Dövri sistemdə mövqeyi və atomun quruluşu

Hidrogenin sıra nömrəsi $1$ -dir, o, 1-ci dövrdə yerləşir. Atomunda bir proton və bir elektron var, elektron formulu $1s^1$ . Hidrogenin mövqeyi ikilidir:

qələvi metallar kimi bir elektron verərək $+1$ oksidləşmə dərəcəsi göstərir, ona görə I qrupun əsas yarımqrupunda yerləşdirilir;
halogenlər kimi bir elektron qəbul edərək $-1$ oksidləşmə dərəcəsi göstərir (metal hidridlərində, məsələn, $\mathrm{NaH}$ ), ona görə VII qrupun əsas yarımqrupunda da göstərilir.

Birləşmələrdə hidrogenin valentliyi həmişə I-dir. Onun üç izotopu var: protium $^1\mathrm{H}$ , deyterium $^2\mathrm{H}$ (D) və tritium $^3\mathrm{H}$ (T).

Hidrogen Kainatda ən çox yayılmış elementdir: Günəş və ulduzlar əsasən ondan ibarətdir. Yerdə sərbəst hidrogen çox azdır, o, əsasən birləşmələr şəklində rast gəlinir: suda, təbii qazda, neftdə, bütün canlı orqanizmlərdə.

Laboratoriyada və sənayedə alınması

Laboratoriyada hidrogeni sinkə duru xlorid və ya sulfat turşusu ilə təsir edərək (məsələn, Kipp aparatında) alırlar:

\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow},

\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow}.

Aktivlik sırasında hidrogendən sonra gələn metallar (Cu, Ag) bu turşulardan hidrogeni sıxışdırıb çıxarmır. Ən aktiv metallar hidrogeni sudan çıxarır: $\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow}$ . Hidrogen havadan yüngül olduğu üçün ağzı aşağı çevrilmiş qaba və ya suyu sıxışdırma üsulu ilə toplanır.

Sənayedə:

metanın su buxarı ilə konversiyası: $\mathrm{CH_4 + H_2O \xrightarrow{t,\ \text{kat.}} CO + 3H_2}$ ;
dəm qazının konversiyası: $\mathrm{CO + H_2O \xrightarrow{t,\ \text{kat.}} CO_2 + H_2}$ ;
suyun elektrolizi: $\mathrm{2H_2O \xrightarrow{\text{elektroliz}} 2H_2 + O_2}$ ;
közərmiş koksun üzərindən su buxarı buraxmaq: $\mathrm{C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2}$ .

Fiziki xassələri

Hidrogen rəngsiz, iysiz və dadsız qazdır, molekulu iki atomludur ( $\mathrm{H_2}$ , kovalent qeyri-polyar rabitə). O, ən yüngül qazdır: havadan $\frac{29}{2} = 14{,}5$ dəfə yüngüldür. Suda çox az həll olur, $-253\,^\circ\mathrm{C}$ -də mayeləşir, istiliyi yaxşı keçirir və çox sürətlə diffuziya edir. Bəzi metallar (məsələn, palladium) çoxlu hidrogen udur.

Kimyəvi xassələri

Reaksiyaların çoxunda hidrogen reduksiyaedicidir ( $0 \rightarrow +1$ ):

oksigenlə: $\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$ . Hidrogenlə oksigenin $2 : 1$ həcm nisbətində qarışığı (partlayıcı qaz, həm də «gurultulu qaz» adlanır) alovlandıqda partlayır, ona görə hidrogeni yandırmazdan əvvəl təmizliyini yoxlayırlar;
halogenlərlə: $\mathrm{H_2 + F_2 \rightarrow 2HF}$ (qaranlıqda və soyuqda belə partlayışla), $\mathrm{H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl}$ (işıqda);
kükürd və azotla: $\mathrm{H_2 + S \xrightarrow{t} H_2S}$ , $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3}$ (temperatur, təzyiq, dəmir katalizatoru);
metal oksidləri ilə, metalı reduksiya edərək: $\mathrm{CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O}$ , $\mathrm{WO_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} W + 3H_2O}$ .

Aktiv metallarla hidrogen oksidləşdiricidir ( $0 \rightarrow -1$ ), ion tipli hidridlər əmələ gəlir: $\mathrm{2Na + H_2 \rightarrow 2NaH}$ , $\mathrm{Ca + H_2 \rightarrow CaH_2}$ .

Tətbiqi

Hidrogendən ammonyak, xlorid turşusu və metanol ( $\mathrm{CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH}$ ) sintezində, maye bitki yağlarının hidrogenləşdirilməsində (marqarin istehsalı), volfram və molibden kimi metalların oksidlərindən alınmasında, metalların oksigen-hidrogen alovu ilə qaynaq edilməsində və kəsilməsində istifadə olunur. Maye hidrogen raket yanacağıdır. Yanma məhsulu yalnız su olduğu üçün hidrogen ekoloji təmiz yanacaq hesab olunur.

Yadda saxla

$1s^1$ ; oksidləşmə dərəcələri $+1$ , $0$ , $-1$ (hidridlərdə); valentlik həmişə I.
Laboratoriyada: $\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow}$ ; sənayedə: metanın konversiyası və suyun elektrolizi.
Ən yüngül qazdır, havadan $14{,}5$ dəfə yüngüldür.
Reduksiyaedici kimi: $\mathrm{CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O}$ ; oksidləşdirici kimi: $\mathrm{2Na + H_2 \rightarrow 2NaH}$ .
$\mathrm{H_2}$ və $\mathrm{O_2}$ -nin $2 : 1$ həcm nisbətində qarışığı partlayıcı (gurultulu) qazdır.

Həll olunmuş misallar

Misal 1
$13$ q sink artıqlaması ilə götürülmüş xlorid turşusu ilə reaksiyaya girdi. Ayrılan hidrogenin həcmini (n.ş.) və alınan sink-xloridin kütləsini tapın. ( $A_r$ : Zn $65$ , Cl $35{,}5$ )
Həlli
1. Tənlik: $\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow}$ .
2. $n(\mathrm{Zn}) = \frac{13}{65} = 0{,}2$ mol. Tənliyə görə $n(\mathrm{H_2}) = n(\mathrm{ZnCl_2}) = n(\mathrm{Zn}) = 0{,}2$ mol.
3. $V(\mathrm{H_2}) = 0{,}2 \cdot 22{,}4 = 4{,}48$ l.
4. $M(\mathrm{ZnCl_2}) = 65 + 2 \cdot 35{,}5 = 136$ q/mol, $m(\mathrm{ZnCl_2}) = 0{,}2 \cdot 136 = 27{,}2$ q.
Cavab: $4{,}48$ l; $27{,}2$ q.
Misal 2
$24$ q mis(II) oksid qızdırılaraq hidrogenlə tam reduksiya edildi. Alınan misin kütləsini və sərf olunan hidrogenin həcmini (n.ş.) tapın. ( $A_r$ : Cu $64$ , O $16$ )
Həlli
1. Tənlik: $\mathrm{CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O}$ .
2. $M(\mathrm{CuO}) = 64 + 16 = 80$ q/mol, $n(\mathrm{CuO}) = \frac{24}{80} = 0{,}3$ mol.
3. Bütün əmsallar $1$ -dir: $n(\mathrm{Cu}) = n(\mathrm{H_2}) = 0{,}3$ mol.
4. $m(\mathrm{Cu}) = 0{,}3 \cdot 64 = 19{,}2$ q; $V(\mathrm{H_2}) = 0{,}3 \cdot 22{,}4 = 6{,}72$ l.
5. Yoxlama (kütlənin saxlanması): $m(\mathrm{H_2}) = 0{,}6$ q, $m(\mathrm{H_2O}) = 0{,}3 \cdot 18 = 5{,}4$ q; $24 + 0{,}6 = 19{,}2 + 5{,}4 = 24{,}6$ q.
Cavab: $19{,}2$ q; $6{,}72$ l.

Özünü yoxla

Əvvəl özün həll et, sonra cavaba bax.

$10$ l hidrogen və $10$ l oksigen qarışığı partladıldı və qazlar ilkin şəraitə qədər soyudulduqda su mayeyə çevrildi. Hansı qaz və nə qədər həcmdə qaldı?
1. $5$ l $\mathrm{H_2}$
2. $5$ l $\mathrm{O_2}$
3. $10$ l $\mathrm{O_2}$
4. $2{,}5$ l $\mathrm{O_2}$
5. qaz qalmır
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: B $5$ l $\mathrm{O_2}$
$\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$ : qazların həcmləri $2 : 1$ nisbətində reaksiyaya girir. $10$ l hidrogen $5$ l oksigen sərf edir, artıq qalan oksigen $10 - 5 = 5$ l olur. Su maye olduğu üçün qaz kimi hesablanmır.
Hansı reaksiyada hidrogen oksidləşdiricidir?
1. $\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl}$
2. $\mathrm{CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O}$
3. $\mathrm{2Na + H_2 \rightarrow 2NaH}$
4. $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3}$
5. $\mathrm{H_2 + S \rightarrow H_2S}$
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: C $\mathrm{2Na + H_2 \rightarrow 2NaH}$
Natrium hidriddə hidrogenin oksidləşmə dərəcəsi $-1$ -dir: hidrogen natriumdan elektron qəbul edir ( $0 \rightarrow -1$ ), yəni oksidləşdiricidir. Qalan reaksiyaların hamısında hidrogen $0 \rightarrow +1$ keçir və reduksiyaedicidir.
$4{,}6$ q natrium su ilə tam reaksiyaya girdi. Ayrılan hidrogenin həcmi (n.ş.) nə qədərdir? ( $A_r$ : Na $23$ )
1. $1{,}12$ l
2. $4{,}48$ l
3. $0{,}224$ l
4. $2{,}24$ l
5. $22{,}4$ l
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: D $2{,}24$ l
$\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow}$ . $n(\mathrm{Na}) = \frac{4{,}6}{23} = 0{,}2$ mol, $n(\mathrm{H_2}) = \frac{0{,}2}{2} = 0{,}1$ mol, $V = 0{,}1 \cdot 22{,}4 = 2{,}24$ l. $4{,}48$ l əmsalları nəzərə almadıqda alınır.

Tipik səhvlər

Hidrogenin həmişə $+1$ oksidləşmə dərəcəsi göstərdiyini düşünmək: metal hidridlərində ( $\mathrm{NaH}$ , $\mathrm{CaH_2}$ ) o, $-1$ -dir və aktiv metallarla reaksiyada oksidləşdiricidir.
Hesablamalarda əmsalları unutmaq: $2$ mol $\mathrm{Na}$ cəmi $1$ mol $\mathrm{H_2}$ verir, $1$ mol $\mathrm{Zn}$ isə $1$ mol $\mathrm{H_2}$ .
Qatı sulfat turşusu və ya nitrat turşusu ilə metaldan hidrogen alınacağını yazmaq: laboratoriyada sink və duru $\mathrm{HCl}$ və ya duru $\mathrm{H_2SO_4}$ götürülür.

Hələ də tam aydın deyil?

Mövzunu sənə səsli dərs kimi izah edir, lövhədə yazır və suallarla yoxlayır.

Bu mövzunu Canlı Müəllimlə öyrən Məsələni şəkillə həll et