هیدروژن، خواص و واکنش های خاص آن. عنصر هیدروژن

هیدروژن
اچ (lat. hydrogenium),
سبک ترین عنصر شیمیایی گازی عضوی از زیرگروه IA از سیستم تناوبی عناصر است، گاهی اوقات به زیر گروه VIIA نیز اشاره می شود. AT اتمسفر زمینهیدروژن در حالت غیر محدود فقط برای کسری از دقیقه وجود دارد، مقدار آن 1-2 قسمت در هر 1500000 قسمت هوا است. معمولاً در هنگام فوران های آتشفشانی، از چاه های نفت و در مکان هایی که مقادیر زیادی مواد آلی تجزیه می شود، همراه با گازهای دیگر آزاد می شود. هیدروژن در مواد آلی مانند کربوهیدرات ها، هیدروکربن ها، چربی ها و پروتئین های حیوانی با کربن و/یا اکسیژن ترکیب می شود. در هیدروسفر، هیدروژن بخشی از آب، رایج ترین ترکیب روی زمین است. در سنگ ها، خاک ها، خاک ها و سایر قسمت های پوسته زمین، هیدروژن با اکسیژن ترکیب می شود و آب و یون هیدروکسید OH- را تشکیل می دهد. هیدروژن 16 درصد از کل اتم های پوسته زمین را تشکیل می دهد، اما تنها حدود 1 درصد جرمی آن، زیرا 16 برابر سبک تر از اکسیژن است. جرم خورشید و ستاره ها 70 درصد پلاسمای هیدروژن است: در فضا، این عنصر رایج ترین عنصر است. غلظت هیدروژن در جو زمین به دلیل چگالی کم و توانایی بالا رفتن به ارتفاعات با ارتفاع افزایش می یابد. شهاب سنگ های یافت شده در سطح زمین حاوی 6-10 اتم هیدروژن در هر 100 اتم سیلیکون هستند.
مرجع تاریخ.یکی دیگر از پزشکان و طبیعت شناس آلمانی پاراسلسوس در قرن شانزدهم. قابلیت احتراق هیدروژن را تعیین کرد. در سال 1700، N. Lemery کشف کرد که گازی که از اثر اسید سولفوریک روی آهن آزاد می شود در هوا منفجر می شود. هیدروژن به عنوان یک عنصر توسط G. Cavendish در سال 1766 شناسایی شد و آن را "هوای قابل احتراق" نامید و در سال 1781 ثابت کرد که آب محصول برهمکنش آن با اکسیژن است. هیدروژنیوم لاتین، که از ترکیب یونانی "به دنیا آمدن آب" می آید، توسط A. Lavoisier به این عنصر اختصاص داده شده است.
مشخصات کلی هیدروژنهیدروژن اولین عنصر در جدول تناوبی عناصر است. اتم آن متشکل از یک پروتون و یک الکترون است که به دور آن می چرخند
(همچنین به جدول تناوبی عناصر مراجعه کنید).
یکی از 5000 اتم هیدروژن با وجود یک نوترون در هسته مشخص می شود که جرم هسته را از 1 به 2 افزایش می دهد. این ایزوتوپ هیدروژن دوتریوم 21H یا 21D نامیده می شود. ایزوتوپ دیگر و کمیابتر هیدروژن حاوی دو نوترون در هسته است و تریتیوم 31H یا 31T نامیده می شود. تریتیوم رادیواکتیو است و با آزاد شدن هلیوم و الکترون تجزیه می شود. هسته های ایزوتوپ های هیدروژن مختلف در اسپین های پروتون متفاوت هستند. هیدروژن را می توان الف) از اثر یک فلز فعال بر روی آب، ب) با اثر اسیدها بر روی فلزات خاص، ج) با عمل بازها روی سیلیکون و برخی فلزات آمفوتریک، د) با عمل بخار فوق گرمبه زغال سنگ و متان و همچنین به آهن؛ ه) تجزیه الکترولیتی آب و تجزیه حرارتی هیدروکربن ها. فعالیت شیمیایی هیدروژن با توانایی آن در اهدای الکترون به اتم دیگر یا اجتماعی کردن تقریباً برابر با عناصر دیگر در تشکیل پیوند شیمیایی یا اتصال الکترون عنصر دیگر به اتم تعیین می شود. ترکیب شیمیاییهیدرید نامیده می شود. هیدروژن تولید شده توسط صنعت در مقادیر زیادی برای سنتز آمونیاک، اسید نیتریک و هیدریدهای فلزی استفاده می شود. صنایع غذاییاز هیدروژن برای هیدروژناسیون (هیدروژناسیون) مایع استفاده می کند روغن های گیاهیبه چربی های جامد (به عنوان مثال مارگارین). هیدروژناسیون روغن های ارگانیک اشباع شده حاوی پیوندهای مضاعف بین اتم های کربن را به روغن های اشباع دارای پیوند کربن-کربن تک تبدیل می کند. هیدروژن مایع با خلوص بالا (99.9998%) در موشک های فضایی به عنوان سوخت بسیار کارآمد استفاده می شود.
مشخصات فیزیکی.مایع شدن و جامد شدن هیدروژن به دماهای بسیار پایین و فشارهای بالا نیاز دارد (به جدول خواص مراجعه کنید). AT شرایط عادیهیدروژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه، بسیار سبک است: 1 لیتر هیدروژن در دمای 0 درجه سانتیگراد و فشار اتمسفر دارای جرم 0.08987 گرم است (ر.ک. چگالی هوا و هلیوم به ترتیب 1.2929 و 0.1785 گرم در لیتر است؛ بنابراین بادکنکی که با هلیوم پر شده و دارای همان بالابرنده بالن هیدروژنی است باید 8 درصد حجم بیشتری داشته باشد). جدول برخی از خواص فیزیکی و ترمودینامیکی هیدروژن را نشان می دهد. خواص هیدروژن معمولی
(در 273.16 K یا 0 درجه سانتیگراد)
عدد اتمی 1 جرم اتمی 11H 1.00797 چگالی، گرم در لیتر

در فشار معمولی 0.08987 در 2.5 * 10 5 atm 0.66 در 2.7 * 10 18 atm 1.12 * 10 7

شعاع کووالانسی، 0.74 نقطه ذوب، °С -259.14 نقطه جوش، °С -252.5 دمای بحرانی، °С -239.92 (33.24 K) فشار بحرانی، atm 12.8 (12.80 K) ظرفیت حرارتی، J/(molChK) (H2)88. انحلال پذیری

در آب، حجم/100 حجم H2O (تحت شرایط استاندارد) 2.148 در بنزن، ml/g (35.2 درجه سانتی گراد، 150.2 اتمسفر) 11.77 در آمونیاک، میلی لیتر در گرم (25 درجه سانتی گراد) در 50 اتمسفر 4.47 در 1000 اتمسفر 79.25

حالت های اکسیداسیون -1، +1
ساختار اتم.یک اتم هیدروژن معمولی (پروتیم) از دو ذره اساسی (یک پروتون و یک الکترون) تشکیل شده است و جرم اتمی آن 1 است. ماهیت موج جسمی دوگانه، تعیین دقیق مختصات (موقعیت) یک الکترون در هر زمان معین غیرممکن است، اما برخی مناطق با احتمال بالایی برای یافتن یک الکترون وجود دارد و اندازه یک اتم را تعیین می کنند. اکثر مواد شیمیایی و مشخصات فیزیکیهیدروژن، به ویژه آنهایی که مربوط به تحریک (جذب انرژی) هستند، دقیقاً از نظر ریاضی پیش‌بینی می‌شوند (به طیف‌سنجی مراجعه کنید). هیدروژن مشابه است فلزات قلیاییبه این ترتیب که همه این عناصر قادر به اهدای یک الکترون به اتم پذیرنده برای تشکیل یک پیوند شیمیایی هستند که می تواند از جزئی یونی (انتقال الکترون) تا کووالانسی (جفت الکترون مشترک) متفاوت باشد. با یک گیرنده الکترون قوی، هیدروژن یک یون H+ مثبت تشکیل می دهد. پروتون در مدار الکترون یک اتم هیدروژن 2 الکترون می تواند وجود داشته باشد، بنابراین هیدروژن می تواند یک الکترون را نیز بپذیرد و یک یون منفی H-، یک یون هیدرید، تشکیل می دهد و این باعث می شود که هیدروژن به هالوژن ها مرتبط باشد، که با پذیرش الکترون مشخص می شود. با تشکیل یک یون هالید منفی از نوع Cl-. دوگانگی هیدروژن در این واقعیت منعکس می شود که در جدول تناوبی عناصر در زیر گروه IA (فلزات قلیایی) و گاهی اوقات در زیر گروه VIIA (هالوژن ها) قرار می گیرد (همچنین به شیمی مراجعه کنید).
خواص شیمیایی. خواص شیمیایی هیدروژن توسط تک الکترون آن تعیین می شود. مقدار انرژی مورد نیاز برای از بین بردن این الکترون بیشتر از هر عامل اکسید کننده شیمیایی شناخته شده ای است که می تواند فراهم کند. بنابراین پیوند شیمیایی هیدروژن با اتم های دیگر به کووالانسی نزدیکتر است تا یونی. یک پیوند کووالانسی خالص زمانی اتفاق می افتد که یک مولکول هیدروژن تشکیل شود: H + H H2
تشکیل یک مول (یعنی 2 گرم) H2 434 کیلوژول آزاد می کند. حتی در 3000 کلوین درجه تفکیک هیدروژن بسیار کم و معادل 9.03 درصد است، در 5000 K به 94 درصد می رسد و تنها در 10000 K تفکیک کامل می شود. هنگامی که دو مول (36 گرم) آب از هیدروژن و اکسیژن اتمی (4H + O2 -> 2H2O) تشکیل می شود، بیش از 1250 کیلوژول آزاد می شود و دما به 3000-4000 درجه سانتی گراد می رسد، در حالی که احتراق هیدروژن مولکولی (2H2 +) O2 -> 2H2O) تنها 285.8 کیلوژول آزاد می کند و دمای شعله تنها به 2500 درجه سانتیگراد می رسد. در دمای اتاق، هیدروژن واکنش کمتری دارد. برای شروع بیشتر واکنش ها، شکستن یا تضعیف یک قوی ضروری است اتصال H-Hمصرف انرژی زیاد سرعت واکنش های هیدروژن با استفاده از یک کاتالیزور (فلزات گروه پلاتین، اکسیدهای انتقال یا فلزات سنگین) و روش های تحریک مولکول (نور، تخلیه الکتریکی، قوس الکتریکی، دماهای بالا) افزایش می یابد. در چنین شرایطی، هیدروژن تقریباً با هر عنصری به جز گازهای نجیب واکنش می دهد. عناصر قلیایی و قلیایی خاکی فعال (مثلا لیتیوم و کلسیم) با هیدروژن واکنش می دهند، به عنوان اهدا کننده الکترون و تشکیل ترکیباتی به نام هیدرید نمک (2Li + H2 -> 2LiH؛ Ca + H2 -> CaH2).
به طور کلی ترکیبات حاوی هیدروژن را هیدرید می گویند. طیف گسترده ای از خواص چنین ترکیباتی (بسته به اتم مرتبط با هیدروژن) با توانایی هیدروژن برای نشان دادن بار از 1- تا تقریباً 1+ توضیح داده می شود. این به وضوح در شباهت بین LiH و CaH2 و نمک هایی مانند NaCl و CaCl2 آشکار می شود. اعتقاد بر این است که در هیدریدها، هیدروژن دارای بار منفی است (H-). چنین یونی یک عامل کاهنده در یک محیط آبی اسیدی است: 2H- H2 + 2e- + 2.25B. یون H- قادر است پروتون آب H+ را به گاز هیدروژن کاهش دهد: H- + H2O (r) H2 + OH-.
ترکیبات هیدروژنی با بور - بوروهیدریدها (بوروهیدریدها) - نشان دهنده یک دسته غیرمعمول از مواد به نام بوران هستند. ساده ترین نماینده آنها BH3 است که فقط به شکل پایدار دیبوران B2H6 وجود دارد. ترکیبات با تعداد زیادی اتم بور دریافت می کنند روش های مختلف. به عنوان مثال، تترابوران B4H10، پنتابوران پایدار B5H9 و پنتابوران ناپایدار B5H11، هگزابوران B6H10، دکابوران B10H14 شناخته شده است. دیبوران را می توان از H2 و BCl3 از طریق واسطه B2H5Cl که با B2H6 در دمای 0 درجه سانتیگراد نامتناسب است و همچنین با واکنش LiH یا لیتیوم آلومینیوم هیدرید LiAlH4 با BCl3 بدست آورد. در هیدرید آلومینیوم لیتیوم (یک ترکیب پیچیده - هیدرید نمک)، چهار اتم هیدروژن پیوند کووالانسی با Al تشکیل می دهند، اما وجود دارد. پیوند یونی Li+ با []-. نمونه دیگری از یون های حاوی هیدروژن، یون بوروهیدرید BH4- است. در زیر یک طبقه بندی تقریبی هیدریدها بر اساس خواص آنها با توجه به موقعیت عناصر در جدول تناوبی عناصر ارائه شده است. هیدریدهای فلزات واسطه هیدریدهای فلزی یا میانی نامیده می شوند و اغلب ترکیبات استوکیومتری تشکیل نمی دهند. نسبت اتم های هیدروژن به فلز به عنوان یک عدد صحیح بیان نمی شود، به عنوان مثال، هیدرید وانادیم VH0.6 و هیدرید توریم ThH3.1. فلزات گروه پلاتین (Ru، Rh، Pd، Os، Ir و Pt) به طور فعال هیدروژن را جذب می کنند و به عنوان کاتالیزور موثر برای واکنش های هیدروژناسیون (به عنوان مثال، هیدروژنه کردن روغن های مایع برای تشکیل چربی، تبدیل نیتروژن به آمونیاک، سنتز متانول CH3OH) عمل می کنند. از CO). هیدریدهای Be، Mg، Al و زیرگروه‌های Cu، Zn، Ga قطبی و از نظر حرارتی ناپایدار هستند.

غیر فلزات هیدریدهای فرار با فرمول کلی MHx (x یک عدد صحیح است) با نقطه جوش نسبتا کم و فشار بخار بالا تشکیل می دهند. این هیدریدها به طور قابل توجهی با هیدریدهای نمکی که در آنها هیدروژن بار منفی بیشتری دارد، تفاوت دارند. هیدریدهای فرار (به عنوان مثال، هیدروکربن ها) توسط یک پیوند کووالانسی بین غیر فلزات و هیدروژن غالب می شوند. با افزایش خصوصیت غیرفلزی، ترکیباتی با پیوند یونی جزئی تشکیل می‌شوند، برای مثال H + Cl-، (H2) 2 + O2-، N3- (H3) 3 +. نمونه های جداگانه ای از تشکیل هیدریدهای مختلف در زیر آورده شده است (گرمای تشکیل هیدرید در پرانتز نشان داده شده است):

ایزومریسم و ایزوتوپ های هیدروژن اتم های ایزوتوپ هیدروژن مشابه نیستند. هیدروژن معمولی، پروتیوم، همیشه پروتونی است که یک الکترون به دور آن می چرخد و در فاصله زیادی از پروتون (نسبت به اندازه پروتون) قرار دارد. هر دو ذره دارای اسپین هستند، بنابراین اتم های هیدروژن می توانند در اسپین الکترون یا اسپین پروتون یا هر دو متفاوت باشند. اتم های هیدروژن که در اسپین پروتون یا الکترون با هم تفاوت دارند ایزومر نامیده می شوند. ترکیب دو اتم با اسپین های موازی منجر به تشکیل یک مولکول "اورتوهیدروژن" و با اسپین های مخالف پروتون ها - به یک مولکول "پارهیدروژن" می شود. از نظر شیمیایی، هر دو مولکول یکسان هستند. ارتوهیدروژن دارای گشتاور مغناطیسی بسیار ضعیفی است. در دمای اتاق یا دمای بالا، هر دو ایزومر، ارتوهیدروژن و پاراهیدروژن، معمولاً در نسبت 3:1 در تعادل هستند. وقتی تا دمای 20 کلوین (253- درجه سانتیگراد) خنک شود، محتوای پاراهیدروژن تا 99 درصد افزایش می یابد، زیرا پایدارتر است. هنگامی که با روش های تصفیه صنعتی مایع می شود، فرم ارتو با آزاد شدن گرما به فرم پارا تبدیل می شود که باعث از دست رفتن هیدروژن در اثر تبخیر می شود. سرعت تبدیل فرم ارتو به فرم پارا در حضور کاتالیزوری مانند زغال چوب، اکسید نیکل، اکسید کروم روی آلومینا افزایش می یابد. پروتیوم یک عنصر غیر معمول است زیرا هیچ نوترونی در هسته خود ندارد. اگر یک نوترون در هسته ظاهر شود، چنین هیدروژنی دوتریوم 21D نامیده می شود. عناصری با تعداد پروتون و الکترون یکسان اما تعداد نوترون متفاوت را ایزوتوپ می نامند. هیدروژن طبیعی حاوی نسبت کمی از HD و D2 است. به طور مشابه، آب طبیعی حاوی غلظت کم (کمتر از 0.1٪) از DOH و D2O است. آب سنگین D2O که جرم آن بیشتر از H2O است، از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت است، به عنوان مثال، چگالی آب معمولی 0.9982 گرم در میلی لیتر (20 درجه سانتیگراد) و سنگین - 1.105 گرم در میلی لیتر، نقطه ذوب است. آب معمولی 0، 0 درجه سانتیگراد و سنگین - 3.82 درجه سانتیگراد است، نقطه جوش به ترتیب 100 درجه سانتیگراد و 101.42 درجه سانتیگراد است. واکنش های مربوط به D2O با سرعت کمتری انجام می شود (به عنوان مثال، الکترولیز آب طبیعی حاوی یک مخلوط D2O، با افزودن NaOH قلیایی). سرعت تجزیه الکترولیتی اکسید پروتیوم H2O بالاتر از D2O است (با در نظر گرفتن افزایش ثابت در نسبت D2O در معرض الکترولیز). به دلیل نزدیک بودن خواص پروتیوم و دوتریوم، امکان جایگزینی پروتیوم با دوتریوم وجود دارد. به چنین اتصالاتی برچسب می گویند. با مخلوط کردن ترکیبات دوتریوم با مواد معمولی حاوی هیدروژن، می توان مسیرها، ماهیت و مکانیسم بسیاری از واکنش ها را مطالعه کرد. این روش برای مطالعه واکنش های بیولوژیکی و بیوشیمیایی مانند فرآیندهای هضم استفاده می شود. سومین ایزوتوپ هیدروژن، تریتیوم (31T)، به مقدار کمی در طبیعت وجود دارد. بر خلاف دوتریوم پایدار، تریتیوم رادیواکتیو است و نیمه عمر آن 12.26 سال است. تریتیوم با آزاد شدن یک ذره b (الکترون) به هلیوم (32He) تجزیه می شود. تریتیوم و تریتیدهای فلزی برای تولید انرژی هسته ای استفاده می شوند. به عنوان مثال، در یک بمب هیدروژنی، واکنش همجوشی زیر رخ می دهد: 21H + 31H -> 42He + 10n + 17.6 MeV
بدست آوردن هیدروژناغلب، استفاده بیشتر از هیدروژن توسط ماهیت خود تولید تعیین می شود. در برخی موارد، مثلاً در سنتز آمونیاک، مقادیر کم نیتروژن در هیدروژن اصلی، البته ناخالصی مضری نیست. اگر از هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده استفاده شود، مخلوط مونوکسید کربن (II) نیز تداخلی نخواهد داشت. 1. بزرگترین تولید هیدروژن بر اساس تبدیل کاتالیزوری هیدروکربن ها با بخار مطابق طرح CnH2n + 2 + nH2O (r) nCO + (2n + 1)H2 و CnH2n + 2 + 2nH2O (r) nCO2 + (3n +) است. 1) H2. دمای فرآیند به ترکیب کاتالیزور بستگی دارد. مشخص است که دمای واکنش با پروپان را می توان با استفاده از بوکسیت به عنوان کاتالیزور تا 370 درجه سانتی گراد کاهش داد. تا 95 درصد از CO تولید شده در واکنش بیشتر با بخار آب مصرف می شود: H2O + CO -> CO2 + H2
2. روش گاز آب، بخش قابل توجهی از کل تولید هیدروژن را فراهم می کند. ماهیت روش واکنش بخار آب با کک برای تشکیل مخلوطی از CO و H2 است. واکنش گرماگیر است (DH = 121.8 کیلوژول بر مول) و در 1000 درجه سانتیگراد انجام می شود. کک گرم شده با بخار تصفیه می شود. مخلوط گاز خالص آزاد شده حاوی مقداری هیدروژن، درصد زیادی CO و یک مخلوط کوچک CO2 است. برای افزایش بازده H2، مونوکسید CO با یک عملیات بخار بیشتر در دمای 370 درجه سانتیگراد حذف می شود و CO2 بیشتری تولید می کند. حذف دی اکسید کربن با عبور دادن مخلوط گاز از طریق اسکرابر آبیاری شده با جریان مخالف نسبتاً آسان است. 3. الکترولیز. در فرآیند الکترولیتی، هیدروژن در واقع محصول جانبی تولید محصولات اصلی، کلر و قلیایی (NaOH) است. الکترولیز در یک محیط آبی کمی قلیایی در دمای 80 درجه سانتیگراد و ولتاژ حدود 2 ولت با استفاده از یک کاتد آهن و یک آند نیکل انجام می شود:

4. روش بخار-آهن که بر اساس آن بخار در دمای 500-1000 درجه سانتیگراد از روی آهن عبور می کند: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160.67 کیلوژول. هیدروژن تولید شده در این روش معمولاً برای هیدروژنه کردن چربی ها و روغن ها استفاده می شود. ترکیب اکسید آهن به دمای فرآیند بستگی دارد. برای nC + (n + 1) H2
6. بعدی از نظر تولید، روش متانول بخار است: CH3OH + H2O -> 3H2 + CO2. این واکنش گرماگیر است و در 260 درجه سانتیگراد هیدروژن در راکتورهای فولادی معمولی در فشار تا 20 اتمسفر انجام می شود. 7. تجزیه کاتالیستی آمونیاک: 2NH3 -> واکنش برگشت پذیر است.با نیازهای اندک هیدروژن، این فرآیند غیراقتصادی است. همچنین روش های مختلفی برای تولید هیدروژن وجود دارد که اگرچه از اهمیت صنعتی بالایی برخوردار نیستند، اما در برخی موارد ممکن است از نظر اقتصادی سودمندترین باشند. هیدروژن بسیار خالص از هیدرولیز هیدریدهای فلز قلیایی خالص به دست می آید. در این حالت، مقدار زیادی هیدروژن از مقدار کمی هیدرید تشکیل می شود: LiH + H2O -> LiOH + H2.
(این روش هنگام استفاده مستقیم از هیدروژن حاصله راحت است.) هنگامی که اسیدها با فلزات فعال واکنش می دهند، هیدروژن نیز آزاد می شود، اما معمولاً با بخار اسید یا محصول گازی دیگری مانند فسفین PH3، سولفید هیدروژن H2S، آرسین AsH3 آلوده می شود. فعال ترین فلزات، در واکنش با آب، هیدروژن را جایگزین می کنند و محلول قلیایی تشکیل می دهند: 2H2O + 2Na -> H2 + 2NaOH.
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. هیدریدها فلزات قلیایی خاکی(به عنوان مثال، CaH2)، هیدریدهای نمک پیچیده (به عنوان مثال، LiAlH4 یا NaBH4) و برخی از بوروهیدریدها (به عنوان مثال، B2H6) هنگام واکنش با آب یا در حین تفکیک حرارتی، هیدروژن را آزاد می کنند. زغال سنگ قهوه ای و بخار در دمای بالا نیز با آزاد شدن هیدروژن تعامل دارند.
تصفیه هیدروژندرجه خلوص مورد نیاز هیدروژن با محدوده آن تعیین می شود. مخلوط دی اکسید کربن با انجماد یا مایع سازی (مثلاً با عبور دادن یک مخلوط گازی از نیتروژن مایع) حذف می شود. همین ناخالصی را می توان با حباب زدن در آب به طور کامل از بین برد. CO را می توان با تبدیل کاتالیزوری به CH4 یا CO2 یا مایع سازی با نیتروژن مایع حذف کرد. ناخالصی اکسیژن تشکیل شده در طول فرآیند الکترولیز به شکل آب پس از تخلیه جرقه حذف می شود.
استفاده از هیدروژنهیدروژن عمدتاً در صنایع شیمیاییبرای تولید هیدروژن کلرید، آمونیاک، متانول و سایر ترکیبات آلی. در هیدروژنه کردن روغن ها و همچنین زغال سنگ و نفت (برای تبدیل سوخت های با عیار پایین به سوخت های با کیفیت بالا) استفاده می شود. در متالورژی از هیدروژن برای احیای برخی فلزات غیرآهنی از اکسیدهای آنها استفاده می شود. هیدروژن برای خنک کردن ژنراتورهای الکتریکی قدرتمند استفاده می شود. ایزوتوپ های هیدروژن در مهندسی انرژی هسته ای استفاده می شود. از شعله هیدروژن-اکسیژن برای برش و جوشکاری فلزات استفاده می شود.
ادبیات
Nekrasov B.V. مبانی شیمی عمومی. M.، 1973 هیدروژن مایع. M., 1980 هیدروژن در فلزات. م.، 1981

دایره المعارف کولیر. - جامعه باز. 2000 .

مترادف ها:

ببینید "HYDROGEN" در سایر لغت نامه ها چیست:

جدول نوکلیدها اطلاعات کلینام، نماد هیدروژن 4، 4H نوترون 3 پروتون 1 خواص هسته ای جرم اتمی 4.027810 (110) ... ویکی پدیا

جدول نوکلیدها اطلاعات عمومی نام، نماد هیدروژن 5، 5H نوترون ها 4 پروتون ها 1 خواص هسته ای جرم اتمی 5.035310 (110) ... ویکی پدیا

جدول نوکلیدها اطلاعات عمومی نام، نماد هیدروژن 6، 6H نوترون ها 5 پروتون ها 1 خواص هسته ای جرم اتمی 6.044940 (280) ... ویکی پدیا

جدول نوکلیدها اطلاعات عمومی نام، نماد هیدروژن 7، 7H نوترون ها 6 پروتون ها 1 خواص هسته ای جرم اتمی 7.052750 (1080) ... ویکی پدیا

توزیع در طبیعت V. به طور گسترده در طبیعت پراکنده است، محتوای آن در پوسته زمین (لیتوسفر و هیدروسفر) 1٪ جرم و 16٪ از نظر تعداد اتم است. V. بخشی از رایج ترین ماده روی زمین است - آب (11.19٪ V. در جرم)، در ترکیبات ترکیبات سازنده زغال سنگ، نفت، گازهای طبیعی، خاک رس، و همچنین موجودات حیوانی و گیاهی (به عنوان مثال. در ترکیب پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، چربی ها، کربوهیدرات ها و غیره). در حالت آزاد، V. بسیار نادر است؛ در مقادیر کم در گازهای آتشفشانی و دیگر گازهای طبیعی یافت می شود. مقادیر ناچیزی از V. آزاد (0.0001٪ بر حسب تعداد اتم ها) در جو وجود دارد. در فضای نزدیک به زمین، V. به شکل جریانی از پروتون ها، کمربند تشعشعی داخلی ("پروتون") زمین را تشکیل می دهد. در فضا، V. رایج ترین عنصر است. به شکل پلاسما، تقریباً نیمی از جرم خورشید و بیشتر ستارگان را تشکیل می دهد که بخش اصلی گازهای محیط بین ستاره ای و سحابی های گازی است. V. در جو تعدادی از سیارات و در دنباله دارها به صورت H2 آزاد، متان CH4، آمونیاک NH3، آب H2O، رادیکال هایی مانند CH، NH، OH، SiH، PH و غیره وجود دارد. V. به شکل جریانی از پروتون ها بخشی از تابش جسمی خورشید و پرتوهای کیهانی است.

ایزوتوپ ها، اتم و مولکول. V. معمولی از مخلوطی از دو ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: V. سبک یا پروتیوم (1H) و V. سنگین یا دوتریوم (2H یا D). در ترکیبات طبیعی V. به طور متوسط 6800 اتم 1H در هر 1 اتم 2H وجود دارد. یک ایزوتوپ رادیواکتیو به طور مصنوعی به دست آمده است - B. فوق سنگین، یا تریتیوم (3H، یا T)، با تابش β نرم و نیمه عمر T1 / 2 = 12.262 سال. در طبیعت، تریتیوم، به عنوان مثال، از نیتروژن اتمسفر تحت تأثیر نوترون های پرتوهای کیهانی تشکیل می شود. در جو ناچیز است (4-10-15٪ از تعداد کلاتم B.). یک ایزوتوپ بسیار ناپایدار 4H به دست آمده است. اعداد جرمی ایزوتوپ های 1H، 2H، 3H و 4H، به ترتیب 1،2، 3 و 4، نشان می دهد که هسته اتم پروتیوم تنها دارای 1 پروتون، دوتریوم - 1 پروتون و 1 نوترون، تریتیوم - 1 پروتون و 2 است. نوترون، 4H - 1 پروتون و 3 نوترون. تفاوت زیاد در جرم ایزوتوپ های هیدروژن باعث تفاوت محسوس تری در خواص فیزیکی و شیمیایی آنها نسبت به ایزوتوپ های سایر عناصر می شود.

اتم V. ساده ترین ساختار را در میان اتم های همه عناصر دیگر دارد: از یک هسته و یک الکترون تشکیل شده است. انرژی اتصال یک الکترون با یک هسته (پتانسیل یونیزاسیون) 13.595 eV است. اتم خنثی V. همچنین می‌تواند الکترون دوم را بچسباند و یون منفی H- را تشکیل دهد. در این حالت، انرژی اتصال الکترون دوم با اتم خنثی (میل ترکیبی الکترون) 0.78 eV است. مکانیک کوانتومی امکان محاسبه تمام سطوح انرژی ممکن اتم و در نتیجه ارائه تفسیر کاملی از طیف اتمی آن را ممکن می سازد. اتم V به عنوان یک اتم مدل در محاسبات مکانیکی کوانتومی سطوح انرژی سایر اتم‌های پیچیده‌تر استفاده می‌شود. مولکول B. H2 شامل دو اتم است که توسط یک پیوند شیمیایی کووالانسی به هم متصل شده اند. انرژی تفکیک (یعنی تجزیه به اتم) 4.776 eV (1 eV = 1.60210-10-19 J) است. فاصله بین اتمی در موقعیت تعادل هسته ها 0.7414-Å است. در دماهای بالا، V. مولکولی به اتم ها تجزیه می شود (درجه تفکیک در 2000 درجه سانتیگراد 0.0013 و در 5000 درجه سانتیگراد 0.95 است). اتمی V. نیز در انواع تشکیل شده است واکنش های شیمیایی(به عنوان مثال، اثر روی بر روی اسید هیدروکلریک). با این حال، وجود V. در حالت اتمی تنها مدت کوتاهی طول می کشد، اتم ها دوباره به مولکول های H2 ترکیب می شوند.

خواص فیزیکی و شیمیایی. V. - سبکترین مواد شناخته شده (14.4 برابر سبکتر از هوا)، چگالی 0.0899 گرم در لیتر در 0 درجه سانتیگراد و 1 اتمسفر. V. به ترتیب در دمای 252.6- و 259.1- درجه سانتی گراد می جوشد (مایع می شود) و ذوب می شود (جامد می شود) (فقط هلیوم دارای نقطه ذوب و جوش کمتری است). دمای بحرانی V. بسیار پایین است (-240 درجه سانتیگراد)، بنابراین مایع شدن آن با مشکلات زیادی همراه است. فشار بحرانی 12.8 کیلوگرم بر سانتی متر مربع (12.8 اتمسفر)، چگالی بحرانی 0.0312 گرم بر سانتی متر مکعب. از بین همه گازها، V. بالاترین رسانایی حرارتی را دارد، برابر با 0.174 W / (m-K) در 0 درجه سانتیگراد و 1 atm، یعنی 4.16-0-4 کالری / (s-cm- ° C). ظرفیت گرمایی ویژه V. در 0 درجه سانتیگراد و 1 اتمسفر Cp 14.208-103 j / (kg-K)، یعنی 3.394 کالری / (g- ° C). V. کمی محلول در آب (0.0182 میلی لیتر / گرم در 20 درجه سانتی گراد و 1 اتمسفر)، اما به خوبی - در بسیاری از فلزات (Ni، Pt، Pd، و غیره)، به خصوص در پالادیوم (850 حجم در هر 1 حجم از Pd). حلالیت V. در فلزات با توانایی آن برای انتشار در آنها مرتبط است. انتشار از طریق یک آلیاژ کربن دار (مثلاً فولاد) گاهی اوقات با تخریب آلیاژ به دلیل برهمکنش فولاد با کربن (به اصطلاح کربن زدایی) همراه است. آب مایع بسیار سبک است (چگالی در -253 درجه سانتیگراد 0.0708 گرم بر سانتی متر مکعب) و سیال (ویسکوزیته در -253 درجه سانتیگراد 13.8 درجه سانتیگراد).

در اکثر ترکیبات، V. مانند سدیم و سایر فلزات قلیایی، ظرفیت (به طور دقیق تر، حالت اکسیداسیون) 1+ را نشان می دهد. معمولاً او را به عنوان آنالوگ این فلزات با عنوان 1 گرم در نظر می گیرند. سیستم های مندلیف با این حال، در هیدریدهای فلزی، یون B. دارای بار منفی است (حالت اکسیداسیون -1)، یعنی هیدرید Na + H- مانند کلرید Na + Cl- ساخته شده است. این و برخی حقایق دیگر (نزدیک بودن خواص فیزیکی V. و هالوژن ها، توانایی هالوژن ها برای جایگزینی V. در ترکیبات آلی) دلیلی برای نسبت دادن V. به گروه VII سیستم تناوبی است (برای جزئیات بیشتر، رجوع کنید به سیستم تناوبی عناصر). در شرایط عادی، مولکولی V. نسبتاً غیرفعال است و مستقیماً با فعال‌ترین غیرفلزات (با فلوئور و در نور با کلر) ترکیب می‌شود. با این حال، هنگامی که گرم می شود، با بسیاری از عناصر واکنش نشان می دهد. V. اتمی در مقایسه با V. مولکولی فعالیت شیمیایی بیشتری دارد. V. آب را با اکسیژن تشکیل می دهد: H2 + 1 / 2O2 = H2O با انتشار 285.937-103 J / mol، یعنی 68.3174 کیلو کالری / مول گرما (در دمای 25 درجه سانتیگراد و 1 atm). در دماهای معمولی، واکنش بسیار آهسته، بالای 550 درجه سانتیگراد - با یک انفجار ادامه می یابد. حدود انفجاری مخلوط هیدروژن و اکسیژن (بر حسب حجم) از 4 تا 94 درصد H2 و مخلوط هیدروژن و هوا از 4 تا 74 درصد H2 است (مخلوطی از 2 حجم H2 و 1 حجم O2 را انفجاری می گویند. گاز). V. برای کاهش بسیاری از فلزات استفاده می شود، زیرا اکسیژن را از اکسیدهای آنها می گیرد:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O،
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O و غیره
V. هالیدهای هیدروژن را با هالوژن تشکیل می دهد، به عنوان مثال:
H2 + Cl2 = 2HCl.

در عین حال، با فلوئور منفجر می شود (حتی در تاریکی و در دمای 252- درجه سانتیگراد)، با کلر و برم فقط در صورت روشن شدن یا گرم شدن و با ید فقط در صورت گرم شدن واکنش می دهد. V. با نیتروژن تعامل می کند و آمونیاک تشکیل می دهد: 3H2 + N2 = 2NH3 فقط روی یک کاتالیزور و در دماها و فشارهای بالا. هنگامی که گرم می شود، V. به شدت با گوگرد واکنش نشان می دهد: H2 + S = H2S (سولفید هیدروژن)، با سلنیوم و تلوریم بسیار دشوارتر است. V. تنها در دماهای بالا می تواند با کربن خالص بدون کاتالیزور واکنش دهد: 2H2 + C (آمورف) = CH4 (متان). V. مستقیماً با برخی از فلزات (قلیایی، خاک قلیایی و غیره) واکنش می دهد و هیدریدها را تشکیل می دهد: H2 + 2Li = 2LiH. واکنش‌های مونوکسید کربن با مونوکسید کربن که در آن‌ها بسته به دما، فشار و کاتالیزور، ترکیبات آلی مختلفی مانند HCHO، CH3OH و غیره تشکیل می‌شوند، از اهمیت عملی بالایی برخوردار هستند (به مونوکسید کربن مراجعه کنید). هیدروکربن های غیراشباع با هیدروژن واکنش می دهند و اشباع می شوند، برای مثال: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (به هیدروژناسیون مراجعه کنید).

بیایید ببینیم هیدروژن چیست. خواص شیمیایی و تولید این غیر فلز در درس شیمی معدنی در مدرسه مورد مطالعه قرار می گیرد. این عنصر است که در راس سیستم تناوبی مندلیف قرار می گیرد و بنابراین شایسته توصیف دقیق است.

اطلاعات مختصری در مورد باز کردن یک عنصر

قبل از بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروژن، بیایید دریابیم که چگونه این عنصر مهم پیدا شده است.

شیمیدانانی که در قرن شانزدهم و هفدهم کار می کردند، بارها در نوشته های خود به گاز قابل احتراقی اشاره کردند که هنگام قرار گرفتن اسیدها در معرض فلزات فعال آزاد می شود. در نیمه دوم قرن هجدهم، جی کاوندیش موفق به جمع آوری و تجزیه و تحلیل این گاز شد و نام آن را "گاز قابل احتراق" گذاشت.

خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروژن در آن زمان مورد مطالعه قرار نگرفت. تنها در پایان قرن هجدهم، A. Lavoisier موفق شد با تجزیه و تحلیل ثابت کند که این گاز را می توان با تجزیه و تحلیل آب به دست آورد. کمی بعد، او شروع به نامیدن عنصر جدید هیدروژن کرد که به معنای "زایش آب" است. هیدروژن نام روسی مدرن خود را مدیون M.F. Solovyov است.

بودن در طبیعت

خواص شیمیایی هیدروژن را فقط می توان بر اساس فراوانی آن در طبیعت تجزیه و تحلیل کرد. این عنصر در آب و لیتوسفر وجود دارد و همچنین بخشی از مواد معدنی است: گاز طبیعی و همراه، ذغال سنگ نارس، نفت، زغال سنگ، شیل نفتی. تصور فرد بالغی که نداند هیدروژن است دشوار است بخشی جدایی ناپذیراب.

علاوه بر این، این غیر فلز در موجودات حیوانی به شکل اسیدهای نوکلئیک، پروتئین، کربوهیدرات و چربی یافت می شود. در سیاره ما، این عنصر به ندرت به صورت آزاد یافت می شود، شاید فقط در گازهای طبیعی و آتشفشانی.

به شکل پلاسما، هیدروژن حدود نیمی از جرم ستارگان و خورشید را تشکیل می دهد و همچنین بخشی از گاز بین ستاره ای است. به عنوان مثال، به صورت آزاد و همچنین به صورت متان، آمونیاک، این غیرفلز در دنباله دارها و حتی برخی از سیارات وجود دارد.

مشخصات فیزیکی

قبل از در نظر گرفتن خواص شیمیایی هیدروژن، متذکر می شویم که در شرایط عادی، این ماده گازی سبک تر از هوا است و دارای چندین اشکال ایزوتوپی است. تقریباً در آب نامحلول است و رسانایی حرارتی بالایی دارد. پروتیوم که دارای عدد جرمی 1 است، سبک ترین شکل آن در نظر گرفته می شود. تریتیوم، که دارای خواص رادیواکتیو است، در طبیعت از نیتروژن اتمسفر زمانی که نورون ها آن را در معرض اشعه UV قرار می دهند، تشکیل می شود.

ویژگی های ساختار مولکول

برای در نظر گرفتن خواص شیمیایی هیدروژن، واکنش های مشخصه آن، اجازه دهید در مورد ویژگی های ساختار آن صحبت کنیم. این مولکول دو اتمی دارای پیوند شیمیایی غیرقطبی کووالانسی است. تشکیل هیدروژن اتمی زمانی امکان پذیر است که فلزات فعال با محلول های اسیدی تعامل داشته باشند. اما در این شکل، این غیر فلز فقط برای یک دوره زمانی ناچیز قادر است وجود داشته باشد، تقریباً بلافاصله به شکل مولکولی دوباره ترکیب می شود.

خواص شیمیایی

خواص شیمیایی هیدروژن را در نظر بگیرید. در بیشتر ترکیباتی که این عنصر شیمیایی تشکیل می دهد، حالت اکسیداسیون 1+ را نشان می دهد که آن را شبیه به فلزات فعال (قلیایی) می کند. خواص شیمیایی اصلی هیدروژن که آن را به عنوان یک فلز مشخص می کند:

تعامل با اکسیژن برای تشکیل آب؛
واکنش با هالوژن، همراه با تشکیل هالید هیدروژن؛
تولید سولفید هیدروژن هنگامی که با گوگرد ترکیب شود.

در زیر معادله واکنشی است که خواص شیمیایی هیدروژن را مشخص می کند. ما توجه خود را به این واقعیت جلب می کنیم که به عنوان یک غیر فلز (با حالت اکسیداسیون -1) فقط در واکنش با فلزات فعال عمل می کند و هیدریدهای مربوطه را با آنها تشکیل می دهد.

هیدروژن در دمای معمولی به طور فعال با مواد دیگر برهمکنش نمی کند، بنابراین بیشتر واکنش ها تنها پس از پیش گرم شدن انجام می شود.

اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد برخی از فعل و انفعالات شیمیایی عنصری که در جدول تناوبی قرار دارد صحبت کنیم عناصر شیمیاییمندلیف.

واکنش تشکیل آب با آزاد شدن 285.937 کیلوژول انرژی همراه است. در دماهای بالا (بیش از 550 درجه سانتیگراد)، این فرآیند با یک انفجار قوی همراه است.

در میان آن دسته از خواص شیمیایی هیدروژن گازی که کاربرد قابل توجهی در صنعت پیدا کرده اند، برهمکنش آن با اکسیدهای فلزی مورد توجه است. در صنعت مدرن با هیدروژناسیون کاتالیزوری است که اکسیدهای فلزی پردازش می‌شوند، به عنوان مثال، فلز خالص از مقیاس آهن (اکسید آهن مخلوط) جدا می‌شود. این روش امکان پردازش کارآمد ضایعات فلزی را فراهم می کند.

سنتز آمونیاک، که شامل برهمکنش هیدروژن با نیتروژن اتمسفر است، در صنایع شیمیایی مدرن نیز مورد تقاضا است. از جمله شرایط وقوع این فعل و انفعالات شیمیایی به فشار و دما اشاره می کنیم.

نتیجه

این هیدروژن است که غیر فعال است شیمیاییدر شرایط عادی با افزایش دما، فعالیت آن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. این ماده در سنتز آلی مورد تقاضا است. به عنوان مثال، با هیدروژناسیون، کتون ها را می توان به الکل های ثانویه و آلدئیدها را می توان به الکل های اولیه تبدیل کرد. علاوه بر این، با هیدروژناسیون، هیدروکربن های غیر اشباع از کلاس های اتیلن و استیلن می توانند به ترکیبات اشباع سری متان تبدیل شوند. هیدروژن به درستی یک ماده ساده مورد تقاضا در تولید مواد شیمیایی مدرن در نظر گرفته می شود.

هیدروژن(lat. Hydrogenium)، H، یک عنصر شیمیایی، اولین با شماره سریال در سیستم تناوبی مندلیف. جرم اتمی 1.0079. در شرایط عادی هیدروژن یک گاز است. رنگ و بو و طعم ندارد

توزیع هیدروژن در طبیعت هیدروژن به طور گسترده در طبیعت توزیع شده است، محتوای آن در پوسته زمین (لیتوسفر و هیدروسفر) 1٪ جرم و 16٪ بر اساس تعداد اتم ها است. هیدروژن بخشی از رایج ترین ماده روی زمین است - آب (11.19٪ هیدروژن بر حسب جرم)، در ترکیبات سازنده زغال سنگ، نفت، گازهای طبیعی، خاک رس و همچنین موجودات حیوانی و گیاهی (یعنی در ترکیب پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، چربی ها، کربوهیدرات ها و غیره). هیدروژن در حالت آزاد بسیار نادر است و به مقدار کم در گازهای آتشفشانی و دیگر گازهای طبیعی یافت می شود. مقادیر ناچیزی از هیدروژن آزاد (0.0001٪ بر حسب تعداد اتم ها) در جو وجود دارد. در فضای نزدیک به زمین، هیدروژن به شکل جریانی از پروتون ها کمربند تابشی داخلی ("پروتون") زمین را تشکیل می دهد. هیدروژن فراوان ترین عنصر در فضا است. به شکل پلاسما، تقریباً نیمی از جرم خورشید و بیشتر ستارگان را تشکیل می دهد، که بخش عمده ای از گازهای محیط بین ستاره ای و سحابی های گازی را تشکیل می دهد. هیدروژن در جو تعدادی از سیارات و در دنباله دارها به صورت H 2 آزاد، متان CH 4، آمونیاک NH 3، آب H 2 O، رادیکال هایی مانند CH، NH، OH، SiH، PH و غیره وجود دارد. هیدروژن به شکل یک شار پروتون در تابش هسته ای خورشید و پرتوهای کیهانی وارد می شود.

ایزوتوپ ها، اتم و مولکول هیدروژن. هیدروژن معمولی از مخلوطی از 2 ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: هیدروژن سبک یا پروتیوم (1 H) و هیدروژن سنگین یا دوتریوم (2 H یا D). در ترکیبات هیدروژن طبیعی، به طور متوسط 6800 اتم 1 H در هر اتم 2 H وجود دارد. یک ایزوتوپ رادیواکتیو با عدد جرمی 3، هیدروژن فوق سنگین یا تریتیوم (3 H یا T) نامیده می شود که دارای تابش β نرم است. و نیمه عمر T ½ = 12.262 سال است. در طبیعت، تریتیوم، به عنوان مثال، از نیتروژن اتمسفر تحت تأثیر نوترون های پرتوهای کیهانی تشکیل می شود. در جو ناچیز است (4·10 -15٪ از تعداد کل اتم های هیدروژن). ایزوتوپ بسیار ناپایدار 4 H بدست آمد. اعداد جرمی ایزوتوپ های 1 H، 2 H، 3 H و 4 H، به ترتیب 1، 2، 3 و 4 نشان می دهد که هسته اتم پروتیوم دارای تنها یک پروتون، دوتریوم است. - یک پروتون و یک نوترون، تریتیوم - یک پروتون و 2 نوترون، 4 H - یک پروتون و 3 نوترون. تفاوت زیاد در جرم ایزوتوپ های هیدروژن باعث تفاوت محسوس تری در خواص فیزیکی و شیمیایی آنها نسبت به ایزوتوپ های سایر عناصر می شود.

اتم هیدروژن ساده ترین ساختار را در بین اتم های همه عناصر دیگر دارد: از یک هسته و یک الکترون تشکیل شده است. انرژی اتصال یک الکترون با یک هسته (پتانسیل یونیزاسیون) 13.595 eV است. اتم خنثی هیدروژن همچنین می تواند یک الکترون دوم را متصل کند و یک یون منفی H را تشکیل دهد - در این حالت، انرژی اتصال الکترون دوم با یک اتم خنثی (میل الکترون) 0.78 eV است. مکانیک کوانتومی امکان محاسبه تمام سطوح انرژی ممکن اتم هیدروژن و در نتیجه ارائه تفسیر کاملی از طیف اتمی آن را فراهم می کند. اتم هیدروژن به عنوان یک اتم مدل در محاسبات مکانیکی کوانتومی سطوح انرژی سایر اتم‌های پیچیده‌تر استفاده می‌شود.

مولکول هیدروژن H 2 از دو اتم تشکیل شده است که توسط یک پیوند شیمیایی کووالانسی به هم متصل شده اند. انرژی تفکیک (یعنی تجزیه به اتم) 4.776 eV است. فاصله بین اتمی در موقعیت تعادل هسته ها 0.7414A است. در دماهای بالا، هیدروژن مولکولی به اتم ها تجزیه می شود (درجه تفکیک در 2000 درجه سانتیگراد 0.0013 و در 5000 درجه سانتیگراد 0.95 است). هیدروژن اتمی نیز در واکنش های شیمیایی مختلف (مثلاً با اثر روی بر روی اسید هیدروکلریک) تشکیل می شود. با این حال، وجود هیدروژن در حالت اتمی تنها مدت کوتاهی طول می کشد، اتم ها دوباره به مولکول های H2 ترکیب می شوند.

خواص فیزیکی هیدروژن هیدروژن سبک ترین مواد شناخته شده است (14.4 برابر سبک تر از هوا)، چگالی آن 0.0899 گرم در لیتر در دمای 0 درجه سانتی گراد و 1 اتمسفر است. هیدروژن به ترتیب در 252.8- و 259.1- درجه سانتی گراد می جوشد (مایع می شود) و ذوب می شود (جامد می شود) (تنها هلیوم دارای نقطه ذوب و جوش کمتری است). دمای بحرانی هیدروژن بسیار پایین است (-240 درجه سانتیگراد)، بنابراین مایع شدن آن با مشکلات زیادی همراه است. فشار بحرانی 12.8 کیلوگرم بر سانتی متر مربع (12.8 اتمسفر)، چگالی بحرانی 0.0312 گرم بر سانتی متر مربع. هیدروژن بالاترین رسانایی گرمایی را در بین همه گازها دارد، معادل 0.174 W/(m·K) در 0°C و 1 atm، یعنی 4.16·10 -4 cal/(s·cm·°C). گرمای خاصهیدروژن در دمای 0 درجه سانتیگراد و 1 اتمسفر C p 14.208 کیلوژول / (کیلوگرم K)، یعنی 3.394 کالری در (گرم درجه سانتیگراد). هیدروژن کمی در آب محلول است (0.0182 میلی لیتر در گرم در 20 درجه سانتیگراد و 1 اتمسفر)، اما خوب - در بسیاری از فلزات (Ni، Pt، Pa و دیگران)، به ویژه در پالادیوم (850 حجم در هر 1 حجم Pd). حلالیت هیدروژن در فلزات به توانایی آن در انتشار در آنها مربوط می شود. انتشار از طریق یک آلیاژ کربن (به عنوان مثال، فولاد) گاهی اوقات با تخریب آلیاژ به دلیل برهمکنش هیدروژن با کربن (به اصطلاح کربن زدایی) همراه است. هیدروژن مایع بسیار سبک (چگالی در -253 درجه سانتیگراد 0.0708 گرم بر سانتی متر مکعب) و سیال (ویسکوزیته در -253 درجه سانتیگراد 13.8 سانتی پواز) است.

خواص شیمیایی هیدروژن در اکثر ترکیبات، هیدروژن مانند سدیم و سایر فلزات قلیایی، ظرفیت (به طور دقیق تر، حالت اکسیداسیون) 1+ را نشان می دهد. معمولاً به عنوان آنالوگ این فلزات، سرفصل گروه I سیستم مندلیف در نظر گرفته می شود. با این حال، در هیدریدهای فلزی، یون هیدروژن دارای بار منفی است (وضعیت اکسیداسیون -1)، یعنی هیدرید Na + H - مانند Na + Cl - کلرید ساخته شده است. این و برخی حقایق دیگر (نزدیک بودن خواص فیزیکی هیدروژن و هالوژن ها، توانایی هالوژن ها برای جایگزینی هیدروژن در ترکیبات آلی) زمینه را برای گنجاندن هیدروژن در گروه VII سیستم تناوبی فراهم می کند. در شرایط عادی، هیدروژن مولکولی نسبتاً غیر فعال است و مستقیماً فقط با فعال ترین غیرفلزات (با فلوئور و در نور نیز با کلر) ترکیب می شود. با این حال، هنگامی که گرم می شود، با بسیاری از عناصر واکنش نشان می دهد. هیدروژن اتمی در مقایسه با هیدروژن مولکولی فعالیت شیمیایی بیشتری دارد. هیدروژن با اکسیژن ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد:

H 2 + 1/2 O 2 \u003d H 2 O

با آزاد شدن 285.937 کیلوژول بر مول، یعنی 68.3174 کیلوکالری در مول گرما (در دمای 25 درجه سانتیگراد و 1 اتمسفر). در دماهای معمولی، واکنش بسیار آهسته، بالای 550 درجه سانتیگراد - با یک انفجار ادامه می یابد. محدودیت های انفجاری مخلوط هیدروژن و اکسیژن (بر حسب حجم) از 4 تا 94 درصد H 2 و مخلوط هیدروژن و هوا - از 4 تا 74 درصد H 2 (مخلوطی از 2 حجم H 2 و 1 حجم O است. 2 گاز انفجاری نامیده می شود). هیدروژن برای کاهش بسیاری از فلزات استفاده می شود، زیرا اکسیژن را از اکسیدهای آنها می گیرد:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O،

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O و غیره

با هالوژن ها هیدروژن هالیدهای هیدروژن را تشکیل می دهد، به عنوان مثال:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl.

هیدروژن با فلوئور منفجر می شود (حتی در تاریکی و در دمای 252- درجه سانتیگراد)، با کلر و برم فقط در صورت روشن شدن یا گرم شدن و با ید فقط هنگامی که گرم می شود واکنش می دهد. هیدروژن با نیتروژن واکنش می دهد و آمونیاک ایجاد می کند:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

فقط روی یک کاتالیزور و در دماها و فشارهای بالا. هنگامی که هیدروژن گرم می شود، به شدت با گوگرد واکنش می دهد:

H 2 + S \u003d H 2 S (سولفید هیدروژن)،

با سلنیوم و تلوریوم بسیار دشوارتر است. هیدروژن تنها در دماهای بالا می تواند با کربن خالص بدون کاتالیزور واکنش دهد:

2H 2 + C (آمورف) = CH4 (متان).

هیدروژن به طور مستقیم با برخی از فلزات (قلیایی، خاک قلیایی و غیره) واکنش می دهد و هیدریدها را تشکیل می دهد:

H 2 + 2Li = 2LiH.

واکنش های هیدروژن با مونوکسید کربن (II) از اهمیت عملی بالایی برخوردار است، که در آن، بسته به دما، فشار و کاتالیزور، ترکیبات آلی مختلفی تشکیل می شود، به عنوان مثال، HCHO، CH 3 OH و غیره. هیدروکربن های غیر اشباع با هیدروژن واکنش می دهند تا اشباع شوند، به عنوان مثال:

C n H 2n + H 2 \u003d C n H 2n + 2.

نقش هیدروژن و ترکیبات آن در شیمی فوق العاده است. هیدروژن خواص اسیدی به اصطلاح اسیدهای پروتیک را تعیین می کند. هیدروژن تمایل به تشکیل پیوندی به اصطلاح هیدروژنی با عناصر خاصی دارد که تأثیر تعیین کننده ای بر خواص بسیاری از ترکیبات آلی و معدنی دارد.

دریافت هیدروژن انواع اصلی مواد اولیه برای تولید صنعتی هیدروژن گازهای قابل احتراق طبیعی، گاز کوره کک و گازهای پالایش نفت است. هیدروژن نیز از آب با الکترولیز (در مکان هایی با برق ارزان) به دست می آید. مهمترین روشهای تولید هیدروژن از گاز طبیعیبرهمکنش کاتالیزوری هیدروکربن ها، عمدتاً متان، با بخار آب (تبدیل):

CH 4 + H 2 O \u003d CO + ZH 2،

و اکسیداسیون ناقص هیدروکربن ها توسط اکسیژن:

CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO + 2H 2

مونوکسید کربن حاصله (II) نیز در معرض تبدیل قرار می گیرد:

CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2.

هیدروژن تولید شده از گاز طبیعی ارزان ترین است.

هیدروژن از گاز کوره کک و گازهای پالایشگاه با حذف اجزای باقیمانده مخلوط گاز که راحت تر از هیدروژن مایع می شوند، پس از خنک شدن عمیق جدا می شود. الکترولیز آب با جریان مستقیم انجام می شود و آن را از محلول KOH یا NaOH عبور می دهد (اسیدها برای جلوگیری از خوردگی تجهیزات فولادی استفاده نمی شوند). در آزمایشگاه ها هیدروژن از طریق الکترولیز آب و همچنین از واکنش بین روی و اسید هیدروکلریک. با این حال، اغلب آنها از هیدروژن آماده در سیلندرها استفاده می کنند.

کاربرد هیدروژن تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی در اواخر قرن 18 برای پر کردن آغاز شد بالن ها. در حال حاضر، هیدروژن به طور گسترده در صنایع شیمیایی، عمدتا برای تولید آمونیاک استفاده می شود. یکی از مصرف کنندگان بزرگ هیدروژن نیز تولید متیل و سایر الکل ها، بنزین مصنوعی و سایر محصولات به دست آمده از سنتز از هیدروژن و مونوکسید کربن است (II). هیدروژن برای هیدروژنه کردن سوخت های مایع جامد و سنگین، چربی ها و غیره، برای سنتز هیدروکلراید، برای تصفیه هیدرولیکی فرآورده های نفتی، در جوشکاری و برش فلزات با شعله اکسیژن-هیدروژن (درجه حرارت تا 2800 درجه سانتیگراد) و در جوشکاری هیدروژن اتمی (تا 4000 درجه سانتیگراد). ایزوتوپ های هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم، کاربردهای بسیار مهمی در مهندسی انرژی هسته ای یافته اند.

فنل ها

ساختار
گروه هیدروکسیل موجود در مولکول های ترکیبات آلی می تواند مستقیماً به هسته معطر متصل شود یا با یک یا چند اتم کربن از آن جدا شود. می توان انتظار داشت که بسته به این، خواص مواد به دلیل تأثیر متقابل گروه های اتم ها به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت باشد (یکی از مفاد نظریه باتلروف را به خاطر بسپارید). در واقع، ترکیبات آلی حاوی یک رادیکال آروماتیک فنیل C 6 H 5 - که مستقیماً به یک گروه هیدروکسیل پیوند خورده است، خواص ویژه ای را از خود نشان می دهند که با الکل ها متفاوت است. چنین ترکیباتی فنل نامیده می شوند.

فنل ها - مواد آلیکه مولکول های آن حاوی یک رادیکال فنیل مرتبط با یک یا چند گروه هیدروکسیل است.
فنل ها مانند الکل ها بر اساس اتمی بودن، یعنی بر اساس تعداد گروه های هیدروکسیل طبقه بندی می شوند. فنل های تک اتمی حاوی یک گروه هیدروکسیل در مولکول هستند:

چند اتمی دیگر وجود دارد فنل هاحاوی سه یا چند گروه هیدروکسیل در حلقه بنزن است.
بیایید با جزئیات بیشتر با ساختار و خواص ساده ترین نماینده این کلاس - فنل C6H50H آشنا شویم. نام این ماده اساس نام کل کلاس - فنل ها را تشکیل داد.

مشخصات فیزیکی
ماده کریستالی بی رنگ جامد، tºpl = 43 درجه سانتی گراد، tº bp = درجه سانتی گراد، با بوی مشخصه تند. سمی فنل در دمای اتاق کمی در آب حل می شود. محلول آبی فنل اسید کربولیک نامیده می شود. در تماس با پوست باعث سوختگی می شود، بنابراین فنل باید با احتیاط مورد استفاده قرار گیرد.
ساختار مولکول فنل
در مولکول فنل، هیدروکسیل مستقیماً به اتم کربن هسته معطر بنزن متصل است.
بیایید ساختار گروه هایی از اتم ها را که مولکول فنل را تشکیل می دهند را به یاد بیاوریم.
حلقه معطر متشکل از شش اتم کربن است که یک شش ضلعی منظم را به دلیل هیبریداسیون sp 2 اوربیتال های الکترونی شش اتم کربن تشکیل می دهد. این اتم ها توسط پیوندهای z به هم مرتبط هستند. الکترون‌های p هر اتم کربن که در تشکیل پیوندهای st شرکت نمی‌کنند و در طرف‌های مخالف صفحه پیوند z روی هم قرار می‌گیرند، دو بخش از یک شش الکترون منفرد را تشکیل می‌دهند. پ- ابری که کل حلقه بنزن (هسته معطر) را پوشانده است. در مولکول بنزن C6H6، هسته آروماتیک کاملاً متقارن است، یک واحد الکترونیکی پ-ابر به طور مساوی حلقه اتم های کربن را در زیر و بالای صفحه مولکول می پوشاند (شکل 24). پیوند کووالانسیبین اتم‌های اکسیژن و هیدروژن رادیکال هیدروکسیل به شدت قطبی است، ابر الکترونی عمومی پیوند O-H به سمت اتم اکسیژن منتقل می‌شود که در آن یک بار منفی جزئی ایجاد می‌شود و روی اتم هیدروژن، یک بار مثبت جزئی. علاوه بر این، اتم اکسیژن در گروه هیدروکسیل دارای دو جفت الکترون مشترک است که فقط به آن تعلق دارند.

در یک مولکول فنل، رادیکال هیدروکسیل با هسته آروماتیک برهمکنش می‌کند، در حالی که جفت‌های الکترون تنها اتم اکسیژن با یک ابر TC حلقه بنزن برهمکنش می‌کنند و یک سیستم الکترونیکی واحد را تشکیل می‌دهند. چنین برهمکنشی از جفت الکترون های تنها و ابرهای پیوند r را مزدوج می گویند. در نتیجه پیوند جفت الکترون تنها اتم اکسیژن گروه هیدروکسی با سیستم الکترونی حلقه بنزن، چگالی الکترون روی اتم اکسیژن کاهش می یابد. این کاهش با قطبش بیشتر پیوند О-Н جبران می شود که به نوبه خود منجر به افزایش بار مثبت اتم هیدروژن می شود. بنابراین، هیدروژن گروه هیدروکسیل در مولکول فنل دارای ویژگی "اسیدی" است.
منطقی است که فرض کنیم ترکیب الکترون های حلقه بنزن و گروه هیدروکسیل نه تنها بر خواص آن، بلکه بر واکنش پذیری حلقه بنزن نیز تأثیر می گذارد.
در واقع، همانطور که به یاد دارید، ترکیب جفت های تنها اتم اکسیژن با ابر n حلقه بنزن منجر به توزیع مجدد چگالی الکترون در آن می شود. در اتم کربن مرتبط با گروه OH کاهش می‌یابد (تأثیر جفت الکترون‌های اتم اکسیژن تأثیر می‌گذارد) و در اتم‌های کربن مجاور آن (یعنی موقعیت‌های 2 و 6 یا موقعیت‌های ارتو) افزایش می‌یابد. بدیهی است که افزایش چگالی الکترون در این اتم های کربن حلقه بنزن منجر به محلی سازی (تمرکز) بار منفی روی آنها می شود. تحت تأثیر این بار، بازتوزیع مجدد چگالی الکترون در هسته آروماتیک وجود دارد - جابجایی آن از اتم های 3 و 5 (متا موقعیت) به 4 (موقعیت ارتو). این فرآیندها را می توان با این طرح بیان کرد:

بنابراین، حضور یک رادیکال هیدروکسیل در مولکول فنل منجر به تغییر در ابر n حلقه بنزن، افزایش چگالی الکترون در اتم های کربن 2، 4 و 6 (موقعیت ارتو، دارا) و کاهش چگالی الکترون در اتم های کربن 3 و 5 (موقعیت های متا).
محلی سازی چگالی الکترون در موقعیت های ارتو و پارا باعث می شود که آنها در هنگام تعامل با مواد دیگر مورد حمله ذرات الکتروفیل قرار بگیرند.
در نتیجه، تأثیر رادیکال‌هایی که مولکول فنل را تشکیل می‌دهند، متقابل است و ویژگی‌های مشخصه آن را تعیین می‌کند.
خواص شیمیایی فنل
خواص اسیدی
همانطور که قبلا ذکر شد، اتم هیدروژن گروه هیدروکسیل فنل دارای ویژگی اسیدی است. خواص اسیدی فنل بیشتر از آب و الکل ها است. برخلاف الکل ها و آب، فنل نه تنها با فلزات قلیایی، بلکه با قلیاها نیز واکنش داده و فنولات ها را تشکیل می دهد.
با این حال، خواص اسیدی فنل ها کمتر از اسیدهای معدنی و کربوکسیلیک است. بنابراین، برای مثال، خواص اسیدی فنل حدود 3000 برابر کمتر از اسید کربنیک است. بنابراین، با عبور دی اکسید کربن از محلول آبی فنولات سدیم، می توان فنل آزاد را جدا کرد:

افزودن اسید کلریدریک یا سولفوریک به محلول آبی فنولات سدیم نیز منجر به تشکیل فنل می شود.
واکنش کیفی به فنل
فنل با کلرید آهن (III) واکنش می دهد و ترکیب پیچیده ای به رنگ بنفش را تشکیل می دهد.
این واکنش تشخیص آن را حتی در مقادیر بسیار کم ممکن می کند. سایر فنل‌های حاوی یک یا چند گروه هیدروکسیل در حلقه بنزن نیز هنگام واکنش با کلرید آهن (III) رنگ آبی-بنفش روشن می‌دهند.
واکنش های حلقه بنزن
وجود یک جایگزین هیدروکسیل به میزان زیادی روند واکنش های جایگزینی الکتروفیل را در حلقه بنزن تسهیل می کند.
1. بروماسیون فنل. بر خلاف بنزن، برماسیون فنل نیازی به افزودن یک کاتالیزور (برمید آهن (III)) ندارد.
علاوه بر این، برهمکنش با فنل به صورت انتخابی (انتخابی) انجام می شود: اتم های برم به سمت موقعیت های ارتو و پارا هدایت می شوند و جایگزین اتم های هیدروژن واقع در آنجا می شوند. انتخابی بودن جایگزینی با ویژگی های ساختار الکترونیکی مولکول فنل که در بالا مورد بحث قرار گرفت توضیح داده می شود. بنابراین، هنگامی که فنل با آب برم واکنش می دهد، یک رسوب سفید از 2،4،6-تریبروموفنل تشکیل می شود.
این واکنش و همچنین واکنش با کلرید آهن (III) برای تشخیص کیفی فنل کاربرد دارد.

2. نیتراسیون فنل نیز آسانتر از نیتراسیون بنزن است. واکنش با رقیق اسید نیتریکدر دمای اتاق اجرا می شود در نتیجه، مخلوطی از ارتو و پارا ایزومرهای نیتروفنل تشکیل می شود:

3. هیدروژنه کردن حلقه معطر فنل در حضور کاتالیزور آسان است.
4. پلی تراکم فنل با آلدهیدها، به ویژه، با فرمالدئید، با تشکیل محصولات واکنش - رزین های فنل فرمالدئید و پلیمرهای جامد رخ می دهد.
برهمکنش فنل با فرمالدئید را می توان با این طرح توصیف کرد:

احتمالاً متوجه شده اید که اتم های هیدروژن "متحرک" در مولکول دایمر حفظ می شوند، به این معنی که ادامه واکنش با مقدار کافی از معرف ها امکان پذیر است.
واکنش polycondensation، یعنی واکنش به دست آوردن یک پلیمر، که با آزاد شدن محصول جانبی با وزن مولکولی کم (آب) ادامه می یابد، می تواند با تشکیل درشت مولکول های عظیم ادامه یابد (تا زمانی که یکی از معرف ها به طور کامل مصرف شود). فرآیند را می توان با معادله کلی توصیف کرد:

تشکیل مولکول های خطی در دمای معمولی اتفاق می افتد. انجام این واکنش هنگام گرم شدن منجر به این واقعیت می شود که محصول حاصل دارای ساختار شاخه ای است، جامد و نامحلول در آب است. در نتیجه حرارت دادن یک رزین فنل فرمالدئید از ساختار خطی با مقدار اضافی آلدئید، توده های پلاستیکی جامد با خواص منحصر به فرد. پلیمرهای مبتنی بر رزین های فنل فرمالدئید برای ساخت لاک ها و رنگ ها، محصولات پلاستیکی مقاوم در برابر گرما، سرمایش، آب، قلیایی ها و اسیدها، دارای خواص دی الکتریک بالا هستند. از پلیمرهای مبتنی بر رزین های فنل فرمالدئید، مسئول ترین و جزئیات مهملوازم برقی، کیس های پاور یونیت و قطعات ماشین، پایه پلیمری برد مدار چاپی برای دستگاه های رادیویی.

چسب‌های مبتنی بر رزین‌های فنل فرمالدئید می‌توانند قطعاتی با طبیعت مختلف را به‌طور مطمئن به هم متصل کنند و بالاترین استحکام پیوند را در محدوده دمایی بسیار وسیع حفظ کنند. چنین چسبی برای بستن پایه فلزی لامپ های روشنایی به یک لامپ شیشه ای استفاده می شود. اکنون برای شما روشن شده است که چرا فنل و محصولات مبتنی بر آن به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند (شکل 8).

تعریف

هیدروژناولین عنصر در جدول تناوبی است. نامگذاری - H از لاتین "hydrogenium". واقع در دوره اول، گروه IA. به غیر فلزات اشاره دارد. بار هسته ای 1 است.

هیدروژن یکی از رایج ترین عناصر شیمیایی است - سهم آن حدود 1٪ از جرم هر سه پوسته پوسته زمین (اتمسفر، هیدروسفر و لیتوسفر) است که وقتی به درصد اتمی تبدیل می شود، رقم 17.0 را به دست می دهد.

مقدار اصلی این عنصر در حالت محدود است. بنابراین، آب حاوی حدود 11 وزن است. ٪، خاک رس - حدود 1.5٪، و غیره. هیدروژن به شکل ترکیبات با کربن، بخشی از نفت، گازهای طبیعی قابل احتراق و همه موجودات است.

هیدروژن گازی بی رنگ و بی بو است (نمودار ساختار اتم در شکل 1 نشان داده شده است). نقطه ذوب و جوش آن بسیار پایین است (به ترتیب 259- درجه سانتی گراد و 253- درجه سانتی گراد). در دمای (240- درجه سانتیگراد) و تحت فشار، هیدروژن قادر به مایع شدن است و با تبخیر سریع مایع حاصل، به حالت جامد (بلورهای شفاف) تبدیل می شود. کمی در آب حل می شود - 2:100 حجم. هیدروژن با حلالیت در برخی از فلزات، به عنوان مثال، در آهن مشخص می شود.

برنج. 1. ساختار اتم هیدروژن.

وزن اتمی و مولکولی هیدروژن

تعریف

جرم اتمی نسبیعنصر نسبت جرم یک اتم یک عنصر معین به 1/12 جرم یک اتم کربن است.

جرم اتمی نسبی بی بعد است و با A r نشان داده می شود («r» حرف اولیه است کلمه انگلیسینسبی که در ترجمه به معنای "نسبی" است). جرم اتمی نسبی هیدروژن اتمی 1.008 amu است.

جرم مولکول ها، درست مانند جرم اتم ها، در واحد جرم اتمی بیان می شود.

تعریف

وزن مولکولیماده را جرم مولکول می گویند که در واحد جرم اتمی بیان می شود. وزن مولکولی نسبیمواد به نسبت جرم یک مولکول یک ماده معین به 1/12 جرم یک اتم کربن که جرم آن 12 a.m.u است می گویند.

مشخص است که مولکول هیدروژن دو اتمی است - H 2 . وزن مولکولی نسبی یک مولکول هیدروژن برابر خواهد بود با:

M r (H 2) \u003d 1.008 × 2 \u003d 2.016.

ایزوتوپ های هیدروژن

هیدروژن سه ایزوتوپ دارد: پروتیوم 1 H، دوتریوم 2 H یا D و تریتیوم 3 H یا T. اعداد جرمی آنها 1، 2 و 3 است. پروتیوم و دوتریوم پایدار هستند، تریتیوم رادیواکتیو است (نیمه عمر 12.5 سال). در ترکیبات طبیعی، دوتریوم و پروتیوم به طور متوسط در نسبت 1:6800 (با توجه به تعداد اتم ها) موجود است. تریتیوم در طبیعت به مقدار ناچیز یافت می شود.

هسته اتم هیدروژن 1 H حاوی یک پروتون است. هسته های دوتریوم و تریتیوم علاوه بر پروتون شامل یک و دو نوترون هستند.

یون های هیدروژن

اتم هیدروژن می تواند تک تک الکترون خود را برای تشکیل یک یون مثبت (که یک پروتون "برهنه" است) اهدا کند یا یک الکترون به دست آورد و به یون منفی تبدیل شود که دارای پیکربندی الکترونیکی هلیوم است.

جدا شدن کامل یک الکترون از اتم هیدروژن مستلزم صرف انرژی یونیزاسیون بسیار زیاد است:

H + 315 کیلو کالری = H + + e.

در نتیجه، در تعامل هیدروژن با متالوئیدها، نه یونی، بلکه فقط پیوندهای قطبی بوجود می آیند.

تمایل یک اتم خنثی به اتصال الکترون اضافی با مقدار میل الکترونی آن مشخص می شود. در هیدروژن، نسبتاً ضعیف بیان می شود (با این حال، این بدان معنا نیست که چنین یون هیدروژن نمی تواند وجود داشته باشد):

H + e \u003d H - + 19 کیلو کالری.