग्रीच्या 75% आहे. हे ग्रहावरील सर्वात महत्वाचे आणि महत्त्वपूर्ण कनेक्शनमध्ये समाविष्ट आहे - पाणी. हायड्रोजनचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे डी. आय. मेंडेलीव्हच्या रासायनिक घटकांच्या नियतकालिक प्रणालीतील हा पहिला घटक आहे.

शोध आणि शोध

पॅरासेल्ससच्या लिखाणात हायड्रोजनचा पहिला संदर्भ सोळाव्या शतकातील आहे. परंतु हवेतील वायू मिश्रणापासून त्याचे पृथक्करण आणि दहनशील गुणधर्मांचा अभ्यास सतराव्या शतकात लेमेरी या शास्त्रज्ञाने आधीच केला होता. हायड्रोजनचा एका इंग्रजी रसायनशास्त्रज्ञ, भौतिकशास्त्रज्ञ आणि निसर्गशास्त्रज्ञाने सखोल अभ्यास केला होता ज्यांनी हे सिद्ध केले की हायड्रोजनचे वस्तुमान इतर वायूंच्या तुलनेत सर्वात लहान आहे. विज्ञानाच्या विकासाच्या त्यानंतरच्या टप्प्यात, अनेक शास्त्रज्ञांनी त्याच्याबरोबर काम केले, विशेषत: लाव्होइसियर, ज्यांनी त्याला "पाण्याला जन्म देणे" म्हटले.

PSCE मधील स्थितीनुसार वैशिष्ट्यपूर्ण

D. I. Mendeleev चे आवर्त सारणी उघडणारा घटक हायड्रोजन आहे. अणूचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म काही द्वैत दर्शवतात, कारण हायड्रोजन एकाच वेळी पहिल्या गटाला, मुख्य उपसमूहाला नियुक्त केले जाते, जर ते धातूसारखे वागले आणि रासायनिक अभिक्रियाच्या प्रक्रियेत एकच इलेक्ट्रॉन सोडला, आणि सातवा - व्हॅलेन्स शेल पूर्ण भरण्याच्या बाबतीत, म्हणजेच रिसेप्शन नकारात्मक कण, जे हे हॅलोजनसारखेच वैशिष्ट्यीकृत करते.

घटकाच्या इलेक्ट्रॉनिक संरचनेची वैशिष्ट्ये

त्यात समाविष्ट असलेल्या जटिल पदार्थांचे गुणधर्म आणि सर्वात सोपा पदार्थ H 2 हे प्रामुख्याने हायड्रोजनच्या इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फिगरेशनद्वारे निर्धारित केले जातात. कणामध्ये Z= (-1) सह एक इलेक्ट्रॉन असतो, जो केंद्रकाभोवती त्याच्या कक्षेत फिरतो, ज्यामध्ये एकक वस्तुमान आणि सकारात्मक चार्ज (+1) असलेला एक प्रोटॉन असतो. त्याचे इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फिगरेशन 1s 1 असे लिहिलेले आहे, याचा अर्थ हायड्रोजनसाठी पहिल्या आणि एकमेव s-ऑर्बिटलमध्ये एका नकारात्मक कणाची उपस्थिती.

जेव्हा एखादा इलेक्ट्रॉन वेगळा केला जातो किंवा दिला जातो आणि या घटकाच्या अणूमध्ये असा गुणधर्म असतो की तो धातूशी संबंधित असतो, तेव्हा एक केशन प्राप्त होते. खरं तर, हायड्रोजन आयन हा एक सकारात्मक प्राथमिक कण आहे. म्हणून, इलेक्ट्रॉन नसलेल्या हायड्रोजनला फक्त प्रोटॉन म्हणतात.

भौतिक गुणधर्म

हायड्रोजनचे थोडक्यात वर्णन करताना, हा रंगहीन, किंचित विरघळणारा वायू आहे ज्याचे सापेक्ष अणु वस्तुमान 2, हवेपेक्षा 14.5 पट हलके आहे, ज्याचे द्रवीकरण तापमान -252.8 अंश सेल्सिअस आहे.

अनुभवावरून हे सहज लक्षात येते की H2 सर्वात हलका आहे. हे करण्यासाठी, हायड्रोजन, कार्बन डाय ऑक्साईड, सामान्य हवा - विविध पदार्थांसह तीन गोळे भरणे पुरेसे आहे आणि त्याच वेळी ते आपल्या हातातून सोडा. ज्यामध्ये CO 2 भरलेले आहे ते कोणाहीपेक्षा वेगाने जमिनीवर पोहोचेल, त्यानंतर ते हवेच्या मिश्रणाने फुगले जाईल आणि ज्यामध्ये H 2 असेल ते कमाल मर्यादेपर्यंत जाईल.

हायड्रोजन कणांचे लहान वस्तुमान आणि आकार विविध पदार्थांमधून आत प्रवेश करण्याच्या क्षमतेचे समर्थन करतात. त्याच बॉलच्या उदाहरणावर, हे सत्यापित करणे सोपे आहे, दोन दिवसांत ते स्वतःच डिफ्लेट होईल, कारण गॅस फक्त रबरमधून जाईल. तसेच, हायड्रोजन काही धातूंच्या संरचनेत (पॅलॅडियम किंवा प्लॅटिनम) जमा होऊ शकतो आणि तापमान वाढल्यावर त्यातून बाष्पीभवन होऊ शकते.

हायड्रोजनच्या कमी विद्राव्यतेचा गुणधर्म हायड्रोजन विस्थापनाच्या पद्धतीद्वारे वेगळे करण्यासाठी प्रयोगशाळेत वापरला जातो (खालील तक्त्यामध्ये मुख्य पॅरामीटर्स आहेत) त्याच्या अनुप्रयोगाची व्याप्ती आणि उत्पादन पद्धती निर्धारित करतात.

साध्या पदार्थाच्या अणू किंवा रेणूचे पॅरामीटर	अर्थ
अणु द्रव्यमान (मोलर मास)	1.008 ग्रॅम/मोल
इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फिगरेशन	1s 1
क्रिस्टल सेल	षटकोनी
औष्मिक प्रवाहकता	(३०० के) ०.१८१५ डब्ल्यू/(मी के)
एन येथे घनता. y	०.०८९८७ ग्रॅम/लि
उकळत्या तापमान	-252.76°C
ज्वलनाची विशिष्ट उष्णता	120.9 10 6 J/kg
वितळण्याचे तापमान	-२५९.२°से
पाण्यात विद्राव्यता	18.8 मिली/लि

समस्थानिक रचना

रासायनिक घटकांच्या नियतकालिक प्रणालीच्या इतर अनेक प्रतिनिधींप्रमाणे, हायड्रोजनमध्ये अनेक नैसर्गिक समस्थानिक असतात, म्हणजेच न्यूक्लियसमध्ये समान संख्येने प्रोटॉन असलेले अणू, परंतु न्यूट्रॉनची भिन्न संख्या - शून्य चार्ज आणि एकक वस्तुमान असलेले कण. समान गुणधर्म असलेल्या अणूंची उदाहरणे म्हणजे ऑक्सिजन, कार्बन, क्लोरीन, ब्रोमाइन आणि इतर, ज्यामध्ये किरणोत्सर्गी असतात.

हायड्रोजन 1 एच चे भौतिक गुणधर्म, या गटाच्या प्रतिनिधींपैकी सर्वात सामान्य, त्याच्या समकक्षांच्या समान वैशिष्ट्यांपेक्षा लक्षणीय भिन्न आहेत. विशेषतः, ज्या पदार्थांमध्ये ते समाविष्ट आहेत त्यांची वैशिष्ट्ये भिन्न आहेत. तर, तेथे सामान्य आणि डियुटेरेटेड पाणी आहे, ज्यामध्ये हायड्रोजन अणूऐवजी एकाच प्रोटॉनसह, ड्यूटेरियम 2 एच - दोन प्राथमिक कणांसह त्याचे समस्थानिक आहे: सकारात्मक आणि चार्ज नसलेले. हा समस्थानिक सामान्य हायड्रोजनपेक्षा दुप्पट जड आहे, जो ते बनवलेल्या संयुगांच्या गुणधर्मांमधील मूलभूत फरक स्पष्ट करतो. निसर्गात, ड्युटेरियम हायड्रोजनपेक्षा 3200 पट दुर्मिळ आहे. तिसरा प्रतिनिधी ट्रिटियम 3 एच आहे, न्यूक्लियसमध्ये दोन न्यूट्रॉन आणि एक प्रोटॉन आहे.

मिळवण्याच्या आणि अलग ठेवण्याच्या पद्धती

प्रयोगशाळा आणि औद्योगिक पद्धती खूप भिन्न आहेत. तर, कमी प्रमाणात, वायू मुख्यत: प्रतिक्रियांद्वारे प्राप्त होतो ज्यामध्ये खनिजे गुंतलेली असतात आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादन मोठ्या प्रमाणात सेंद्रिय संश्लेषणाचा वापर करते.

प्रयोगशाळेत खालील रासायनिक संवाद वापरले जातात:

औद्योगिक हितासाठी, गॅस अशा पद्धतींनी मिळवला जातो:

उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत मिथेनचे थर्मल विघटन त्याच्या घटक साध्या पदार्थांमध्ये (350 अंश तापमानासारख्या निर्देशकाच्या मूल्यापर्यंत पोहोचते) - हायड्रोजन एच 2 आणि कार्बन सी.
कार्बन डायऑक्साइड CO 2 आणि H 2 (सर्वात सामान्य पद्धत) च्या निर्मितीसह 1000 अंश सेल्सिअस तापमानात कोकमधून बाष्पयुक्त पाणी पार करणे.
800 अंशांपर्यंत पोहोचलेल्या तापमानात निकेल उत्प्रेरकावर वायू मिथेनचे रूपांतरण.
हायड्रोजन हे पोटॅशियम किंवा सोडियम क्लोराईडच्या जलीय द्रावणाच्या इलेक्ट्रोलिसिसमध्ये उप-उत्पादन आहे.

रासायनिक परस्परसंवाद: सामान्य तरतुदी

हायड्रोजनचे भौतिक गुणधर्म मुख्यत्वे एक किंवा दुसर्या कंपाऊंडसह प्रतिक्रिया प्रक्रियेत त्याचे वर्तन स्पष्ट करतात. हायड्रोजनची व्हॅलेंसी 1 आहे, कारण ते आवर्त सारणीतील पहिल्या गटात स्थित आहे आणि ऑक्सिडेशनची डिग्री वेगळी दर्शवते. हायड्राइड्स वगळता सर्व संयुगांमध्ये, s.o. = (1+) मध्ये हायड्रोजन, XH, XH 2, XH 3 - (1-) सारख्या रेणूंमध्ये.

हायड्रोजन वायू रेणू, एक सामान्यीकृत इलेक्ट्रॉन जोडी तयार करून तयार होतो, त्यात दोन अणू असतात आणि ते ऊर्जावानपणे स्थिर असतात, म्हणूनच सामान्य परिस्थितीत ते काहीसे जड असते आणि जेव्हा सामान्य परिस्थिती बदलते तेव्हा प्रतिक्रियांमध्ये प्रवेश करते. इतर पदार्थांच्या रचनेत हायड्रोजनच्या ऑक्सिडेशनच्या डिग्रीवर अवलंबून, ते ऑक्सिडायझिंग एजंट आणि कमी करणारे एजंट म्हणून कार्य करू शकते.

ज्या पदार्थांसह हायड्रोजन प्रतिक्रिया देतो आणि तयार होतो

जटिल पदार्थ तयार करण्यासाठी मूलभूत परस्परसंवाद (अनेकदा भारदस्त तापमानात):

अल्कधर्मी आणि क्षारीय पृथ्वी धातू + हायड्रोजन = हायड्राइड.
हॅलोजन + एच 2 = हायड्रोजन हॅलाइड.
सल्फर + हायड्रोजन = हायड्रोजन सल्फाइड.
ऑक्सिजन + एच 2 = पाणी.
कार्बन + हायड्रोजन = मिथेन.
नायट्रोजन + एच 2 = अमोनिया.

जटिल पदार्थांसह परस्परसंवाद:

कार्बन मोनोऑक्साइड आणि हायड्रोजन पासून संश्लेषण वायू प्राप्त करणे.
H 2 सह त्यांच्या ऑक्साईडमधून धातूंची पुनर्प्राप्ती.
असंतृप्त अॅलिफेटिक हायड्रोकार्बन्सचे हायड्रोजन संपृक्तता.

हायड्रोजन बंध

हायड्रोजनचे भौतिक गुणधर्म असे आहेत की, जेव्हा इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह घटकाशी जोडले जाते, तेव्हा ते शेजारच्या अणूंच्या समान अणूसह एक विशेष प्रकारचे बंध तयार करण्यास अनुमती देते ज्यात इलेक्ट्रॉन जोड्या नसतात (उदाहरणार्थ, ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि फ्लोरिन). सर्वात स्पष्ट उदाहरण ज्यावर अशा घटनेचा विचार करणे चांगले आहे ते म्हणजे पाणी. असे म्हटले जाऊ शकते की ते हायड्रोजन बाँड्सने जोडलेले आहे, जे सहसंयोजक किंवा आयनिक पेक्षा कमकुवत आहेत, परंतु त्यापैकी बरेच आहेत या वस्तुस्थितीमुळे, त्यांचा पदार्थाच्या गुणधर्मांवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. मूलत:, हायड्रोजन बाँडिंग हा एक इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवाद आहे जो पाण्याच्या रेणूंना डायमर आणि पॉलिमरमध्ये बांधतो, ज्यामुळे त्याचा उच्च उकळत्या बिंदू होतो.

खनिज संयुगांच्या रचनेत हायड्रोजन

सर्वांमध्ये प्रोटॉन असते - हायड्रोजनसारख्या अणूचे केशन. ज्या पदार्थाच्या अम्ल अवशेषांची ऑक्सिडेशन अवस्था (-1) पेक्षा जास्त असते त्याला पॉलीबेसिक कंपाऊंड म्हणतात. त्यात अनेक हायड्रोजन अणू असतात, ज्यामुळे जलीय द्रावणात पृथक्करण बहु-स्टेज होते. प्रत्येक त्यानंतरचा प्रोटॉन उर्वरित आम्लापासून अधिकाधिक कठीण तोडतो. माध्यमातील हायड्रोजनच्या परिमाणात्मक सामग्रीनुसार, त्याची आम्लता निर्धारित केली जाते.

मानवी क्रियाकलापांमध्ये अर्ज

पदार्थ असलेले सिलेंडर, तसेच ऑक्सिजन सारख्या इतर द्रवीभूत वायू असलेल्या कंटेनरचे विशिष्ट स्वरूप असते. ते गडद हिरव्या रंगात चमकदार लाल "हायड्रोजन" अक्षराने रंगवलेले आहेत. गॅस सिलेंडरमध्ये सुमारे 150 वातावरणाच्या दाबाने पंप केला जातो. हायड्रोजनचे भौतिक गुणधर्म, विशेषतः वायूच्या एकत्रीकरणाच्या अवस्थेतील हलकेपणा, हेलियम मिसळलेले फुगे, फुगे इत्यादी भरण्यासाठी वापरले जातात.

हायड्रोजन, ज्याचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म लोक अनेक वर्षांपूर्वी वापरण्यास शिकले, ते सध्या अनेक उद्योगांमध्ये वापरले जाते. त्यातील बहुतांश भाग अमोनियाच्या उत्पादनात जातो. हायड्रोजन ऑक्साईड्समधून (हॅफनियम, जर्मेनियम, गॅलियम, सिलिकॉन, मॉलिब्डेनम, टंगस्टन, झिरकोनियम आणि इतर) मध्ये देखील भाग घेते, प्रतिक्रिया कमी करणारे एजंट, हायड्रोसायनिक आणि हायड्रोक्लोरिक ऍसिड तसेच कृत्रिम द्रव इंधन म्हणून कार्य करते. अन्न उद्योग वनस्पती तेलांचे घन चरबीमध्ये रूपांतर करण्यासाठी त्याचा वापर करतात.

चरबी, कोळसा, हायड्रोकार्बन्स, तेल आणि इंधन तेलाच्या हायड्रोजनेशन आणि हायड्रोजनेशनच्या विविध प्रक्रियांमध्ये हायड्रोजनचे रासायनिक गुणधर्म आणि वापर आम्ही निर्धारित केला. त्याच्या मदतीने, मौल्यवान दगड, इनॅन्डेन्सेंट दिवे तयार केले जातात, धातूची उत्पादने ऑक्सिजन-हायड्रोजन ज्वालाच्या प्रभावाखाली बनावट आणि वेल्डेड केली जातात.

हायड्रोजन- रासायनिक घटकांच्या आवर्त सारणीतील पहिला रासायनिक घटक D.I. मेंडेलीव्ह. रासायनिक घटक हायड्रोजन पहिल्या गटात स्थित आहे, मुख्य उपसमूह, नियतकालिक प्रणालीचा पहिला कालावधी.

हायड्रोजनचे सापेक्ष अणू वस्तुमान = 1.

हायड्रोजनमध्ये अणूची सर्वात सोपी रचना असते, त्यात एकल इलेक्ट्रॉन असतो, जो अणू जागेत असतो. हायड्रोजन अणूच्या केंद्रकात एक प्रोटॉन असतो.

हायड्रोजन अणू, रासायनिक अभिक्रियांमध्ये, दोन प्रकारचे आयन तयार करून इलेक्ट्रॉन दान आणि जोडू शकतो:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

हायड्रोजनविश्वातील सर्वात विपुल घटक आहे. हे सर्व अणूंपैकी सुमारे 88.6% आहे (सुमारे 11.3% हेलियम अणू आहेत, इतर सर्व घटकांचा एकत्रित वाटा सुमारे 0.1% आहे). अशा प्रकारे, हायड्रोजन हा तारे आणि आंतरतारकीय वायूचा मुख्य घटक आहे. इंटरस्टेलर स्पेसमध्ये, हा घटक वैयक्तिक रेणू, अणू आणि आयनच्या रूपात अस्तित्वात असतो आणि ते आण्विक ढग बनवू शकतात जे आकार, घनता आणि तापमानात लक्षणीय भिन्न असतात.

पृथ्वीच्या कवचामध्ये हायड्रोजनचा वस्तुमान अंश 1% आहे.हा नववा सर्वात सामान्य घटक आहे. पृथ्वीवर होणाऱ्या रासायनिक प्रक्रियेत हायड्रोजनचे महत्त्व ऑक्सिजनइतकेच मोठे आहे. ऑक्सिजनच्या विपरीत, जो पृथ्वीवर बद्ध आणि मुक्त अशा दोन्ही अवस्थेत अस्तित्वात आहे, पृथ्वीवरील व्यावहारिकदृष्ट्या सर्व हायड्रोजन संयुगांच्या स्वरूपात आहे; साध्या पदार्थाच्या रूपात हायड्रोजनची फारच कमी मात्रा वातावरणात आढळते (कोरड्या हवेसाठी आकारमानानुसार 0.00005%).

हायड्रोजन हा जवळजवळ सर्व सेंद्रिय पदार्थांचा एक घटक आहे आणि सर्व जिवंत पेशींमध्ये असतो.

हायड्रोजनचे भौतिक गुणधर्म

हायड्रोजन या रासायनिक घटकाने तयार केलेल्या साध्या पदार्थाची आण्विक रचना असते. त्याची रचना सूत्राशी सुसंगत आहे H2.रासायनिक घटकाप्रमाणे, साध्या पदार्थाला हायड्रोजन देखील म्हणतात.

हायड्रोजनहा रंगहीन वायू, गंधहीन आणि चवहीन, पाण्यात व्यावहारिकदृष्ट्या अघुलनशील आहे. खोलीच्या तपमानावर आणि सामान्य वातावरणाच्या दाबावर, विद्राव्यता 18.8 मिली वायू प्रति 1 लिटर पाण्यात असते.

हायड्रोजन- सर्वात हलका वायू, त्याची घनता 0.08987 g/l आहे. तुलनेसाठी: हवेची घनता 1.3 g/l आहे.

हायड्रोजन धातूमध्ये विरघळू शकतोउदाहरणार्थ, पॅलेडियमच्या एका व्हॉल्यूममध्ये हायड्रोजनच्या 850 खंडांपर्यंत विरघळू शकतात. त्याच्या अत्यंत लहान आण्विक आकारामुळे, हायड्रोजन अनेक पदार्थांमधून पसरण्यास सक्षम आहे.

इतर वायूंप्रमाणे, हायड्रोजन कमी तापमानात रंगहीन पारदर्शक द्रव बनते, हे - तापमानात होते. २५२.८°से.जेव्हा तापमान -259.2°C पर्यंत पोहोचते तेव्हा हायड्रोजन बर्फाप्रमाणे पांढर्‍या स्फटिकांच्या रूपात स्फटिक बनते.

ऑक्सिजनच्या विपरीत, हायड्रोजन ऍलोट्रॉपी प्रदर्शित करत नाही.

हायड्रोजनचा वापर

हायड्रोजनचा वापर विविध उद्योगांमध्ये केला जातो. भरपूर हायड्रोजन अमोनिया उत्पादनात जातो (NH3).अमोनियापासून नायट्रोजन खते, सिंथेटिक तंतू आणि प्लास्टिक आणि औषधे मिळतात.

अन्न उद्योगात, हायड्रोजनचा वापर मार्जरीनच्या उत्पादनात केला जातो, ज्यामध्ये कठोर चरबी असते. त्यांना द्रव चरबीपासून मिळवण्यासाठी, हायड्रोजन त्यांच्यामधून जातो.

जेव्हा हायड्रोजन ऑक्सिजनमध्ये जळतो तेव्हा ज्वालाचे तापमान सुमारे असते 2500°Cया तापमानात, रीफ्रॅक्टरी धातू वितळल्या जाऊ शकतात आणि वेल्डेड केले जाऊ शकतात. अशा प्रकारे, वेल्डिंगमध्ये हायड्रोजनचा वापर केला जातो.

द्रव हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन यांचे मिश्रण रॉकेट इंधन म्हणून वापरले जाते.

सध्या, अनेक देशांनी नूतनीकरणक्षम ऊर्जा स्त्रोत (तेल, वायू, कोळसा) हायड्रोजनसह बदलण्यावर संशोधन सुरू केले आहे. जेव्हा हायड्रोजन ऑक्सिजनमध्ये जाळला जातो तेव्हा पर्यावरणास अनुकूल उत्पादन तयार होते - पाणी, कार्बन डायऑक्साइड नाही, ज्यामुळे हरितगृह परिणाम होतो.

शास्त्रज्ञांनी सुचवले आहे की 21 व्या शतकाच्या मध्यात हायड्रोजनवर चालणाऱ्या मोटारींचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन सुरू झाले पाहिजे. घरगुती इंधन पेशी, ज्यांचे कार्य ऑक्सिजनसह हायड्रोजनच्या ऑक्सिडेशनवर देखील आधारित आहे, त्यांना विस्तृत अनुप्रयोग सापडेल.

19 व्या शतकाच्या शेवटी आणि 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस,एरोनॉटिक्सच्या युगाच्या पहाटे, फुगे, एअरशिप आणि फुगे हायड्रोजनने भरलेले होते, कारण ते हवेपेक्षा खूपच हलके होते. तथापि, एअरशिपवर झालेल्या आपत्तीनंतर एअरशिपचे युग वेगाने भूतकाळात मिटू लागले. हिंडेनबर्ग. ६ मे १९३७ एअरशिप,हायड्रोजनने भरलेले, आग लागली, परिणामी डझनभर प्रवासी मरण पावले.

हायड्रोजन ऑक्सिजनसह विशिष्ट प्रमाणात अत्यंत स्फोटक आहे. सुरक्षा नियमांचे पालन करण्यात अयशस्वी झाल्यामुळे एअरशिपचे प्रज्वलन आणि स्फोट झाला.

हायड्रोजन- रासायनिक घटकांच्या आवर्त सारणीतील पहिला रासायनिक घटक D.I. मेंडेलीव्ह
हायड्रोजन समूह I, मुख्य उपसमूह, नियतकालिक प्रणालीच्या कालावधी 1 मध्ये स्थित आहे
संयुगांमध्ये हायड्रोजन व्हॅलेन्सी - I
हायड्रोजनरंगहीन वायू, गंधहीन आणि चवहीन, पाण्यात व्यावहारिकदृष्ट्या अघुलनशील
हायड्रोजन- सर्वात हलका वायू
कमी तापमानात द्रव आणि घन हायड्रोजन तयार होतो
हायड्रोजन धातूमध्ये विरघळू शकतो
हायड्रोजन अनुप्रयोग विविध आहेत

हायड्रोजनचे रासायनिक गुणधर्म

सामान्य परिस्थितीत, आण्विक हायड्रोजन तुलनेने निष्क्रिय असतो, केवळ सर्वात सक्रिय नॉनमेटल्स (फ्लोरिनसह आणि प्रकाशात देखील क्लोरीनसह) थेट एकत्रित होतो. तथापि, गरम केल्यावर, ते अनेक घटकांसह प्रतिक्रिया देते.

हायड्रोजन साध्या आणि जटिल पदार्थांसह प्रतिक्रिया देतो:

- धातूसह हायड्रोजनचा परस्परसंवाद जटिल पदार्थांच्या निर्मितीकडे नेतो - हायड्राइड्स, ज्या रासायनिक सूत्रांमध्ये धातूचा अणू नेहमी प्रथम येतो:

उच्च तापमानात, हायड्रोजन थेट प्रतिक्रिया देते काही धातू सह(अल्कधर्मी, क्षारीय पृथ्वी आणि इतर), पांढरे स्फटिकासारखे पदार्थ तयार करतात - धातूचे हायड्राइड्स (Li H, Na H, KH, CaH 2, इ.):

H 2 + 2Li = 2LiH

संबंधित अल्कली आणि हायड्रोजनच्या निर्मितीसह मेटल हायड्राइड्स पाण्याद्वारे सहजपणे विघटित होतात:

सा H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

- जेव्हा हायड्रोजन नॉन-मेटल्सशी संवाद साधतो अस्थिर हायड्रोजन संयुगे तयार होतात. अस्थिर हायड्रोजन कंपाऊंडच्या रासायनिक सूत्रामध्ये, हायड्रोजन अणू PSCE मधील स्थानावर अवलंबून एकतर पहिल्या किंवा दुसऱ्या ठिकाणी असू शकतो (स्लाइडमधील प्लेट पहा):

1). ऑक्सिजनसहहायड्रोजन पाणी बनवते:

व्हिडिओ "हायड्रोजनचे ज्वलन"

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q

सामान्य तापमानात, प्रतिक्रिया अत्यंत मंद गतीने पुढे जाते, 550 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त - स्फोटासह (H 2 चे 2 खंड आणि O 2 चे 1 खंड यांचे मिश्रण म्हणतात स्फोटक वायू) .

व्हिडिओ "स्फोटक वायूचा स्फोट"

व्हिडिओ "स्फोटक मिश्रणाची तयारी आणि स्फोट"

2). हॅलोजनसहहायड्रोजन हायड्रोजन हॅलाइड्स बनवते, उदाहरणार्थ:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

हायड्रोजन फ्लोरिन (अंधारात आणि -252 डिग्री सेल्सिअस तपमानात देखील) स्फोट होतो, क्लोरीन आणि ब्रोमाइनसह केवळ प्रकाशित किंवा गरम केल्यावर आणि आयोडीनसह फक्त गरम झाल्यावर प्रतिक्रिया देतो.

3). नायट्रोजन सहहायड्रोजन अमोनियाच्या निर्मितीसह प्रतिक्रिया देते:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

केवळ उत्प्रेरक आणि भारदस्त तापमान आणि दाबांवर.

चार). गरम झाल्यावर, हायड्रोजन जोरदारपणे प्रतिक्रिया देतो सल्फर सह:

H 2 + S \u003d H 2 S (हायड्रोजन सल्फाइड),

सेलेनियम आणि टेल्युरियमसह बरेच कठीण.

5). शुद्ध कार्बनसहहायड्रोजन केवळ उच्च तापमानात उत्प्रेरकाशिवाय प्रतिक्रिया देऊ शकतो:

2H 2 + C (निराकार) = CH 4 (मिथेन)

- हायड्रोजन मेटल ऑक्साईडसह प्रतिस्थापन अभिक्रियामध्ये प्रवेश करतो , तर उत्पादनांमध्ये पाणी तयार होते आणि धातू कमी होते. हायड्रोजन - कमी करणारे एजंटचे गुणधर्म प्रदर्शित करते:

हायड्रोजनचा वापर केला जातो अनेक धातूंच्या पुनर्प्राप्तीसाठी, कारण ते त्यांच्या ऑक्साईडमधून ऑक्सिजन काढून घेते:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O, इ.

हायड्रोजनचा वापर

व्हिडिओ "हायड्रोजनचा वापर"

सध्या हायड्रोजन मोठ्या प्रमाणात तयार होत आहे. त्यातील बराच मोठा भाग अमोनियाच्या संश्लेषणात, चरबीचे हायड्रोजनेशन आणि कोळसा, तेल आणि हायड्रोकार्बन्सच्या हायड्रोजनेशनमध्ये वापरला जातो. याव्यतिरिक्त, हायड्रोजनचा वापर हायड्रोक्लोरिक ऍसिड, मिथाइल अल्कोहोल, हायड्रोसायनिक ऍसिड, वेल्डिंग आणि फोर्जिंग धातूंच्या संश्लेषणासाठी तसेच इनॅन्डेन्सेंट दिवे आणि मौल्यवान दगडांच्या निर्मितीसाठी केला जातो. 150 एटीएम पेक्षा जास्त दाब असलेल्या सिलिंडरमध्ये हायड्रोजनची विक्री होते. ते गडद हिरव्या रंगवलेले आहेत आणि लाल शिलालेख "हायड्रोजन" सह पुरवले आहेत.

हायड्रोजनचा वापर द्रव चरबीचे घन चरबी (हायड्रोजनेशन) मध्ये रूपांतर करण्यासाठी, कोळसा आणि इंधन तेल हायड्रोजनीकरण करून द्रव इंधन तयार करण्यासाठी केला जातो. धातूशास्त्रात, हायड्रोजनचा वापर ऑक्साईड्स किंवा क्लोराईड्ससाठी कमी करणारे एजंट म्हणून धातू आणि नॉन-मेटल्स (जर्मेनियम, सिलिकॉन, गॅलियम, झिरकोनियम, हॅफनियम, मॉलिब्डेनम, टंगस्टन इ.) तयार करण्यासाठी केला जातो.

हायड्रोजनचा व्यावहारिक उपयोग वैविध्यपूर्ण आहे: ते सहसा फुग्याने भरलेले असते, रासायनिक उद्योगात ते अनेक महत्त्वपूर्ण उत्पादनांच्या (अमोनिया इ.) उत्पादनासाठी कच्चा माल म्हणून काम करते, अन्न उद्योगात - घन पदार्थांच्या उत्पादनासाठी. भाजीपाला तेले इत्यादींपासून मिळणारे चरबी. उच्च तापमान (२६०० डिग्री सेल्सिअस पर्यंत), ऑक्सिजनमध्ये हायड्रोजन जाळून मिळवले जाते, ते रीफ्रॅक्टरी धातू, क्वार्ट्ज इ. वितळण्यासाठी वापरले जाते. द्रव हायड्रोजन हे सर्वात कार्यक्षम जेट इंधनांपैकी एक आहे. हायड्रोजनचा वार्षिक जागतिक वापर 1 दशलक्ष टनांपेक्षा जास्त आहे.

सिम्युलेटर

क्रमांक 2. हायड्रोजन

मजबुतीकरणासाठी कार्ये

कार्य क्रमांक १
खालील पदार्थांसह हायड्रोजनच्या परस्परसंवादाच्या प्रतिक्रियांसाठी समीकरणे तयार करा: F 2 , Ca, Al 2 O 3 , पारा ऑक्साईड (II), टंगस्टन ऑक्साइड (VI). प्रतिक्रिया उत्पादनांना नावे द्या, प्रतिक्रियांचे प्रकार सूचित करा.

कार्य क्रमांक 2
योजनेनुसार परिवर्तने करा:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

कार्य क्रमांक 3.
8 ग्रॅम हायड्रोजन जाळून मिळणाऱ्या पाण्याच्या वस्तुमानाची गणना करा?

निसर्गात वितरण. V. निसर्गात मोठ्या प्रमाणात वितरीत केले जाते, पृथ्वीच्या कवच (लिथोस्फियर आणि हायड्रोस्फियर) मध्ये त्याची सामग्री वस्तुमानानुसार 1% आणि अणूंच्या संख्येनुसार 16% आहे. कोळसा, तेल, नैसर्गिक वायू, चिकणमाती, तसेच प्राणी आणि वनस्पती जीव (उदा. , रचना प्रथिने, न्यूक्लिक ऍसिडस्, चरबी, कर्बोदकांमधे, इ.). मुक्त स्थितीत, V. अत्यंत दुर्मिळ आहे; तो ज्वालामुखी आणि इतर नैसर्गिक वायूंमध्ये कमी प्रमाणात आढळतो. नगण्य प्रमाणात मुक्त V. (अणूंच्या संख्येनुसार 0.0001%) वातावरणात आहेत. पृथ्वीच्या जवळच्या जागेत, प्रोटॉनच्या प्रवाहाच्या रूपात V. पृथ्वीचा अंतर्गत (“प्रोटॉन”) किरणोत्सर्गाचा पट्टा तयार करतो. अंतराळात, V. हा सर्वात सामान्य घटक आहे. प्लाझ्माच्या रूपात, ते सूर्याच्या आणि बहुतेक ताऱ्यांचे अर्धे वस्तुमान बनवते, आंतरतारकीय मध्यम आणि वायू तेजोमेघांच्या वायूंचा मुख्य भाग. V. अनेक ग्रहांच्या वातावरणात आणि धूमकेतूंमध्ये मुक्त H2, मिथेन CH4, अमोनिया NH3, पाणी H2O, CH, NH, OH, SiH, PH, इ. प्रोटॉनच्या प्रवाहाच्या रूपात, व्ही. हा सूर्य आणि वैश्विक किरणांच्या कॉर्पस्क्युलर रेडिएशनचा भाग आहे.

समस्थानिक, अणू आणि रेणू. सामान्य V. मध्ये दोन स्थिर समस्थानिकांचे मिश्रण असते: हलका V., किंवा प्रोटियम (1H), आणि भारी V., किंवा ड्यूटेरियम (2H, किंवा D). V. च्या नैसर्गिक संयुगेमध्ये, प्रति 1 2H अणू सरासरी 6,800 1H अणू असतात. एक किरणोत्सर्गी समस्थानिक कृत्रिमरित्या प्राप्त केले गेले आहे - सुपरहेवी बी., किंवा ट्रिटियम (3एच, किंवा टी), मऊ β-विकिरण आणि अर्ध-आयुष्य T1 / 2 = 12.262 वर्षे. निसर्गात, ट्रिटियम तयार होतो, उदाहरणार्थ, कॉस्मिक किरण न्यूट्रॉनच्या कृती अंतर्गत वातावरणातील नायट्रोजनपासून; ते वातावरणात नगण्य आहे (वायूच्या एकूण अणूंच्या 4-10-15%). एक अत्यंत अस्थिर 4H समस्थानिक प्राप्त झाले आहे. समस्थानिक 1H, 2H, 3H आणि 4H च्या वस्तुमान संख्या अनुक्रमे 1,2, 3 आणि 4 दर्शवतात की प्रोटियम अणूच्या केंद्रकात फक्त 1 प्रोटॉन, ड्यूटेरियम - 1 प्रोटॉन आणि 1 न्यूट्रॉन, ट्रिटियम - 1 प्रोटॉन आणि 2 असतात. न्यूट्रॉन, 4H - 1 प्रोटॉन आणि 3 न्यूट्रॉन. हायड्रोजनच्या समस्थानिकांच्या वस्तुमानातील मोठ्या फरकामुळे त्यांच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये इतर घटकांच्या समस्थानिकांच्या तुलनेत अधिक लक्षणीय फरक दिसून येतो.

अणू V. इतर सर्व घटकांच्या अणूंमध्ये सर्वात सोपी रचना आहे: त्यात एक केंद्रक आणि एक इलेक्ट्रॉन असतो. न्यूक्लियस (आयनीकरण क्षमता) असलेल्या इलेक्ट्रॉनची बंधनकारक ऊर्जा 13.595 eV आहे. तटस्थ अणू V. दुसरा इलेक्ट्रॉन देखील जोडू शकतो, एक ऋण आयन H- बनवतो; या प्रकरणात, तटस्थ अणू (इलेक्ट्रॉन आत्मीयता) सह दुसऱ्या इलेक्ट्रॉनची बंधनकारक ऊर्जा 0.78 eV आहे. क्वांटम मेकॅनिक्समुळे अणूच्या सर्व संभाव्य उर्जा पातळीची गणना करणे शक्य होते आणि परिणामी, त्याच्या अणू स्पेक्ट्रमचे संपूर्ण स्पष्टीकरण देणे शक्य होते. V अणू इतर, अधिक जटिल अणूंच्या उर्जा पातळीच्या क्वांटम यांत्रिक गणनांमध्ये मॉडेल अणू म्हणून वापरला जातो. B. H2 रेणूमध्ये सहसंयोजक रासायनिक बंधनाने जोडलेले दोन अणू असतात. पृथक्करण ऊर्जा (म्हणजे, अणूंमध्ये क्षय) 4.776 eV (1 eV = 1.60210-10-19 J) आहे. केंद्रकाच्या समतोल स्थानावरील आंतरपरमाण्विक अंतर 0.7414-Å आहे. उच्च तापमानात, आण्विक V. अणूंमध्ये विघटन होते (2000°C वर पृथक्करणाची डिग्री 0.0013 आहे; 5000°C वर ते 0.95 आहे). विविध रासायनिक अभिक्रियांमध्ये (उदाहरणार्थ, हायड्रोक्लोरिक ऍसिडवरील Zn च्या क्रियेद्वारे) अणू V. देखील तयार होतो. तथापि, अणू अवस्थेत V. चे अस्तित्व फारच कमी काळ टिकते, अणू पुन्हा H2 रेणूंमध्ये एकत्र होतात.

भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म. V. - सर्व ज्ञात पदार्थांपैकी सर्वात हलका (हवेपेक्षा 14.4 पट हलका), घनता 0.0899 g/l 0 ° C आणि 1 atm वर. V. अनुक्रमे -252.6°C आणि -259.1°C वर उकळते (द्रवीकरण) आणि वितळते (घन होते) (केवळ हेलियमचे वितळणे आणि उकळण्याचे बिंदू कमी असतात). V. चे गंभीर तापमान खूपच कमी आहे (-240 ° से), त्यामुळे त्याचे द्रवीकरण मोठ्या अडचणींशी संबंधित आहे; गंभीर दाब 12.8 kgf/cm2 (12.8 atm), गंभीर घनता 0.0312 g/cm3. सर्व वायूंपैकी, V. ची थर्मल चालकता सर्वात जास्त आहे, 0.174 W / (m-K) 0 ° C आणि 1 atm, म्हणजे 4.16-0-4 कॅल / (s-cm- ° C). V. ची विशिष्ट उष्णता क्षमता 0°C आणि 1 atm Cp 14.208-103 j/(kg-K), म्हणजे 3.394 cal/(g-°C). V. पाण्यात किंचित विरघळणारे (20 ° C आणि 1 atm वर 0.0182 ml/g), पण चांगले - अनेक धातूंमध्ये (Ni, Pt, Pd, इ.), विशेषतः पॅलेडियममध्ये (Pd च्या 1 खंड प्रति 850 खंड) . V. ची धातूंमधील विद्राव्यता त्यांच्याद्वारे पसरवण्याच्या क्षमतेशी संबंधित आहे; कार्बनसह स्टीलच्या परस्परसंवादामुळे (तथाकथित डीकार्बोनायझेशन) कार्बनयुक्त मिश्रधातूद्वारे प्रसार (उदाहरणार्थ, स्टील) कधीकधी मिश्रधातूचा नाश होतो. द्रव पाणी खूप हलके असते (घनता -253°C 0.0708 g/cm3) आणि द्रव (स्निग्धता -253°C 13.8 सेंटीग्रेड).

बहुतेक संयुगांमध्ये, V. सोडियम आणि इतर अल्कली धातूंप्रमाणे +1 ची व्हॅलेन्सी (अधिक तंतोतंत, ऑक्सिडेशन स्थिती) प्रदर्शित करते; सहसा त्याला या धातूंचे एनालॉग मानले जाते, हेडिंग 1 जीआर. मेंडेलीव्हची प्रणाली. तथापि, मेटल हायड्राइड्समध्ये, B. आयन ऋणात्मक चार्ज केला जातो (ऑक्सिडेशन स्थिती -1), म्हणजेच, Na + H- hydride हे Na + Cl- क्लोराईड सारखे तयार केले जाते. हे आणि इतर काही तथ्ये (V. आणि हॅलोजनच्या भौतिक गुणधर्मांची जवळीक, सेंद्रिय संयुगेमध्ये V. बदलण्याची हॅलोजनची क्षमता) V. चे श्रेय नियतकालिक प्रणालीच्या गट VII ला देण्याचे कारण देतात (अधिक तपशीलांसाठी, पहा घटकांची नियतकालिक प्रणाली). सामान्य परिस्थितीत, आण्विक V. तुलनेने निष्क्रिय आहे, केवळ सर्वात सक्रिय नॉनमेटल्स (फ्लोरीनसह, आणि क्लोरीनसह प्रकाशात) थेट एकत्र केले जाते. तथापि, गरम केल्यावर, ते अनेक घटकांसह प्रतिक्रिया देते. आण्विक V च्या तुलनेत अणू V. ने रासायनिक क्रिया वाढवली आहे. V. ऑक्सिजनसह पाणी बनवते: H2 + 1 / 2O2 = H2O 285.937-103 J/mol, म्हणजेच 68.3174 kcal/mol उष्णता (25 ° C आणि 1 atm वर). सामान्य तापमानात, प्रतिक्रिया अत्यंत मंद गतीने पुढे जाते, 550 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त - स्फोटासह. हायड्रोजन-ऑक्सिजन मिश्रणाची स्फोटक मर्यादा (वॉल्यूमनुसार) 4 ते 94% H2 आणि हायड्रोजन-वायु मिश्रण - 4 ते 74% H2 पर्यंत (H2 च्या 2 खंड आणि O2 च्या 1 खंडांच्या मिश्रणास स्फोटक म्हणतात. गॅस). V. चा वापर अनेक धातू कमी करण्यासाठी केला जातो, कारण ते त्यांच्या ऑक्साईडमधून ऑक्सिजन काढून घेते:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O, इ.
V. हॅलोजनसह हायड्रोजन हॅलाइड बनवते, उदाहरणार्थ:
H2 + Cl2 = 2HCl.

त्याच वेळी, ते फ्लोरिनसह (अंधारात आणि -252 डिग्री सेल्सिअस तापमानात देखील) स्फोट होते, क्लोरीन आणि ब्रोमाइनसह केवळ प्रकाशित किंवा गरम केल्यावर आणि आयोडीनसह केवळ गरम झाल्यावर प्रतिक्रिया देते. V. अमोनिया तयार करण्यासाठी नायट्रोजनशी संवाद साधतो: 3H2 + N2 = 2NH3 केवळ उत्प्रेरक आणि भारदस्त तापमान आणि दाबांवर. गरम केल्यावर, V. सल्फरवर जोरदारपणे प्रतिक्रिया देते: H2 + S = H2S (हायड्रोजन सल्फाइड), सेलेनियम आणि टेल्यूरियमसह अधिक कठीण. V. उत्प्रेरकाशिवाय शुद्ध कार्बनवर प्रतिक्रिया देऊ शकते फक्त उच्च तापमानावर: 2H2 + C (निराकार) = CH4 (मिथेन). V. काही धातूंवर (अल्कली, क्षारीय पृथ्वी, इ.) थेट प्रतिक्रिया देऊन हायड्राइड्स तयार करतात: H2 + 2Li = 2LiH. कार्बन मोनोऑक्साइडसह कार्बन मोनोऑक्साइडच्या प्रतिक्रियांना खूप व्यावहारिक महत्त्व आहे, ज्यामध्ये तापमान, दाब आणि उत्प्रेरक यावर अवलंबून, विविध सेंद्रिय संयुगे तयार होतात, जसे की एचसीएचओ, सीएच3ओएच आणि इतर (कार्बन मोनोऑक्साइड पहा). असंतृप्त हायड्रोकार्बन्स हायड्रोजनवर प्रतिक्रिया देतात, संतृप्त होतात, उदाहरणार्थ: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (हायड्रोजनेशन पहा).