Ջրածին, հատկությունները, ստացման եղանակները և կիրառությունը

ՋՐԱԾԻՆ

Ջրածինը (H) պարբերական համակարգի առաջին տարրն է։ Առաջին անգամ մաքուր վիճակում ստացել է Հենրի Կավենդիշը 1766թ.։ Այն տիեզերքում ամենատարածված տարրն է։ Երկրի վրա այն գտնվում է հիմնականում միացությունների ձևով` ջրում, նավթում, կենդանի հյուսվածքներում, իսկ ազատ վիճակում՝ շատ չնչին քանակներով մթնոլորտի վերին շերտերում ։ Կազմում է երկրակեղևի 1%-ը` ըստ զանգվածի, և 16%` ըստ ատոմների թվի: Սպեկտրոսկոպի օգնությամբ ջրածին հայտնաբերվել է արեգակի և աստղերի վրա։ Ջրածինը միացություններում միավալենտ է։ Ջրածնի ատոմը կազմված է մեկ պրոտոն ունեցող միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Հանդես է գալիս H₂ պարզ նյութի ձևով:

Իզոտոպները ¹₁H-պրոտիում (ըստ զանգվածի 99,98 %), ²₁H-դեյտերիում (ըստ զանգվածի 0,02 %):Արհեստական եղանակով ստացվել է ³₁H տրիտիում:

Ատոմական համարը՝ 1, ատոմական զանգվածը՝ 1.008։ Ամենաթեթև տարրն է պարբերական համակարգում։ Ցուցաբերում է +1 և -1(հիդրիդներում) ՕԱ: Ջրածինը հայտնաբերվել է XVI դարի կեսերին Պարացելսի կողմից, որը ստացել է երկաթի վրա ծծմբական թթու ազդելով։ 1766թ. Կավենդիշը հաստատել է նրա հատկությունները և ցույց է տվել նրա տարբերությունը մյուս գազերից և անվանել է «այրվող օդ»։ Լավուազիեն1783թ. առաջին անգամ ջրածին ստացավ ջրից և ապացուցեց, որ ջուրը ջրածնի և թթվածնի քիմիական միացությունն է և նրան անվանեց «հիդրոգենիում», որը նշանակում է ջուր ծնող։

Բացի ջրածնից՝ 1 ատոմական զանգվածով, հայտնի են նաև 2 և 3 ատոմական զանգվածներով ջրածիններ՝ ծանր ջրածիններ՝ դեյտերիում (D) և տրիտիում (T), որոնք թթվածնի հետ առաջացնում են ծանր ջուր՝ (M=2Օ)։

Արեգակի վրա հայտնաբերվել է 69 քիմիական տարր՝ ջրածնի գերակշռությամբ։ Ջրածինը 5.1 (80%) անգամ շատ է, քան հելիումը և 10 հազար անգամ ավելի, քան բոլոր մետաղները միասին վերցրած:

ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ

Ջրածինը սովորական պայմաններում անգույն,անհամ,անհոտ գազ է:14,5 անգամ թեթև է օդից (ամենաթեթև գազն է):Ջրում քիչ է լուծվում՝ 1 լ ջրում 20°С-ում լուծվում է 18 մլ ջրածին:-252,8°С-ում 1մթնոլորտային ճնշման տակ ջրածինը դառնում է շարժուն հեղուկ,որը ևս անգույն է:Ջրածինը լավ լուծվում է որոշ մետաղներում (Ni,Pd,Pt) 1 ծավալ պալադիումում լուծվում է 850 ծավալ ջրածին՝ տաքացնելիս այն քանակապես անջատվում է: Հեղուկ ջրածինը անգույն է:

ՍՏԱՑՈՒՄԸ

Լաբորատորիայում ջրածին ստանում են

1.Ջրածնից փոքր իոնացման պոտենցիալներով մետաղների և թթուների փոխազդեցությունից (բացի HNO₃ և խիտ H₂SO₄-ից).

Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑ Fe+H₂SO₄(_նոսր)=FeSO₄+H₂↑

2, ջրի էլեկտրոլիզից

Արդյունաբերության մեջ ջրածին ստանում են.

3.Ալկալիների,թթուների և որոշ աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզով.

4.Մեթանի կոնվերսիայով (փոխարկմամբ) (900°С).Ամենաէժան եղանակն է

CH₄+H₂O=CO+3H₂  կամ CH₄+2H₂O=CO₂+4H₂

5.Փոխարկման եղանակով: Սկզբում ստանում են ջրագազ`շիկացած ածխի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից (1000°С). Այնուհետև CO-ն օքսիդացնում են մինչև CO₂ ջրագազի խառնուրդը ջրի գոլորշիների ավելցուկի հետ բաց թողնելով մինչև 400-450⁰ C տաքացված Fe₂O₃ կատալիզատորի վրայով

C+H₂O=CO+H₂ (ջրագազ) CO +( H₂) + H₂O = + H₂ +( H₂)

Առաջացած CO₂-ը կլանվում է ջրով: Այս եղանակով ստանում են արդյունաբերական ջրածնի 50%-ից ավելին:

6.Երկաթյա կամ նիկելե կատալիզատորի առկայությամբ մեթանը մինչև 350⁰ C տաքացնելով

CH₄ = C + 2H₂

Այլ փոխազդեցությունների միջոցով

7.Ալկալիական և հողալկալիական մետաղների ու ջրի փոխազդեցությունից.

2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑ Ca+2H₂O=Ca(OH)₂+H₂↑

8 .Որոշ մետաղների կամ ոչ մետաղների և ալկալու ջրային լուծույթի փոխազդեցությունից.

2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂↑ Zn+2NaOH+2H₂O=Na₂[Zn(OH)₄]+H₂↑

Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂↑

9.Երկաթագոլորշային եղանակով՝ շիկացած երկաթի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից.

3Fe+4H₂O= +4H₂

10 .Մետաղների հիդրիդների և ջրի կամ թթուների փոխազդեցությունից.

2NaH+H₂O=2NaOH+H₂↑ CaH₂+2HCl=CaCl₂+2H₂↑

ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ

Ջրածնի դիրքը 1 եվ 7 րդ խմբում պայմանավորված է նրանով,որ ջրածնի ատոմը կարող է կորցնել էլեկտրոն նմանվելով ալկալիական մետաղներին եվ վերցնել էլեկտրոն նմանվելով հալոգեններին այսպիսով ջրածնի ատոմը օժտված է վերօքս երկակիությամբ կարող է լինել եվ օքսիդիչ եվ վերականգնիչ

H-ի ատոմը խիստ ռեակցիոունակ է և շատ արագ առաջացնում է H₂ մոլեկուլը:Ատոմական ջրածնով աշխատող այրիչը ստեղծում է 4000°С բարձր ջերմաստիճան, որը պայմանավորված է H₂-ի կապի մեծ էներգիայով H+H→H₂ ΔH=-436 կՋ է:Բացի հիդրիդներից, որտեղ ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է, մնացած միացություններում ունի +1 օքսիդացման աստիճան:

1.Լույսի կամ ջերմության ազդեցությամբ H₂ միանում է հալոգենների և այլ ոչ մետաղների հետ:

H₂ + Cl₂ ⇌ 2HCl↑ H₂+S=H₂S 3H₂+N₂=2NH₃ (400-500°С,p,Fe)

2. Ջրածինը միանում է թթվածնի հետ՝ հսկայական քանակի էներգիայի անջատմամբ (ջրածնաթթվածնային բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 3000°С:

2H₂+O₂=2H₂O+Q

այս գազերի 2:1 հարաբերությունը կոչվում է շառաչող գազ,քանի որ ավարտվում է պայթյունով:

3. Ջրածինը ուժեղ վերականգնիչ է,այն վերականգնում է շատ մետաղներ իրենց օքսիդներից.

PbO+H₂=Pb+H₂O CuO+H₂=Cu+H₂O MoO₃+3H₂=Mo+3H₂

4. փոխազդում է նաև որոշ ոչ մետաղների օքսիդների հետ,ստացվում է ոչ մետաղ.

2NO₂+4H₂=N₂+4H₂O

5 .Մետաղների հետ ջրածինը առաջացնում է հիդրիդներ,որոնք պինդ նյութեր են և կարծես ջրածնի շտեմարան լինեն,որովհետև ջրի հետ՝ տալիս են ջրածին,որը հնարավոր է ապագայում օգտագործել որպես վառելիք՝ բենզինի փոխարեն:

H₂+2Na=2NaH Ca+H₂=CaH₂

6 .Օրգանական քիմիական ռեակցիաներում ջրածինը օգտագործում են հիդրացնելու համար:

H₂C=CH₂+H₂→C₂H₆

ԿԻՐԱՌՈՒԹՅՈՒՆԸ

Մեծ քանակությամբ ջրածին կիրառվում է ամոնիակ, HCl սինթեզելու համար, հեղուկ ճարպերի հիդրոգենացման համար:Որպես թեթև գազ հելիումի հետ լցնում էին օդապարիկները:Ջրածինը օգտագործում են բարձր ջերմաստիճան ստանալու համար (3000-4000°С):Սակայն ջրածնի ամենալուրջ խնդիրը՝ միջուկային այս ռեակցիան է ²₁H+³₁H=⁴₂He+n+17,6 կՋ

Այս ռեակցիան ընթանում է 10 մլն աստիճանում,եթե հնարավոր լիներ կառավարել այս ռեակցիան,մարդկությունը կլուծեր էներգիայի պրոբլեմը:

Կարևոր է նաև պինդ վիճակում ջրածնի ստացումը (մետաղական ջրածին), որը օժտված է գերհաղորդականությամբ:

Ջրածինը կիրառվում է դիրիժաբլների լցման համար, որպես թեթև գազ, վեր բարձրացնող ուժ, ավտոգեն զոդման ժամանակ բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 2000 °C–ի։ Քիմիական արդյունաբերությունում որպես վերականգնիչ հատկապես Ni, Pt, Pd-ի առկայությամբ, 1 ծավալ Pd-ի մեջ լուծվում Է 850 ծավալ ջրածին։ Օգտագործվում է քարածուխից արհեստական բենզինի ստացման համար, ամոնիակի, սպիրտների, հալոգենաջրածինների սինթեզում: