Giới thiệu về hiđro

HIĐRO Nguyên tử khối: 1.008
1H
Trong luận án của M.V.Lômônôxôp : “Về ánh kim loại” năm1745, lần đầu tiên ông đã mô tả cách điều chế hiđro khi cho axit tác dụng với sắt và những kim loại khác. Ông đưa ra giả thuyết: hiđro ( “hơi cháy” ) là flogiston. Năm 1766, nhà vật lý và hoá học Anh Cavenđixơ (1731 – 1810) nghiên cứu tỉ mỉ tính chất của hiđro và cũng đưa ra những giả thuyết tương tự.

Trạng thái tự nhiên: Hàm lượng của hiđro trong vỏ Trái Đất gần bằng 0,15% về khối lượng và 17% về số nguyên tử tổng cộng. Hiđro là nguyên tố nhẹ nhất trong tất cả các nguyên tố. Nó có trong thành phần của nước (nước phủ gần 3\4 bề mặt Trái Đất ), trong thành phần của nhiều khoáng chất và đất đá, cũng như có trong tất cả các hợp chất hữu cơ. Có một lượng nhỏ Hiđro ở trạng thái tự do ở tầng cao của khí quyển và trong một số khí đốt thiên nhiên.

Tính chất lý học: Ở điều kiện thường, hiđro là chất khí không màu, không mùi. Nó nhẹ hơn không khí 14,5 lần, tan rất ít trong nước (100 thể tích nước hoà tan được 2 thể tích hiđro). Hiđro hóa lỏng ở nhhiệt độ -253 độ C và áp suất khí quyển, hóa rắn ở -259 độ C. Vì có khối lượng phân tử nhỏ, nên hiđro dễ dàng phát tán qua màng xốp và thậm chí qua cả màng kim loại đốt nóng. Ở nhiệt độ cao, hiđro tan tốt trong nhiều kim loại (niken, platin, palađi).
Hiđro có 3 đồng vị: proti có khối lượng bằng 1, đơtơri có số khối bằng 2 và triti có số khối bằng 3. Phần chính của hiđro tự nhiên là proti (99,98%).

Tính chất hóa học: Nguyên tử hiđro có một điện tử. Khi tạo thành các hợp chất hoá học, nó hầu như luôn luôn cho điện tử để có điện tích +1.
Vì có điện tích hạt nhân nhỏ, nên nguyên tử hiđro giữ điện tử tương đối yếu và chỉ thể thu điện tử khi phản ứng với nguyên tố khác dễ cho điện tử. Trong trường hợp này, nguyên tử hiđro tạo thành lớp vỏ hai điện tử bền của khí trơ hêli.
Kim loại kiềm và kim loại thổ dễ cho điện tử cho hiđro. Phản ứng xảy ra khi đốt nóng kim loại trong khí quyển hiđro và tạo thành hợp chất kiểu muối – hiđrua.
2Na + H2 2NaH natri hiđrua
Ca + H2 CaH2 canxi hiđrua
Hợp chất đặc trưng nhất của hiđro là hợp chất trong đó nó có mức oxi hoá dương. Hiđro tương tác với hầu hết các phi kim, đồng thời tuỳ thuộc vào hoạt tính của phi kim mà phản ứng diễn ra với tốc độ khác nhau. Ví dụ hiđro tương tác với flo luôn gây ra nổ:
H2 + F2 2HF
Với clo, hiđro tương tác êm dịu hơn. Phản ứmh của hiđro với clo diễn ra chậm trong bóng tối và không đun nóng, ngoài ánh sáng xảy ra rất nhanh, còn khi được kích thích (chiếu sáng, đun nóng) phản ứng có thể diễn ra tức thời và nổ. Hiđro cháy trong khí quyển clo. Trong tất cả các trường hợp, phản ứng diễn ra theo phương trình:
H2 + Cl2 2HCl
Brom, iot phản ứng với hiđro rất chậm. Hiđro tương tác với oxi cũng giống như với clo. Phản ứng của hiđro với oxi diễn ra theo phương trình:
2H2 + O2 2H20
Oxi và clo tạo với hiđro thành hỗn hợp gọi là hỗn hợp nổ. Vì vậy, khi làm việc với hiđro, cần phải rất thận trọng.
Hiđro có thể lấy oxi hoặc halogen từ nhiều hợp chất của kim loại và phi kim. Trong trường hợp này, nó là chất khử và được dùng để điều chế kim loại tự do:
2CuO + H2 Cu + H2O
CuCL2 + H2 Cu + 2HCl
Các phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao. Kim loại càng hoạt đông, oxit hay clorua của nó càng khó phản ứng với hiđro.
Đa số phi kim tương tác được với hiđro hoặc ở nhiệt độ cao (lưu huỳnh, selen), hoặc ở nhiệt độ cao có áp suất (nitơ), hoặc có chất xúc tác.
Hidro nguyên tử hoạt động hơn hiđro phân tử, vì vậy tất cả những phản ứng với hiđro phân tử xảy ra mãnh liệt hơn. Hiđro nguyên tử có thể khử nhiều kim loại từ muối của chúng trong dung dịch nước.
Sự tạo thành phân tử hiđro từ các nguyên tử là phản ứng phát nhiệt:
H + H H2 + 104 kcal.
Nếu hướng dòng khí chứa hiđro nguyên tử vào chất rắn, thì do tạo thành các phân tử hiđro mà nhiệt độ bề mặt chất rắn tăng lên đến 4000oC. Phản ứng này được dùng để hàn kim loại.
*Cấu hình e của hiđro: 1s1

Điều chế: Trong phòng thí nghiệm, hiđro được điều chế:
1. Cho kim loại (thường là kẽm) tác dụng với axit clohiđrit và axit sunfuarit loãng (phản ứng thực hiện trong bình Kip) :
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
Phương trình này được viết dưới dạng ion như sau:
Zn + 2H+ Zn2+ + H2
2. Cho kim loại mà hiđroxit của nó có tính chất lưỡng tính (nhôm, kẽm) tác dụng với dung dịch kiềm.
2Al + 6NaOH + 6 H2O 2Na3[Al(OH)6] + 3H2
Zn + 2NaOH + 2 H2O Na2[Zn(OH)4] + 3H2
3. Điện phân nước. Để làm tăng độ dẫn điện của nước, người ta cho thêm chất điện ly: thường là kiềm hoặc sunfat kim loại kiềm. Người ta ít dùng clorua với mục đích làm tăng độ dẫn điện cho nược vì khi điện phân có clo thoát ra ở anôt (anode).
Trong công nghiệp, hiđro được sản xuất:
1. Là sản phẩm phụ khi sản xuất clo và hiđroxit kim loại kiềm bằng phương pháp điện phân các dung dịch clorua của chúng.
2. Bằng cách chuyển hoá cacbon và hơi nước. Công việc này được thực hiện trong lò ga đặc biệt. Hơi nước tác dụng với cacbon nóng đỏ tạo thành hỗn hợp hiđro và cacbon monooxit:
C + H2O CO + H2
Cho hỗn hợp khí tạo thành cùng với hơi nước đi qua chất xúc tác sắt monooxit nung đỏ, khi đó sẽ xảy ra phản ứng:
CO + H2O CO2 + H2
rồi sau đó cho đi qua nước hoặc dung dịch kiềm để hấp thụ CO2.
3. Bằng cách chuyển hoá mêtan với hơi nước, với khí cacbonic, hoặc với hỗn hợp khí cacbonic và hơi nước.
CH4 + CO2 2CO + 2H2
CH4 + H20 CO + 3H2
3CH4 + CO + 2H2O 4CO + 8H2
Những quá trình này xảy ra ở nhiệt độ gần 1000OC, chất xúc tác là niken có thêm các oxit của mangan, nhôm và oxit của các kim loại khác.

Ứng dụng: Hiđro là nguyên liệu quý của công nghiệp hoá học. Nó được dùng để tổng hợp amoniac và rượu etylic; để hiđro hoá nhiên liệu rắn và chất béo ( chuyển hoá chất béo lỏng thành rắn). Người ta dùng một lượng lớn hiđro để điều chế những kim loại và phi kim khác nhau (gecmani, gali, hafni, vonfram, molipđen, v.v…) trong công nghiệp bằng cách khử oxit hoặc halogen của chúng. Hỗn hợp hiđro với oxi khi cháy cho nhiệt độ cao nên được dùng để hàn và cắt kim loại.

Không chuyển được dấu phương trình lên, các bãn chịu khó đọc tạm vậy :(

hay đó Vu~, nhưng mới đọc dc 1/2, dài wa' :D