Հեղուկ ջրածին. հատկություններ և կիրառություններ. Ի՞նչ է ջրածինը: Ո՞ր նյութն է պարունակում շատ ջրածին:

Ջրածինը (H) շատ թեթև քիմիական տարր է, որի պարունակությունը Երկրի ընդերքում կազմում է 0,9%, իսկ ջրում՝ 11,19%։

Ջրածնի բնութագրերը

Թեթևությամբ գազերի մեջ առաջինն է։ Նորմալ պայմաններում այն ​​անհամ է, անգույն և բացարձակապես առանց հոտի։ Երբ այն մտնում է թերմոսֆերա, այն փոքր քաշի պատճառով թռչում է տիեզերք։

Ամբողջ տիեզերքում այն ​​ամենաբազմաթիվ քիմիական տարրն է (նյութերի ընդհանուր զանգվածի 75%-ը)։ Այնքան շատ, որ տիեզերքի շատ աստղեր ամբողջությամբ կազմված են դրանից: Օրինակ՝ Արևը։ Դրա հիմնական բաղադրիչը ջրածինն է։ Իսկ ջերմությունն ու լույսը էներգիայի արտազատման արդյունք են, երբ նյութի միջուկները միաձուլվում են: Նաև տիեզերքում կան նրա մոլեկուլների ամբողջ ամպեր՝ տարբեր չափերի, խտության և ջերմաստիճանի:

Ֆիզիկական հատկություններ

Բարձր ջերմաստիճանը և ճնշումը զգալիորեն փոխում են դրա որակները, բայց նորմալ պայմաններում դա.

Այն ունի բարձր ջերմային հաղորդունակություն՝ համեմատած այլ գազերի հետ,

Ոչ թունավոր և ջրում վատ լուծվող,

0,0899 գ/լ 0°C և 1 ատմ խտությամբ,

Հեղուկի է վերածվում -252,8°C ջերմաստիճանում

Դառնում է կոշտ -259,1°C-ի դեպքում,

Այրման տեսակարար ջերմություն 120.9.106 Ջ/կգ.

Հեղուկի կամ պինդի վերածվելու համար պահանջվում է բարձր ճնշում և շատ ցածր ջերմաստիճան։ Հեղուկ վիճակում այն ​​հեղուկ է և թեթև։

Քիմիական հատկություններ

Ճնշման տակ և սառչելիս (-252,87 աստիճան C) ջրածինը ձեռք է բերում հեղուկ վիճակ, որն իր քաշով ավելի թեթև է, քան ցանկացած անալոգային: Նրանում ավելի քիչ տեղ է զբաղեցնում, քան գազային վիճակում։

Տիպիկ ոչ մետաղ է։ Լաբորատորիաներում այն ​​արտադրվում է մետաղների (օրինակ՝ ցինկ կամ երկաթ) նոսր թթուների հետ փոխազդելու միջոցով։ Նորմալ պայմաններում այն ​​ոչ ակտիվ է և արձագանքում է միայն ակտիվ ոչ մետաղների հետ։ Ջրածինը կարող է առանձնացնել թթվածինը օքսիդներից և նվազեցնել մետաղները միացություններից: Այն և նրա խառնուրդները որոշակի տարրերի հետ ստեղծում են ջրածնային կապեր։

Գազը շատ լուծելի է էթանոլում և շատ մետաղներում, հատկապես պալադիումում։ Արծաթը չի լուծում այն: Ջրածինը կարող է օքսիդանալ թթվածնի կամ օդի մեջ այրման ժամանակ և հալոգենների հետ փոխազդեցության ժամանակ։

Երբ այն միանում է թթվածնի հետ, առաջանում է ջուր։ Եթե ​​ջերմաստիճանը նորմալ է, ապա ռեակցիան դանդաղ է ընթանում, եթե այն 550°C-ից բարձր է՝ պայթում է (վերածվում է պայթեցնող գազի)։

Բնության մեջ ջրածնի հայտնաբերում

Չնայած մեր մոլորակի վրա շատ ջրածին կա, այն հեշտ չէ գտնել իր մաքուր տեսքով: Քիչ բան կարելի է գտնել հրաբխային ժայթքման ժամանակ, նավթի արդյունահանման ժամանակ և որտեղ օրգանական նյութերը քայքայվում են:

Ընդհանուր քանակի կեսից ավելին ջրի հետ բաղադրության մեջ է։ Ներառված է նաև նավթի, տարբեր կավերի, դյուրավառ գազերի, կենդանիների և բույսերի կառուցվածքում (յուրաքանչյուր կենդանի բջջի առկայությունը ատոմների քանակով 50% է)։

Ջրածնի ցիկլը բնության մեջ

Ամեն տարի վիթխարի քանակությամբ (միլիարդավոր տոննա) բույսերի մնացորդները քայքայվում են ջրային մարմիններում և հողում, և այդ տարրալուծումը մթնոլորտ է արտազատում ջրածնի հսկայական զանգված: Այն նաև արտազատվում է բակտերիաների հետևանքով առաջացած ցանկացած խմորման, այրման ժամանակ և թթվածնի հետ միասին մասնակցում է ջրի ցիկլին։

Ջրածնի կիրառություններ

Տարրը ակտիվորեն օգտագործվում է մարդկության կողմից իր գործունեության մեջ, ուստի մենք սովորել ենք այն ձեռք բերել արդյունաբերական մասշտաբով.

Օդերեւութաբանություն, քիմիական արտադրություն;

Մարգարինի արտադրություն;

Որպես հրթիռային վառելիք (հեղուկ ջրածին);

Էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերություն էլեկտրական գեներատորների հովացման համար;

Մետաղների եռակցում և կտրում.

Շատ ջրածին օգտագործվում է սինթետիկ բենզինի (անորակ վառելիքի որակը բարելավելու համար), ամոնիակի, քլորաջրածնի, սպիրտների և այլ նյութերի արտադրության մեջ։ Միջուկային էներգիան ակտիվորեն օգտագործում է իր իզոտոպները։

«Ջրածնի պերօքսիդ» դեղամիջոցը լայնորեն օգտագործվում է մետալուրգիայում, էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ, ցանքածածկ և թղթի արտադրության մեջ, սպիտակեղենի և բամբակյա գործվածքների գունաթափման, մազերի ներկերի և կոսմետիկայի, պոլիմերների և բժշկության մեջ՝ վերքերի բուժման համար:

Այս գազի «պայթուցիկ» բնույթը կարող է դառնալ մահացու զենք՝ ջրածնային ռումբ։ Նրա պայթյունն ուղեկցվում է հսկայական քանակությամբ ռադիոակտիվ նյութերի արտանետմամբ և կործանարար է բոլոր կենդանի էակների համար։

Հեղուկ ջրածնի և մաշկի շփումը կարող է ուժեղ և ցավոտ ցրտահարության պատճառ դառնալ:

Բնության մեջ տարածվածություն. Բնության մեջ տարածված է Վ.–ն, որի պարունակությունը երկրակեղևում (լիթոսֆերա և հիդրոսֆերա) կազմում է 1% զանգվածային և 16% ատոմների քանակով։ V.-ն Երկրի վրա ամենատարածված նյութի՝ ջրի մի մասն է (Վ.-ի 11,19%-ը կշռով), միացությունների կազմով, որոնք կազմում են ածուխ, նավթ, բնական գազեր, կավ, ինչպես նաև կենդանական և բուսական օրգանիզմներ (այսինքն. բաղադրության մեջ սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, ճարպեր, ածխաջրեր և այլն): Ազատ վիճակում չափազանց հազվադեպ է Վ.–ն, քիչ քանակությամբ հանդիպում է հրաբխային և այլ բնական գազերում։ Մթնոլորտում առկա են փոքր քանակությամբ ազատ ջրածին (0,0001% ըստ ատոմների քանակի): Երկրի մերձակայքում ճառագայթումը ձևավորում է Երկրի ներքին («պրոտոն») ճառագայթային գոտին՝ պրոտոնների հոսքի տեսքով։ Տիեզերքում ամենատարածված տարրն է Վ. Պլազմայի տեսքով այն կազմում է Արեգակի և աստղերի մեծ մասի զանգվածի մոտ կեսը, միջաստղային միջավայրի և գազային միգամածությունների գազերի մեծ մասը։ Վ.-ն առկա է մի շարք մոլորակների մթնոլորտում և գիսաստղերում՝ ազատ H2, մեթան CH4, ամոնիակ NH3, ջրի H2O, ռադիկալներ՝ CH, NH, OH, SiH, PH և այլն։ Պրոտոնների հոսքի տեսքով էներգիան Արեգակի և տիեզերական ճառագայթների կորպուսային ճառագայթման մի մասն է։

Իզոտոպներ, ատոմ և մոլեկուլ: Սովորական վիտրիոլը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպների խառնուրդից՝ թեթև վիտրիոլ կամ պրոտիում (1H) և ծանր վիտրիոլ կամ դեյտերիում (2H կամ D): Բնական միացություններում 1 2H ատոմում միջինում կա 6800 1H ատոմ։ Արհեստականորեն արտադրվել է ռադիոակտիվ իզոտոպ՝ գերծանր V. կամ տրիտում (3H, կամ T), փափուկ β-ճառագայթմամբ և կիսամյակի T1/2 = 12,262 տարի։ Բնության մեջ տրիտումը ձևավորվում է, օրինակ, մթնոլորտային ազոտից՝ տիեզերական ճառագայթների նեյտրոնների ազդեցության տակ. մթնոլորտում այն ​​աննշանորեն փոքր է (V ատոմների ընդհանուր թվի 4-10-15%-ը)։ Ստացվել է չափազանց անկայուն իզոտոպ 4H։ 1H, 2H, 3H և 4H իզոտոպների զանգվածային թվերը, համապատասխանաբար 1,2, 3 և 4, ցույց են տալիս, որ պրոտիումի ատոմի միջուկը պարունակում է ընդամենը 1 պրոտոն, դեյտերիումը՝ 1 պրոտոն և 1 նեյտրոն, տրիտումը՝ 1 պրոտոն և 2։ նեյտրոններ, 4H - 1 պրոտոն և 3 նեյտրոն: Վ–ի իզոտոպների զանգվածների մեծ տարբերությունը որոշում է նրանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ավելի նկատելի տարբերություն, քան այլ տարրերի իզոտոպների դեպքում։

V. ատոմն ունի ամենապարզ կառուցվածքը մնացած բոլոր տարրերի ատոմներից՝ բաղկացած է միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Միջուկով էլեկտրոնի միացման էներգիան (իոնացման պոտենցիալ) 13,595 էՎ է։ Չեզոք ատոմը կարող է նաև ավելացնել երկրորդ էլեկտրոնը՝ ձևավորելով բացասական իոն H-; այս դեպքում երկրորդ էլեկտրոնի միացման էներգիան չեզոք ատոմի հետ (էլեկտրոնի մերձավորություն) կազմում է 0,78 էՎ։ Քվանտային մեխանիկան հնարավորություն է տալիս հաշվարկել ատոմի բոլոր հնարավոր էներգիայի մակարդակները և, հետևաբար, տալ նրա ատոմային սպեկտրի ամբողջական մեկնաբանությունը։ V ատոմը օգտագործվում է որպես մոդելային ատոմ այլ, ավելի բարդ ատոմների էներգիայի մակարդակների քվանտային մեխանիկական հաշվարկներում։ B. H2 մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք միացված են կովալենտային քիմիական կապով: Դիսոցացիայի էներգիան (այսինքն՝ ատոմների քայքայվելը) 4,776 էՎ է (1 էՎ = 1,60210-10-19 Ջ): Միջատոմային հեռավորությունը միջուկների հավասարակշռության դիրքում 0,7414-Å է։ Բարձր ջերմաստիճաններում մոլեկուլային ջրածինը տարանջատվում է ատոմների (2000°C դիսոցման աստիճանը 0,0013 է, 5000°C-ում՝ 0,95)։ Ատոմային Վ. առաջանում է նաև տարբեր քիմիական ռեակցիաներում (օրինակ՝ աղաթթվի վրա Zn–ի ազդեցությամբ)։ Այնուամենայնիվ, ջրածնի գոյությունը ատոմային վիճակում տևում է ընդամենը կարճ ժամանակ՝ ատոմները վերամիավորվում են H2 մոլեկուլների մեջ։

Ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ. V.-ն ամենաթեթևն է բոլոր հայտնի նյութերից (14,4 անգամ ավելի թեթև, քան օդը), խտությունը՝ 0,0899 գ/լ 0°C և 1 ատմ։ Հելիումը եռում է (հեղուկանում) և հալվում (պինդանում է) համապատասխանաբար -252,6°C և -259,1°C (միայն հելիումն ունի ավելի ցածր հալման և եռման ջերմաստիճան)։ Ջրի կրիտիկական ջերմաստիճանը շատ ցածր է (-240°C), ուստի դրա հեղուկացումը հղի է մեծ դժվարություններով. կրիտիկական ճնշում 12,8 կգ/սմ2 (12,8 ատմ), կրիտիկական խտություն 0,0312 գ/սմ3։ Բոլոր գազերից ամենամեծ ջերմահաղորդականությունն ունի V.-ն, որը հավասար է 0,174 W/(m-K) 0°C և 1 ատմ, այսինքն՝ 4,16-0-4 կալ/(s-cm-°C)։ V.-ի տեսակարար ջերմային հզորությունը 0°C-ում և 1 ատմ Ср 14.208-103 J/(kg-K), այսինքն՝ 3.394 կալ/(g-°C): V.-ն փոքր-ինչ լուծելի է ջրում (0,0182 մլ/գ 20°C և 1 ատմ), բայց լավ լուծելի է բազմաթիվ մետաղներում (Ni, Pt, Pd և այլն), հատկապես պալադիումում (850 ծավալ Pd-ի 1 ծավալին): . Վ.–ի լուծելիությունը մետաղներում կապված է դրանց միջով ցրվելու ունակության հետ. Ածխածնի համաձուլվածքի (օրինակ՝ պողպատի) միջոցով դիֆուզիան երբեմն ուղեկցվում է համաձուլվածքի քայքայմամբ՝ ածխածնի հետ ածխածնի փոխազդեցության պատճառով (այսպես կոչված, ածխաթթվացում)։ Հեղուկ V.-ը շատ թեթև է (խտությունը -253°C 0,0708 գ/սմ3) և հեղուկ (մածուցիկություն -253°C 13,8 սպուազ)։

Միացությունների մեծ մասում V. ցուցադրում է վալենտություն (ավելի ճիշտ՝ օքսիդացման վիճակ) +1, ինչպես նատրիումը և այլ ալկալիական մետաղները; սովորաբար այն համարվում է որպես այդ մետաղների անալոգային՝ առաջատար 1 գրամ: Մենդելեևի համակարգը. Այնուամենայնիվ, մետաղների հիդրիդներում B իոնը բացասական լիցքավորված է (օքսիդացման վիճակ -1), այսինքն՝ Na+H- հիդրիդը կառուցված է Na+Cl-քլորիդի նման կառուցվածքով։ Այս և մի քանի այլ փաստեր (Վ.-ի և հալոգենների ֆիզիկական հատկությունների նմանությունը, օրգանական միացություններում հալոգենների՝ Վ.-ին փոխարինելու ունակությունը) հիմք են տալիս Վ. դասակարգել նաև պարբերական համակարգի VII խմբում (մանրամասն. տե՛ս Տարրերի պարբերական աղյուսակը): Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային Վ.-ն համեմատաբար քիչ ակտիվ է, ուղղակիորեն զուգակցվում է միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի հետ, իսկ լույսի ներքո՝ քլորի հետ)։ Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն արձագանքում է բազմաթիվ տարրերի հետ: Ատոմային Վ.-ն մոլեկուլային համեմատ աճել է քիմիական ակտիվությամբ։ Թթվածնով Վ.-ն առաջացնում է ջուր՝ H2 + 1/2O2 = H2O 285,937-103 Ջ/մոլ, այսինքն՝ 68,3174 կկալ/մոլ ջերմություն (25°C և 1 ատմ) արտազատմամբ։ Նորմալ ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ, 550°C-ից բարձր այն պայթում է։ Ջրածին-թթվածին խառնուրդի պայթյունավտանգ սահմաններն են (ըստ ծավալի) 4-ից 94% H2, իսկ ջրածին-օդ խառնուրդինը՝ 4-ից 74% H2 (2 ծավալ H2 և 1 ծավալ O2 խառնուրդը կոչվում է. պայթեցնող գազ): Վ.-ն օգտագործվում է շատ մետաղներ նվազեցնելու համար, քանի որ այն հեռացնում է թթվածինը դրանց օքսիդներից.

CuO + H2 = Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O և այլն:
Հալոգեններով Վ.-ն առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.
H2 + Cl2 = 2HCl:

Միաժամանակ Վ.-ն պայթում է ֆտորով (նույնիսկ մթության մեջ և -252°C-ում), քլորի և բրոմի հետ արձագանքում է միայն լուսավորվելիս կամ տաքացնելիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացնելիս։ V.-ն փոխազդում է ազոտի հետ՝ առաջացնելով ամոնիակ՝ 3H2 + N2 = 2NH3 միայն կատալիզատորի վրա և բարձր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում։ Տաքացնելիս Վ.-ն ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ՝ H2 + S = H2S (ջրածնի սուլֆիդ), շատ ավելի դժվար՝ սելենի և թելուրի հետ։ Մաքուր ածխածնի հետ առանց կատալիզատորի V. կարող է արձագանքել միայն բարձր ջերմաստիճաններում՝ 2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան)։ Վ.-ն անմիջականորեն փոխազդում է առանձին մետաղների (ալկալի, հողալկալիական և այլն) հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ՝ H2 + 2Li = 2LiH։ Գործնական մեծ նշանակություն ունեն ջրածնի ռեակցիաները ածխածնի օքսիդի հետ, որոնցում առաջանում են տարբեր օրգանական միացություններ՝ կախված ջերմաստիճանից, ճնշումից, կատալիզատորից, օրինակ՝ HCHO, CH3OH և այլն (տես Ածխածնի օքսիդ)։ Չհագեցած ածխաջրածինները փոխազդում են ջրածնի հետ՝ դառնալով հագեցած, օրինակ՝ CnH2n + H2 = CnH2n+2 (տես Ջրածինացում)։

ՋՐԱԾԻՆ, H (լատ. hydrogenium; a. hydrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogene; i. hidrogeno), Մենդելեևի տարրերի պարբերական համակարգի քիմիական տարր է, որը միաժամանակ դասակարգվում է որպես I և VII խմբեր, ատոմային թիվ 1: , ատոմային զանգված 1, 0079։ Բնական ջրածինը ունի կայուն իզոտոպներ՝ պրոտիում (1 H), դեյտերիում (2 H, կամ D) և ռադիոակտիվ՝ տրիտում (3 H, կամ T): Բնական միացությունների համար միջին հարաբերակցությունը D/H = (158±2).10 -6 Երկրի վրա 3 H-ի հավասարակշռության պարունակությունը ~5,10 27 ատոմ է։

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածինը առաջին անգամ նկարագրվել է 1766 թվականին անգլիացի գիտնական Գ.Քավենդիշի կողմից։ Նորմալ պայմաններում ջրածինը անգույն, անհոտ և անհամ գազ է։ Բնության մեջ հանդիպում է ազատ վիճակում՝ H2 մոլեկուլների տեսքով։ H 2 մոլեկուլի դիսոցման էներգիան 4,776 էՎ է; Ջրածնի ատոմի իոնացման ներուժը 13,595 էՎ է։ Ջրածինը հայտնի ամենաթեթև նյութն է՝ 0°C և 0,1 ՄՊա 0,0899 կգ/մ 3; եռման t - 252,6 ° C, հալման t - 259,1 ° C; կրիտիկական պարամետրեր՝ t - 240°C, ճնշում 1,28 ՄՊա, խտություն 31,2 կգ/մ 3: Բոլոր գազերից ամենաջերմահաղորդիչը 0,174 Վտ/(մ.Կ) է 0°C և 1 ՄՊա, տեսակարար ջերմային հզորությունը՝ 14.208.10 3 Ջ (կգ.Կ):

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Հեղուկ ջրածինը շատ թեթև է (խտությունը -253°C-ում 70,8 կգ/մ 3 է) և հեղուկ (-253°C-ում՝ 13,8 cP): Միացությունների մեծ մասում ջրածինը ցուցաբերում է +1 օքսիդացման վիճակ (նման է ալկալիական մետաղներին), ավելի հազվադեպ՝ -1 (նման է մետաղների հիդրիդներին)։ Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինը անգործուն է. լուծելիությունը ջրի մեջ 20°C-ում և 1 ՄՊա 0,0182 մլ/գ; բարձր լուծելի է մետաղներում՝ Ni, Pt, Pd և այլն: Թթվածնով այն առաջացնում է ջուր՝ 143,3 ՄՋ/կգ ջերմության արտանետմամբ (25°C և 0,1 ՄՊա ջերմաստիճանում); 550°C և բարձր ջերմաստիճանում ռեակցիան ուղեկցվում է պայթյունով։ Ֆտորի և քլորի հետ փոխազդեցության դեպքում ռեակցիաները տեղի են ունենում նաև պայթյունավտանգ։ Հիմնական ջրածնի միացությունները՝ H 2 O, ամոնիակ NH 3, ջրածնի սուլֆիդ H 2 S, CH 4, մետաղի և հալոգեն հիդրիդներ CaH 2, HBr, Hl, ինչպես նաև օրգանական միացություններ C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH և այլն։ .

Ջրածինը բնության մեջ

Ջրածինը բնության մեջ տարածված տարր է, պարունակությունը կազմում է 1% (ըստ քաշի)։ Երկրի վրա ջրածնի հիմնական ջրամբարը ջուրն է (11,19%, ըստ զանգվածի)։ Ջրածինը բոլոր բնական օրգանական միացությունների հիմնական բաղադրիչներից է: Ազատ վիճակում առկա է հրաբխային և այլ բնական գազերում՝ (0,0001%, ատոմների քանակով)։ Այն կազմում է Արեգակի, աստղերի, միջաստղային գազի և գազային միգամածությունների զանգվածի մեծ մասը։ Մոլորակների մթնոլորտներում այն ​​առկա է H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH և այլն տեսքով: Այն Արեգակի կորպուսուլյար ճառագայթման (պրոտոնի հոսքեր) և տիեզերական ճառագայթների (էլեկտրոնների) մաս է կազմում: հոսում է):

Ջրածնի արտադրություն և օգտագործում

Ջրածնի արդյունաբերական արտադրության հումք են նավթավերամշակման գազերը, գազաֆիկացման արտադրանքները և այլն: Ջրածնի արտադրության հիմնական մեթոդներն են՝ ածխաջրածինների արձագանքը ջրային գոլորշու հետ, ածխաջրածինների մասնակի օքսիդացում, օքսիդի փոխակերպում, ջրի էլեկտրոլիզ: Ջրածինը օգտագործվում է ամոնիակի, սպիրտների, սինթետիկ բենզինի, աղաթթվի արտադրության, նավթամթերքների հիդրոմշակման և ջրածնային-թթվածնային բոցով մետաղները կտրելու համար։

Ջրածինը խոստումնալից գազային վառելիք է: Դեյտերիումը և տրիտումը կիրառություն են գտել միջուկային էներգիայի մեջ։

Ջրածնի պահեստավորում.

Գլադիշևա Մարինա Ալեքսեևնա, 10Ա, թիվ 75 դպրոց, Չեռնոգոլովկա: Զեկույց «Սկսիր գիտության մեջ» գիտաժողովում, MIPT, 2004 թ.

Ջրածնի՝ որպես ունիվերսալ էներգակիրի գրավչությունը պայմանավորված է նրա էկոլոգիական բարեկեցությամբ, նրա մասնակցությամբ էներգիայի փոխակերպման գործընթացների ճկունությամբ և արդյունավետությամբ: Ջրածնի բազմամասշտաբ արտադրության տեխնոլոգիաները բավականին լավ զարգացած են և ունեն գրեթե անսահմանափակ հումքային բազա։ Այնուամենայնիվ, ջրածնի ցածր խտությունը, նրա հեղուկացման ցածր ջերմաստիճանը, ինչպես նաև պայթյունի բարձր վտանգը, զուգորդված կառուցվածքային նյութերի հատկությունների վրա բացասական ազդեցության հետ, առաջ են քաշում ջրածնի պահպանման արդյունավետ և անվտանգ համակարգերի ստեղծման խնդիրները: - Սրանք այն խնդիրներն են, որոնք ներկայումս խոչընդոտում են ջրածնային էներգիայի և տեխնոլոգիայի զարգացմանը:

Համաձայն ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության դասակարգման, ջրածնի վառելիքի պահպանման մեթոդները կարելի է բաժանել 2 խմբի.

Առաջին խումբը ներառում է ֆիզիկական մեթոդներ, որոնք օգտագործում են ֆիզիկական գործընթացներ (հիմնականում սեղմում կամ հեղուկացում) ջրածնի գազը կոմպակտ վիճակի փոխակերպելու համար։ Ֆիզիկական մեթոդներով պահպանվող ջրածինը բաղկացած է H 2 մոլեկուլներից , թույլ փոխազդեցություն պահեստավորման միջավայրի հետ: Այսօր կիրառվել են ջրածնի պահպանման հետևյալ ֆիզիկական մեթոդները.

Սեղմված ջրածնի գազ.

գազի բալոններ;

ստացիոնար զանգվածային պահեստավորման համակարգեր, ներառյալ ստորգետնյա տանկերը.

պահեստավորում խողովակաշարերում;

ապակե միկրոսֆերաներ.

Հեղուկ ջրածին.ստացիոնար և տրանսպորտային կրիոգեն կոնտեյներներ:

IN քիմիականմեթոդներով, ջրածնի պահպանումն ապահովվում է որոշակի նյութերի հետ դրա փոխազդեցության ֆիզիկական կամ քիմիական գործընթացներով: Այս մեթոդները բնութագրվում են մոլեկուլային կամ ատոմային ջրածնի ուժեղ փոխազդեցությամբ պահեստային միջավայրի նյութի հետ։ Մեթոդների այս խումբը հիմնականում ներառում է հետևյալը.

Adsorption:

ցեոլիտներ և հարակից միացություններ;

Ակտիվացված ածխածին;

ածխաջրածնային նանոնյութեր.

Կլանումը նյութի մեկ ծավալով(մետաղների հիդրիդներ)

Քիմիական փոխազդեցություն.

ալոնատներ;

ֆուլերեններ և օրգանական հիդրիդներ;

ամոնիակ;

սպունգ երկաթ;

ջրի ռեակտիվ համաձուլվածքներ, որոնք հիմնված են ալյումինի և սիլիցիումի վրա:

Ջրածնի գազի պահեստավորումավելի բարդ խնդիր չէ, քան բնական գազի պահեստավորումը։ Գործնականում այդ նպատակով օգտագործվում են գազի տանկեր, բնական ստորգետնյա ջրամբարներ (ջրատար հորեր, սպառված նավթի և գազի հանքավայրեր) և ստորգետնյա ատոմային պայթյունների հետևանքով ստեղծված պահեստարանները: Ապացուցված է ջրածնի գազի պահպանման հիմնարար հնարավորությունը աղի քարանձավներում, որոնք ստեղծվել են հորատանցքերի միջոցով աղը ջրով լուծելու արդյունքում:

Ջրածնի գազը մինչև 100 ՄՊա ճնշման տակ պահելու համար օգտագործվում են երկշերտ պատերով եռակցված անոթներ։ Նման նավի ներքին պատը պատրաստված է ավստենիտիկ չժանգոտվող պողպատից կամ բարձր ճնշման պայմաններում ջրածնի հետ համատեղելի այլ նյութից, արտաքին շերտերը պատրաստված են բարձր ամրության պողպատներից։ Այդ նպատակների համար օգտագործվում են նաև ցածր ածխածնային պողպատներից պատրաստված հաստ պատերով անխափան անոթներ, որոնք նախատեսված են մինչև 40 - 70 ՄՊա ճնշման համար:

Լայն տարածում է գտել ջրածնի գազի պահեստավորումը ջրային լողավազանով (խոնավ գազի պահարաններով), մշտական ​​ճնշման մխոցային գազապահարաններով (չոր գազի պահիչներով) և մշտական ​​ծավալով գազի պահարաններով (բարձր ճնշման բաքեր): Բալոնները օգտագործվում են փոքր քանակությամբ ջրածնի պահպանման համար:

Պետք է նկատի ունենալ, որ եռակցված կոնստրուկցիայի թաց, ինչպես նաև չոր (մխոցային) գազի բաքերը բավարար ամրություն չունեն: Տեխնիկական պայմանների համաձայն՝ ջրածնի արտահոսքը թույլատրվում է մինչև 3000 մ3 տարողությամբ թաց գազի բաքերի բնականոն աշխատանքի ժամանակ։ 3 – մոտ 1,65%, իսկ տարողությամբ 3000 մ 3 և ավելին` օրական մոտ 1,1% (ելնելով գազի բաքի անվանական ծավալից):

Մեծ քանակությամբ ջրածնի պահպանման ամենախոստումնալից միջոցներից մեկը ջրածնային ջրերում պահելն է: Պահպանման այս մեթոդով տարեկան կորուստները տատանվում են 1-ից 3%: Կորուստների այս չափը հաստատում է բնական գազի պահեստավորման փորձը։

Ջրածինը կարող է պահվել և տեղափոխվել պողպատե անոթներում մինչև 20 ՄՊա ճնշման տակ: Նման բեռնարկղերը կարող են փոխադրվել սպառման կետ ավտոմոբիլային կամ երկաթուղային հարթակներում, ինչպես ստանդարտ տարաներով, այնպես էլ հատուկ նախագծված տարաներով:

Փոքր քանակությամբ սեղմված ջրածնի պահպանման և փոխադրման համար -50-ից +60 ջերմաստիճանում 0 C օգտագործել պողպատե անխափան բալոններ փոքր հզորությամբ մինչև 12 դմ 3 իսկ միջին հզորությունը 20 – 50 դմ 3 մինչև 20 ՄՊա աշխատանքային ճնշմամբ։ Փականի մարմինը պատրաստված է արույրից։ Բալոնները ներկված են մուգ կանաչ գույնով և կարմիր մակագրությամբ՝ «Ջրածին»:

Ջրածնի պահեստավորման բալոնները բավականին պարզ են և կոմպակտ: Սակայն 2 կգ պահպանելու համար Ն 2 Պահանջվում են 33 կգ քաշով պտուտակներ: Նյութերագիտության առաջընթացը հնարավորություն է տալիս գլանային նյութի զանգվածը նվազեցնել մինչև 20 կգ 1 կգ ջրածնի դիմաց, իսկ ապագայում հնարավոր է նվազեցնել մինչև 8–10 կգ։ Մինչ այժմ բալոններում պահվող ջրածնի զանգվածը կազմում է բալոնի զանգվածի մոտավորապես 2–3%-ը։

Մեծ քանակությամբ ջրածին կարող է պահվել մեծ ճնշման գազի տանկերում: Գազի տանկերը սովորաբար պատրաստված են ածխածնային պողպատից: Դրանցում աշխատանքային ճնշումը սովորաբար չի գերազանցում 10 ՄՊա: Ջրածնի գազի ցածր խտության պատճառով նման տարաներում այն ​​պահելը ձեռնտու է միայն համեմատաբար փոքր քանակությամբ։ Նշված արժեքից բարձր ճնշման բարձրացումը, օրինակ, հարյուրավոր մեգա Պասկալների նկատմամբ, նախ, առաջացնում է դժվարություններ՝ կապված ածխածնային պողպատների ջրածնային կոռոզիայի հետ, և, երկրորդը, հանգեցնում է նման բեռնարկղերի արժեքի զգալի աճի:

Շատ մեծ քանակությամբ ջրածնի պահպանման համար ծախսարդյունավետ մեթոդ է սպառված գազը և ջրատար հորիզոնները: ԱՄՆ-ում կա ավելի քան 300 ստորգետնյա գազի պահեստարան։

Ջրածին գազը շատ մեծ քանակությամբ պահվում է 365 մ խորությամբ աղի քարանձավներում 5 ՄՊա ջրածնի ճնշման տակ, ծակոտկեն ջրով լցված կառույցներում, որոնք պարունակում են մինչև 20 10: 6 մ 3 ջրածին:

50% ջրածին պարունակող գազի ստորգետնյա գազապահեստարաններում երկարաժամկետ պահեստավորման փորձը (ավելի քան 10 տարի) ցույց է տվել առանց նկատելի արտահոսքի դրա պահպանման լիարժեք հնարավորությունը: Ջրի մեջ ներծծված կավի շերտերը կարող են ապահովել հերմետիկորեն փակ պահեստ՝ ջրի մեջ ջրածնի թույլ լուծարման պատճառով:

Հեղուկ ջրածնի պահեստավորում

Ջրածնի բազմաթիվ յուրահատուկ հատկությունների շարքում, որոնք կարևոր է հաշվի առնել այն հեղուկ վիճակում պահելիս, հատկապես կարևոր է մեկը: Ջրածինը հեղուկ վիճակում հանդիպում է նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում՝ 20K եռման կետից մինչև 17K սառեցման կետ, երբ այն վերածվում է պինդ վիճակի։ Եթե ​​ջերմաստիճանը բարձրանում է իր եռման կետից, ջրածինը ակնթարթորեն անցնում է հեղուկից գազ:

Տեղական գերտաքացումից խուսափելու համար հեղուկ ջրածնով լցված անոթները պետք է նախապես սառչել ջրածնի եռման կետին մոտ ջերմաստիճանի, միայն դրանից հետո դրանք կարող են լցվել հեղուկ ջրածնով։ Դրա համար համակարգով անցնում են սառեցնող գազ, որը կապված է տարայի սառեցման համար ջրածնի մեծ սպառման հետ:

Ջրածնի անցումը հեղուկ վիճակից գազային վիճակի կապված է գոլորշիացումից անխուսափելի կորուստների հետ։ Գոլորշիացված գազի արժեքն ու էներգիան զգալի է: Ուստի այս գազի օգտագործման կազմակերպումը տնտեսական և անվտանգության տեսանկյունից անհրաժեշտ է։ Կրիոգեն անոթի անվտանգ շահագործման պայմանների համաձայն՝ անհրաժեշտ է, որ տարայում առավելագույն աշխատանքային ճնշման հասնելուց հետո գազի տարածքը լինի առնվազն 5%։

Հեղուկ ջրածնի պահեստավորման տանկերի համար կան մի շարք պահանջներ.

տանկի դիզայնը պետք է ապահովի ուժ և հուսալիություն, երկարաժամկետ անվտանգ շահագործում.

հեղուկ ջրածնի սպառումը պահեստարանը նախապես հովացնելու համար, նախքան այն հեղուկ ջրածնով լցնելը, պետք է լինի նվազագույն.

Պահպանման բաքը պետք է հագեցած լինի հեղուկ ջրածնով արագ լցնելու և պահեստավորված արտադրանքի արագ բաշխման միջոցներով:

Կրիոգեն ջրածնի պահեստավորման համակարգի հիմնական մասը ջերմամեկուսացված անոթներն են, որոնց զանգվածը մոտավորապես 4-5 անգամ պակաս է 1 կգ պահեստավորված ջրածնի դիմաց, քան բարձր ճնշման տակ գլանային պահեստավորման դեպքում: Հեղուկ ջրածնի կրիոգեն պահեստավորման համակարգերում 1 կգ ջրածինը կազմում է կրիոգեն նավի զանգվածի 6–8 կգ, իսկ ծավալային բնութագրերով՝ կրիոգեն անոթները համապատասխանում են գազային ջրածնի պահպանմանը 40 ՄՊա ճնշման տակ։

Հեղուկ ջրածինը մեծ քանակությամբ պահպանվում է մինչև 5 հազար մ ծավալով հատուկ պահեստարաններում 3 . 2850 մ ծավալով հեղուկ ջրածնի մեծ գնդաձև պահեստարան 3 ունի ալյումինե գնդիկի ներքին տրամագիծը 17,4 մ 3 .

Ջրածնի պահպանումը և տեղափոխումը քիմիապես կապված վիճակում

Երկար հեռավորությունների վրա ամոնիակի, մեթանոլի, էթանոլի տեսքով ջրածնի պահպանման և տեղափոխման առավելությունները ջրածնի ծավալային պարունակության բարձր խտությունն են։ Այնուամենայնիվ, ջրածնի պահպանման այս ձևերում պահեստային միջավայրը օգտագործվում է մեկ անգամ: Ամոնիակի հեղուկացման ջերմաստիճանը 239,76 Կ է, կրիտիկական ջերմաստիճանը՝ 405 Կ, ուստի նորմալ ջերմաստիճանում ամոնիակը հեղուկանում է 1,0 ՄՊա ճնշման տակ և կարող է փոխադրվել խողովակներով և պահել հեղուկ վիճակում։ Հիմնական Հարաբերակցությունները ներկայացված են ստորև.

1 մ 3 N 2 (գ) » 0,66 մ 3 NH 3 » 0,75 դմ 3 Հ 2 (լ);

1 տ NH 3 » 1975 m 3 N 2 + 658 m 3 N 2 – 3263 MJ;

2NH 3 ?N 2 + 3H 2 – 92 կՋ:

Ամոնիակի տարրալուծման համար դիսոցիատորները (կրեկերներ), որոնք տեղի են ունենում մոտավորապես 1173 - 1073 Կ ջերմաստիճանի և մթնոլորտային ճնշման դեպքում, օգտագործում են սպառված երկաթի կատալիզատոր՝ ամոնիակ սինթեզելու համար: Մեկ կգ ջրածին արտադրելու համար ծախսվում է 5,65 կգ ամոնիակ։ Ինչ վերաբերում է ամոնիակի տարանջատման ջերմային սպառմանը, երբ այս ջերմությունը դրսից օգտագործվում է, ապա ստացված ջրածնի այրման ջերմությունը կարող է լինել մինչև 20% ավելի բարձր, քան տարրալուծման գործընթացում օգտագործվող ամոնիակի այրման ջերմությունը: Եթե ​​գործընթացում ստացված ջրածինը օգտագործվում է տարանջատման գործընթացի համար, ապա նման պրոցեսի արդյունավետությունը (ստացված գազի ջերմության հարաբերակցությունը սպառված ամոնիակի այրման ջերմությանը) չի գերազանցում 60 - 70%-ը։

Մեթանոլից ջրածինը կարելի է ձեռք բերել երկու սխեմայի համաձայն՝ կամ կատալիտիկ տարրալուծմամբ.

CH 3 OH? CO+2H 2 – 90 կՋ

որին հաջորդում է CO-ի կատալիտիկ փոխակերպումը կամ կատալիտիկ գոլորշու փոխակերպումը մեկ փուլով.

H 2 O + CH 3 OH CO 2 + 3H 2 – 49 կՋ.

Սովորաբար, գործընթացում մեթանոլի սինթեզի համար օգտագործվում է ցինկ-քրոմ կատալիզատոր: Գործընթացը տեղի է ունենում 573 – 673 Կ. Մեթանոլը կարող է օգտագործվել որպես վառելիք փոխակերպման գործընթացների համար: Այս դեպքում ջրածնի արտադրության գործընթացի արդյունավետությունը 65–70% է (արտադրված ջրածնի ջերմության հարաբերակցությունը սպառված մեթանոլի այրման ջերմությանը); եթե ջրածնի արտադրության գործընթացի համար ջերմությունը մատակարարվում է դրսից, ապա կատալիտիկ տարրալուծման արդյունքում ստացված ջրածնի այրման ջերմությունը կազմում է 22%, իսկ գոլորշու վերափոխման արդյունքում ստացված ջրածինը 15% ավելի բարձր է, քան սպառված մեթանոլի այրման ջերմությունը:

Վերոնշյալին պետք է ավելացվի, որ թափոնների ջերմության օգտագործմամբ էներգատեխնոլոգիական սխեմա ստեղծելիս և մեթանոլից, ամոնիակից կամ էթանոլից ստացված ջրածնի օգտագործումը հնարավոր է ձեռք բերել գործընթացի ավելի բարձր արդյունավետություն, քան այդ արտադրանքը որպես սինթետիկ հեղուկ վառելիք օգտագործելու դեպքում: Այսպիսով, մեթանոլի և գազատուրբինային միավորի ուղղակի այրման դեպքում արդյունավետությունը կազմում է 35%: երբ արտանետվող գազերի ջերմության պատճառով կատարվում է մեթանոլի գոլորշիացում և կատալիտիկ փոխակերպում և CO + H խառնուրդի այրում. 2 Արդյունավետությունը բարձրանում է մինչև 41,30%, իսկ գոլորշու բարեփոխման և ստացված ջրածնի այրման ժամանակ՝ մինչև 41,9%։

Հիդրիդ ջրածնի պահպանման համակարգ

Ջրածինը հիդրիդի տեսքով պահեստավորելով՝ կարիք չկա մեծածավալ և ծանր բալոնների, որոնք պահանջվում են սեղմված ջրածնի գազը պահելու ժամանակ կամ դժվար արտադրվող և հեղուկ ջրածինը պահելու համար թանկարժեք անոթներ: Ջրածինը հիդրիդների տեսքով պահեստավորելիս համակարգի ծավալը կրճատվում է մոտավորապես 3 անգամ՝ համեմատած բալոններում պահեստավորման ծավալի հետ։ Ջրածնի տեղափոխումը պարզեցված է. Ջրածնի փոխակերպման և հեղուկացման համար ծախսեր չկան:

Ջրածինը մետաղների հիդրիդներից կարելի է ստանալ երկու ռեակցիաներով՝ հիդրոլիզով և դիսոցացիայով։

Հիդրոլիզով հնարավոր է ստանալ երկու անգամ ավելի շատ ջրածին, քան առկա է հիդրիդում։ Այնուամենայնիվ, այս գործընթացը գործնականում անշրջելի է: Հիդրիդի ջերմային տարանջատմամբ ջրածնի արտադրության մեթոդը հնարավորություն է տալիս ստեղծել ջրածնային մարտկոցներ, որոնց համար համակարգում ջերմաստիճանի և ճնշման աննշան փոփոխությունը առաջացնում է հիդրիդի ձևավորման ռեակցիայի հավասարակշռության զգալի փոփոխություն:

Հիդրիդների տեսքով ջրածինը պահելու համար ստացիոնար սարքերը զանգվածի և ծավալի խիստ սահմանափակումներ չունեն, ուստի որոշակի հիդրիդի ընտրության սահմանափակող գործոնը, ամենայն հավանականությամբ, կլինի դրա արժեքը: Որոշ կիրառությունների համար վանադիումի հիդրիդը կարող է օգտակար լինել, քանի որ այն լավ տարանջատվում է 270 Կ-ին մոտ ջերմաստիճանում: Մագնեզիումի հիդրիդը համեմատաբար էժան է, բայց ունի 560-570 K տարանջատման համեմատաբար բարձր ջերմաստիճան և առաջացման բարձր ջերմություն: Երկաթի-տիտանային համաձուլվածքը համեմատաբար էժան է, և դրա հիդրիդը տարանջատվում է 320 - 370 Կ ջերմաստիճանում՝ առաջացման ցածր ջերմությամբ: Հիդրիդների օգտագործումը անվտանգության զգալի առավելություններ ունի: Վնասված ջրածնի հիդրիդային անոթը զգալիորեն ավելի քիչ վտանգ է ներկայացնում, քան վնասված հեղուկ ջրածնի բաքը կամ ջրածնով լցված ճնշման անոթը:

Ներկայում Չեռնոգոլովկայում Ռուսաստանի Գիտությունների ակադեմիայի քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտում աշխատանքներ են տարվում մետաղական հիդրիդների հիման վրա ջրածնային մարտկոցների ստեղծման ուղղությամբ։

Մատենագիտություն :

1. Տեղեկատու. «Ջրածին. Հատկություններ, ստացում, պահեստավորում, տեղափոխում, դիմում»։ Մոսկվայի «Քիմիա» - 1989 թ

2. «Ջրածնի պահպանման մեթոդների վերանայում». Ուկրաինայի ԳԱԱ նյութագիտության պրոբլեմների ինստիտուտ. http://shp.by.ru/sci/fullerene/rorums/ichms/2003/

Պարբերական աղյուսակում այն ​​ունի իր հատուկ դիրքը, որն արտացոլում է նրա դրսևորած հատկությունները և խոսում է նրա էլեկտրոնային կառուցվածքի մասին։ Սակայն դրանց բոլորի մեջ կա մեկ հատուկ ատոմ, որը զբաղեցնում է միանգամից երկու բջիջ։ Այն գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք լիովին հակադիր են իրենց հատկություններով։ Սա ջրածին է: Նման հատկանիշները դարձնում են այն եզակի:

Ջրածինը ոչ միայն տարր է, այլև պարզ նյութ, ինչպես նաև շատ բարդ միացությունների անբաժանելի մաս, կենսագեն և օրգանոգեն տարր: Հետևաբար, եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք դրա բնութագրերն ու հատկությունները:

Ջրածինը որպես քիմիական տարր

Ջրածինը հիմնական ենթախմբի առաջին խմբի տարրն է, ինչպես նաև առաջին փոքր ժամանակաշրջանում հիմնական ենթախմբի յոթերորդ խմբի տարրը: Այս շրջանը բաղկացած է ընդամենը երկու ատոմից՝ հելիումից և այն տարրից, որը մենք դիտարկում ենք։ Եկեք նկարագրենք պարբերական աղյուսակում ջրածնի դիրքի հիմնական հատկանիշները:

1. Ջրածնի ատոմային թիվը 1 է, էլեկտրոնների թիվը՝ նույնը, համապատասխանաբար՝ պրոտոնների թիվը։ Ատոմային զանգված - 1,00795: Այս տարրի երեք իզոտոպ կա 1, 2, 3 զանգվածային թվերով: Այնուամենայնիվ, դրանցից յուրաքանչյուրի հատկությունները շատ տարբեր են, քանի որ ջրածնի համար զանգվածի նույնիսկ մեկով ավելացումը անմիջապես կրկնապատկվում է:
2. Այն փաստը, որ այն պարունակում է միայն մեկ էլեկտրոն իր արտաքին մակերեսին, թույլ է տալիս հաջողությամբ դրսևորել ինչպես օքսիդացնող, այնպես էլ վերականգնող հատկություններ: Բացի այդ, էլեկտրոն նվիրելուց հետո այն մնում է ազատ ուղեծրի հետ, որը մասնակցում է քիմիական կապերի առաջացմանը՝ ըստ դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմի։
3. Ջրածինը ուժեղ վերականգնող նյութ է: Ուստի նրա հիմնական տեղը համարվում է հիմնական ենթախմբի առաջին խումբը, որտեղ գլխավորում է ամենաակտիվ մետաղները՝ ալկալիները։
4. Այնուամենայնիվ, ուժեղ վերականգնող նյութերի հետ փոխազդելիս, ինչպիսիք են մետաղները, այն կարող է լինել նաև օքսիդացնող նյութ՝ ընդունելով էլեկտրոն։ Այս միացությունները կոչվում են հիդրիդներ: Ըստ այդ հատկանիշի՝ այն գլխավորում է հալոգենների ենթախումբը, որոնց նման է։
5. Իր շատ փոքր ատոմային զանգվածի պատճառով ջրածինը համարվում է ամենաթեթև տարրը։ Բացի այդ, նրա խտությունը նույնպես շատ ցածր է, ուստի այն նաև թեթևության չափանիշ է:

Այսպիսով, ակնհայտ է, որ ջրածնի ատոմը բոլորովին եզակի տարր է՝ ի տարբերություն մյուս բոլոր տարրերի։ Հետեւաբար, նրա հատկությունները նույնպես առանձնահատուկ են, եւ շատ կարեւոր են առաջացած պարզ ու բարդ նյութերը։ Դիտարկենք դրանք հետագա.

Պարզ նյութ

Եթե ​​խոսենք այս տարրի մասին որպես մոլեկուլ, ապա պետք է ասենք, որ այն երկատոմիկ է։ Այսինքն՝ ջրածինը (պարզ նյութ) գազ է։ Դրա էմպիրիկ բանաձևը գրվելու է որպես H2, իսկ գրաֆիկական բանաձևը կգրվի մեկ սիգմա H-H հարաբերության միջոցով: Ատոմների միջև կապի ձևավորման մեխանիզմը կովալենտային ոչ բևեռային է։

1. Մեթանի գոլորշու բարեփոխում.
2. Ածխի գազաֆիկացում - գործընթացը ներառում է ածուխի տաքացում մինչև 1000 0 C, որի արդյունքում առաջանում է ջրածնի և բարձր ածխածնի ածխի ձևավորում:
3. Էլեկտրոլիզ. Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել միայն տարբեր աղերի ջրային լուծույթների համար, քանի որ հալվածքները չեն հանգեցնում կաթոդում ջրի արտահոսքի:

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներ.

1. Մետաղների հիդրիդների հիդրոլիզ.
2. Նոսրացած թթուների ազդեցությունը ակտիվ մետաղների և միջին ակտիվության վրա:
3. Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ:

Արտադրված ջրածինը հավաքելու համար պետք է փորձանոթը գլխիվայր պահել։ Ի վերջո, այս գազը չի կարող հավաքվել այնպես, ինչպես, օրինակ, ածխաթթու գազը։ Սա ջրածին է, այն շատ ավելի թեթև է, քան օդը: Այն արագ գոլորշիանում է, իսկ օդի հետ խառնվելիս մեծ քանակությամբ պայթում է։ Հետեւաբար, փորձանոթը պետք է շրջված լինի: Լցնելուց հետո այն պետք է փակել ռետինե խցանով։

Հավաքված ջրածնի մաքրությունը ստուգելու համար պետք է վզին վառված լուցկի բերել։ Եթե ​​ծափը ձանձրալի է և հանգիստ, դա նշանակում է, որ գազը մաքուր է, օդի նվազագույն աղտոտվածությամբ: Եթե ​​այն բարձր է և սուլում է, ապա այն կեղտոտ է, օտար բաղադրիչների մեծ համամասնությամբ:

Օգտագործման ոլորտները

Ջրածինը այրելիս այնքան մեծ քանակությամբ էներգիա (ջերմություն) է արտանետվում, որ այդ գազը համարվում է ամենաեկամտաբեր վառելիքը։ Ավելին, այն էկոլոգիապես մաքուր է: Այնուամենայնիվ, մինչ օրս դրա կիրառումը այս ոլորտում սահմանափակ է: Դա պայմանավորված է մաքուր ջրածնի սինթեզման վատ մտածված և չլուծված խնդիրներով, որը հարմար կլինի օգտագործել որպես վառելիք ռեակտորներում, շարժիչներում և շարժական սարքերում, ինչպես նաև բնակելի ջեռուցման կաթսաներում:

Ի վերջո, այս գազի արտադրության մեթոդները բավականին թանկ են, ուստի նախ անհրաժեշտ է մշակել հատուկ սինթեզի մեթոդ։ Մեկը, որը թույլ կտա ձեռք բերել ապրանքը մեծ ծավալներով և նվազագույն գնով:

Կան մի քանի հիմնական ոլորտներ, որոնցում օգտագործվում է մեր դիտարկած գազը:

1. Քիմիական սինթեզներ. Հիդրոգենացումը օգտագործվում է օճառների, մարգարինների և պլաստմասսա արտադրելու համար։ Ջրածնի, մեթանոլի և ամոնիակի, ինչպես նաև այլ միացությունների մասնակցությամբ սինթեզվում են։
2. Սննդի արդյունաբերությունում՝ որպես հավելում E949:
3. Ավիացիոն արդյունաբերություն (հրթիռային գիտություն, ավիաշինություն)։
4. Էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերություն.
5. Օդերեւութաբանություն.
6. Էկոլոգիապես մաքուր վառելիք:

Ակնհայտ է, որ ջրածինը նույնքան կարևոր է, որքան այն առատ է բնության մեջ: Նրա առաջացրած տարբեր միացություններն էլ ավելի մեծ դեր են խաղում։

Ջրածնի միացություններ

Սրանք ջրածնի ատոմներ պարունակող բարդ նյութեր են։ Նման նյութերի մի քանի հիմնական տեսակներ կան.

1. Ջրածնի հալոգենիդներ. Ընդհանուր բանաձևը HHal է: Նրանց թվում առանձնահատուկ նշանակություն ունի քլորաջրածինը։ Այն գազ է, որը լուծվում է ջրի մեջ՝ առաջացնելով աղաթթվի լուծույթ։ Այս թթուն լայնորեն կիրառվում է գրեթե բոլոր քիմիական սինթեզներում։ Ընդ որում՝ և՛ օրգանական, և՛ անօրգանական։ Ջրածնի քլորիդը HCL էմպիրիկ բանաձևով միացություն է և մեր երկրում տարեկան արտադրվող ամենախոշորներից է: Ջրածնի հալոգենիդները ներառում են նաև ջրածնի յոդ, ջրածնի ֆտորիդ և ջրածնի բրոմիդ: Նրանք բոլորը կազմում են համապատասխան թթուներ:
2. Ցնդող Գրեթե բոլորը բավականին թունավոր գազեր են։ Օրինակ՝ ջրածնի սուլֆիդը, մեթանը, սիլանը, ֆոսֆինը և այլն։ Միաժամանակ դրանք շատ դյուրավառ են։
3. Հիդրիդները մետաղների հետ միացություններ են։ Պատկանում են աղերի դասին։
4. Հիդրօքսիդներ՝ հիմքեր, թթուներ և ամֆոտերային միացություններ: Նրանք անպայման պարունակում են ջրածնի ատոմներ՝ մեկ կամ ավելի։ Օրինակ՝ NaOH, K 2, H 2 SO 4 և այլն:
5. Ջրածնի հիդրօքսիդ. Այս միացությունն ավելի հայտնի է որպես ջուր: Մեկ այլ անուն ջրածնի օքսիդ է: Էմպիրիկ բանաձեւն այսպիսի տեսք ունի՝ H 2 O.
6. Ջրածնի պերօքսիդ. Սա ուժեղ օքսիդացնող նյութ է, որի բանաձևը H 2 O 2 է:
7. Բազմաթիվ օրգանական միացություններ՝ ածխաջրածիններ, սպիտակուցներ, ճարպեր, լիպիդներ, վիտամիններ, հորմոններ, եթերայուղեր և այլն։

Ակնհայտ է, որ մեր դիտարկած տարրի միացությունների բազմազանությունը շատ մեծ է։ Սա ևս մեկ անգամ հաստատում է նրա բարձր կարևորությունը բնության և մարդկանց, ինչպես նաև բոլոր կենդանի էակների համար։

- սա լավագույն լուծիչն է

Ինչպես նշվեց վերևում, այս նյութի ընդհանուր անվանումը ջուր է: Բաղկացած է ջրածնի երկու ատոմից և մեկ թթվածնից՝ կապված կովալենտային բևեռային կապերով։ Ջրի մոլեկուլը դիպոլ է, սա բացատրում է նրա դրսևորած շատ հատկություններ: Մասնավորապես, այն ունիվերսալ լուծիչ է։

Հենց ջրային միջավայրում են տեղի ունենում գրեթե բոլոր քիմիական գործընթացները։ Կենդանի օրգանիզմներում պլաստիկ և էներգետիկ նյութափոխանակության ներքին ռեակցիաները նույնպես իրականացվում են ջրածնի օքսիդի միջոցով։

Ջուրն իրավամբ համարվում է մոլորակի ամենակարևոր նյութը։ Հայտնի է, որ ոչ մի կենդանի օրգանիզմ չի կարող ապրել առանց դրա։ Երկրի վրա այն կարող է գոյություն ունենալ ագրեգացման երեք վիճակներում.

• հեղուկ;
• գազ (գոլորշու);
• պինդ (սառույց):

Կախված մոլեկուլում ներառված ջրածնի իզոտոպից՝ առանձնանում են ջրի երեք տեսակ.

1. Թեթև կամ պրոտիում: 1 զանգվածով իզոտոպ: Բանաձև՝ H 2 O: Սա սովորական ձևն է, որն օգտագործում են բոլոր օրգանիզմները:
2. Դեյտերիում կամ ծանր, դրա բանաձևը D 2 O է: Պարունակում է 2 H իզոտոպը:
3. Սուպեր ծանր կամ տրիտիում: Բանաձևը նման է T 3 O, իզոտոպը՝ 3 H:

Մոլորակի վրա թարմ պրոտիումային ջրի պաշարները շատ կարևոր են։ Շատ երկրներում դրա պակասն արդեն կա։ Մեթոդներ են մշակվում աղի ջրի մշակման համար՝ խմելու ջուր ստանալու համար:

Ջրածնի պերօքսիդը ունիվերսալ միջոց է

Այս միացությունը, ինչպես նշվեց վերևում, հիանալի օքսիդացնող նյութ է: Սակայն ուժեղ ներկայացուցիչների հետ նա կարող է իրեն պահել նաև որպես վերականգնող։ Բացի այդ, այն ունի ընդգծված մանրէասպան ազդեցություն։

Այս միացության մեկ այլ անուն է պերօքսիդ: Հենց այս տեսքով է այն օգտագործվում բժշկության մեջ։ Քննարկվող միացության բյուրեղային հիդրատի 3%-անոց լուծույթը բժշկական դեղամիջոց է, որն օգտագործվում է փոքր վերքերի բուժման համար՝ դրանք ախտահանելու նպատակով: Այնուամենայնիվ, ապացուցված է, որ դա մեծացնում է վերքի ապաքինման ժամանակը։

Ջրածնի պերօքսիդն օգտագործվում է նաև հրթիռային վառելիքի մեջ, արդյունաբերության մեջ՝ ախտահանման և սպիտակեցման համար և որպես փրփրացնող նյութ՝ համապատասխան նյութերի արտադրության համար (օրինակ՝ փրփուր): Բացի այդ, պերօքսիդը օգնում է մաքրել ակվարիումները, սպիտակեցնել մազերը և սպիտակեցնել ատամները: Այնուամենայնիվ, այն վնաս է հասցնում հյուսվածքներին, ուստի մասնագետները խորհուրդ չեն տալիս այդ նպատակների համար: