|
Hidrogenul
Hidrogenul a fost descoperit de faimosul
fizician englez Henry Cavendish, care era “cel
mai bogat dintre invatati si cel mai invatat dintre
bogati”,dupa cum spunea unul dintre contemporanii
sai. Putem adauga ca era si cel mai meticulos dintre
oamenii de stiinta.Se spune ca atunci cand
Cavendish la o carte din propia-i biblioteca
intotdeauna isi punea in locul ei cartea de vizita.
Cel mai linistit dintre savanti,devotat in intregime
cercetarii stiintifice,intotdeauna absorbit de stiinta,
avea reputatia unui pustnic excentric.
Ori acestea erau tocmai calitatile care faceau posibila deacoperirii noului gaz,hidrogenul.El a facut descoperirea in 1766,iar in 1783 profesorul francez Charles a facut sa zboare primul balon cu hidrogen.
Hidrogenul a fost si pentru chimisti a descoperire pretioasa.El I-a ajutat sa descifreze structura acizilorsi bazelor,aceste foarte importante clase de compusi chimici. Hidrogenul se gaseste în paturile inferioare ale atmosferei ,în apa, hidrocarburi si gaze naturale. Este un constituent al materiei vii. Hidrogenul furnizeaza mai multi compusi decât oricare alt element. În cromosfera soarelui se gaseste hidrogen atomic la fel ca si în stelele albe. Stelele reci contin în atmosfera lor hidrogen molecular. Hidrogenul se obtine usor prin actiunea acizilor diluati asupra zincului sau fierului ori prin electroliza apei. Industrial se obtine prin cracarea hidrocarburilor, prin reactia apei cu carbune si prin alte procedee dintre care amintim :
Na + H2O NaOH + 2 H2
3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 (570° C)
P4 +16H2O 4H3PO4 + 20H2 (400° C – 600° C ; în prezenta
unui catalizator)
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Zn + 2NaOH + 2H2O Na2[Zn(OH)4] + H2
C + 2H2O CO2 + 2H2 (550° C ;în prezenta unui catalizator)
H2O H2 + O2 (electroliza)
CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 (conversie)
Hidrogenul se fabrica mai ales din amestecul de hidrocarburi care se înlatura la cracarea petrolului brut. Trecând amestecul peste bauxita la 397° C, sulful se transforma în H2S care se retine într-un scuber
cu hidroxid. Vaporii împreuna cu aburul trec peste un catalizator de nichel la 927° C. Are loc reactia, de exemplu:
C3H6 + 3H2O 3CO + 6H2
Se adauga vapori de apa gazelor care ies din furnal spre a reduce temperatura la 397° C , când are loc reactia :
3CO + 3H2O 3H2 + 3CO2
Trecând gazele printr-un scruber cu etanolamina se retine CO2 :
2HO – CH2 – CH2 – NH2 + H2O + CO2 (HO – CH2 - CH2NH)2CO3 + 2H2
din care se recupereaza CO2 prin încalzire la 117° C. Sunt necesare
câteva etape pentru a îndeparta în întregime oxidul de carbon.
Cantitati mari de hidrogen se obtin prin rafinarea hidrocarburilor pentru a mari cifra octanica a produsilor.
Atomul de hidrogen, al primului element din sistemul periodic, are cea mai simpla configuratie electronica, cu electronul distinctiv în orbitalul 1s.
Hidrogenul molecular (H2) în conditii normale este un gaz diatomic cu distantele între nuclee H - H = 0,037 nm.
În stare gazoasa, hidrogenul este incolor, inodor, insipid, fiind cel mai usor dintre toate gazele (densitatea= 0,06952 g/cm) si anume de 14,38 de ori mai usor decât aerul. Având o masa moleculara mica, hidrogenul prezinta cea mai mare putere de difuziune dintre toate gazele si o conductibilitate termica si electrica deosebita, prima fiind de 6,5 ori mai mare decât a aerului. La temperaturi înalte este absorbit în cantitate mare de catre metale, si anume de 19 ori de catre fier, si de 875 ori, propriul sau volum, de catre paladiu. Foarte stabila, molecula de hidrogen se disociaza la temperaturi înalte, în arc electric, trecând în hidro-
gen atomic.
Legatura hidrogenului cu apa
Amintim câteva constante fizice ale hidrogenului :
Masa atomica…………………………………………………………………1,008
Raza coalenta, nm..………………………………………………………0,037
Raza ionica , nm…………………………………………………………….0,208
Volumul atomic , cm /atom-g……………………………………14,1
Potential de ionizare , eV…………………………………………..13,59
Afinitatea pentru electroni , eV………………………………….0,715
Electronegativitatea(Pauling)…………………………………….2,1
Densitatea - g/l……………………………………………………………..0,0899
• g/cm ……………………………………………………….0,06952
Punctul de topire , ° C………………………………………………-259,23
Punctul de fierbere , ° C…………………………………………..-252,77
Temperatura critica , ° C………………………………………….-239,9
Caldura de formare a H2 la 0° K , KJ/mol……………….430
Caldura de sublimare la 1396° C , KJ/mol…………..1029,10
Caldura de vaporizare , KJ/mol……………………………..904,33
Solubilitatea în apa la 18° C , vol./1 vol. apa…………….0,0185
Moment electric ……………………………………………………………0
Susceptibilitatea magnetica , x/10 c.g.s. ……………….-1,97
Reteaua cristalina(solid)……………………………………………cubica
Putin solubil în apa , coeficientul de absorbtie fiind de circa 0,0193 între 0 – 20 ° C , este ceva mai solubil în alcool , benzen . Se lichefiaza foarte greu la –252,77 ° C fiind al doilea dupa He , gazul cel mai greu
de lichefiat . La –259.23 ° C se solidifica într-o masa incolora , transparenta , cristalizata în sistemul hexagonal . Se cunosc trei izotopi ai hidrogenului : 1H , 2H , 3H . Penultimul si ultimul se mai numesc deuteriu si tritiu . Ei sunt putin abundenti în hidrogenul natural (1,6/10 si respectiv 10 ). Desi masa lor este de doua si de trei ori mai mare decât a hidrogenului , caz neobisnuit , proprietatile chimice sunt aceleasi , cu exceptia vitezei si a constantelor de echilibru ale reactiilor .
Deuteriul(2D) izotopul greu , stabil al hidrogenului , se obtine din apa grea (D2O) prin procedee ca : electroliza , descompunere cu metale . Având masa dubla în comparatie cu izotopul obisnuit (1H) , diferenta relativa între masele celor doi izotopi influenteaza proprietatile fizice , la deuteriu observându-se variatii ale densitatii , punctelor de topire si de fierbere , caldurii latente , vitezei de difuziune . Asemenea deosebirii (efecte izotopice) stau la baza metodelor de separare a izotopului greu de cel usor . Totodata , moleculele izotopice continând deuteriu în structura lor , având viteze mai mici , dau nastere la procese chimice mai lente . Pe baza acestor comportari , deuteriul se utilizeaza ca atom marcat stabil , în reactii de schimb izotopic la studiul unor mecanisme de reactie , în probleme de structura si altele , având aplicatii în chimie , biologie , hidrologie , geologie , agricultura .Tritiul (3T) izotopul cel mai greu al hidrogenului este radioactiv , având timpul de înjumatatire de 12,26 ani . Pe lânga formarea lui permanenta în natura , asa cum s-a aratat , el se obtine si pe cale artificiala , iradiind sarurile de litiu cu neutroni în pila nucleara , pe baza reactiei 6Li(n,a )3T . Tritiul se utilizeaza ca atom marcat radioactiv al hidrogenului în cercetari radiochimice sau ca sursa de radiatii b .
Hidrogenul atomic (H) rezulta cu greu în cantitati mici prin descarcari electrice sau disociere termica a hidrogenului molecular .Hidrogenul în stare nascânda este denumit hidrogenul rezultat în momentul formarii într-o reactie chimica , de exemplu din Zn +• HCL . El prezinta o reactivitate superioara celui molecular , datorita existentei de atomi de hidrogen , în momentul reducerii ionilor de hidrogen , care înca nu s-au unit în molecule de H2 .Daca la temperatura obisnuita hidrogenul gazos este putin reactiv , în conditii speciale de temperatura , catalizatori , iradieri cu lumina U.V. , reactioneaza cu numeroase elemente si combinatii ale acestora , formând hidruri .Caracteristic pentru el este tendinta de a forma
ioni pozitivi (H ) , negativi(H ) si de a se lega covalent .
Se combina direct cu halogenii , rezultând hidracizi de tipul HX, intensitatea reactiei scazând de la fluor la iod .Cu oxigenul nu se combina la rece decât în prezenta catalizatorilor de platina sau paladiu . În schimb reactia este lenta între 180–300° C si exploziva între 550 – 840° C . Peste250° C reactioneaza cu sulful
si seleniul , iar peste 400° C cu telurul . Reactia cu azotul are loc numai la
temperaturi si presiuni ridicate , în prezenta de catalizatori . Cu monoxidul de carbon , în anumite conditii , formeaza metanol , metan sau etan .
La cald reactioneaza cu majoritatea metalelor , rezultând hidruri metalice.
Hidrogenul este un excelent reducator al oxizilor , sulfurilor si halogenurilor metalice.
Pentru a vedea tot referatul CLICK AICI
|
