HIDROGENUL

1.Starea naturala

2. Hidrogenul molecular H₂

a)proprietati fizice

densitatea

caldura specifica

viteza de difuziune

solubilitatea

b) proprietati chimice

combinarea hidrogenului cu nemetalele

3. Obtinerea hidrogenului molecular

in laborator

in industrie

in reactii de descompunere termica

4. Utilizari

1.Starea naturala.

Hidrogenul este elementul cu mult cel mai raspandit din univers. In atmosfera stelelor calde si in spatiul interstelar, hidrogenul exista sub forma de atomi liberi. In interiorul stelelor foarte calde, hidrogenul este continut sub forma de protoni. Acestia apar si in razele cosmice, ca produsi secundari ai interactiunii razelor cosmice primare cu atomi mai grei.

In straturile exterioare solide si lichide ale globului pamantesc, accesibile cercetarii chimice, hidrogenul se gaseste (combinat cu alte elemente) in cantitate mica. Atmosfera Pamantului contine numai urme de hidrogen, in straturile superioare. Cea mai mare parte din hidrogenul de la suprafata Pamantului este combinat cu oxigenul , sub forma de apa. Printre celelalte combinatii importante ale hidrogenului, ce apar in natura sunt combinatiile organice din plante si animale.

2.Hidrogenul molecular H₂ . Proprietati fizice

- hidrogenul este un gaz fara culoare si fara miros. Dupa heliu, se lichefiaza cel mai greu dintre toate gazele.

- Densitatea lui este mai mica decat a tuturor celorlalte gaze, avand masa moleculara cca. 2, iar masa moleculara medie a gazelor din aer fiind 28,9 , hidrogenul este de 14,4 ori mai usor decat aerul.

- Caldura specifica a hidrogenului este mai mare decat a celorlalte gaze

- Viteza de difuziune a hidrogenului este mai mare decat a tuturor celorlalte gaze. Viteza de trecere a unui gaz printr-un orificiu ingust este invers proportionala cu radacina patrata a densitatii gazului. Cauza acestui fenomen este ca viteza medie, u , a moleculelor H₂. In miscarile lor termice, este la aceeasi temperatura mult mai mare decat a moleculelor celorlalte gaze.

- Hidrogenul este foarte putin solubil in lichide. Unele metale dizolva hidrogen la temperatura ridicata , ferul pana la de 19 ori , iar paladiul pana la de 875 ori propriul sau volum

Proprietati chimice

- Hidrogenul molecular este un gaz stabil termic pana la temperaturi ridicate

- Hidrogenul nu este deosebit de reactiv, energia de legatura a celor doi atomi in molecula H fiind mare.

- Combinarea hidrogenului cu nemetalele. Cu oxigenul si cu clorul , hidrogenul reactioneaza violent. Amestecuri stoechiometrice de hidrogen cu oxigen sau clor explodeaza cand vin in contact cu o flacara, o scanteie electrica sau, in cazul clorului, cand sunt expuse luminii.

2H₂+O₂                   2H₂O

H₂ + Cl₂                  2HCl

- In mod similar, dar mai violent reactioneaza hidrogenul cu Fluorul, dand HF.

- Cu alte nemetale, cum sunt bromul si iodul, hidrogenul reactioneaza numai la temperatura mai ridicata. Reactiile sunt reversibile si au loc cu viteza mica.

Br₂ + H₂ 2HBr

I₂ + H₂ 2HI

- hidrogenul reactioneaza direct cu multe metale, dand hidruri metalice.

3. Obtinerea hidrogenului molecular

- In laborator, hidrogenul se prepara din zinc si acid clorhidric diluat, in aparatul Kipp sau in alte aparate similare sau prin electroliza unei solutii apoase de NaOH.

- In industrie, se obtine hidrogen ca produs secundar, la fabricarea clorului si a hidroxidului de sodiu, prin procedee eletrolitice

- In cantitati mari, hidrogenul se obtine in industrie din asa-numitul "gaz de apa", un amestec de H₂ + CO, ce ia nastere din carbune incandescent si apa : C + H₂O . Oxidul de carbon din gazul de apa se « converteste » in hidrogen printr-o reactie catalitica (Fe) cu apa (CO + H₂O CO₂ + H₂ ). Bioxidul de carbon format se indeparteaza prin dizolvare in apa rece, sub presiune.

Mai avantajoasa este metoda bazata pe reactia metanului cu vapori de apa, la circa 900 - 1000⁰ in prezenta unui catalizator de nichel , pe suport ceramic :

CH₄ + H₂O CO + 3H₂ DH= + 48,9 kcal/mol

In fabricile de amoniac, daca se introduce in cuptor in loc de oxigen aer, gazul rezultat contine, in acest caz , si azot N₂ si este utilizat la sinteza amoniacului.

- Hidrogenul se obtine si in reactii de descompunere termica sau piroliza, ale hidrocarburilor, efectuate in absenta oxigenului. In industria petrochimica se pirolizeaza fractiuni din petrol pentru obtinerea etenei si a altor hidrocarburi. Hidrogenul este o componenta a gazului de iluminat si de cocserie, care se formeaza prin incalzirea carbunelui la cca 1000⁰ in absenta aerului. Aceste gaze din urma contin pana la 50% H₂ .

5. Utilizari

Hidrogenul molecular, serveste in cantitati foarte mari la fabricarea amoniacului. Serveste apoi in reactii de hidrogenare a legaturilor duble C=C din grasimi si din alti compusi organici, precum si pentru desulfurarea petrolurilor bogate in sulf . In ultimul timp, hidrogenul lichid este folosit drept combustibil pentru rachete.