水素原子は、外側（唯一）の電子準位 1 の電子式を持ちます。 s 1. 一方で、水素原子は、外側の電子レベルに電子が１つ存在するという点ではアルカリ金属原子と似ています。 ただし、ハロゲンと同様に、最初の電子準位には電子が 2 個までしか含まれないため、外側の電子準位を満たすのに必要な電子は 1 つだけです。 水素は、周期表の最初のグループと最後から 2 番目 (7 番目) のグループの両方に同時に配置できることがわかりました。これは、さまざまなバージョンの周期系で行われることがあります。

水素単体の性質という観点から見ると、ハロゲンとの共通点が依然として多くあります。 水素はハロゲンと同様に非金属であり、同様に二原子分子 (H 2) を形成します。

通常の状態では、水素はガス状の低活性物質です。 水素の活性が低いことは、分子内の水素原子間の結合強度が高いことによって説明され、結合を切断するには強い加熱か触媒の使用、またはその両方が必要です。

水素と単体物質の相互作用

金属付き

金属の中で、水素はアルカリ金属およびアルカリ土類金属とのみ反応します。 アルカリ金属には、グループ I の主サブグループの金属 (Li、Na、K、Rb、Cs、Fr) が含まれ、アルカリ土類金属には、ベリリウムとマグネシウム (Ca、Sr、Ba、ラ）

活性金属と相互作用すると、水素は酸化特性を示します。 酸化状態を下げます。 この場合、イオン構造を有するアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水素化物が形成されます。 加熱すると反応が起こります。

活性金属との相互作用は、水素分子 H2 が酸化剤である場合のみであることに注意してください。

非金属の場合

非金属のうち、水素は炭素、窒素、酸素、硫黄、セレン、ハロゲンとのみ反応します。

ダイヤモンドは炭素の極めて不活性な同素体修飾であるため、炭素はグラファイトまたはアモルファス炭素として理解されるべきです。

非金属と相互作用する場合、水素は還元剤の機能のみを実行できます。つまり、水素の酸化状態を増加させるだけです。

水素と複雑な物質の相互作用

金属酸化物を含む

水素は、アルミニウムまでの金属の活性系列にある金属酸化物とは反応しませんが、加熱するとアルミニウムより右側の多くの金属酸化物を還元することができます。

非金属酸化物を含む

非金属酸化物のうち、水素は加熱すると窒素、ハロゲン、炭素の酸化物と反応します。 水素と非金属酸化物のすべての相互作用の中で、特に注目すべきは一酸化炭素 CO との反応です。

CO と H2 の混合物には、「合成ガス」という独自の名前さえあります。条件に応じて、メタノール、ホルムアルデヒド、さらには合成炭化水素などの一般的な工業製品が得られるからです。

酸を含む

水素は無機酸とは反応しません！

有機酸のうち、水素は不飽和酸とのみ反応し、また水素で還元できる官能基、特にアルデヒド、ケト、ニトロ基を含む酸とのみ反応します。

塩と一緒に

塩の水溶液の場合、水素との相互作用は起こりません。 ただし、水素が中程度および低活性の一部の金属の固体塩上を通過すると、部分的または完全な還元が可能です。たとえば、次のとおりです。

ハロゲンの化学的性質

ハロゲンは、VIIA 族 (F、Cl、Br、I、At) の化学元素、およびそれらが形成する単体の物質です。 ここおよび本文では、特に明記しない限り、ハロゲンは単体の物質として理解されるものとする。

すべてのハロゲンには分子構造があり、それによってこれらの物質の低融点と低沸点が決まります。 ハロゲン分子は二原子です。 それらの式は、Hal 2 として一般的な形式で書くことができます。

ヨウ素の特定の物理的特性、例えば、 昇華または、言い換えれば、 昇華. 昇華、固体状態の物質が加熱しても溶けず、液相を通らずにすぐに気体状態になる現象です。

ハロゲン原子の外部エネルギー準位の電子構造は、ns 2 np 5 の形式になります。ここで、n はハロゲンが位置する周期表の周期の番号です。 ご覧のとおり、ハロゲン原子は 8 電子の外殻に到達するのに 1 つの電子だけを必要とします。 このことから、遊離ハロゲンの主な酸化特性を仮定するのは論理的であり、実際にそれが確認されています。 知られているように、非金属の電気陰性度はサブグループの下に移動すると減少するため、ハロゲンの活性は系列内で減少します。

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

ハロゲンと単体物質の相互作用

すべてのハロゲンは反応性の高い物質であり、ほとんどの単純な物質と反応します。 ただし、フッ素は反応性が非常に高いため、他のハロゲンが反応できない単体物質でも反応することがあります。 このような単純な物質には、酸素、炭素 (ダイヤモンド)、窒素、白金、金、および一部の希ガス (キセノンとクリプトン) が含まれます。 それらの。 実は、 フッ素は一部の希ガスとのみ反応するわけではありません。

残りのハロゲン、つまり 塩素、臭素、ヨウ素も活性物質ですが、フッ素ほど活性はありません。 これらは、ダイヤモンド、プラチナ、金、希ガスの形で、酸素、窒素、炭素を除くほぼすべての単体物質と反応します。

ハロゲンと非金属の相互作用

水素

すべてのハロゲンが水素と相互作用すると、 ハロゲン化水素一般式HHalで表されます。 この場合、フッ素と水素の反応は暗闇の中でも自発的に始まり、次の方程式に従って爆発が進行します。

塩素と水素の反応は、強力な紫外線照射または熱によって開始されます。 爆発も進行します。

臭素とヨウ素は加熱された場合にのみ水素と反応しますが、同時にヨウ素との反応は可逆的です。

リン

フッ素とリンの相互作用により、リンが最高の酸化状態 (+5) に酸化されます。 この場合、五フッ化リンが生成されます。

塩素および臭素がリンと相互作用すると、反応する物質の割合に応じて、酸化状態 + 3 および酸化状態 +5 の両方でハロゲン化リンを得ることができます。

また、白リンはフッ素、塩素、液体臭素雰囲気中では自然に反応が始まります。

リンとヨウ素の相互作用では、他のハロゲンより酸化能力が著しく低いため、三ヨウ化リンのみが生成される可能性があります。

グレー

フッ素は硫黄を最高の酸化状態 +6 まで酸化し、六フッ化硫黄を形成します。

塩素と臭素は硫黄と反応し、酸化状態 +1 および +2 の硫黄を含む化合物を形成しますが、これは非常に珍しいことです。 これらの相互作用は非常に特殊であり、化学の統一州試験に合格するために、これらの相互作用の方程式を書く能力は必要ありません。 したがって、次の 3 つの式は参考のために示されています。

ハロゲンと金属の相互作用

上で述べたように、フッ素は白金や金などの活性の低い金属であっても、すべての金属と反応することができます。

残りのハロゲンは、プラチナと金を除くすべての金属と反応します。

ハロゲンと複雑な物質の反応

ハロゲンによる置換反応

より活性なハロゲン、つまり 周期表の上位に位置する化学元素は、生成するハロゲン化水素酸や金属ハロゲン化物から活性の低いハロゲンを置き換えることができます。

同様に、臭素は硫化物と硫化水素の溶液から硫黄を置き換えます。

塩素はより強力な酸化剤であり、水溶液中の硫化水素を硫黄ではなく硫酸に酸化します。

ハロゲンと水の反応

水は、次の反応式に従って、フッ素中で青い炎をあげて燃焼します。

臭素と塩素はフッ素とは異なる方法で水と反応します。 フッ素が酸化剤として作用した場合、水中で塩素と臭素が不均衡になり、酸の混合物が形成されます。 この場合、反応は可逆的です。

ヨウ素と水の相互作用は無視できる程度に起こるので、反応はまったく起こらないと仮定できます。

ハロゲンとアルカリ溶液の相互作用

フッ素は、アルカリ水溶液と相互作用すると、再び酸化剤として作用します。

この方程式を書く能力は、統一州試験に合格するために必要ありません。 このような相互作用の可能性と、この反応におけるフッ素の酸化的役割についての事実を知るだけで十分です。

フッ素とは異なり、アルカリ溶液中の他のハロゲンは不均衡であり、酸化状態を同時に増加させたり減少させたりします。 さらに、塩素と臭素の場合、温度に応じて 2 つの異なる方向に流れる可能性があります。 特に低温では、反応は次のように進行します。

そして加熱すると：

ヨウ素は、もっぱら 2 番目のオプションに従ってアルカリと反応します。 ヨウ素酸塩の形成により、 次亜ヨウ素酸塩は加熱だけでなく、常温や低温でも安定ではありません。

s要素の特徴

s 元素のブロックには 13 個の元素が含まれており、それらの要素に共通するのは、s 副準位原子に外部エネルギー準位が構築されることです。

水素とヘリウムは s 元素に分類されますが、その特性の特殊性により、別々に考慮する必要があります。 水素、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムは重要な元素です。

s 元素の化合物はその特性に一般的なパターンを示しますが、これはそれらの原子の電子構造の類似性によって説明されます。 外側の電子はすべて価電子であり、化学結合の形成に関与します。 したがって、化合物中のこれらの元素の最大酸化状態は次のようになります。 番号外層の電子の数は、元素が位置するグループの数に等しくなります。 s元素金属の酸化状態は常に正です。 もう一つの特徴は、外層の電子が分離された後、希ガス殻を持ったイオンが残ることです。 元素の原子番号または原子半径が増加するにつれて、イオン化エネルギーは減少し (5.39 eV y Li から 3.83 eV y Fr へ)、元素の還元活性は増加します。

色の原因となる低エネルギー準位から高エネルギー準位への d 電子の遷移が除外されているため、s 元素の化合物の大部分は無色です (d 元素の化合物とは異なります)。

IA 〜 IIA 族の元素の化合物は典型的な塩であり、水溶液中ではほぼ完全にイオンに解離し、カチオン加水分解を受けません (Be 2+ および Mg 2+ 塩を除く)。

水素化水素イオン共有結合

錯体形成は、s 元素イオンでは一般的ではありません。 s - 元素と配位子 H 2 O 結晶水和物の結晶複合体は古くから知られています。たとえば、Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-ホウ砂、KAl (SO 4) 2 12H 2 O-ミョウバンです。 結晶水和物中の水分子はカチオンの周りに集まっていますが、場合によってはアニオンを完全に取り囲んでいます。 アルカリ金属はイオン電荷が小さくイオン半径が大きいため、アクア錯体などの錯体を形成しにくいです。 リチウム、ベリリウム、マグネシウムのイオンは、安定性の低い複雑な化合物の錯化剤として機能します。

水素。 水素の化学的性質

水素は最も軽い S 元素です。 基底状態での電子配置は 1S 1 です。 水素原子は 1 つの陽子と 1 つの電子から構成されます。 水素の特異性は、その価電子が原子核の作用圏に直接位置していることです。 水素には中間電子層がないため、水素をアルカリ金属の電子類似体とみなすことはできません。

アルカリ金属と同様に、水素は還元剤であり、+1 の酸化状態を示します。水素のスペクトルはアルカリ金属のスペクトルに似ています。 水素がアルカリ金属と似ているのは、溶液中で水和した正に荷電した H + イオンを生成する能力です。

ハロゲンと同様に、水素原子には電子が 1 つ欠けています。 これにより、H - 水素化物イオンの存在が決定されます。

さらに、ハロゲン原子と同様に、水素原子は高いイオン化エネルギー (1312 kJ/mol) を特徴とします。 したがって、水素は元素周期表の中で特別な位置を占めています。

水素は宇宙で最も豊富な元素であり、太陽とほとんどの星の質量の最大半分を占めます。

太陽や他の惑星では、水素は原子の状態にあり、星間物質では部分的にイオン化された二原子分子の形で存在します。

水素には 3 つの同位体があります。 プロチウム 1 H、重水素 2 D、トリチウム 3 T があり、トリチウムは放射性同位体です。

水素分子は、強度が高く分極率が低く、サイズが小さく質量が小さいという特徴があり、高い移動度を持っています。 したがって、水素の融点 (-259.2 ℃) と沸点 (-252.8 ℃) は非常に低くなります。 高い解離エネルギー (436 kJ/mol) により、2000 ℃ 以上の温度で分子の原子への崩壊が起こります。 水素は無色の気体で、無臭、無味です。 密度は低く、8.99・10 -5 g/cm です。非常に高い圧力では、水素は金属状態に変わります。 太陽系の遠い惑星である木星と土星では、水素は金属状態にあると考えられています。 地球の核の組成には金属水素も含まれているという仮定があり、金属水素は地球のマントルによって生成された超高圧で見出されます。

化学的特性。 室温では、分子状水素はフッ素とのみ反応し、光を照射すると塩素および臭素と反応し、O 2、S、Se、N 2、C、I 2 で加熱すると反応します。

水素と酸素およびハロゲンとの反応は、ラジカル機構によって進行します。

塩素との相互作用は、光を照射したとき (光化学的活性化)、または加熱したとき (熱的活性化) の非分岐反応の例です。

Сl + H2 = HCl + H (鎖の発達)

H+Cl2=HCl+Cl

爆発性ガス (水素と酸素の混合物) の爆発は、分岐鎖プロセスの一例であり、連鎖の開始には 1 つではなく複数の段階が含まれます。

H 2 + O 2 = 2OH

H+O 2 = OH+O

O+H2=OH+H

OH + H 2 = H 2 O + H

純粋な水素を使用する場合、爆発プロセスを回避できます。

水素は正 (+1) および負 (-1) の酸化状態によって特徴付けられるため、水素は還元特性と酸化特性の両方を示すことができます。

水素の還元特性は、非金属と相互作用するときに現れます。

H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g)、

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g)、

これらの反応は大量の熱を放出しながら進行します。これは、H-Cl、H-O 結合の高いエネルギー (強度) を示しています。 したがって、水素は多くの酸化物やハロゲン化物に対して還元特性を示します。たとえば、次のとおりです。

これは、ハロゲン化酸化物から単体物質を生成するための還元剤として水素を使用するための基礎です。

さらに強力な還元剤は原子状水素です。 低圧条件下での分子電子放出から形成されます。

水素は、金属と酸の相互作用中に放出される瞬間に高い還元活性を示します。 この水素は CrCl 3 を CrCl 2 に還元します。

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^

水素と窒素酸化物 (II) の相互作用は重要です。

2NO + 2H2 = N2 + H2O

硝酸製造の精製システムに使用されます。

水素は酸化剤として活性金属と相互作用します。

この場合、水素はハロゲンのように振る舞い、ハロゲン化物と同様に形成します。 水素化物.

I 族の s 元素の水素化物は、NaCl 型のイオン構造を持っています。 化学的には、イオン性水素化物は塩基性化合物と同様に動作します。

共有結合性水素化物には、水素自体よりも電気陰性度が低い非金属元素の水素化物、たとえば、SiH 4、BH 3、CH 4 の組成の水素化物が含まれます。 化学的性質上、非金属水素化物は酸性化合物です。

水素化物の加水分解の特徴は水素の放出であり、反応は酸化還元機構を介して進行します。

塩基性水素化物

酸水素化物

水素の放出により、加水分解は完全かつ不可逆的に進行します (?H<0, ?S>0)。 この場合、塩基性水素化物はアルカリを形成し、酸性水素化物は酸を形成します。

系の標準電位は B です。したがって、H イオンは強力な還元剤です。

実験室では、Kipp 装置内で亜鉛と 20% 硫酸を反応させることによって水素が生成されます。

工業用亜鉛には、ヒ素やアンチモンなどの小さな不純物が含まれていることが多く、これらは放出時に水素によって還元されて有毒ガス（アルシン SbH 3 およびスタビン SbH）になります。この水素は人体を中毒させる可能性があります。 化学的に純粋な亜鉛では過電圧により反応が遅くなり、良好な水素電流が得られません。 この反応の速度は、硫酸銅の結晶を添加することによって増加し、Cu-Zn ガルバニック対の形成により加速されます。

加熱するとシリコンまたはアルミニウムにアルカリが作用して、より純粋な水素が生成されます。

産業では、純粋な水素は、電解質 (Na 2 SO 4 、Ba (OH) 2) を含む水の電気分解によって生成されます。

陰極空間と陽極空間を隔てる隔膜による塩化ナトリウム水溶液の電気分解中に副生成物として大量の水素が発生します。

最大量の水素は、固体燃料（無煙炭）を過熱水蒸気でガス化することによって得られます。

または、過熱蒸気による天然ガス (メタン) の変換によって:

得られた混合物 (合成ガス) は、多くの有機化合物の製造に使用されます。 水素の収率は、合成ガスを触媒に通過させ、CO を CO 2 に変換することによって増加できます。

応用。アンモニアの合成には大量の水素が消費されます。 塩化水素および塩酸の製造、植物性脂肪の水素化、酸化物からの金属 (Mo、W、Fe) の還元用。 水素酸素炎は、金属の溶接、切断、溶解に使用されます。

液体水素はロケットの燃料として使われています。 水素燃料は、 環境に優しいガソリンよりもエネルギーを大量に消費するため、将来的には石油製品に取って代わる可能性があります。 すでに世界中で数百台の自動車が水素を動力源としています。 水素エネルギーの問題は、水素の貯蔵と輸送に関連しています。 水素は、100気圧の圧力下で液体の状態で地下タンカーに貯蔵されます。 大量の液体水素の輸送には重大なリスクが伴います。

周期表では、水素は性質が完全に反対の 2 つの元素グループに位置しています。 この機能により、完全にユニークなものになります。 水素は単なる元素や物質ではなく、多くの複雑な化合物の不可欠な部分であり、有機および生物起源の要素でもあります。 したがって、その特性と特性をより詳細に検討してみましょう。

金属と酸の相互作用中に可燃性ガスが発生することは、16 世紀、つまり科学としての化学が形成されていた頃に観察されました。 有名なイギリスの科学者ヘンリー・キャベンディッシュは 1766 年からこの物質を研究し、「可燃性空気」という名前を付けました。 このガスを燃やすと水が発生します。 残念なことに、科学者はフロギストン（仮説上の「超微細物質」）理論に固執していたために、正しい結論に達することができませんでした。

フランスの化学者で博物学者の A. ラヴォワジエは、技術者の J. ムニエと協力し、特別なガスメーターの助けを借りて 1783 年に水を合成し、その後、熱した鉄で水蒸気を分解することで水を分析しました。 したがって、科学者は正しい結論に達することができました。 彼らは、「可燃性空気」が水の一部であるだけでなく、水からも得られることを発見しました。

1787 年、ラヴォアジエは研究対象のガスが単体であり、したがって主要な化学元素の 1 つであると示唆しました。 彼はそれをヒドロゲン（ギリシャ語のヒドール-水+ゲンナオ-私が産むことから）、つまり「水を産む」と呼びました。

ロシア語の「水素」という名前は、1824 年に化学者の M. ソロヴィエフによって提案されました。 水の組成の決定により、「フロギストン理論」は終わりを告げました。 18 世紀から 19 世紀の変わり目に、水素原子は (他の元素の原子と比較して) 非常に軽いことが確立され、その質量は原子質量を比較するための基本単位として採用され、1 に等しい値が与えられました。

物理的性質

水素は科学的に知られている最も軽い物質であり (空気の 14.4 倍軽い)、その密度は 0.0899 g/l (1 atm、0 °C) です。 この物質は、それぞれ -259.1 °C と -252.8 °C で融解 (凝固) し、沸騰 (液化) します (沸点と融解温度が低いのはヘリウムのみです)。

水素の臨界温度は非常に低い (-240 °C)。 このため、液状化はかなり複雑でコストのかかるプロセスとなります。 物質の臨界圧力は 12.8 kgf/cm2、臨界密度は 0.0312 g/cm3 です。 すべてのガスの中で、水素の熱伝導率が最も高く、1 気圧、0 °C では 0.174 W/(mxK) に相当します。

同じ条件下での物質の比熱容量は 14.208 kJ/(kgxK) または 3.394 cal/(gh°C) です。 この元素は水にわずかに溶けますが (1 気圧、20 °C で約 0.0182 ml/g)、ほとんどの金属 (Ni、Pt、Pa など)、特にパラジウムによく溶けます (Pd の体積あたり約 850 体積)。 。

後者の特性は拡散能力に関連しており、炭素合金 (鋼など) を介した拡散には、水素と炭素の相互作用による合金の破壊が伴う場合があります (このプロセスは脱炭素と呼ばれます)。 液体状態では、この物質は非常に軽く (t° = -253 °C で密度 - 0.0708 g/cm3)、流体 (粘度 - 同じ条件下で 13.8 スイズ) です。

多くの化合物では、この元素はナトリウムや他のアルカリ金属と同様に +1 価 (酸化状態) を示します。 通常、これらの金属の類似体として考えられています。 したがって、彼は周期系のグループ I を率いています。 金属水素化物では、水素イオンはマイナス電荷（酸化状態は-1）を示します。つまり、Na + H- は、Na + Cl- 塩化物と同様の構造を持ちます。 このことと他のいくつかの事実 (元素「H」とハロゲンの物理的性質の類似性、有機化合物中のハロゲンと置換する能力) に従って、水素は周期系の VII 族に分類されます。

通常の条件下では、水素分子の活性は低く、最も活性の高い非金属（フッ素と塩素、後者は光の中で）とのみ直接結合します。 次に、加熱すると、多くの化学元素と相互作用します。

原子状水素は、(分子状水素と比較して) 化学的活性が増加しています。 酸素により、次の式に従って水が形成されます。

Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О、

285.937 kJ/mol の熱、または 68.3174 kcal/mol (25 °C、1 atm) を放出します。 常温条件下では反応はかなりゆっくりと進行し、t° >= 550 °C では制御できなくなります。 水素と酸素の混合物の体積比の爆発限界は 4 ～ 94% H2、水素と空気の混合物は 4 ～ 74% H2 です (2 体積の H2 と 1 体積の O2 の混合物を爆発性ガスと呼びます)。

この元素は酸化物から酸素を除去するため、ほとんどの金属を還元するために使用されます。

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O、

CuO + H₂ = Cu + H₂O など

水素は、次のようなさまざまなハロゲンとハロゲン化水素を形成します。

H₂ + Cl₂ = 2HCl。

ただし、フッ素と反応すると水素が爆発し（これは暗闇の中で-252℃でも起こります）、臭素と塩素とは加熱または照明された場合にのみ反応し、ヨウ素とは加熱された場合にのみ反応します。 窒素と相互作用すると、高圧および高温で触媒上でのみアンモニアが形成されます。

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃。

加熱すると、水素は硫黄と活発に反応します。

H₂ + S = H₂S (硫化水素)、

テルルやセレンの場合はさらに困難です。 水素は触媒なしで純粋な炭素と反応しますが、高温では次のように反応します。

2H₂ + C (非晶質) = CH4 (メタン)。

この物質は一部の金属 (アルカリ、アルカリ土類など) と直接反応して、次のような水素化物を形成します。

H₂ + 2Li = 2LiH。

水素と一酸化炭素 (II) の間の相互作用は、実用上非常に重要です。 この場合、圧力、温度、触媒に応じて、HCHO、CH₃OH などのさまざまな有機化合物が形成されます。反応中に不飽和炭化水素は飽和します。たとえば、次のとおりです。

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂。

水素とその化合物は、化学において例外的な役割を果たします。 それはいわゆる酸性の性質を決定します。 プロトン酸は、さまざまな元素と水素結合を形成する傾向があり、多くの無機および有機化合物の特性に重大な影響を与えます。

水素製造

この元素の工業生産用の主な原料は、石油精製ガス、天然可燃性ガス、およびコークス炉ガスです。 また、電気分解によって水から得られます（電気が利用できる場所では）。 天然ガスから材料を製造するための最も重要な方法の 1 つは、炭化水素 (主にメタン) と水蒸気との触媒相互作用 (いわゆる変換) です。 例えば：

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂。

酸素による炭化水素の不完全酸化:

CH₄ + 1/2O₂ = CO + 2H₂。

合成された一酸化炭素 (II) は次のように変換されます。

CO + H₂O = CO₂ + H₂。

天然ガスから製造される水素が最も安価です。

水の電気分解には、NaOH または KOH の溶液を通過する直流が使用されます (機器の腐食を避けるために酸は使用されません)。 実験室条件では、この材料は水の電気分解によって、または塩酸と亜鉛の反応の結果として得られます。 ただし、シリンダー内の既製の工場材料が使用されることがよくあります。

この要素は、ガス混合物の他のすべての成分を除去することによって、石油精製ガスおよびコークス炉ガスから分離されます。これは、これらのガスが深冷却中により容易に液化するためです。

この材料は 18 世紀末に工業的に生産され始めました。 当時は風船に詰めるのに使われていました。 現在、水素はアンモニアの製造のために主に化学産業で広く使用されています。

この物質の大量消費者は、メチルやその他のアルコール、合成ガソリン、その他多くの製品の生産者です。 これらは、一酸化炭素 (II) と水素から合成によって得られます。 水素は、重質および固体の液体燃料、脂肪などの水素化、HClの合成、石油製品の水素化処理、金属の切断/溶接に使用されます。 原子力エネルギーにとって最も重要な元素は、その同位体である三重水素と重水素です。

水素の生物学的役割

生物の質量の約 10% (平均) がこの元素に由来します。 これは水の一部であり、タンパク質、核酸、脂質、炭水化物などの天然化合物の最も重要なグループの一部です。 何に使われますか?

この物質は、タンパク質の空間構造（四次）の維持、核酸の相補性原理の実現（遺伝情報の実現と保存）、そして一般に分子レベルでの「認識」において決定的な役割を果たします。レベル。

水素イオン H+ は、体内の重要な動的反応/プロセスに関与します。 生きた細胞にエネルギーを供給する生物学的酸化、生合成反応、植物の光合成、細菌の光合成と窒素固定、酸塩基バランスと恒常性の維持、膜輸送プロセスが含まれます。 炭素や酸素とともに、生命現象の機能的および構造的基盤を形成します。

水素の化学的性質

通常の条件下では、水素分子は比較的活性が低く、最も活性の高い非金属（フッ素と、光の下では塩素）とのみ直接結合します。 しかし、加熱すると多くの元素と反応します。

水素は単純な物質と複雑な物質と反応します。

高温では水素が直接反応します いくつかの金属を使って(アルカリ、アルカリ土類など)、白色の結晶性物質を形成 - 金属水素化物 (Li H、Na H、KH、CaH 2 など):

H 2 + 2Li = 2LiH

金属水素化物は水によって容易に分解されて、対応するアルカリと水素を生成します。

サ H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

1). 酸素あり水素は水を形成します:

動画「水素燃焼」

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

常温では反応は非常にゆっくりと進行し、550℃を超えると爆発が起こります。 (2 体積の H 2 と 1 体積の O 2 の混合物を 爆発性ガス) .

ビデオ「爆発性ガスの爆発」

ビデオ「爆発性混合物の準備と爆発」

2). ハロゲンあり水素は次のようなハロゲン化水素を形成します。

H 2 + Cl 2 = 2HCl

同時に、水素はフッ素とともに爆発し（暗闇や-252℃でも）、照明または加熱された場合にのみ塩素および臭素と反応し、加熱された場合にのみヨウ素と反応します。

3). 窒素あり水素は反応してアンモニアを生成します。

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

触媒上および高温高圧下でのみ。

4)。 水素は加熱すると激しく反応します 硫黄入り:

H 2 + S = H 2 S (硫化水素)、

セレンとテルルの場合はさらに困難です。

5). ピュアカーボンを使用水素は高温でのみ触媒なしで反応できます。

2H 2 + C (アモルファス) = CH 4 (メタン)

- 水素は金属酸化物と置換反応します 、この場合、製品内で水が形成され、金属が還元されます。 水素 - 還元剤の特性を示します。

水素が使われている 多くの金属の回収に酸化物から酸素を奪うからです。

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 Oなど

水素の応用

動画「水素の使い方」

現在、水素は大量に生産されています。 その大部分は、アンモニアの合成、脂肪の水素化、石炭、石油、炭化水素の水素化に使用されます。 さらに、水素は塩酸、メチルアルコール、青酸の合成、金属の溶接や鍛造、白熱灯や貴石の製造にも使用されます。 水素は、150気圧以上の圧力をかけたボンベで販売されます。 それらは濃い緑色に塗装され、「水素」という赤い文字が刻まれています。

水素は液体脂肪を固体脂肪に変換する（水素化）ために使用され、石炭と燃料油を水素化して液体燃料を生成します。 冶金学では、水素は金属や非金属 (ゲルマニウム、シリコン、ガリウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、タングステンなど) を製造するための酸化物または塩化物の還元剤として使用されます。

水素の実際の用途はさまざまです。通常、プローブバルーンを満たすために使用され、化学産業では多くの非常に重要な製品（アンモニアなど）の製造用の原料として機能し、食品産業では製造用に使用されます。酸素中で水素を燃焼させることで得られる高温（最高 2600 °C）は、高融点金属や石英などの溶解に使用されます。液体水素は最も効率的なジェット燃料の 1 つです。 世界の年間水素消費量は100万トンを超えています。

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2番。 水素

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