Сутегі Н – химиялық элемент, біздің Ғаламдағы ең көп таралған элементтердің бірі. Заттардың құрамындағы элемент ретінде сутегінің массасы басқа түрдегі атомдардың жалпы мазмұнының 75% құрайды. Ол планетадағы ең маңызды және өмірлік байланыс - суға кіреді. Сутектің айырықша ерекшелігі де ол Д. И. Менделеевтің химиялық элементтерінің периодтық жүйесіндегі бірінші элемент болып табылады.
Ашу және барлау
Парацельс жазбаларындағы сутегі туралы алғашқы сілтемелер XVI ғасырға жатады. Бірақ оны ауаның газ қоспасынан оқшаулау және жанғыш қасиеттерін зерттеуді XVII ғасырда ғалым Лемери жасаған. Сутекті ағылшын химигі, физигі және табиғат зерттеушісі Генри Кавендиш жан-жақты зерттеп, сутегінің массасы басқа газдармен салыстырғанда ең аз екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Ғылым дамуының кейінгі кезеңдерінде онымен көптеген ғалымдар жұмыс істеді, атап айтқанда Лавуазье оны «суды тудыру» деп атады.
PSHE-дегі позицияға сәйкес сипаттама
Ашылатын элементД. И. Менделеевтің периодтық жүйесі сутегі болып табылады. Атомның физикалық және химиялық қасиеттері кейбір екіжақтылықты көрсетеді, өйткені сутегі бір мезгілде бірінші топқа, негізгі топшаға жатады, егер ол метал сияқты әрекет етсе және химиялық реакция процесінде бір электроннан бас тартса, ал жетінші – валенттік қабықша толық толтырылған жағдайда, яғни қабылдау теріс бөлшек, оны галогендерге ұқсас деп сипаттайды.
Элементтің электрондық құрылымының ерекшеліктері
Сутегі атомының қасиеттері, оның құрамына кіретін күрделі заттар және ең қарапайым зат H2 ең алдымен сутегінің электронды конфигурациясымен анықталады. Бөлшекте ядроның айналасында орбита бойынша айналатын Z=(-1) бір электрон бар, оның құрамында бірлік массасы және оң заряды (+1) бір протон бар. Оның электрондық конфигурациясы 1s1 түрінде жазылған, бұл сутегі үшін ең бірінші және жалғыз s-орбитальда бір теріс бөлшектің болуын білдіреді.
Электрон ажыратылғанда немесе берілгенде және осы элемент атомы металдарға қатысты қасиетке ие болса, катион алынады. Іс жүзінде сутегі ионы оң элементар бөлшек. Сондықтан электроны жоқ сутегі жай ғана протон деп аталады.
Физикалық қасиеттері
Сутектің физикалық қасиеттерін қысқаша сипаттайтын болсақ, онда ол салыстырмалы атомдық массасы 2-ге тең, ауадан 14,5 есе жеңіл, температурасы бар түссіз, аз еритін газ.сұйылту -252,8 градус Цельсий.
Тәжірибеден H2 ең оңай екенін оңай көруге болады. Мұны істеу үшін үш шарды әртүрлі заттармен - сутегімен, көмірқышқыл газымен, қарапайым ауамен толтырып, оларды бір уақытта қолыңыздан босату жеткілікті. CO2 толтырылғаны басқаларға қарағанда жерге тез жетеді, одан кейін үрленген ауа қоспасы түседі, ал құрамында H2 бар төбеге көтеріледі.
Сутегі бөлшектерінің шағын массасы мен мөлшері оның әртүрлі заттар арқылы өту қабілетін негіздейді. Дәл сол шардың мысалында мұны тексеру оңай, бірнеше күннен кейін ол өздігінен сөніп қалады, өйткені газ жай резеңкеден өтеді. Сондай-ақ сутегі кейбір металдардың (палладий немесе платина) құрылымында жиналып, температура көтерілгенде одан булануы мүмкін.
Сутегінің төмен ерігіштік қасиеті оны суды ығыстыру әдісімен оқшаулау үшін зертханалық тәжірибеде қолданылады. Сутектің физикалық қасиеттері (төмендегі кестеде негізгі параметрлер) оның қолдану аясы мен өндіру әдістерін анықтайды.
| Қарапайым зат атомының немесе молекуласының параметрі | Мағынасы |
| Атомдық масса (молярлық масса) | 1,008 г/моль |
| Электрондық конфигурация | 1с1 |
| Хрустальды тор | Алтыбұрыш |
| Жылуөткізгіштік | (300 К) 0,1815 Вт/(м К) |
| Тығыздық n. ж. | 0, 08987 г/л |
| Қайнау температурасы | -252, 76 °C |
| Арнайы жылу мәні | 120, 9 106 Дж/кг |
| Балу температурасы | -259, 2 °C |
| Суда ерігіштігі | 18, 8мл/л |
Изотопиялық құрамы
Химиялық элементтердің периодтық жүйесінің көптеген басқа өкілдері сияқты сутегінің бірнеше табиғи изотоптары бар, яғни ядродағы протондар саны бірдей, бірақ нейтрондардың саны әртүрлі атомдар – заряды мен бірлігі нөлдік бөлшектер. массасы. Мұндай қасиетке ие атомдарға оттегі, көміртек, хлор, бром және басқалары, соның ішінде радиоактивті атомдар мысал бола алады.
Сутегінің физикалық қасиеттері 1H, осы топ өкілдерінің ең көп тарағаны, аналогтарының бірдей сипаттамаларынан айтарлықтай ерекшеленеді. Атап айтқанда, олар кіретін заттардың сипаттамалары ерекшеленеді. Сонымен, құрамында бір протоны бар сутегі атомының орнына қарапайым және дейтерленген су бар, дейтерий 2H – оның екі элементар бөлшектері бар изотопы: оң және зарядсыз. Бұл изотоп қарапайым сутегінен екі есе ауыр, бұл олар құрайтын қосылыстардың қасиеттеріндегі түбегейлі айырмашылықты түсіндіреді. Табиғатта дейтерий сутегіге қарағанда 3200 есе сирек кездеседі. Үшінші өкілі тритий 3Н, ядросында екі нейтрон және бір протон бар.
Алу және таңдау әдістері
Сутегін алудың зертханалық және өнеркәсіптік әдістері өте әртүрлі. Иә, аз мөлшердегаз негізінен минералдардың қатысуымен болатын реакциялар арқылы өндіріледі, ал ауқымды өндіріс органикалық синтезді көбірек пайдаланады.
Лабораторияда келесі химиялық әрекеттесулер қолданылады:
- Сілтілік және сілтілік жер металдарының сумен әрекеттесіп сілтіні және қажетті газды түзуі.
- Су электролит ерітіндісінің электролизі, H2↑ анодта, ал оттегі катодта бөлінеді.
- Сілтілік метал гидридтерінің сумен ыдырауы, өнімдер сілтілі және сәйкесінше, H газы2↑.
- Сұйылтылған қышқылдардың металдармен әрекеттесіп, тұздар мен H2↑.
- Сілтілердің кремнийге, алюминийге және мырышқа әсері де күрделі тұздардың түзілуімен қатар сутегінің бөлінуіне ықпал етеді.
Өнеркәсіптік мүдделерде газ келесі әдістермен алынады:
- Метанның катализатор қатысуымен оның құрамдас қарапайым заттарына термиялық ыдырауы (350 градус температура сияқты көрсеткіштің мәніне жетеді) - сутегі H2↑ және көміртегі C.
- Көмірқышқыл газы СО2 және H2↑ түзу үшін 1000 градус Цельсий температурасында бу тәрізді суды кокс арқылы өткізу (ең таралған әдіс)
- 800 градусқа жететін температурада никель катализаторында газ тәрізді метанның түрленуі.
- Сутегі – калий немесе натрий хлоридтерінің сулы ерітінділерінің электролизінің жанама өнімі.
Химиялықөзара әрекеттесу: жалпы мәліметтер
Сутегінің физикалық қасиеттері оның сол немесе басқа қосылыстармен реакциялық процестердегі әрекетін негізінен түсіндіреді. Сутектің валенттілігі 1-ге тең, өйткені ол периодтық жүйеде бірінші топта орналасқан, ал тотығу дәрежесі басқаша көрсетеді. Гидридтерден басқа барлық қосылыстарда сутегі s.o.=(1+), ХН, ХН2, ХН3 – (1) -).
Жалпыланған электрон жұбын құру арқылы түзілген сутегі газының молекуласы екі атомнан тұрады және энергетикалық тұрғыдан айтарлықтай тұрақты, сондықтан қалыпты жағдайда ол біршама инертті және қалыпты жағдайлар өзгерген кезде реакцияларға түседі. Басқа заттардың құрамындағы сутектің тотығу дәрежесіне байланысты ол тотықтырғыш ретінде де, тотықсыздандырғыш ретінде де әрекет ете алады.
Ол әрекеттесетін және сутегі түзетін заттар
Күрделі заттар түзетін элементтердің өзара әрекеттесуі (көбінесе жоғары температурада):
- Сілтілік және сілтілі жер метал + сутегі=гидрид.
- Галоген + H2=галогенсутек.
- Күкірт + сутегі=күкіртсутек.
- Оттегі + H2=су.
- Көміртек + сутегі=метан.
- Азот + H2=аммиак.
Күрделі заттармен әрекеттесу:
- Көміртегі тотығы мен сутегінен синтез газын алу.
- H2 көмегімен металдарды оксидтерінен алу.
- Қанықпаған алифаттың сутегімен қанығуыкөмірсутектер.
Сутегі байланысы
Сутектің физикалық қасиеттері оның электртеріс элементпен қосылып, бөлінбеген электрон жұптары бар көрші молекулалардан (мысалы, оттегі, азот және фтор). Мұндай құбылысты қарастыру жақсы болатын ең айқын мысал - су. Оны коваленттік немесе иондық байланыстарға қарағанда әлсіз сутектік байланыстармен тігіледі деуге болады, бірақ олардың көп болуына байланысты заттың қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Негізінде сутегі байланысы су молекулаларын димерлерге және полимерлерге байланыстырып, оның жоғары қайнау температурасын тудыратын электростатикалық әрекеттесу болып табылады.
Минералды қосылыстардағы сутегі
Барлық бейорганикалық қышқылдардың құрамына протон – сутегі сияқты атомның катионы кіреді. Қышқыл қалдығының тотығу дәрежесі (-1)-ден жоғары болатын затты көп негізді қосылыс деп атайды. Оның құрамында бірнеше сутегі атомдары бар, бұл сулы ерітінділердегі диссоциацияны көп сатылы етеді. Әрбір келесі протонның қышқылдың қалған бөлігінен ажырауы қиынырақ. Ортадағы сутегінің сандық мөлшері бойынша оның қышқылдығы анықталады.
Сутегі құрамында негіздердің гидроксил топтары да бар. Оларда сутегі оттегі атомымен байланысқан, нәтижесінде бұл сілті қалдығының тотығу дәрежесі әрқашан (-1) тең. Ортадағы гидроксилдердің мөлшері оның негізділігін анықтайды.
Адам әрекетіндегі қолдану
Заттары бар баллондар, сондай-ақ оттегі сияқты басқа сұйытылған газдары бар ыдыстардың сыртқы түрі ерекше. Олар ашық қызыл «Сутегі» әріпімен қою жасыл түске боялған. Газ цилиндрге шамамен 150 атмосфера қысымымен айдалады. Сутегінің физикалық қасиеттері, атап айтқанда агрегаттың газ күйінің жеңілдігі, оны гелий шарларымен, шарлармен және т.б. қоспаға толтыру үшін қолданылады.
Адамдар көп жылдар бұрын физикалық және химиялық қасиеттерін пайдалануды үйренген сутегі қазіргі уақытта көптеген салаларда қолданылады. Оның басым бөлігі аммиак өндірісіне кетеді. Сутегі сонымен қатар оксидтерден металдарды (гафний, германий, галий, кремний, молибден, вольфрам, цирконий және т.б.) өндіруге қатысады, реакцияда тотықсыздандырғыш, циандық және тұз қышқылдары, метил спирті және жасанды сұйықтық ретінде әрекет етеді. жанармай. Тамақ өнеркәсібі оны өсімдік майларын қатты майға айналдыру үшін пайдаланады.
Майларды, көмірлерді, көмірсутектерді, майларды және мазуттарды гидрлеу және гидрлеудің әртүрлі процестерінде сутегінің химиялық қасиеттері мен қолданылуын анықтады. Оның көмегімен асыл тастар, қыздыру шамдары шығарылады, металл бұйымдар соғылып, оттегі-сутегі жалынының әсерінен дәнекерленеді.
