Устөрөгч - энэ юу вэ? Шинж чанар ба утга. Дэлхийн царцдас ба амьд организмууд

устай харилцан үйлчлэх нь шүлт үүсгэдэг; в) идэвхгүй, идэвхгүй; б) металлуудтай харьцахдаа давс үүсгэдэг; г) ердийн металл; 2. Устөрөгчийг гаргаж авах металл (бага температурт устай урвалд оруулах замаар): a) Zn; б) Mg; в) Au; d) Hg; e) K; 3. Хүчил ба шүлттэй харилцан үйлчлэлцэх боломжтой исэл ба гидроксидыг: а) амфотер b) хүчиллэг в) үндсэн 4. Цэгээр зүүнээс баруун тийш. металл шинж чанар: a) бэхжүүлэх b) сулрах c) өөрчлөгдөхгүй байх 5. VII бүлгийн хоёрдогч дэд бүлгийн элемент: а) хлор б) фосфор в) манган г) франц 6. Атомын цөмийн цэнэгийг: а) -аар тодорхойлно. хугацааны дугаар b) бүлгийн дугаараар c) серийн дугаараар 7. 17 ба 35 серийн дугаартай элементийн атомын бүтэц ижил байна: a) электроны нийт тоо; в) цахим түвшний тоо; г) сүүлийн энергийн түвшний электронуудын тоо; б) нейтроны тоо; 8. 1s22s2р63s2p4 электрон томьёотой элемент: a) нүүрстөрөгч; б) хүхэр; в) хлор; г) натри; 9. Нүүрстөрөгчийн атом нь электрон томьёотой: a) 1s22s22р3 b) 1s22s2 c) 1s22s22p2 10. Аль элементийн атом нь хамгийн сүүлийн энергийн түвшний дараах бүтэцтэй байна...3s23p5: а) фосфор; б) фтор; в) хлор; г) магни; 11. 19-р элементийн электрон бүрхүүлийн хосгүй электронуудын тоо: a) 1; б) 2; в) 3; d) 4; 12. Атомууд нь RO3 төрлийн илүү өндөр исэл үүсгэх чадвартай элементийн дарааллын дугаар: a) No11 (натри); b) №14 (цахиур); в) №16 (хүхэр); 13. 1s22s22p63s23p5 электрон томьёотой элемент нь дэгдэмхий бодис үүсгэдэг. устөрөгчийн холболттөрөл: a) RH4; б) RH3; в) H2R; г) Хүний нөөц; 14. 3 моль устөрөгчийн эзэлхүүн at хэвийн нөхцөл: a) 22.4 л; б) 44.8 л; в) 67.2 л; г) 89.6 л; e) 112 л; 15. Дөрөвдүгээр үеийн элемент, -д байрладаг хажуугийн дэд бүлэг; исэл ба гидроксид нь амфотер шинж чанартай байдаг. Энэ элемент нь RO төрлийн исэл ба гидроксид R(OH)2 үүсгэдэг. a) магни b) кальци c) цайр d) нүүрстөрөгч 16. Цахиурын хамгийн их валент: a) IV b) V c) VI d) VII 17. Селенийн хамгийн бага валент (No34): a) I b) II в ) III d ) IV 18. Молекулын жинхоёр урвалд орж гаргаж авсан давс өндөр исэл 1s22s22p63s23p64s1 ба 1s22s22p3 атомын тохиргоотой элементүүд нь дараахтай тэнцүү байна: a) 85; б) 111; в) 63; d) 101; e) 164; 19. Хувиргасны үр дүнд үүссэн “X” бүтээгдэхүүн: Al давс Al(OH)3 X a) Al Cl3 b) Al H3 c) Na Al O2 d) Al e) Al2O3 20. Коэффициентийн нийлбэр. урвалын тэгшитгэлд, диаграмм нь H2S + O2 → SO2 + H2O a) 5; б) 6; в) 7; d) 8; e) 9; 21. Моляр массмагнийн исэл (г/моль): a) 24; б) 36; в) 40; d) 80; e) 82; 22. Энэ нэгдлээс 800 г бүрдэх төмрийн (III) оксидын моль тоо: a) 1; б) 2; в) 3; d) 4; e) 5; 23. 8 г СН4 метаныг шатаахад 401 кЖ дулаан ялгарсан. CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g) + Q: a) + 401 кЖ химийн урвалын дулааны нөлөөг (Q) тооцоолно; b) + 802 кЖ; в) - 802 кЖ; d) + 1604 кЖ; д) - 1604 кЖ; 24. Хэвийн нөхцөлд 128 г хүчилтөрөгч эзэлдэг: a) 11.2 л; б) 22.4 л; в) 44.8 л; г) 67.2 л; д) 89.6 л; 25. Массын фракц SiH4 нэгдэл дэх устөрөгч нь: a) 30%; б) 12.5%; в) 40%; г) 60%; e) 65%; 26. EO2 нэгдэл дэх хүчилтөрөгчийн массын хувь 50% байна. Нэгдэл дэх Е элементийн нэр: a) азот; б) титан; в) хүхэр; г) селен; д) нүүрстөрөгч; 27. 44.8 литр устөрөгчтэй харилцан үйлчлэх төмрийн (III) оксидын моль (n.s.): a) 0.67 моль; б) 2 моль; в) 0.3 моль; г) 0.4 моль; e) 5 моль; 28. Масс давсны хүчил, 44.8 литр устөрөгч (n.s.) авахад шаардлагатай (Mg + 2HCl = MgCl2 + H2): a) 146 г; б) 73 гр; в) 292 гр; г) 219 гр; e) 20 гр; 29. 400 г 80%-ийн натрийн хлоридын уусмалд агуулагдах давсны масс: a) 146 г; б) 320 гр; в) 210 гр; г) 32 гр; e) 200 гр; 30. Калийн гидроксид 300 г ортофосфорын хүчлийн 65%-ийн уусмалтай харилцан үйлчлэхэд үүссэн давсны масс: a) 422 г; б) 196 гр; в) 360 гр; г) 435 гр; e) 200 гр;

IN үечилсэн хүснэгтУстөрөгч нь шинж чанараараа эсрэг тэсрэг хоёр бүлгийн элементүүдэд байрладаг. Энэ онцлог нь түүнийг бүрэн өвөрмөц болгодог. Устөрөгч нь зөвхөн элемент эсвэл бодис биш, бас мөн салшгүй хэсэголон нарийн төвөгтэй нэгдлүүд, органоген ба биоген элемент. Тиймээс түүний шинж чанар, шинж чанарыг илүү нарийвчлан авч үзье.

Металл ба хүчлүүдийн харилцан үйлчлэлийн явцад шатамхай хий ялгарах нь 16-р зуунд, өөрөөр хэлбэл химийн шинжлэх ухаан үүсэх үед ажиглагдсан. Английн нэрт эрдэмтэн Хенри Кавендиш 1766 оноос эхлэн уг бодисыг судалж, "шатдаг агаар" гэж нэрлэжээ. Шатаахад энэ хий нь ус үүсгэдэг. Харамсалтай нь эрдэмтэн флогистоны онолыг (таамаглалтай "хэт бодис") баримталдаг байсан нь түүнийг зөв дүгнэлтэд хүрэхэд саад болжээ.

Францын химич, байгаль судлаач А.Лавуазье инженер Ж.Меньетэй хамтран тусгай газометрийн тусламжтайгаар 1783 онд усыг нийлэгжүүлж, улмаар халуун төмрөөр усны уурыг задлах замаар шинжилжээ. Ийнхүү эрдэмтэд зөв дүгнэлтэд хүрч чадсан. Тэд "шатамхай агаар" нь зөвхөн усны нэг хэсэг биш, харин түүнээс авах боломжтой гэдгийг олж мэдсэн.

1787 онд Лавуазье судалж буй хий гэж санал болгов энгийн бодисҮүний дагуу химийн үндсэн элементүүдийн нэг юм. Тэрээр үүнийг устөрөгч гэж нэрлэсэн (Грек хэлний hydor - ус + геннао - би төрдөг), өөрөөр хэлбэл "ус төрүүлэх".

"Устөрөгч" гэсэн орос нэрийг 1824 онд химич М.Соловьев санал болгосон. Усны найрлагыг тодорхойлсон нь "флогистоны онол"-ын төгсгөл болсон юм. 18-19-р зууны төгсгөлд устөрөгчийн атом нь маш хөнгөн (бусад элементийн атомуудтай харьцуулахад) бөгөөд түүний массыг атомын массыг харьцуулах үндсэн нэгж болгон авч, 1-тэй тэнцэх утгыг авсан.

Физик шинж чанар

Устөрөгч нь шинжлэх ухаанд мэдэгдэж байгаа хамгийн хөнгөн бодис юм (энэ нь агаараас 14.4 дахин хөнгөн), нягт нь 0.0899 г/л (1 атм, 0 ° C). Энэ материал нь -259.1 ° C ба -252.8 ° C (зөвхөн гели бага буцалгах, хайлах температуртай) тус тусад нь хайлж (хатуу) ба буцалгана (шингэрүүлдэг).

Устөрөгчийн чухал температур нь маш бага (-240 ° C). Ийм учраас түүнийг шингэрүүлэх нь нэлээд төвөгтэй бөгөөд өртөг өндөртэй процесс юм. Бодисын чухал даралт нь 12.8 кгс / см², чухал нягт нь 0.0312 г / см³ байна. Бүх хий дотроос устөрөгч нь хамгийн өндөр дулаан дамжуулалттай байдаг: 1 атм ба 0 ° C-д энэ нь 0.174 Вт / (mxK) тэнцүү байна.

Ижил нөхцөлд байгаа бодисын дулааны хувийн багтаамж нь 14.208 кЖ/(кгхК) буюу 3.394 кал/(rx°C) байна. Энэ элемент нь усанд бага зэрэг уусдаг (1 атм ба 20 хэмд 0.0182 мл/г орчим), гэхдээ ихэнх металлд (Ni, Pt, Па болон бусад), ялангуяа палладийд (Pd эзлэхүүн тутамд 850 орчим боть) сайн уусдаг. .

Сүүлчийн шинж чанар нь түүний тархах чадвартай холбоотой бөгөөд нүүрстөрөгчийн хайлшаар (жишээлбэл, ган) тархах нь устөрөгчтэй нүүрстөрөгчийн харилцан үйлчлэлийн улмаас хайлшийг устгах замаар дагалдаж болно (энэ процессыг нүүрстөрөгчийн задрал гэж нэрлэдэг). IN шингэн төлөвбодис нь маш хөнгөн (нягшил - 0.0708 г/см³ t° = -253 ° C) ба шингэн (ижил нөхцөлд зуурамтгай чанар - 13.8 spoise).

Олон тооны нэгдлүүдэд энэ элемент нь натри болон бусад шүлтлэг металлууд шиг +1 валентыг (исэлдэлтийн төлөв) харуулдаг. Энэ нь ихэвчлэн эдгээр металлын аналог гэж тооцогддог. Үүний дагуу тэрээр үечилсэн системийн I бүлгийг тэргүүлдэг. Металлын гидридэд устөрөгчийн ион илэрдэг сөрөг цэнэг(исэлдэлтийн төлөв -1), өөрөөр хэлбэл Na+H- нь Na+Cl- хлоридтой төстэй бүтэцтэй. Энэ болон бусад зарим баримтын дагуу ("H" элемент ба галогенийн физик шинж чанаруудын ижил төстэй байдал, түүнийг органик нэгдлүүд дэх галогенээр солих чадвар) устөрөгчийг дараахь байдлаар ангилдаг. VII бүлэгМенделеевийн систем.

Хэвийн нөхцөлд молекулын устөрөгч нь бага идэвхжилтэй бөгөөд зөвхөн хамгийн идэвхтэй металл бустай (фтор, хлортой, сүүлийнх нь гэрэлд байдаг) шууд нийлдэг. Хариуд нь халах үед энэ нь олон химийн элементүүдтэй харилцан үйлчилдэг.

Атомын устөрөгч нь химийн идэвхжил нэмэгдсэн (молекулын устөрөгчтэй харьцуулахад). Хүчилтөрөгчийн тусламжтайгаар дараах томъёоны дагуу ус үүсгэдэг.

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

285.937 кЖ/моль дулаан буюу 68.3174 ккал/моль (25 0С, 1 атм) ялгаруулна. Хэвийн температурын нөхцөлд урвал нэлээд удаан явагддаг бөгөөд t ° > = 550 ° C-д энэ нь хяналтгүй байдаг. Устөрөгч + хүчилтөрөгчийн хольцын тэсрэх хязгаар нь эзэлхүүнээр 4-94% H₂, устөрөгч + агаарын хольц нь 4-74% H₂ (хоёр эзэлхүүн H₂ ба нэг эзэлхүүн O₂ хольцыг тэсрэх хий гэж нэрлэдэг).

Энэ элемент нь ихэнх металлыг багасгахад ашиглагддаг, учир нь энэ нь исэлээс хүчилтөрөгчийг зайлуулдаг.

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O гэх мэт.

Устөрөгч нь өөр өөр галогентэй устөрөгчийн галогенийг үүсгэдэг, жишээлбэл:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Гэсэн хэдий ч фтортой урвалд ороход устөрөгч дэлбэрдэг (энэ нь харанхуйд -252 хэмд тохиолддог), бром ба хлортой зөвхөн халаах эсвэл гэрэлтүүлэх үед, иодтой бол зөвхөн халах үед л урвалд ордог. Азоттой харилцан үйлчлэхэд аммиак үүсдэг, гэхдээ зөвхөн катализатор дээр, хэзээ цусны даралт ихсэхба температур:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Халах үед устөрөгч хүхэртэй идэвхтэй урвалд ордог.

H₂ + S = H₂S (устөрөгчийн сульфид),

теллур эсвэл селентэй бол илүү хэцүү байдаг. Устөрөгч нь катализаторгүйгээр цэвэр нүүрстөрөгчтэй урвалд ордог өндөр температур:

2H₂ + C (аморф) = CH₄ (метан).

Энэ бодис нь зарим металлуудтай (шүлт, шүлтлэг болон бусад) шууд урвалд орж, гидрид үүсгэдэг, жишээлбэл:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Чухал практик ач холбогдолустөрөгч болон нүүрстөрөгчийн (II) дан ислийн хооронд харилцан үйлчлэлтэй байдаг. Энэ тохиолдолд даралт, температур, катализатороос хамааран янз бүрийн органик нэгдлүүд үүсдэг: HCHO, CH₃OH гэх мэт. Урвалын явцад ханаагүй нүүрсустөрөгчид ханасан болно, жишээлбэл:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Устөрөгч ба түүний нэгдлүүд химийн салбарт онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь нөхцөл юм хүчиллэг шинж чанаргэж нэрлэгддэг протик хүчил нь янз бүрийн элементүүдтэй устөрөгчийн холбоо үүсгэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь олон органик бус болон органик нэгдлүүдийн шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг.

Устөрөгчийн үйлдвэрлэл

Энэ элементийн үйлдвэрлэлийн үндсэн түүхий эд нь газрын тос боловсруулах хий, байгалийн шатдаг хий, коксын хий юм. Мөн уснаас электролизийн аргаар (цахилгаан эрчим хүч байгаа газруудад) гаргаж авдаг. -аас материал үйлдвэрлэх хамгийн чухал аргуудын нэг байгалийн хийНүүрс устөрөгч, гол төлөв метан, усны ууртай катализаторын харилцан үйлчлэлийг (хувиргах гэж нэрлэдэг) авч үздэг. Жишээ нь:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Хүчилтөрөгчтэй нүүрсустөрөгчийн бүрэн бус исэлдэлт:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Үүссэн нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) нь дараах хувиралд ордог.

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Байгалийн хийнээс гаргаж авсан устөрөгч нь хамгийн хямд байдаг.

Усны электролиз хийхэд ашигладаг Д.С., энэ нь NaOH эсвэл KOH-ийн уусмалаар дамждаг (тоног төхөөрөмжийн зэврэлтээс зайлсхийхийн тулд хүчил хэрэглэдэггүй). IN лабораторийн нөхцөлматериалыг усны электролиз эсвэл давсны хүчил ба цайрын хоорондох урвалын үр дүнд олж авдаг. Гэсэн хэдий ч цилиндрт үйлдвэрлэсэн бэлэн материалыг илүү их ашигладаг.

Гүн хөргөлтийн явцад илүү амархан шингэрдэг тул энэ элемент нь хийн хольцын бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зайлуулж, газрын тос боловсруулах хий, коксын хийнээс тусгаарлагддаг.

Энэ материалыг дахин үйлдвэрийн аргаар үйлдвэрлэж эхэлсэн XVIII сүүлзуун. Тэр үед бөмбөлөг дүүргэхэд ашигладаг байсан. Одоогийн байдлаар устөрөгчийг үйлдвэрлэлд, гол төлөв химийн үйлдвэрт аммиак үйлдвэрлэхэд өргөн ашигладаг.

Бодисын масс хэрэглэгчид нь метил болон бусад спирт, синтетик бензин болон бусад олон бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэгчид юм. Тэдгээрийг нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) ба устөрөгчөөс нийлэгжүүлэн гаргаж авдаг. Устөрөгчийг хүнд болон хатуу шингэн түлш, өөх тос гэх мэтийг устөрөгчжүүлж, HCl нийлэгжүүлэх, нефтийн бүтээгдэхүүнийг усжуулах, түүнчлэн металл зүсэх/гагнуур хийхэд ашигладаг. Хамгийн чухал элементүүд цөмийн эрчим хүчЭнэ нь түүний изотопууд - тритиум ба дейтерий юм.

Устөрөгчийн биологийн үүрэг

Амьд организмын массын 10 орчим хувь нь (дунджаар) энэ элементээс гардаг. Энэ нь усны нэг хэсэг бөгөөд уураг, нуклейн хүчил, липид, нүүрс ус зэрэг байгалийн нэгдлүүдийн хамгийн чухал бүлгүүдийн нэг юм. Энэ нь юунд ашиглагддаг вэ?

Энэ зүйл тоглодог шийдвэрлэх үүрэгтэй: хадгалах явцад орон зайн бүтэцуураг (дөрөвдөгч), нуклейн хүчлийг нөхөх зарчмыг хэрэгжүүлэхэд (жишээ нь хэрэгжүүлэх, хадгалахад) генетикийн мэдээлэл), ерөнхийдөө молекулын түвшинд "хүлээн зөвшөөрөх"-д.

Устөрөгчийн ион H+ нь бие махбод дахь чухал динамик урвал/процессуудад оролцдог. Үүнд: амьд эсийг эрчим хүчээр хангадаг биологийн исэлдэлт, биосинтетик урвал, ургамлын фотосинтез, бактерийн фотосинтез ба азотын бэхжилт, хүчил-суурь тэнцвэрболон гомеостаз, мембраны тээвэрлэлтийн процесст. Нүүрстөрөгч ба хүчилтөрөгчтэй хамт амьдралын үзэгдлийн функциональ ба бүтцийн үндсийг бүрдүүлдэг.

Устөрөгч нь бүх элементүүдээс хамгийн энгийн бөгөөд байгальд хамгийн элбэг байдаг. Магни, цайр зэрэг металлын шингэрүүлсэн органик бус хүчилтэй урвалд орох нь устөрөгч үүсэхэд хүргэдэг гэдгийг ахмад оюутнууд аль хэдийн мэддэг. Тэд мөн "поп" шинж чанартай устөрөгчийн хийн туршилтын талаар мэддэг. Устөрөгч нь ус, метан зэрэг сургуульд химийн хичээл эхэлдэг хамгийн энгийн нэгдлүүдийн томъёонд багтдаг. хүхрийн хүчиламмиак ба этилийн спирт

Устөрөгч бол орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг элемент юм. By одоо байгаа тооцоо, устөрөгч нь атомын 90 гаруй хувийг, орчлон ертөнцийн массын ойролцоогоор 75 хувийг эзэлдэг. Дэлхий дээр байгаа элементүүдийн дунд устөрөгч нь хамгийн элбэг байдаг есдүгээрт ордог. Энэ нь дэлхийн массын 0.76% -ийг эзэлдэг бөгөөд нүүрстөрөгчтэй адил бараг олон төрлийн нэгдлүүдэд байдаг. Байгальд байдаг хамгийн чухал устөрөгчийн нэгдэл бол ус юм. Мөн устөрөгч нь нүүрс, газрын тос зэрэг органик нэгдлүүдэд агуулагддаг.

Устөрөгч нь хамгийн түгээмэл элементүүдийн нэг төдийгүй химийн болон физик шинж чанараараа бусад бүх элементүүдээс огт өөр юм. Үүнээс гадна энэ нь тусгай цуврал нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Энэ бол өвөрмөц төрлийн химийн холбоог нэрлэсэн цорын ганц элемент юм (2.1-р хэсгийг үзнэ үү). Устөрөгчийн бөмбөг (1.3-р хэсгийг үзнэ үү), устөрөгчийн бактери, тэр ч байтугай устөрөгчийн энерги (доороос үзнэ үү) гэх мэт ойлголтууд байдаг.

Устөрөгчийн бактери нь устөрөгчийг ус руу исэлдүүлэх замаар эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай. Энэ энерги нь устөрөгчийн бактерийн нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээхэд шаардлагатай байдаг. Тодорхой нөхцөлд тэдгээр нь тодорхой органик нэгдлүүдийг исэлдүүлэх чадвартай байдаг.

Устөрөгч бол шатамхай хий болох цорын ганц элемент юм. Тийм ч учраас устөрөгчийг анх тусгаарласан Фламандын химич И.Б.Ван Хелмонт (1579-1644) үүнийг "шатамхай хий" гэж нэрлэжээ. Лабораторийн нөхцөлд устөрөгчийг анх Т.Майерн, дараа нь (1672 онд) Р.Бойл төмрийн хүчлийн үйлчлэлээр гаргаж авсан. 1766 онд Английн химич, физикч Г.Кавендиш устөрөгчийг сайтар судалж, түүнийг "шатамхай агаар" гэж нэрлэсэн. "Устөрөгч" гэсэн нэрийг Лавуазье "устөрөгч" гэсэн Грек хэлнээс "гидро" (ус) ба "ген" (төрөх) гэсэн үгнээс бүрдүүлсэн.

Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794)

Лавуазерыг үүсгэн байгуулагч гэж үздэг орчин үеийн хими. Түүний химийн шинжлэх ухаанд оруулсан хамгийн чухал хувь нэмэр нь түүнийг устгасан явдал юм буруу онолфлогистон. Энэ онолын дагуу бүх шатамхай бодисууд нь флогистон ба масштаб гэсэн хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрддэг. Шатамхай бодисыг шатаахад энэ нь флогистоныг алдаж, масштабтай ("үнс" эсвэл "шохой") болж хувирдаг. Лавуазье агаараас хүчилтөрөгч нь шаталтын процесст оролцдог болохыг туршилтаар харуулсан. Тэрээр мөн амьсгалын замын хүчилтөрөгчийн үүргийг тогтоож, элемент ба нэгдлүүдийг ялгаж салгасан анхны хүн юм.

Антуан Лавуазье (Thalstrup-ийн зурагнаас).

Устөрөгчийн атомын бүтэц

Устөрөгчийн атом нь хамгийн энгийн бүтэцтэй: энэ нь нэг протон болох цөм, мөн цөмийг тойрсон ls тойрог замд байрладаг нэг электроноос бүрдэнэ (1.2-р хэсгийг үзнэ үү). Энэхүү энгийн бүтэц нь устөрөгчийн олон өвөрмөц шинж чанарыг хариуцдаг. Нэгдүгээрт, устөрөгчийн атом нь зөвхөн валенттай байдаг электрон бүрхүүл. Тиймээс түүний цорын ганц электрон нь цөмийн цэнэгийн үйлдлээс дотоод электронуудаар хамгаалагдаагүй болно. Хоёрдугаарт, энэ гадаад бүрхүүл тогтвортой байдалд хүрэхийн тулд зөвхөн нэг электрон авах эсвэл алдах шаардлагатай цахим тохиргоо. Эцэст нь хэлэхэд, устөрөгчийн атом нь зөвхөн нэг электрон, нэг протоноос бүрддэг тул энэ нь маш жижиг хэмжээтэй байдаг. Үнэн хэрэгтээ түүний ковалент радиус (0.029 нм) ба ван дер Ваалсын радиус (0.12 нм) нь бүх элементүүдийн дунд хамгийн бага утгатай байна (2.2-р хэсгийг үзнэ үү). Эдгээр шинж чанарууд нь олон зүйлийг тайлбарладаг өвөрмөц шинж чанаруудустөрөгч ба түүний үелэх систем дэх онцгой байрлал.

Тогтмол хүснэгтийн байрлал

Устөрөгчийн атом нь нэг электроноо алдаж, дан цэнэгтэй эерэг ион үүсгэдэг тул энэ элементийг үелэх системийн 1-р бүлгийн дээд хэсэгт байрлуулна. Гэсэн хэдий ч тодорхой нөхцөлд устөрөгчийг олж авах боломжтой

Хүснэгт 12.1. Устөрөгч, литий, натрийн иончлох энерги

Хүснэгт 12.2. Устөрөгч, фтор, хлорын электрон хамаарал

Хүснэгт 12.3. Устөрөгч, фтор, хлорын молекул дахь дундаж бондын энтальпи

металлын шинж чанар (2.15-р зургийг үз), хэвийн нөхцөлд зөвхөн металл бус шинж чанарыг харуулдаг. Түүний иончлох энергийг литий, натрийн иончлох энергитэй харьцуулж үзвэл (Хүснэгт 12.1) устөрөгч нь I бүлгийн шүлтлэг металлын бусад элементүүдээс эрс ялгаатай болохыг харуулж байна.

Устөрөгчийн атом нь электроныг холбож, ион үүсгэх чадвартай боловч галогентэй хамт VII бүлгийн дээд хэсэгт байрлуулж болно. Гэсэн хэдий ч устөрөгч нь p-элемент биш бөгөөд түүний электроны хамаарлыг (2.1-р хэсгийг үзнэ үү) фтор ба хлорын электрон хамааралтай (Хүснэгт 12.2) харьцуулж үзэхэд VII бүлэгт ямар ч байр байхгүй болохыг харуулж байна.

Устөрөгч нь галоген шиг хоёр атомт молекул үүсгэдэг ч устөрөгчийн молекул дахь холбоо нь фтор эсвэл хлорын молекулуудаас хамаагүй хүчтэй гэдгийг анхаарна уу. Үүнийг Хүснэгтэд заасан бондын энтальпийг (5.3-р хэсгийг үзнэ үү) харьцуулах замаар баталгаажуулж болно. 12.3.

Энэ нь үечилсэн хүснэгтэд өөрийн гэсэн тодорхой байр суурь эзэлдэг бөгөөд энэ нь түүний үзүүлж буй шинж чанарыг тусгаж, электрон бүтцийн тухай өгүүлдэг. Гэсэн хэдий ч эдгээрийн дотор хоёр эсийг нэгэн зэрэг эзэлдэг нэг тусгай атом байдаг. Энэ нь шинж чанараараа бүрэн эсрэг тэсрэг элементийн хоёр бүлэгт байрладаг. Энэ бол устөрөгч юм. Иймэрхүү онцлог нь түүнийг өвөрмөц болгодог.

Устөрөгч нь зүгээр л нэг элемент биш, энгийн бодис, мөн олон нийлмэл нэгдлүүдийн салшгүй хэсэг, биоген ба органоген элемент юм. Тиймээс түүний шинж чанар, шинж чанарыг илүү нарийвчлан авч үзье.

Устөрөгчийг химийн элемент болгон

Устөрөгч нь 1-р бүлгийн элемент юм үндсэн дэд бүлэг, түүнчлэн эхний жижиг хугацаанд үндсэн дэд бүлгийн долоо дахь бүлэг. Энэ үе нь зөвхөн хоёр атомаас бүрддэг: гелий ба бидний авч үзэж буй элемент. Үелэх систем дэх устөрөгчийн байршлын үндсэн шинж чанаруудыг тайлбарлая.

1. Устөрөгчийн атомын тоо 1, электронуудын тоо ижил, үүний дагуу протоны тоо ижил байна. Атомын масс - 1.00795. Энэ элементийн массын тоо 1, 2, 3-тай гурван изотоп байдаг. Гэсэн хэдий ч устөрөгчийн хувьд масс нэгээр нэмэгдвэл тэр даруй хоёр дахин нэмэгддэг тул тэдгээрийн шинж чанар нь маш өөр юм.
2. Гаднах гадаргуу дээрээ зөвхөн нэг электрон агуулдаг нь исэлдэлтийн болон хоёуланг нь амжилттай харуулах боломжийг олгодог нөхөн сэргээх шинж чанар. Нэмж дурдахад электрон хандивласны дараа энэ нь донор-хүлээн авагч механизмын дагуу химийн холбоо үүсгэхэд оролцдог чөлөөт тойрог замд үлддэг.
3. Устөрөгч нь хүчтэй бууруулагч бодис юм. Тиймээс түүний гол газар нь хамгийн идэвхтэй металлууд болох шүлтийг тэргүүлдэг үндсэн дэд бүлгийн эхний бүлэг гэж тооцогддог.
4. Гэсэн хэдий ч метал гэх мэт хүчтэй бууруулагч бодисуудтай харилцан үйлчлэх үед энэ нь электроныг хүлээн авах исэлдүүлэгч бодис байж болно. Эдгээр нэгдлүүдийг гидрид гэж нэрлэдэг. Энэ шинж чанарын дагуу энэ нь ижил төстэй галогенуудын дэд бүлгийг тэргүүлдэг.
5. Маш бага атомын масстай тул устөрөгчийг хамгийн хөнгөн элемент гэж үздэг. Нэмж дурдахад түүний нягтрал нь маш бага тул хөнгөн байдлын жишиг үзүүлэлт юм.

Тиймээс устөрөгчийн атом нь бусад бүхнээс ялгаатай нь бүрэн өвөрмөц элемент болох нь тодорхой юм. Тиймээс түүний шинж чанар нь бас онцгой бөгөөд үүссэн энгийн бөгөөд нарийн төвөгтэй бодисууд нь маш чухал юм. Тэднийг цааш нь авч үзье.

Энгийн бодис

Хэрэв бид ярих юм бол энэ элементМолекулын хувьд бид үүнийг хоёр атомт гэж хэлэх ёстой. Өөрөөр хэлбэл, устөрөгч (энгийн бодис) нь хий юм. Түүний эмпирик томьёо нь H 2, график томьёо нь дангаар бичигдэх болно сигма H-H бонд. Атомуудын хоорондын холбоо үүсэх механизм нь ковалент туйлшралгүй байдаг.

1. Уурын метаныг шинэчлэх.
2. Нүүрс хийжүүлэх - үйл явц нь нүүрсийг 1000 0 С хүртэл халааж, устөрөгч болон нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжтай нүүрс үүсгэдэг.
3. Электролиз. Энэ аргаХайлмал нь катод руу ус урсахад хүргэдэггүй тул зөвхөн янз бүрийн давсны усан уусмалд ашиглаж болно.

Устөрөгч үйлдвэрлэх лабораторийн аргууд:

1. Металлын гидридийн гидролиз.
2. Идэвхтэй металл ба дунд идэвхжилд шингэрүүлсэн хүчлүүдийн нөлөө.
3. Шүлтлэг ба хоорондын харилцан үйлчлэл шүлтлэг шороон металлуудусаар.

Үүсгэсэн устөрөгчийг цуглуулахын тулд та туршилтын хоолойг дээш нь доош нь барих хэрэгтэй. Эцсийн эцэст, энэ хий, жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн адил цуглуулах боломжгүй юм. Энэ бол устөрөгч, агаараас хамаагүй хөнгөн юм. Энэ нь хурдан ууршдаг бөгөөд агаартай холилдоход их хэмжээгээр дэлбэрдэг. Тиймээс туршилтын хоолойг эргүүлэх хэрэгтэй. Үүнийг дүүргэсний дараа резинэн таглаагаар хаалттай байх ёстой.

Цуглуулсан устөрөгчийн цэвэр байдлыг шалгахын тулд хүзүүндээ асаалттай шүдэнз авчрах хэрэгтэй. Хэрэв алга ташилт нь уйтгартай, чимээгүй байвал хий нь цэвэр, агаарын бохирдол багатай гэсэн үг юм. Хэрэв энэ нь чанга, исгэрч байвал энэ нь бохир, их хэмжээний гадаад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй байдаг.

Ашиглалтын талбарууд

Устөрөгчийг шатаах үед маш их хэмжээгээр ялгардаг их тооэрчим хүч (дулаан), энэ хий нь хамгийн ашигтай түлш гэж тооцогддог. Үүнээс гадна байгаль орчинд ээлтэй. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл энэ чиглэлээр түүний хэрэглээ хязгаарлагдмал байна. Энэ нь реактор, хөдөлгүүр, зөөврийн төхөөрөмж, түүнчлэн орон сууцны халаалтын зууханд түлш болгон ашиглахад тохиромжтой цэвэр устөрөгчийг нийлэгжүүлэх талаар сайн бодож амжаагүй, шийдэгдээгүй асуудлуудтай холбоотой юм.

Эцсийн эцэст, энэ хий үйлдвэрлэх арга нь нэлээд үнэтэй тул эхлээд синтезийн тусгай аргыг боловсруулах шаардлагатай. Энэ нь бүтээгдэхүүнийг их хэмжээгээр, хамгийн бага зардлаар авах боломжийг танд олгоно.

Бидний авч үзэх гэж буй хийн хэд хэдэн үндсэн чиглэлүүд байдаг.

1. Химийн синтез. Устөрөгчийг саван, маргарин, хуванцар үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Устөрөгч, метанол, аммиак, түүнчлэн бусад нэгдлүүдийн оролцоотойгоор нийлэгждэг.
2. IN хүнсний үйлдвэр- нэмэлт E949.
3. Нисэхийн үйлдвэрлэл (пуужингийн шинжлэх ухаан, нисэх онгоцны үйлдвэрлэл).
4. Цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэр.
5. Цаг уур.
6. Байгаль орчинд ээлтэй түлш.

Мэдээжийн хэрэг, устөрөгч нь байгальд элбэг байдаг шиг чухал юм. Түүний үүсгэсэн янз бүрийн нэгдлүүд нь илүү их үүрэг гүйцэтгэдэг.

Устөрөгчийн нэгдлүүд

Эдгээр нь устөрөгчийн атом агуулсан цогц бодис юм. Ийм бодисын хэд хэдэн үндсэн төрлүүд байдаг.

1. Галоген устөрөгч. Ерөнхий томъёо нь HHal юм. Онцгой ач холбогдолТэдний дунд устөрөгчийн хлорид байдаг. Энэ нь давсны хүчлийн уусмал үүсгэхийн тулд усанд уусдаг хий юм. Энэ хүчил нь бараг бүх химийн синтезэд өргөн хэрэглэгддэг. Түүнээс гадна, органик болон органик бус аль аль нь. Устөрөгчийн хлорид нь HCL эмпирик томьёотой нэгдэл бөгөөд манай улсад жил бүр үйлдвэрлэгддэг хамгийн том нэгдэл юм. Устөрөгчийн галогенид мөн устөрөгчийн иодид, устөрөгчийн фтор, устөрөгчийн бромид орно. Тэд бүгд холбогдох хүчил үүсгэдэг.
2. Дэгдэмхий Бараг бүгд нэлээн байдаг хортой хий. Жишээлбэл, устөрөгчийн сульфид, метан, силан, фосфин болон бусад. Үүний зэрэгцээ тэдгээр нь маш шатамхай байдаг.
3. Гидрид нь металлтай нэгдлүүд юм. Тэд давсны ангилалд багтдаг.
4. Гидроксид: суурь, хүчил ба амфотер нэгдлүүд. Тэдгээр нь заавал нэг буюу хэд хэдэн устөрөгчийн атом агуулдаг. Жишээ нь: NaOH, K 2, H 2 SO 4 болон бусад.
5. Устөрөгчийн гидроксид. Энэ нэгдлийг ус гэж илүү сайн мэддэг. Өөр нэг нэр нь устөрөгчийн исэл юм. Эмпирик томъёоиймэрхүү харагдаж байна - H 2 O.
6. Устөрөгчийн хэт исэл. Энэ бол хүчтэй исэлдүүлэгч бодис бөгөөд томъёо нь H 2 O 2 юм.
7. Олон тооны органик нэгдлүүд: нүүрсустөрөгч, уураг, өөх тос, липид, витамин, гормон, эфирийн тос болон бусад.

Бидний авч үзэж буй элементийн нэгдлүүдийн төрөл нь маш том байгаа нь ойлгомжтой. Энэ нь байгаль, хүн төрөлхтөнд төдийгүй бүх амьд биетүүдэд маш чухал ач холбогдолтой болохыг дахин баталж байна.

- энэ бол хамгийн сайн уусгагч юм

Дээр дурдсанчлан энэ бодисын нийтлэг нэр нь ус юм. Энэ нь ковалент холбоогоор холбогдсон хоёр устөрөгч ба нэг хүчилтөрөгчөөс бүрдэнэ туйлын холбоо. Усны молекул нь диполь бөгөөд энэ нь түүний үзүүлж буй олон шинж чанарыг тайлбарладаг. Ялангуяа энэ нь бүх нийтийн уусгагч юм.

Энэ нь дотор байна усан орчинБараг бүх химийн процессууд тохиолддог. Хуванцарын дотоод урвал ба эрчим хүчний солилцооамьд организмд устөрөгчийн ислийг ашиглан хийдэг.

Ус бол дэлхий дээрх хамгийн чухал бодис гэж зүй ёсоор тооцогддог. Ямар ч амьд организм түүнгүйгээр амьдрах боломжгүй гэдгийг мэддэг. Дэлхий дээр энэ нь нэгтгэх гурван төлөвт байж болно.

• шингэн;
• хий (уур);
• хатуу (мөс).

Молекул дахь устөрөгчийн изотопоос хамааран гурван төрлийн усыг ялгадаг.

1. Гэрэл эсвэл протиум. Массын дугаартай изотоп 1. Формула - H 2 O. Энэ бол бүх организмын хэрэглэдэг ердийн хэлбэр юм.
2. Дейтерий буюу хүнд, томьёо нь D 2 O. 2 H изотоп агуулсан.
3. Супер хүнд эсвэл тритиум. Томъёо нь T 3 O, изотоп - 3 H шиг харагдаж байна.

Дэлхий дээрх цэвэр протиумын усны нөөц маш чухал. Олон оронд аль хэдийн хомсдолд орсон. Давстай усыг цэвэршүүлж ундны ус гаргах аргыг боловсруулж байна.

Устөрөгчийн хэт исэл бол бүх нийтийн эмчилгээ юм

Энэ нэгдэл нь дээр дурдсанчлан маш сайн исэлдүүлэгч бодис юм. Гэсэн хэдий ч хүчирхэг төлөөлөгчдийн хамт тэрээр сэргээн засварлагчийн үүргийг гүйцэтгэж чадна. Үүнээс гадна энэ нь нян устгах нөлөөтэй байдаг.

Энэ нэгдлийн өөр нэг нэр нь хэт исэл юм. Энэ нь анагаах ухаанд энэ хэлбэрээр ашиглагддаг. Тухайн нэгдлийн талст гидратын 3% -ийн уусмал нь жижиг шархыг халдваргүйжүүлэх зорилгоор эмчлэхэд ашигладаг эмнэлгийн эм юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь шархны эдгэрэх хугацааг нэмэгдүүлдэг нь батлагдсан.

Устөрөгчийн хэт ислийг пуужингийн түлш, үйлдвэрт халдваргүйжүүлэлт, цайруулах, зохих материал (жишээ нь хөөс) үйлдвэрлэхэд хөөсөрдөгч бодис болгон ашигладаг. Нэмж дурдахад хэт исэл нь аквариумыг цэвэрлэж, үсийг цайруулж, шүдийг цайруулдаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь эд эсэд гэмтэл учруулдаг тул мэргэжилтнүүд эдгээр зорилгоор хэрэглэхийг зөвлөдөггүй.

Устөрөгч нь H ба тэмдэг бүхий химийн элемент юм атомын дугаар 1. 1.008 орчим стандарт атомын жинтэй устөрөгч нь үелэх системийн хамгийн хөнгөн элемент юм. Түүний нэг атомын хэлбэр (H) нь орчлон ертөнц дэх хамгийн элбэг байдаг химийн бодис бөгөөд нийт барионы массын ойролцоогоор 75% -ийг эзэлдэг. Одууд нь ихэвчлэн плазмын төлөвт устөрөгчөөс бүрддэг. Устөрөгчийн хамгийн түгээмэл изотопыг протиум гэж нэрлэдэг (энэ нэр нь ховор хэрэглэгддэг, тэмдэг 1H) нь нэг протонтой, нейтронгүй байдаг. Атомын устөрөгчийн өргөн тархалт анх удаа рекомбинацын эрин үед үүссэн. Стандарт температур, даралтын үед устөрөгч нь өнгөгүй, үнэргүй, амтгүй, хоргүй, металл бус, шатамхай хоёр атомт хий юм. Учир нь устөрөгч амархан үүсдэг ковалент холбооИхэнх металл бус элементүүдийн хувьд дэлхий дээрх ихэнх устөрөгч нь ус эсвэл органик нэгдлүүд зэрэг молекул хэлбэрээр байдаг. Устөрөгч ялангуяа тоглодог чухал үүрэгхүчил-суурь урвалд, учир нь ихэнх хүчилд суурилсан урвалууд нь уусдаг молекулуудын хооронд протон солилцох явдал юм. Ионы нэгдлүүдийн хувьд устөрөгч нь сөрөг цэнэг (өөрөөр хэлбэл анион) хэлбэртэй байж болно, үүнийг гидрид гэж нэрлэдэг эсвэл эерэг цэнэгтэй (өөрөөр хэлбэл катион) хэлбэрийг H+ тэмдгээр тэмдэглэдэг. Устөрөгчийн катион нь энгийн протоноос бүрддэг гэж тодорхойлсон боловч бодит байдал дээр ионы нэгдлүүд дэх устөрөгчийн катионууд үргэлж илүү төвөгтэй байдаг. Шредингерийн тэгшитгэлийг аналитик аргаар шийдэж болох цорын ганц төвийг сахисан атомын хувьд устөрөгч (тухайлбал, түүний атомын энерги ба холбоог судлах) квант механикийг хөгжүүлэхэд гол үүрэг гүйцэтгэсэн. Устөрөгчийн хийг анх 16-р зууны эхээр хүчлийг металлтай урвалд оруулах замаар зохиомлоор гаргаж авсан. 1766-81 онд. Хенри Кавендиш бол устөрөгчийн хий нь салангид бодис бөгөөд шатаах үед ус үүсгэдэг гэдгийг анх хүлээн зөвшөөрч, түүнд нэр өгсөн: Грек хэлээр устөрөгч нь "ус үйлдвэрлэгч" гэсэн утгатай. Аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлУстөрөгчийн үйлдвэрлэл нь үндсэндээ байгалийн хийн уурын өөрчлөлттэй холбоотой бөгөөд ихэвчлэн усны электролиз гэх мэт эрчим хүч их шаарддаг аргуудтай холбоотой байдаг. ИхэнхУстөрөгчийг үйлдвэрлэсэн газрынхаа ойролцоо ашигладаг бөгөөд хамгийн түгээмэл хоёр хэрэглээ нь чулуужсан түлш боловсруулах (жишээ нь гидрокрекинг) болон аммиакийн үйлдвэрлэл, гол төлөв бордооны зах зээлд зориулагдсан. Устөрөгч нь олон металлыг хэврэг болгож, дамжуулах хоолой, хадгалах савны дизайныг хэцүү болгодог тул металлургийн салбарт санаа зовоосон асуудал юм.

Үл хөдлөх хөрөнгө

Шатаах

Устөрөгчийн хий (дигидроген эсвэл молекул устөрөгч) нь 4% -иас 75% хүртэл маш өргөн хүрээний концентрацид агаарт шатдаг шатамхай хий юм. Шаталтын энтальпи нь 286 кЖ/моль:

2 H2 (г) + O2 (г) → 2 H2O (л) + 572 кЖ (286 кЖ/моль)

Устөрөгчийн хий нь агаартай 4-74%, хлортой 5.95% хүртэл тэсрэх хольц үүсгэдэг. Тэсрэх урвал нь оч, халуун эсвэл нарны гэрэл. Устөрөгчийн өөрөө гал авалцах температур буюу агаарт аяндаа гал авалцах температур нь 500 ° C (932 ° F) байна. Цэвэр устөрөгч-хүчилтөрөгчийн дөл нь хэт ягаан туяа ялгаруулдаг бөгөөд хүчилтөрөгчийн өндөр хольцтой нь нүцгэн нүдэнд бараг харагдахгүй байдаг нь үндсэн хөдөлгүүрийн бүдэг туяанаас харагдаж байна. сансрын хөлөгаммонийн перхлоратын нийлмэл материалыг ашигладаг Сансрын хөлөг онгоцны хатуу ширүүн пуужингийн өндөр харагдахуйц утаатай харьцуулахад. Шатаж буй устөрөгчийн алдагдлыг илрүүлэхийн тулд дөл мэдрэгч шаардлагатай байж болно; ийм гоожих нь маш аюултай байж болно. Устөрөгчийн дөл нь бусад нөхцөлд цэнхэр өнгөтэй бөгөөд байгалийн хийн цэнхэр дөлтэй төстэй. "Хинденбург" агаарын хөлөг нас барсан нь харамсалтай алдартай жишээустөрөгчийг шатааж байгаа бөгөөд энэ асуудал одоо ч яригдаж байна. Энэхүү ослын үед харагдах улбар шар дөл нь агаарын хөлгийн арьсан дахь нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдтэй холилдсон устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн холимогт өртсөнөөс үүдэлтэй юм. H2 нь исэлдүүлэгч элемент бүртэй урвалд ордог. Устөрөгч нь өрөөний температурт хлор, фтортой аяндаа урвалд орж харгалзах галоген устөрөгч, хлорт устөрөгч, фтор устөрөгчийг үүсгэдэг бөгөөд эдгээр нь бас аюултай хүчил юм.

Электрон энергийн түвшин

Устөрөгчийн атом дахь электроны үндсэн төлөвийн энергийн түвшин −13.6 эВ бөгөөд энэ нь 91 нм орчим долгионы урттай хэт ягаан туяаны фотонтой тэнцэнэ. Устөрөгчийн энергийн түвшинг дэлхийн нарны тойрог замтай адил электроныг "орбиталь" протон гэж үздэг атомын Бор загварыг ашиглан маш нарийн тооцоолж болно. Гэсэн хэдий ч атомын электрон ба протоныг цахилгаан соронзон хүчээр барьдаг бол гаригууд болон селестиел биетүүдийг таталцлын хүчээр барьж байдаг. Дээж авсантай холбоотой өнцгийн импульсБорын квант механикийн эхэн үеийн үзэл баримтлалд дурдсанаар Борын загварт электрон зөвхөн протоноос тодорхой зөвшөөрөгдөх зайг эзэлдэг тул зөвхөн тодорхой зөвшөөрөгдөх энергийг эзэлдэг. Устөрөгчийн атомын илүү нарийвчлалтай тодорхойлолт нь Шредингерийн тэгшитгэл, Диракийн тэгшитгэл эсвэл бүр Фейнманы нэгдсэн хэлхээг ашиглан протоны эргэн тойронд электроны тархалтын магадлалын нягтыг тооцоолох квант механик боловсруулалтаас гардаг. Боловсруулах хамгийн боловсронгуй аргууд нь харьцангуйн тусгай онол болон вакуум туйлшралын жижиг үр нөлөөг бий болгож чадна. Квантын боловсруулалтанд устөрөгчийн атомын үндсэн төлөвт байгаа электрон ямар ч эргэлтгүй байдаг нь "гаргийн тойрог зам" нь электронуудын хөдөлгөөнөөс хэрхэн ялгаатай болохыг харуулж байна.

Молекулын анхан шатны хэлбэрүүд

Хоёр өөр спин изомер байдаг хоёр атомт молекулуудцөмийн харьцангуй эргэлтээрээ ялгаатай устөрөгч. Ортогидроген хэлбэрийн хувьд хоёр протоны спин нь параллель бөгөөд молекулын спиний квант тоо 1 (1/2 + 1/2) бүхий гурвалсан төлөвийг үүсгэдэг; парагидроген хэлбэрээр спинүүд нь эсрэг параллель бөгөөд 0 (1/2 1/2) молекулын спин квант тоотой сингл үүсгэдэг. Стандарт температур, даралтын үед устөрөгчийн хий нь "хэвийн хэлбэр" гэж нэрлэгддэг 25% пара хэлбэр, 75% ортофоформ агуулдаг. Ортоустөрөгч ба пара устөрөгчийн тэнцвэрийн харьцаа нь температураас хамаардаг боловч ортоо хэлбэр нь өдөөгдсөн төлөв бөгөөд пара хэлбэрээс өндөр энергитэй тул тогтворгүй, цэвэршүүлэх боломжгүй байдаг. Маш их бага температур, тэнцвэрийн төлөв нь бараг зөвхөн пара хэлбэрээс бүрддэг. Цэвэр пара устөрөгчийн шингэн ба хийн фазын дулааны шинж чанар нь устөрөгчийн спин изомеруудад илүү дэлгэрэнгүй авч үзсэн эргэлтийн дулааны багтаамжийн ялгаатай байдлаас шалтгаалан ердийн хэлбэрээс ихээхэн ялгаатай байдаг. Орто/хос ялгаа нь устөрөгч агуулсан бусад молекулууд эсвэл ус, метилен зэрэг функциональ бүлгүүдэд тохиолддог боловч энэ нь тэдний дулааны шинж чанарт тийм ч чухал ач холбогдолтой биш юм. Пара ба орто Н2 хоорондын катализаторгүй харилцан хувиргалт нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг; ингэснээр хурдан өтгөрүүлсэн H2 агуулна их хэмжээгээрПара хэлбэрт маш удаан хувирдаг өндөр энергитэй ортогональ хэлбэр. Конденсацлагдсан H2 дахь орто/пара коэффициент нь чухал хүчин зүйлшингэн устөрөгчийг бэлтгэх, хадгалахад: ортоноос уур руу хувирах нь экзотермик бөгөөд устөрөгчийн шингэний зарим хэсгийг ууршуулах хангалттай дулааныг өгч, шингэрүүлсэн материалыг алддаг. Төмрийн исэл, идэвхжүүлсэн нүүрс, цагаан алтжуулсан асбест, газрын ховор металл, ураны нэгдлүүд, хромын исэл эсвэл никелийн зарим нэгдлүүд зэрэг орто-пара хувиргах катализаторуудыг устөрөгчийн хөргөлтөөр ашигладаг.

Үе шатууд

Устөрөгчийн хий

Шингэн устөрөгч

Лагийн устөрөгч

Хатуу устөрөгч

Металл устөрөгч

Холболтууд

Ковалент ба органик нэгдлүүд

Н2 нь стандарт нөхцөлд тийм ч идэвхтэй биш боловч ихэнх элементүүдтэй нэгдлүүд үүсгэдэг. Устөрөгч нь галоген (жишээ нь F, Cl, Br, I) эсвэл хүчилтөрөгч гэх мэт илүү электрон сөрөг элементүүдтэй нэгдлүүдийг үүсгэж болно; Эдгээр нэгдлүүдэд устөрөгч хэсэгчилсэн эерэг цэнэгийг авдаг. Фтор, хүчилтөрөгч эсвэл азоттой холбогдох үед устөрөгч нь ковалент бус холбоо хэлбэрээр оролцдог. дунд зэргийн хүч чадалбусад ижил төстэй молекулуудын устөрөгчтэй, устөрөгчийн холбоо гэж нэрлэгддэг үзэгдэл бөгөөд энэ нь олон биологийн молекулуудын тогтвортой байдалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Устөрөгч нь мөн металл, металлоид зэрэг цахилгаан сөрөг элемент багатай нэгдлүүдийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хэсэгчилсэн сөрөг цэнэг авдаг. Эдгээр нэгдлүүдийг ихэвчлэн гидрид гэж нэрлэдэг. Устөрөгч нь нүүрсустөрөгч гэж нэрлэгддэг нүүрстөрөгчтэй олон төрлийн нэгдлүүд, гетероатомуудтай илүү олон төрлийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг. ерөнхий харилцаа холбооамьд биетүүдтэй органик нэгдлүүд гэж нэрлэгддэг. Тэдний шинж чанарыг судалж байна органик хими, мөн тэдгээрийг амьд организмын хүрээнд судлахыг биохими гэж нэрлэдэг. Зарим тодорхойлолтоор "органик" нэгдлүүд нь зөвхөн нүүрстөрөгч агуулсан байх ёстой. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн ихэнх нь устөрөгч агуулдаг бөгөөд нүүрстөрөгч-устөрөгчийн холбоо нь энэ ангиллын нэгдлүүдийн ихэнх химийн шинж чанарыг өгдөг тул химийн "органик" гэсэн үгийн зарим тодорхойлолтод нүүрстөрөгч-устөрөгчийн холбоо шаардлагатай байдаг. Олон сая нүүрсустөрөгчийг мэддэг бөгөөд тэдгээр нь ихэвчлэн энгийн устөрөгчийг оролцуулдаг нарийн төвөгтэй синтетик замаар үүсдэг.

Гидрид

Устөрөгчийн нэгдлүүдийг ихэвчлэн гидрид гэж нэрлэдэг. "Гидрид" гэсэн нэр томъёо нь H атом нь сөрөг эсвэл анион шинж чанартай, H- гэж нэрлэгдсэн гэж үздэг бөгөөд устөрөгч нь илүү цахилгаан эерэг элементтэй нэгдэл үүсгэх үед ашиглагддаг. 1916 онд Гилберт Н.Льюисийн 1, 2-р бүлгийн давс агуулсан гидридүүдэд зориулан санал болгосон гидридийн анион байгааг Моерс 1920 онд хайлсан литийн гидридийн (LiH) электролизээр нотлон харуулж, стехиометрийн хэмжээний устөрөгчийг гаргаж авсан. анод. 1 ба 2-р бүлгийн металаас бусад гидридийн хувьд устөрөгчийн цахилгаан сөрөг нөлөө багатай тул энэ нэр томъёо нь төөрөгдүүлсэн байна. 2-р бүлгийн гидридийн үл хамаарах зүйл бол BeH2 бөгөөд энэ нь полимер юм. Лити хөнгөн цагааны гидрид дэх AlH-4 анион нь Al(III)-тай нягт наалдсан гидридын төвүүдийг агуулсан байдаг. Гидрид нь бараг бүх үндсэн бүлгийн элементүүдэд үүсч болох боловч боломжит нэгдлүүдийн тоо, хослол нь ихээхэн ялгаатай байдаг; жишээлбэл, 100 гаруй хоёртын борын гидрид, зөвхөн нэг хоёртын хөнгөн цагаан гидрид мэдэгдэж байна. Хоёртын индий гидридийг хараахан тогтоогоогүй байгаа ч томоохон цогцолборууд байдаг. Органик бус химийн хувьд гидридүүд нь зохицуулалтын цогцолбор дахь хоёр металлын төвийг холбодог гүүр болж чаддаг. Энэ функц нь 13-р бүлгийн элементүүд, ялангуяа борын (борын гидрид) ба хөнгөн цагааны цогцолбор, түүнчлэн бөөгнөрсөн карборанд байдаг онцлог шинж юм.

Протон ба хүчил

Устөрөгчийн исэлдэлт нь түүний электроныг зайлуулж, электронгүй, ихэвчлэн нэг протоноос бүрддэг цөм агуулсан H+ үүсгэдэг. Ийм учраас H+ нь ихэвчлэн протон гэж нэрлэгддэг. Энэ зүйл нь хүчиллэгийг хэлэлцэх гол зүйл юм. Бронстед-Лоуригийн онолоор хүчил нь протоны донор, суурь нь протон хүлээн авагч юм. Нүцгэн протон H+ нь уусмал болон ионы талстуудад байж чадахгүй тэсвэрлэшгүй таталцалэлектронтой бусад атом эсвэл молекулууд руу. Плазмтай холбоотой өндөр температурыг эс тооцвол ийм протоныг атом, молекулын электрон үүлнээс салгах боломжгүй бөгөөд тэдгээрт наалдсан хэвээр байх болно. Гэсэн хэдий ч, "протон" гэсэн нэр томъёог заримдаа эерэг цэнэгтэй эсвэл катион устөрөгчийг бусад зүйлтэй холбоход зүйрлэхэд ашигладаг бөгөөд ямар ч бие даасан протонууд зүйл болгон чөлөөтэй оршин байдаг гэсэн ямар ч утгагүйгээр "H +" гэж нэрлэдэг. Уусмал дахь нүцгэн "ууссан протон" гарч ирэхээс зайлсхийхийн тулд заримдаа хүчиллэг гэж үздэг усан уусмал"гидроний ион" (H3O+) гэж нэрлэгддэг зохиомол зүйл багатай байдаг. Гэсэн хэдий ч, энэ тохиолдолд ч гэсэн ийм ууссан устөрөгчийн катионууд нь H9O+4-тэй ойролцоо зүйл үүсгэдэг зохион байгуулалттай кластерууд гэж илүү бодитойгоор хүлээн зөвшөөрөгддөг. Ус бусад уусгагчтай хүчиллэг уусмалд байх үед бусад оксонийн ионууд олддог. Дэлхий дээр чамин дүр төрхтэй хэдий ч орчлон ертөнцийн хамгийн түгээмэл ионуудын нэг бол протонжуулсан молекул устөрөгч эсвэл тридроген катион гэгддэг H+3 юм.

Изотопууд

Устөрөгч нь байгалийн гурван изотоптой бөгөөд тэдгээрийг 1H, 2H, 3H гэж нэрлэдэг. Бусад маш тогтворгүй цөмүүдийг (4H-7H) лабораторид нэгтгэсэн боловч байгальд ажиглагдаагүй байна. 1H нь устөрөгчийн хамгийн элбэг изотоп бөгөөд 99.98% -иас их хэмжээгээр агуулагддаг. Энэхүү изотопын цөм нь зөвхөн нэг протоноос бүрддэг тул түүнийг дүрсэлсэн боловч ховор хэрэглэгддэг албан ёсны нэр протиум гэж нэрлэдэг. 2H, бусад тогтвортой изотопустөрөгчийг дейтерий гэж нэрлэдэг бөгөөд цөмд нэг протон, нэг нейтрон агуулагддаг. Орчлон ертөнцийн бүх дейтерий тэр үед үүссэн гэж үздэг том тэсрэлттэр цагаас хойш өнөөг хүртэл оршин тогтнож ирсэн. Дейтери нь цацраг идэвхт элемент биш бөгөөд хордлого үүсгэх эрсдэлгүй. Ердийн устөрөгчийн оронд дейтерий агуулсан молекулуудаар баяжуулсан усыг хүнд ус гэж нэрлэдэг. Дейтерий ба түүний нэгдлүүдийг химийн туршилт, 1H-NMR спектроскопийн уусгагч бодисуудад цацраг идэвхт бус илрүүлэгч болгон ашигладаг. Хүнд усыг нейтрон зохицуулагч, цөмийн реакторын хөргөлтийн бодис болгон ашигладаг. Дейтери нь мөн арилжааны боломжит түлш юм цөмийн нэгдэл. 3H нь трити гэж нэрлэгддэг бөгөөд цөмд нэг протон, хоёр нейтрон агуулдаг. Энэ нь цацраг идэвхт бодис бөгөөд бета задралаар гелий-3 болж задардаг бөгөөд хагас задралын хугацаа 12.32 жил байна. Энэ нь цацраг идэвхт бодистой тул гэрэлтдэг будагд ашиглаж болох тул жишээлбэл, гэрэлтдэг цагирагтай цаг хийхэд тустай. Шил нь бага хэмжээний цацрагийг гадагшлуулахаас сэргийлдэг. Бага хэмжээний тритиум үүсдэг аяндаасансрын туяа агаар мандлын хийтэй харилцан үйлчлэх үед; Цөмийн зэвсгийн туршилтын үеэр мөн тритиум ялгарсан. Үүнийг изотопын геохимийн индикатор болгон цөмийн хайлуулах урвалд ашигладаг бөгөөд тусгай өөрөө ажилладаг гэрэлтүүлгийн төхөөрөмжид ашигладаг. Тритиумыг мөн химийн болон биологийн шошгоны туршилтанд цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэгч болгон ашиглаж ирсэн. Устөрөгч бол цорын ганц элемент юм өөр өөр нэрсӨнөөдөр өргөн хэрэглэгддэг изотопуудын хувьд. үед эрт суралцахцацраг идэвхит, янз бүрийн хүнд цацраг идэвхт изотопуудзохих нэрийг өгсөн боловч дейтерий, тритийээс бусад нэрсийг ашиглахаа больсон. D ба T тэмдгийг (2Н ба 3Н-ийн оронд) заримдаа дейтерий ба тритид ашигладаг боловч протиум Р-ийн харгалзах тэмдэг нь фосфорын хувьд аль хэдийн ашиглагдаж байгаа тул протиумд байхгүй. Нэршлийн удирдамждаа, Олон улсын холбооЦэвэр ба Хэрэглээний хими нь D, T, 2H, 3H тэмдэгтүүдийн аль нэгийг ашиглахыг зөвшөөрдөг боловч 2H ба 3H-ийг илүүд үздэг. Антимуон ба электроноос бүрдэх экзотик атом муониум (тэмдэг Му) нь заримдаа 1960 онд нээгдсэн антимуон ба электроны массын зөрүүгээс болж устөрөгчийн хөнгөн радиоизотоп гэж тооцогддог. Мюоны амьдралын туршид 2.2 мкс мюони нь устөрөгчийн хлорид, натрийн гидридтэй төстэй муонийн хлорид (MuCl) эсвэл натрийн муонид (NaMu) зэрэг нэгдлүүдэд нэгдэж болно.

Өгүүллэг

Нээх ба ашиглах

1671 онд Роберт Бойл хоёрын хоорондох урвалыг олж, дүрсэлсэн төмрийн үртэсустөрөгчийн хий үүсгэдэг шингэрүүлсэн хүчил. 1766 онд Хенри Кавендиш анх удаа устөрөгчийн хийг салангид бодис гэж хүлээн зөвшөөрч, метал-хүчлийн урвалын улмаас хийг "шатамхай агаар" гэж нэрлэжээ. Тэрээр "шатамхай агаар" нь "флогистон" хэмээх таамагласан бодистой бараг ижил байдаг гэсэн онол дэвшүүлж, 1781 онд уг хий нь шатах үед ус үүсгэдэг болохыг дахин олж мэдсэн. Түүнийг устөрөгчийг элемент болгон нээсэн хүн гэж үздэг. 1783 онд Антуан Лавуазье устөрөгчийг шатаах нь ус үүсгэдэг гэсэн Кавендишийн мэдээллийг Лапластай хамт хуулбарлахдаа уг элементэд устөрөгч гэсэн нэр өгсөн (Грек хэлнээс "ус" гэсэн утгатай ὑδρο-hydro ба "бүтээгч" гэсэн утгатай -γενής генүүд). Лавуазье галд халсан улайсгасан чийдэнгээр уурын урсгалыг металл төмрөөр урвалд оруулах замаар массыг хадгалах туршилт хийхдээ устөрөгчийг гаргаж авсан. Өндөр температурт усны протоноор төмрийн анаэроб исэлдэлтийг дараахь урвалын багцаар бүдүүвчээр дүрсэлж болно.

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Циркон зэрэг олон металууд устөрөгч үүсгэхийн тулд устай ижил төстэй урвалд ордог. Устөрөгчийг анх удаа 1898 онд Жеймс Дьюар нөхөн төлжих хөргөгч болон түүний бүтээл болох вакуум колбыг ашиглан шингэрүүлсэн. Дараа жил нь хатуу устөрөгч гаргаж авсан. Дейтериумыг 1931 оны 12-р сард Харолд Ури нээсэн бол тритиумыг 1934 онд Эрнест Рутерфорд, Марк Олифант, Пол Хартек нар бэлтгэсэн. Энгийн устөрөгчийн оронд дейтерий агуулсан хүнд усыг Urey-ийн бүлэг 1932 онд нээжээ. Франсуа Исаак де Риваз 1806 онд устөрөгч болон хүчилтөрөгчөөр ажилладаг дотоод шаталтат хөдөлгүүртэй анхны Риваз хөдөлгүүрийг бүтээжээ. Эдвард Даниел Кларк 1819 онд устөрөгчийн хийн хоолойг зохион бүтээжээ. Доберейнер цахиур (анхны бүрэн асаагуур) 1823 онд зохион бүтээгдсэн. Анхны устөрөгчийн бөмбөлгийг Жак Чарльз 1783 онд зохион бүтээжээ. Анри Гиффард 1852 онд устөрөгчөөр ажилладаг анхны агаарын хөлөг зохион бүтээсний дараа устөрөгч нь агаарын тээврийн анхны найдвартай хэлбэрийг бий болгосон. Германы гүн Фердинанд фон Зеппелин устөрөгчөөр агаарт хөөргөсөн хатуу агаарын хөлгүүдийн санааг дэвшүүлж, хожим нь Зеппелин гэж нэрлэгдсэн; Эдгээрийн эхнийх нь 1900 онд ниссэн. Тогтмол хуваарийн дагуу нислэгүүд 1910 онд эхэлсэн бөгөөд 1914 оны 8-р сард Дэлхийн нэгдүгээр дайн эхлэхэд тэд 35,000 зорчигч тээвэрлэж, томоохон осол авааргүй байв. Дайны үед устөрөгчийн агаарын хөлгүүдийг ажиглалтын тавцан, бөмбөгдөгч онгоц болгон ашиглаж байжээ. 1919 онд Британийн R34 агаарын хөлөг анхны Атлантын далайг дамнасан нислэгийг хийжээ. 1920-иод онд зорчигчдын байнгын үйлчилгээ сэргэж, АНУ-д гелийн нөөц илэрсэн нь аялал жуулчлалын аюулгүй байдлыг сайжруулна гэж тооцоолж байсан ч АНУ-ын засгийн газар энэ зорилгоор хийг худалдахаас татгалзсан тул Н2-г Хинденбургийн агаарын хөлөгт ашиглаж, устгасан. 1937 оны 5-р сарын 6-нд Нью-Йоркийн Миланд гарсан түймэр. Энэ үйл явдлыг радиогоор шууд дамжуулж, камержуулсан байна. Галын шалтгаан нь устөрөгчийн алдагдлаас болсон гэж олон нийт таамаглаж байсан боловч дараагийн судалгаагаар хөнгөн цагаан даавууны бүрээс нь статик цахилгаанаар гал авалцсан болохыг харуулж байна. Гэвч энэ үед устөрөгчийн өргөх хийн нэр хүнд аль хэдийн гэмтсэн байв. Тэр жил анхны устөрөгчөөр хөргөлттэй турбогенератор, ротор болон статор дахь хөргөлтийн бодис болох устөрөгчийн хий нь 1937 онд Охайо мужийн Дейтон хотод Dayton Power & Light Co. Устөрөгчийн хийн дулаан дамжилтын чанараас шалтгаалан энэ нь өнөөдөр энэ салбарт хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг хий юм. Никель-устөрөгчийн зайг анх 1977 онд АНУ-ын Navigation Technology Satellite-2 (NTS-2) хөлөг дээр ашиглаж байжээ. ОУСС, Mars Odyssey, Mars Global Surveyor нь никель-устөрөгчийн батерейгаар тоноглогдсон. Түүний тойрог замын харанхуй хэсэгт, Сансрын дуранХаббл нь мөн никель устөрөгчийн батерейгаар ажилладаг бөгөөд 2009 оны 5-р сард хөөргөснөөс хойш 19 гаруй жил, загвар хийснээс хойш 13 жилийн дараа эцэст нь сольсон.

Квантын онол дахь үүрэг

Зөвхөн протон ба электроноос бүрдэх энгийн атомын бүтэцтэй учир устөрөгчийн атом нь түүнээс үүссэн эсвэл шингэсэн гэрлийн спектрийн хамт атомын бүтцийн онолын хөгжилд гол үүрэг гүйцэтгэсэн. Нэмж дурдахад, устөрөгчийн молекулын харгалзах энгийн байдал болон түүнд тохирох H+2 катионыг судалснаар химийн бондын мөн чанарыг ойлгоход хүргэсэн бөгөөд үүний дараа 2-р зууны дунд үед квант механикт устөрөгчийн атомын физик боловсруулалт хийгдсэн. 2020. Анхны нэг квант нөлөөЭнэ нь тодорхой ажиглагдаж байсан (гэхдээ тэр үед ойлгогдоогүй байсан) нь квант механикийн бүрэн онол гарч ирэхээс хагас зуун жилийн өмнө Максвеллийн устөрөгчтэй холбоотой ажиглалт байв. Максвелл тэмдэглэв тодорхой дулаан H2 нь хоёр атомт хийг тасалгааны температураас доош орхиж, криоген температурт нэг атомт хийн хувийн дулаантай илүү төстэй болж эхэлдэг. Квантын онолын дагуу энэ зан үйл нь бага масстай тул Н2-д ялангуяа өргөн зайтай байдаг (квантлагдсан) эргэлтийн энергийн түвшний хоорондын зайнаас үүсдэг. Эдгээр өргөн зайтай түвшин нь дулааны энергийг тэнцүү хуваахаас сэргийлдэг эргэлтийн хөдөлгөөнбага температурт устөрөгчийн . Илүү хүнд атомуудаас бүрддэг диатомын хий нь тийм өргөн зайтай байдаггүй бөгөөд ижил нөлөө үзүүлдэггүй. Устөрөгчийн эсрэг бодис нь устөрөгчийн эсрэг бодис юм. Энэ нь позитронтой антипротоноос бүрдэнэ. Антиустөрөгч нь цорын ганц төрөл 2015 оны байдлаар олж авсан эсрэг бодисын атом.

Байгальд байх

Устөрөгч нь орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг химийн элемент бөгөөд ердийн бодисын массын 75%, атомын тоогоор 90 гаруй хувийг бүрдүүлдэг. (Гэхдээ орчлон ертөнцийн ихэнх масс нь ийм хэлбэртэй байдаггүй химийн элемент, гэх мэт массын хараахан илрээгүй хэлбэрүүдтэй гэж үздэг харанхуй бодисба харанхуй энерги.) Энэ элемент нь одод болон хийн аваргууд. H2 молекулын үүл нь од үүсэхтэй холбоотой. Устөрөгч нь протон-протоны урвал ба CNO циклийн цөмийн нэгдлээр оддыг тэжээхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Дэлхий даяар устөрөгч нь молекулын устөрөгчөөс огт өөр шинж чанартай атомын болон плазмын төлөв байдалд байдаг. Плазмын хувьд устөрөгчийн электрон ба протон нь хоорондоо холбогддоггүй тул маш их үр дүнд хүрдэг өндөр цахилгаан дамжуулах чанармөн өндөр ялгаруулах чадвар (нар болон бусад оддын гэрлийг үүсгэдэг). Цэнэглэсэн тоосонцор нь соронзон болон цахилгаан талбайнууд. Жишээлбэл, нарны салхинд тэд дэлхийн соронзон бөмбөрцөгтэй харилцан үйлчилж, Биркеландын урсгал болон аврора үүсгэдэг. Устөрөгч нь од хоорондын орчинд төвийг сахисан атомын төлөвт оршдог. Муудсан Лайман-альфа системд агуулагдах их хэмжээний төвийг сахисан устөрөгч нь орчлон ертөнцийн сансар судлалын барион нягтыг улаан шилжилт z = 4 хүртэл давамгайлдаг гэж үздэг. Дэлхий дээрх ердийн нөхцөлд элементийн устөрөгч нь хоёр атомт хий H2 хэлбэрээр оршдог. Гэсэн хэдий ч устөрөгчийн хий нь дэлхийн агаар мандалд (1 ppm эзлэхүүнээр) маш ховор бөгөөд хөнгөн жинтэй тул дэлхийн таталцлыг илүү хүнд хийтэй харьцуулахад илүү хялбар даван туулах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч устөрөгч нь дэлхийн гадаргуу дээр хамгийн элбэг байдаг гурав дахь элемент бөгөөд нүүрсустөрөгч, ус зэрэг химийн нэгдлүүд хэлбэрээр оршдог. Устөрөгчийн хий нь зарим бактери, замагнаас үүсдэг бөгөөд устөрөгчийн улам бүр чухал эх үүсвэр болох метан нь лимбэний байгалийн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Протонжуулсан молекул устөрөгч (H+3) хэмээх молекул хэлбэр нь сансрын туяанаас молекулын устөрөгчийг ионжуулах замаар үүсгэгддэг од хоорондын орчинд байдаг. Энэ цэнэгтэй ион нь мөн ажиглагдсан дээд уур амьсгалБархасбадь гараг. Ион нь бага температур, нягтралтай учраас хүрээлэн буй орчинд харьцангуй тогтвортой байдаг. H+3 нь орчлон ертөнцийн хамгийн элбэг ионуудын нэг бөгөөд од хоорондын орчны химийн найрлагад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Төвийг сахисан гурвалсан атомт устөрөгч H3 нь зөвхөн өдөөгдсөн хэлбэрээр байж болох бөгөөд тогтворгүй байдаг. Үүний эсрэгээр эерэг молекул устөрөгчийн ион (H+2) нь орчлон ертөнцөд ховор молекул юм.

Устөрөгчийн үйлдвэрлэл

H2 нь химийн болон биологийн лабораторид ихэвчлэн бусад урвалын дайвар бүтээгдэхүүн хэлбэрээр үйлдвэрлэгддэг; ханаагүй субстратын устөрөгчжүүлэлтийн үйлдвэрлэлд; мөн байгальд биохимийн урвал дахь бууруулагч эквивалентыг нүүлгэн шилжүүлэх хэрэгсэл болгон.

Steam шинэчлэлт

Устөрөгчийг хэд хэдэн аргаар гаргаж авах боломжтой боловч хамгийн хэмнэлттэй чухал үйл явц 2000 онд устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн 95 орчим хувийг уурын шинэчлэлтээс гаргаж авсан тул нүүрсустөрөгчөөс устөрөгчийг зайлуулах зэрэг орно. Арилжааны хувьд их хэмжээний устөрөгчийг ихэвчлэн байгалийн хийн уурын өөрчлөлтөөр үйлдвэрлэдэг. Өндөр температурт (1000-1400 К, 700-1100 ° C эсвэл 1300-2000 ° F) уур (усны уур) метантай урвалд орж нүүрстөрөгчийн дутуу исэл ба H2 үүсгэдэг.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Энэ урвал нь бага даралттай үед илүү сайн явагддаг, гэхдээ үүнийг бас хийж болно өндөр даралт(2.0 МПа, 20 атм буюу 600 inHg). Учир нь өндөр даралтын H2 нь хамгийн алдартай бүтээгдэхүүн бөгөөд даралтат халаах систем нь өндөр даралттай үед илүү сайн ажилладаг. Бүтээгдэхүүний хольцыг ихэвчлэн метанол болон холбогдох нэгдлүүдийг үйлдвэрлэхэд шууд ашигладаг тул "сингаз" гэж нэрлэдэг. Метанаас бусад нүүрсустөрөгчийг янз бүрийн бүтээгдэхүүний харьцаатай синтезийн хий үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Энэхүү өндөр оновчтой технологийн олон хүндрэлийн нэг нь кокс буюу нүүрстөрөгч үүсэх явдал юм.

CH4 → C + 2 H2

Тиймээс уурын шинэчлэлт нь ихэвчлэн илүүдэл H2O ашигладаг. Нэмэлт устөрөгчийг нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг ашиглан усны хийн нүүлгэн шилжүүлэх урвалаар, ялангуяа төмрийн ислийн катализатор ашиглан уураас гаргаж авах боломжтой. Энэ урвал нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн үйлдвэрлэлийн нийтлэг эх үүсвэр юм:

CO + H2O → CO2 + H2

Бусад чухал аргуудН2-ийн хувьд нүүрсустөрөгчийн хэсэгчилсэн исэлдэлт орно.

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

Дээр дурдсан зүсэлтийн урвалын оршил болж чадах нүүрсний урвал:

C + H2O → CO + H2

Заримдаа устөрөгчийг ялгахгүйгээр ижил үйлдвэрлэлийн процесст үйлдвэрлэж, хэрэглэдэг. Аммиак үйлдвэрлэх Хабер процесст устөрөгчийг байгалийн хийнээс гаргаж авдаг. Хлорыг үйлдвэрлэхийн тулд давсны уусмалын электролиз нь дагалдах бүтээгдэхүүн болох устөрөгчийг үүсгэдэг.

Металл хүчил

Лабораторид H2-ийг ихэвчлэн шингэрүүлсэн исэлдүүлэхгүй хүчлүүдийг цайр гэх мэт тодорхой реактив металлуудтай Kipp аппаратаар урвалд оруулах замаар бэлтгэдэг.

Zn + 2 H + → Zn2 + + H2

Хөнгөн цагаан нь мөн суурьтай ажиллахад H2 үүсгэж болно:

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

Усны электролиз нь устөрөгч үйлдвэрлэх энгийн арга юм. Усны дундуур бага хүчдэлийн гүйдэл урсах ба а хүчилтөрөгчийн хий, харин катод дээр устөрөгчийн хий үүсдэг. Ихэвчлэн катодыг устөрөгчийг хадгалахад зориулж цагаан алт эсвэл өөр идэвхгүй металлаар хийдэг. Хэрэв хийг газар дээр нь шатаах гэж байгаа бол шаталтыг дэмжихийн тулд хүчилтөрөгч байх нь зүйтэй бөгөөд ингэснээр хоёр электрод нь идэвхгүй металлаар хийгдсэн байх болно. (Жишээ нь, төмөр исэлдэж, улмаар үйлдвэрлэсэн хүчилтөрөгчийн хэмжээг бууруулдаг). Онолын хувьд хамгийн их үр ашиг (үйлдвэрлэсэн устөрөгчийн эрчим хүчний үнэ цэнэтэй харьцуулахад цахилгаан эрчим хүч) 80-94% хооронд байна.

2 H2O (L) → 2 H2 (г) + O2 (г)

Устөрөгчийг үйлдвэрлэхийн тулд усанд нэмсэн мөхлөг хэлбэрээр хөнгөн цагаан, галлийн хайлшийг ашиглаж болно. Энэ процесс нь хөнгөн цагааны ислийг бас үйлдвэрлэдэг боловч үрлэн дээр ислийн арьс үүсэхээс сэргийлдэг үнэтэй галлиумыг дахин ашиглах боломжтой. Энэ нь устөрөгчийг дотооддоо үйлдвэрлэж болох тул тээвэрлэх шаардлагагүй тул устөрөгчийн эдийн засагт чухал ач холбогдолтой.

Термохимийн шинж чанарууд

Усыг салгахад ашиглаж болох 200 гаруй термохимийн цикл байдаг бөгөөд эдгээрээс төмрийн ислийн цикл, цери (IV) ислийн цикл, цайр-цайрын ислийн эргэлт, хүхрийн иодын цикл, зэсийн эргэлт, хлор, эрлийз гэх мэт арав орчим цикл байдаг. Хүхрийн эргэлтийг цахилгаан эрчим хүч ашиглахгүйгээр ус, дулаанаас устөрөгч, хүчилтөрөгч үйлдвэрлэх судалгаа, туршилтын шатанд байна. Хэд хэдэн лабораториуд (Франц, Герман, Грек, Япон, АНУ зэрэг) устөрөгчийг гарган авах термохимийн аргыг боловсруулж байна. нарны эрчим хүчболон ус.

Агааргүй зэврэлт

Агааргүй нөхцөлд төмөр, ган хайлш нь усны протоноор аажмаар исэлдэж, молекул устөрөгч (H2) болж хувирдаг. Төмрийн агааргүй зэврэлт нь эхлээд төмрийн гидроксид (ногоон зэв) үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд үүнийг дараах урвалаар тодорхойлж болно: Fe + 2 H2O → Fe (OH) 2 + H2. Хариуд нь агааргүй нөхцөлд төмрийн гидроксид (Fe (OH) 2) нь усны протоноор исэлдэж, магнетит ба молекулын устөрөгч үүсгэдэг. Энэ процессыг Шикорра урвалаар тайлбарлав: 3 Fe (OH) 2 → Fe3O4 + 2 H2O + H2 төмрийн гидроксид → магни + ус + устөрөгч. Сайн талстжсан магнетит (Fe3O4) нь төмрийн гидроксид (Fe (OH) 2) -аас илүү термодинамикийн хувьд тогтвортой байдаг. Энэ процесс нь аноксик гүний усанд төмөр, гангийн агааргүй зэврэлт болон усны ёроолын доорх хөрсийг нөхөн сэргээх явцад тохиолддог.

Геологийн гарал үүсэл: серпентинжих урвал

Гүн дэх хүчилтөрөгч (O2) байхгүй үед геологийн нөхцөлДэлхийн агаар мандлаас алслагдсан устөрөгч (H2) нь фаялитын болор торонд (Fe2SiO4, оливин-төмрийн төгсгөлийн цэг) агуулагдах төмрийн силикат (Fe2 +) -ийн усны протоноор (H+) агааргүй исэлдэх замаар серпентинжих процесст устөрөгч (H2) үүсдэг. . Магнетит (Fe3O4), кварц (SiO2) болон устөрөгч (H2) үүсэхэд хүргэдэг харгалзах урвал: 3Fe2SiO4 + 2 H2O → 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 3 H2 фаялит + ус → магнетит + кварц + устөрөгч. Энэ урвал нь устай харьцах төмрийн гидроксидын агааргүй исэлдэлтийн үед ажиглагдсан Шикоррагийн урвалтай маш төстэй юм.

Трансформатор дахь үүсэх

Эрчим хүчний трансформаторуудад үйлдвэрлэсэн бүх аюултай хийнүүдээс устөрөгч нь хамгийн түгээмэл бөгөөд ихэнх эвдрэлд үүсдэг; Тиймээс устөрөгчийн үйлдвэрлэл нь эрт үеийн шинж тэмдэг юм ноцтой асуудлуудВ амьдралын мөчлөгтрансформатор.

Хэрэглээ

Төрөл бүрийн процесс дахь хэрэглээ

Газрын тос, химийн үйлдвэрүүдэд их хэмжээний Н2 хэрэгтэй. H2-ийн хамгийн том хэрэглээ нь чулуужсан түлшийг боловсруулах ("шинэчлэх") болон аммиак үйлдвэрлэхэд зориулагдсан. Нефть химийн үйлдвэрүүдэд H2-ийг гидродеалкилизаци, хүхэргүйжүүлэх, гидрокрекинг хийхэд ашигладаг. H2 нь өөр хэд хэдэн чухал хэрэглээтэй. H2 нь устөрөгчжүүлэгч бодис болгон, ялангуяа ханаагүй өөх тос, тосны (маргарин гэх мэт зүйлсээс олддог) ханалтын түвшинг нэмэгдүүлэх, метанол үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Мөн давсны хүчлийн үйлдвэрлэлд устөрөгчийн эх үүсвэр болдог. Н2-ийг мөн металлын хүдэр бууруулах бодис болгон ашигладаг. Устөрөгч нь газрын ховор болон шилжилтийн олон металлд маш сайн уусдаг бөгөөд нанокристалл болон аморф металлын аль алинд нь уусдаг. Металл дахь устөрөгчийн уусах чадвар нь орон нутгийн гажилт эсвэл болор тор дахь хольцоос хамаарна. Энэ нь устөрөгчийг халуун палладийн дискээр дамжуулж цэвэршүүлэх үед ашигтай байж болох ч хийн өндөр уусах чадвар нь металлургийн асуудал бөгөөд олон металлын хэврэгшилд хувь нэмэр оруулж, дамжуулах хоолой, хадгалах савны дизайныг төвөгтэй болгодог. Н2 нь урвалж болгон ашиглахаас гадна физик, технологийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Энэ нь атомын устөрөгчийн гагнуур гэх мэт гагнуурын техникүүдэд хамгаалалтын хий болгон ашигладаг. H2 нь хамгийн их байдаг тул цахилгаан станцуудын цахилгаан үүсгүүрт роторын хөргөлтийн бодис болгон ашигладаг өндөр дулаан дамжуулалтбүх хийн дунд. Шингэн H2 нь криогенийн судалгаа, түүний дотор хэт дамжуулалтын судалгаанд ашиглагддаг. H2 нь агаараас хөнгөн бөгөөд агаарын нягтын 1/14-ээс бага зэрэг их байдаг тул түүнийг нэгэн цагт өргөх хий болгон ашиглаж байжээ. бөмбөлөгболон агаарын хөлөг. Шинэ хэрэглээнд устөрөгчийг цэвэрхэн эсвэл азоттой хольж (заримдаа үүсгэгч хий гэж нэрлэдэг) алдагдлыг шуурхай илрүүлэх зорилгоор ашигладаг. Устөрөгчийг автомашин, хими, эрчим хүч, сансар судлал, харилцаа холбооны салбарт ашигладаг. Устөрөгч нь зөвшөөрөгдсөн бодис юм хүнсний нэмэлт(E 949), энэ нь гоожсон эсэхийг шалгах боломжийг олгодог хүнсний бүтээгдэхүүн, бусад антиоксидант шинж чанаруудын дунд. Устөрөгчийн ховор изотопууд нь мөн өвөрмөц хэрэглээтэй байдаг. Дейтерий (устөрөгч-2) нь цөмийн задралын хэрэглээнд зохицуулагч болгон ашигладаг удаан нейтронуудмөн цөмийн хайлуулах урвалд. Дейтерийн нэгдлүүдийг химийн болон биологийн салбарт урвалын изотопын нөлөөг судлахад ашигладаг. Цөмийн реакторт үйлдвэрлэсэн тритиум (устөрөгч-3) нь устөрөгчийн бөмбөг үйлдвэрлэхэд, биологийн шинжлэх ухаанд изотопын илрүүлэгч, гэрэлтдэг будгийн цацрагийн эх үүсвэр болгон ашигладаг. Температур гурвалсан цэгУстөрөгчийн тэнцвэрт байдал нь тодорхойлох хүчин зүйл юм тогтмол цэгВ температурын хуваарь ITS-90 13.8033 келвин.

Хөргөх орчин

Устөрөгчийг цахилгаан станцуудад ихэвчлэн хоёр атомт гэрлийн молекулуудын шууд үр дүн болох олон ашигтай шинж чанаруудаас шалтгаалан генераторуудад хөргөлтийн бодис болгон ашигладаг. Эдгээрт бага нягтрал, бага зуурамтгай чанар, аливаа хийн хамгийн өндөр хувийн дулаан багтаамж, дулаан дамжуулалт зэрэг орно.

Эрчим хүчний тээвэрлэгч

Одоогоор төлөвшөөгүй байгаа технологи болох дейтерий эсвэл тритиумыг ашигладаг арилжааны хайлуулах цахилгаан станцуудын таамаглалыг эс тооцвол устөрөгч нь эрчим хүчний нөөц биш юм. Нарны энерги нь устөрөгчийн цөмийн нэгдлээс үүсдэг боловч дэлхий дээр энэ үйл явцыг хэрэгжүүлэхэд хэцүү байдаг. Нарны, биологийн эсвэл цахилгааны эх үүсвэрээс ялгарах элементийн устөрөгч нь шатаах үед зарцуулсан эрчим хүчнээс илүү их энерги шаарддаг тул эдгээр тохиолдолд устөрөгч нь батерейтай адил эрчим хүч зөөгч үүрэг гүйцэтгэдэг. Устөрөгчийг чулуужсан эх үүсвэрээс (метан гэх мэт) гаргаж авах боломжтой боловч эдгээр эх үүсвэрүүд шавхагдах боломжтой. Шингэн устөрөгч болон шахсан устөрөгчийн хийн нэгж эзэлхүүн дэх эрчим хүчний нягт нь уламжлалт эрчим хүчний эх үүсвэрээс хамаагүй бага боловч түлшний нэгж массын эрчим хүчний нягтрал өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч элементийн устөрөгч нь ирээдүйн эдийн засгийн өргөн хүрээний эрчим хүчний тээвэрлэгч болох эрчим хүчний хүрээнд өргөн хүрээнд яригдаж байна. Жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг ялган авах, дараа нь нүүрстөрөгчийг хуримтлуулах, хадгалах ажлыг чулуужсан түлшнээс H2 үйлдвэрлэх цэг дээр хийж болно. Тээвэрлэлтэнд ашигласан устөрөгч нь харьцангуй цэвэр шатдаг бөгөөд зарим NOx ялгаруулалттай боловч нүүрстөрөгчийн ялгаралт байхгүй. Гэсэн хэдий ч устөрөгчийн эдийн засагт бүрэн шилжихтэй холбоотой дэд бүтцийн зардал ихээхэн байх болно. Түлшний эсүүдустөрөгч болон хүчилтөрөгчийг дотоод шаталтат хөдөлгүүрээс илүү үр ашигтайгаар шууд цахилгаан болгон хувиргаж чаддаг.

Хагас дамжуулагчийн үйлдвэр

Устөрөгчийг аморф цахиур ба аморф нүүрстөрөгчийн унжсан холбоосыг хангахад ашигладаг бөгөөд энэ нь материалын шинж чанарыг тогтворжуулахад тусалдаг. Энэ нь мөн ZnO, SnO2, CdO, MgO, ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4, SrZr зэрэг янз бүрийн исэл материалд электрон хандивлагч юм.

Биологийн урвал

H2 нь агааргүй бодисын солилцооны бүтээгдэхүүн бөгөөд хэд хэдэн бичил биетүүд ихэвчлэн гидрогеназ гэж нэрлэгддэг төмөр эсвэл никель агуулсан ферментийн катализаторын урвалаар үүсдэг. Эдгээр ферментүүд нь H2 ба түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хооронд урвуу исэлдэлтийн урвалыг хурдасгадаг - хоёр протон, хоёр электрон. Устөрөгчийн хий үүсэх нь пируватыг исгэх явцад үүссэн бууруулагч эквивалентыг ус руу шилжүүлэх замаар үүсдэг. Устөрөгчийн үйлдвэрлэл, организмын хэрэглээний байгалийн мөчлөгийг устөрөгчийн эргэлт гэж нэрлэдэг. Усны хуваагдал нь усыг түүний бүрэлдэхүүн хэсэг болох протон, электрон, хүчилтөрөгч болгон задлах үйл явц нь бүх фотосинтезийн организмд гэрлийн урвалд ордог. Ийм зарим организмууд, түүний дотор Chlamydomonas Reinhardtii замаг ба цианобактери нь хлоропласт дахь тусгай гидрогеназын нөлөөгөөр протон ба электронууд H2 хий үүсгэдэг харанхуй урвалын хоёр дахь үе шатыг хөгжүүлсэн. Хүчилтөрөгч байгаа нөхцөлд ч H2 хийг үр дүнтэй нийлэгжүүлэхийн тулд цианобактерийн гидразуудыг генетикийн хувьд өөрчлөх оролдлого хийсэн. Мөн биореакторт генийн өөрчлөлттэй замаг ашиглах оролдлого хийсэн.