بيوتات الكيمياء التعليمية - عرض مشاركة واحدة - عناصر الجدول الدوري الحديث " الهيدروجين Hydrogen "
عرض مشاركة واحدة
  #1   -->
قديم 15-01-2004, 11:55 AM
الصورة الرمزية لـ omar
omar omar غير متصل
المشرف العام
 
تاريخ الانتساب: 09 2002
المكان: بلد الله الحرام
مشاركات: 3,317
omar على طريق التميز و النجاح
افتراضي عناصر الجدول الدوري الحديث " الهيدروجين Hydrogen "

...

الهيدروجين Hydrogen





العدد الذري : 1

الكتلة الذرية : 1.00794

درجة الانصهار : -259,14°م

درجة الغليان : -252,76°م

عدد الأكسدة : +1, -1

الكثافة : 0,08988 جم/لتر

السالبية الكهربية : 2,20

نصف القطر الذري : 37,5 pm

التوزيع الالكتروني : 1s1

النظائر : 99,985% Protium

0,015% Deuterium

وجوده وتاريخه

يحتوي العنصر الأول في الجدول الدوري على بروتون واحد في نواته والكترون واحد خارج النواة يتحرك في مجالٍ كروي الشكل من نوع S ونظراً لأن المجال S يسع الكترونين فإن ذرات الهيدروجين يمكنها أن تكون في حالة أدنى من الطاقة عن طريق التزاوج وتكوين جزيئات الهيدروجين H2 والتي توجد في حالة غازية في الظروف الطبيعية ، كما أنها يمكن أن تتفاعل مع عدد كبير من العناصر الأخرى مكونّةً مجموعة كبيرة من المركبات الهيدروجينية .


تم اكتشاف غاز الهيدروجين في عام 1766 للميلاد من قبل الفيزيائي Henry Cavendish .



يظهر أنّ الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرةً في الكون ، ويدّل تحليل الضوء المنبعث من النجوم أنّ الهيدروجين هو الغالب في معظم النجوم فهو يشكّل مثلاً أكثر من 90% من كتلة الشمس ويعتقد أن التفاعل الممثّل في المعادلة التالية يحدث بصفةٍ مستمرةٍ في الشمس :


s 4H -------> He + 2e+ + E




أما على سطح الأرض فهو أقل وفرةً بكثير ولعل السبب في ذلك ضعف الجاذبية الأرضية التي لا تمكنّها من الاحتفاظ بهذا الغاز الخفيف ورغم هذا فبالامكان العثور على غاز الهيدروجين في صورته الغازية في الغازات البركانية وفي طبقات الجو العليا للهواء وبكميات ضئيلة .

أمّا الهيدروجين المتّحد فهو أكثر توفراً فالماء على سبيل المثال يحوي على ما يقارب 11.2 % من وزنه هيدروجين كما يوجد أيضاً متحداً مع الكربون في المركبات العضوية والتي تشكّل الجزء الرئيس للكائنات الحية والفحم الحجري والنفط .


تحضيره

كما هو معلوم فإنّه عند تحضير وانتاج مادة ما للأغراض التجارية فإن الاعتبار الأول في العادة هو الحصول على أكبر كمية ممكنة وبأقل التكاليف أمّا إذا كان الغرض هو الاستعمال المخبري فإن الإعتبار في هذه الحالة يكون لنقاوة العينة وملائمتها للعمل وبالنسبة للهيدروجين التجاري فإن المصادر الأولية له هما الماء والهيدروكربونات فيمكن تحضيره بكميات لا بأس بها وبتكاليف منخفضة نسبياً بإمرار بخار الماء فوق الكربون الساخن .


C (s) + H2O (g) -----> CO + H2


يعرف الخليط الناتج ( غاز أول أكسيد الكربون وغاز الهيديوجين ) باسم غاز الماء أو غاز التصنيع ويستخدم في الصناعة بشكلٍ واسع كوقود كما أنه يستخدم في تحضير الغول الميثيلي ( الميثانول ) .

وبالإمكان استخدام غاز الميثان كبديل للكربون في هذا التفاعل لنحصل على نفس الخليط الناتج كما يتضح من المعادلة التالية :


CH4 + H2O (g) -----> CO + 3H2


ويمكن الحصول على غاز هيدروجين أنقى وبتكاليف منخفضة نسبياً أيضاً بإمرار بخار الماء فوق حديد ساخن كما يلي :


x 3Fe(s) + 4H2O (g) -----> FeO4(s) + 4H2 (g) s

أما الهيدروجين الأنقى ( 99.9% ) فيمكن الحصول عليه بعملية التحليل الكهربي للماء ولكنها عملية مكلفّة للغاية .


x 2 H2O --> 2 H2 + O2

عند المصعد تفاعل أكسدة

x 2 H2O --> 4 H+ + O2 + 4 e


عند المهبط تفاعل اختزال

x 4 H+ + 4 e- --> 2 H2






كما يمكن الحصول على غاز الهيدروجين كمنتج جانبي في صناعة وتحضير غاز الكلور من التحليل الكهربي لمحلول كلوريد الصوديوم المائي ، وأيضاً في معامل تكرير البترول أثناء عمليات التكسير الحراري التي تتم لغرض تحسين مواصفات منتج الجازولين .

أما في المختبر فيحضرغاز الهيدروجين النقي بإضافة فلز الخارصين إلى الأحماض مثل حمض الكلور أو حمض الكبريتيك حيث يختزل الخارصين الهيدروجين ويطرده على شكل غاز هيدروجين .



Zn (s) + 2 H+ (aq) -----> Zn++ + H2



تفاعلات الهيدروجين

يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز الأكسجين ليطلق كميات كبيرة من الحرارة ، ويمكن أن يكوّن خليط من هذين الغازين مواداً متفجرة خاصة إذا كانت نسبة غاز H2 إلى O2 تساوي 1 : 2 .


s 2H2 + O2 -----> 2 H2O -572kJ/mol


وهذا مقطع كويك تايم يوضح شدة التفاعل :


http://jchemed.chem.wisc.edu/JCESoft/Programs/PTL/Sample/Elements/H/Movies/H_Air.mov


كما يتفاعل غاز الهيدروجين مع الهالوجينات بعنف مكوناً هاليدات الهيدروجين فيتفاعل مع غاز الكلور مكوناً غاز كلوريد الهيدروجين .


H2 + Cl2 -----> 2 HCl -184kJ/mol


ويتفاعل مباشرةً مع غاز النيتروجين مكوناً غاز النشادر في تفاعل شهير يعرف باسم تفاعل هابر - بوش .


s 2 NH3 N2 + 3 H2 +92 kJ/mol


ويتفاعل غاز الهيدروجين مع الكبريت مكوناً كبريتيد الهيدروجين .

S + H2 -----> H2S -21 kJ/mol


ويمكن لغاز الهيدروجين أن يحرّر بعض الفلزات من أكاسيدها فهو يختزل النحاس في أكسيد النحاس ليتكون فلز النحاس والماء .

CuO + H2 -----> Cu + H2O -129 kJ/mol


خواصه واستعمالاته
الهيدروجين عند درجة حرارة الغرفة عبارة عن غاز عديم اللون ، عديم الرائحة ، عديم الطعم . وهو غاز ثنائي الذرة يتكون من جزيئات غير قطبية تتألف من ذرتين ترتبطان برابطة تساهمية وتبلغ طاقة الرابطة 431 كيلو جول ، وغاز الهيدروجين هو الأخف من بين الغازات لذلك يوجد في طبقات الجو العليا واستخدم قديماً في رفع المناطيد الهوائية كم يستخدمه إلى اليوم العاماين بالأرصاد الجوية بإرسال بالونات مملوءة بغاز الهيدروجين لاستكشاف حالة الطقس .

كما يمكن استعمال غاز الهيدروجين في عمليات اللحام وقطع المعادن ، وفي عمليات الهدرجة المختلفة كهدرجة الزيوت وكمصدر للطاقة كاستخدامه في خلايا الوقود وهناك اتجاه حديث الآن يتمثّل في استخدام غاز الهيدروجين كوقود بديل للمشتقات النفطية .


رد مع اقتباس