الخميس، 13 أكتوبر، 2016

الهيدروجين


الهيدروجين
الرقم الذري 1 , الوزن الذري 1.008  , الوزن الجزيئي 2.016 , التركيب الالكتروني 1S1 .
موضع الهيدروجين في الجدول الدوري :
تتكون ذرة الهيدروجين من نواة تحمل شحنة واحدة موجبة بروتون يدور حولها الكترون واحد 1S1 . ومن دراسة الخواص الكيميائية للهيدروجين يمكن وضعه على رأس المجموعة الاولى ( الفلزات القلوية ) او على رأس المجموعة السابعة ( الهالوجينات ) نظرا لوجود اوجه شبه بين الهيدروجين و هاتين المجموعتين.  
اوجه الشبه للمعادن القلوية
1.    ذرة الهيدروجين احادية التكافؤ مثل ذرة الصوديوم و البوتاسيوم .
2.    الهيدرجين ذو كهربية موجبة و له قابلية الاتحاد باللافلزات كلاتي :

المشابه له NaCl و KBr .
اوجه الاختلاف عن المعادن القلوية
1-    له قدرة بسيطة لفقد الكترونه الخارجي في الاتحادات الكيميائية فلا يكون مركبات ايونية بسهولة .
2-    له قابلية كبيرة لتكوين مركبات تساهمية مع كثير من العناصر .
اوجه الشبه للهالوجينات
1-    يحتوي المدار الخارجي للهالوجينات على عدد من الالكترونات يقل بالكترون واحد من الالكترونات الموجودة في المدار الخارجي للغاز الخامل الذي يليه في الجدول الدوري وهم بذلك يشبهون الهيدروجين الذي يحتوي على الكترون واحد اقل من الهيليوم .


2-    يكون الهيدروجين هيدريدات مع العناصر القلوية مثل NaH و LiH يكون فيها ايون الهيدروجين ايون سالب مشابها في ذلك الهالوجينات .

اوجه الاختلاف مع الهالوجينات 
الكهروسالبية للهيدروجين صغيرة جدا بالمقارنة بالهالوجينات , فذرة الهيدروجين لا تقبل الكترونات مكونة ايون سالبا بسهولة الا من ذو كهروبية موجبة عالية مثل الصوديوم و الليثيوم و ذلك يفسر الصعوبة التي يتم بها تكوين الهيدريدات بالمقارنة بالهالوجينات .
نظائر الهيدروجين
عندما يكون لنفس العنصر اكثر من رقم كتلة او وزن ذري فان ذلك يعني وجود نظائر لهذا العنصر , تختلف هذه النظائر في الاوزان الذرية و الخواص الطبيعية و التفاعلات النووية و لكنها تشترك في جميع الخواص الكيميائية , و تحتوي نظائر العنصر على نفس الشحنة النووية و نفس عدد الالكترونات و لكنها تختلف فقط في عدد النيترونات .
و يوجد في الطبيعة ثلاث نظائر للهيدروجين وهي :
1-    الهيدروجين الاعتيادي  1H1.
2-    الديوتيريوم1H2&D .
3-    التريتيوم1H3&T  .
تختلف فقط النظائر الثلاثة في بعض الخواص الكيميائية مثل ثابت الاتزان ومعدل التفاعل .
يحضر الديوتيريوم بالتحليل الكهربائي للماء الثقيل D2O والذي يمكن الحصول عليه من التحليل الكهربي للماء العادي ( عشرين لتر ) حتى ينخفض الحجم الى 1.5  سم3 و يحتوي الحجم المتبقي على 66 % من الماء الثقيل و باستمرار التحليل الكهربي يمكن الحصول على ماء ثقيل نقي يمكن منه الحصول على الديوتيروم .
و يحضر الديوتيروم بالتحليل الكهربي المستمر بكميات كبيرة من الماء الثقيل , يتبقى جزء صغير من T2O ومنه يحضر التريتيوم بواسطة المفاعلات النووية مثل :






و عنصر التريتيومT عنصر مشع يتحول الى الهيليوم و يقدر زمن نصف العمر بحوالي 16.5 سنة و يحدث تفاعلات استبدال بين النظائر المختلفة للهيدروجين مثل :



الاورثو و البارا هيدروجين Ortho & Para Hydrogen
يتكون جزيء الهيدروجين من بروتونين يدور حول كل منهما الكترونان , وكما يدور الكترون دورانا مغزليا حول نفسه فان النواة تدور ايضا حول نفسها دورانا مغزليا , فاذا كانت النواتان في الجزيء تلفان في اتجاه واحد سمي الهيدروجين بالارثو , اما اذا كان الدوران في اتجاهين متضادين سمي بالبارا هيدروجين , و الهيدروجين العادي عبارة عن خليط من الاثنين في حالة اتزان .
          أ‌-          لا يوجد غاز الهيدروجين في الظروف العادية على هيئة ذرات منفردة وذلك لان ذرات الهيدروجين تتحد مع بعضها مكونة جزيء الهيدروجين ثنائي الذرات .
طرق تحضير الهيدروجين :
1-    طرق الاحلال : وهي الطرق تعتمد على احلال الهيدروجين من مركباته بعناصر تسبقه في السلسلة الكهروكيميائية و تنقسم طرق الاحلال الى :
          أ‌-          احلال فلز الهيدروجين في الاحماض

        ب‌-        احلال فلز امفوتيري محل هيدروجين القلويات :



        ت‌-        احلال فلز محل هيدروجين الماء







الطرق الصناعية لتحضير غاز الهيدروجين

1-    طريقة بوش Bosch : وفيها يحضر الهيدروجين بامرار بخار الماء الفوق مسخن على فحم الكوك الساخن فيتكون اولا غاز الماء وهو خليط من الهيدروجين و اول اوكسيد الكربون و يخلط غاز الماء المتكون من بخار الماء الساخن ويمرر الخليط على اكسيد الحديديك الساخن وقليل من اكسيد الكروميك كعامل مساعد فيتاكسد غاز اول اكسيد الكربون الى ثاني اكسيد الكربون



2-    طريقة لين ( Lane process ) : في هذه الطرية يمرر بخار الماء الساخن على فلز الحديد الساخن لدرجة الاحمرار فيتاكسد الحديد مكونا اكسيد الحديد المغناطيسي Fe3O4 وهو عبارة عن خليط من اكسيد الحديدوز و اكسيد الحديديكFeO + Fe2O3 .



وحيث ان التفاعل عكسي يجب امرار تيار بخار ماء باستمرار لازاحة الاتزان ناحية تكوين غاز الهيدروجين , اما اكسيد الحديد المغناطيسي فيمكن اختزاله الى حديد بمرار غاز الماء على الاكسيد الساخن .






الخواص الكيميائية لغاز الهيدروجين

1-    الهيدروجين كعامل مختزل

2-    التفاعل مع الاكسجين :

الحرارة الناتجة تكون كبيرة جدا وهذا النوع من التفاعلات يستخدم كوقود لصواريخ الدفع العملاقة التي تستخدم في نقل السفن ال الفضاء .
3-    التفاعل مع الفلزات : بتفاعل الهيدروجين مع الفلزات مكونا الهيدريدات :



ويكون الهيدروجين في هذه المركبات ايون سالب اذ ان مصهور هذه الاملاح يوصل التيار الكهربائي و يتصاعد الهيدروجين عند المصعد .

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق