Hidrogen

1 (yoxdur) ← Hidrogen → helium - ↑ H ↓ Li dövri cədvəl
Ümumi
Ad, İşarə, Nömrə	Hidrogen, H, 1
Qrup, Dövr, Blok	1,7, 1, s
Xarici görünüşü	rəngsiz qaz
Atom kütləsi	1.00795 q/mol
Elektron formulu	1s1
Fiziki xassələr
Halı
Sıxlığı	(0 °C, 101.325 kPa) 0.08988 q/L
Ərimə temperaturu	-259.14 °C (14.01 K, −434.45 °F)
Qaynama temperaturu	−252.87 °C (20.28 K, −423.17 °F)
Elektromənfiliyi
Oksidləşmə dərəcəsi
Spektr =
İonlaşma enerjisi	kCmol-1

Hidrogen (H) (yun. ὑδρογόνο tələffüzü idrogono – "su hazırlayan, su edən"), köhnə azərbaycandilli mənbələrdə müvəllidülma (az.-əski. مولدالما‎) — D. İ. Mendeleyevin dövri cədvəl sistemində 1-ci elementdir. Nisbi şəraitdə rəngsiz, qoxusuz, qeyri-metal, dadsız, asan yanan, havadan 14.5 dəfə yüngül, suda pis həll olan və H₂ molekullarından ibarət qazdır. 1.00794 q/mol-a bərabər olan atom kütləsi ilə bütün elementlər arasında ən yüngül elementdir.

Tarixi

Hidrogen 1766-cı ildə İngilis fiziki və kimyaçısı Henri Kavendiş (1731–1810) tərəfindən kəşf edilmişdir. O, bunu "yanar qaz" adlandırmışdı. 1783-cü ildə suyu sintez edən Antuan-Loran Lavuazye "yanar qaza" hydrogene ("su əmələ gətirən") adını vermişdir. Rus dilində "водород" adını 1824-cü ildə kimyaçı M. F. Soloyov (1785–1856) təklif etmişdir.

XX əsrin birinci yarısına kimi köhnə Azərbaycan dilində bu element üçün Müvəllidülma (az.-əski. موَلِدالمأ‎‎‎) sözü işlənilirdi.

Hidrogen elementlərin dövri sistemində

Hidrogen kimyəvi elementlərin dövri sisteminin həm IA, həm də VIIA əsas yarımqrupunda yerləşir. Silisium və Bordan başqa digər qeyri metallarla +1 oksidləşmə dərəcəsi göstərdiyi üçün IA, Metallar, silisium və borla birləşmələrdə isə −1 oksidləşmə dərəcəsi göstərdiyi üçün VIIA yarımqrupunda yerləşir. Hidrogenin metallarla birləşmələri bərk, qeyri metallarla birşəmələri isə qaz halındadır.

Hidrogenin mövcudluğu

Hidrogen spektri testi

Bioelement orqanizmlərin qurulmasında və onların həyat fəaliyyətinin təmin olunmasında iştirak edən üzvi birləşmələrin (vitaminlər, hormonlar, fermentlər, aminturşular, zülallar, yağlar, karbohidratlar) struktur vahididir. Yer səthində su və hava da daxil olmaqla hidrogenin payına 1% kütlə düşür.

Hidrogen oksigen ilə birləşərək su əmələ gətirir. Suyun bitkilərin və mikroorqanizmlərin həyatında böyük rolu var.

Bitkinin kütləsinin 6,3 %-i hidrogendən ibarətdir.

Bitkilərin 70–80 %-i sudan ibarətdir. Su biokimyəvi reaksiyalar üçün mühit olub fotosintezdə iştirak edir, sitoplazmaların kolloidlərinin strukturunu təmin edir, fermentlərin və hüceyrə membranlarının və orqanoidlərin struktur zülallarının konformasiyasını və funksional aktivliyini müəyyən edir. Hüceyrələrin su ilə doyması dartılma ilə onların inkişafını təmin edir, toxumalara elastiklik verir və bitkinin orqanlarını fəzada istiqamətləndirir.

Su bitkilərin kökləri tərəfindən (başlıca olaraq kök telləri sahəsində) udulur, mərkəzi silindrin damarlarına daxil olur və sonra oduncağın – bitkilərin keçirici damarları ilə hərəkət edir. Su axını ilə onda həll olmuş qida maddələri də nəql olunur. Yarpaq səthinə çatan suyun az bir hissəsi yarpaq hüceyrələrinin böyüməsində və metobolizmində iştirak edir, çox hissəsi isə (90%-ə qədəri) buxarlanma və quttasiya zamanı atmosferə ayrılır. Quttasiya yarpaqların kənarlarında və çıxıntılarında yerləşən su axarları – qitatonlardan bitkilərdə su çox olduqda kök təzyiqinin təsiri ilə maye damcılarının tökülməsidir. Müəyyən qədər su bitkinin özü tərəfindən nəfəsalma prosesində əmələ gələ bilər. Keçirici sistemin damarlarını dolduran su vahid hidrostatik sistemdir. Molekulları böyük ilişmə qüvvəsinə malik olan su 10 metrdən yuxarı qalxır. Suyun bitkilərdə hərəkət sürəti xarici faktorlardan (temperatur və havanın nəmliyi, şüalanma, torpağın nəmliyi və duzluluğu və s.), həmçinin bitkinin özünün xüsusiyyətlərindən (yarpaq səthinin ölçülərindən, kök sisteminin uzunluğundan) asılıdır. İynəyarpaqlılarda o, 0,5-dən 1 sm/saata qədər, enli yarpaqlılarda isə saatda 40 sm və daha çox olur. Sutka ərzində bu sürət dəyişir və gündüz daha böyük olur.

Bitkilərin suyu istifadə miqyasları olduqca böyükdür. Belə ki, qarğıdalı sutkada 800 qram, kələm 1000 qram, tozağacı isə 60 litrdən çox su istifadə edir.

Yalnız vegetasiya dövründə qarğıdalı bitkisi 200 kq, 1 hektarda əkilmiş taxıl 2-dən 3 tona qədər, 35 illik alma ağacı 26 tona qədər su buxarlandırır.

Əksər bakteriyaların həyat fəaliyyəti su mühitində baş verir. Torpaqda hidrogen bakteriyaları geniş yayılmışdır ki, onlar torpağın mikroorqanizmləri vasitəsilə üzvi qalıqların anaerob (oksigensiz) parçalanması zamanı daima əmələ gələn hidrogeni oksidləşdirirlər:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + Q

Meduzaların bədəninin 95–98%-ə qədəri, məməlilərin bədəninin 60–70%-ə qədəri, həşəratların bədəninin 45–65%-i sudan ibarətdir. İnsan bədənində suyun miqdarı 60%-ə yaxın olur ki, onun da 40%-i hüceyrə daxilində, 16%-i hüceyrələr arası mayedə, 4,5%-i isə damar daxilində olur.

Su onda həll olan mineral maddələrlə su-duz mübadiləsinə — suyun və duzların mənimsənilməsi, sorulması və ayrılması ümumi proseslərinə daxil olur. Su-duz mübadiləsi osmotik qatılığın, ion tərkibinin, turşu-qələvi tarazlığının və orqanizmin daxili mühitində mayenin həcminin sabit qalmasını təmin edir. Toxumalarda fiziki-kimyəvi proseslərin xarakterini Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO^3- və s. ionlar, həmçinin mikroelementlər müəyyən edir.

Elektrolitlərin sorulması bağırsaqlarda, şirin suda yaşayan heyvanlarda, həmçinin dəri örtüyündə və ya ağız boşluğunda və ifrazat dəliyində baş verir, duzların qana daxil olmasını təmin edir. Qan və ya limfa ilə o, orqanizmin hüceyrələrinə daşınır. Tərkibinə görə hüceyrə daxili və hüceyrə xarici mayelər kəskin fərqlənirlər. Hüceyrələrin daxilində K+, Mg2+ və fosfatlar, hüceyrə xarici mayedə isə Na+, Ca2+, Cl- üstünlük təşkil edir. İon asimmetriyası plazmatik membranın fəaliyyəti və bir çox ionların hüceyrənin kimyəvi komponentləri ilə əlaqələnməsi hesabına təmin olunur.

Hüceyrə daxilində də ionlar qeyri-bərabər paylanmışdır: nüvədə Na+ sitoplazmada olduğundan çox, Ca2+ isə mitoxondridlərdə çox olur.

Məlumat üçün bildirək ki, aclıqdan insan öz kütləsinin 50%-ni itirərsə sağ qala bilər. Susuzlaşma nəticəsində insan bədənindəki suyun 15–20%-ni itirdikdə ölür.

Bəzi heyvanlar bir neçə həftə susuz yaşaya bilirlər. Belə ki, onlar maddələr mübadiləsi prosesində metobolik su əmələ gətirirlər. Məsələn, dəvələrdə su piylərin oksidləşməsi prosesində əmələ gəlir. Metobolik oksidləşmə zamanı 100 qram piydən 107 ml su əmələ gəlir.

Hidrogenin ən geniş yayılmış birləşməsi olan su həyat və sağlamlıq deməkdir.

Təbiətdə tapılması

Hidrogen təbiətdə geniş yayılmış elementlərdəndir. Yer qabığında (atmosfer, biosfer və hidrosferdə) olan elementlərin ümumi kütləsinin ~0,88%-i hidrogenin payına düşür. Suyun kütləsinin ~11,1%-ni hidrogen təşkil edir. Bütün üzvi birləşmələrin tərkibində hidrogen elementi var. Hidrogen kainatda ən çox yayılmış elementdir. Günəş və digər ulduzlar əsasən hidrogendən elementindən ibarətdir.

Xassələri

Adi şəraitdə hidrogen rəngsiz, dadsız və iysiz qazdır. Maye hidrogen rəngsiz, bərk hidrogen isə qaraoxşar kütlədir. Hidrogen mayelərdə çox zəif həll olur. Məsələn, 1l suda (20^oC və 1 atm.təzyiqdə) cəmi 0,0182mq hidrogen həll olur. O spirtlərdə, efirlərdə, benzolda, xloroformda və s-də həmçinin, pis həll olur. Bir sıra metallar yüksək temperaturda hidrogeni yaxşı həll edir. temperaturun artması ilə hidrogenin metallarda həll olması dahada artır. hidrogen molekulu yüksək davamlılığa və kiçik polyarlaşma qabiliyyətinə malikdir. Bundan başqa hidrogen üçün kiçik ölçü və kiçik kütlə, lakin böyük mütəhərriklik xarakterikdir. Bütün bunların nəticəsində hidrogen çox aşağı ərimə (-257,3^oC) və qaynama (-252,8⁰C) temperaturuna malikdir. Bu cəhətdə o birinciliyi yalnız heliuma verir. Hidrogenin istiliyi keçirmə qabiliyyəti bütün qazlara nisbətən üstündür. Onun istilik keçirməsi havadan 7 dəfə artıqdır. Bu onun xüsusi istilik tutumunun yüksək olmasından irəli gəlir. Qazlar qarışığında və ya kiçik məsamələri keçməkdə hidrogenin diffuziya sürəti də bütün qazlara nisbətən üstündür. Bu isə onun yüngüllüyü ilə əlaqədardır.

Yanma xassələri

Hidrogen adi şəraitdə kimyəvi cəhətdən aktiv deyil. 1 mol H₂ molekulunun atomlara parçalanması üçün 420kC enerji tələb olunur. Hidrogen qızdırıldıqda onun molekullarının müəyyən hissəsi aktivləşir və bu qalan hissənin sürətlə aktivləşməsinə səbəb olur. Deməli, hidrogenin aktivləşməsi zəncirvari reaksiya üzrə baş verir. Hidrogen ilə oksigen qazları qarışığına qığılcım verdikdə reaksiyanın partlayışla getməsi bunu sübut edir.

• 2H₂ + O₂ → 2H₂O

İki həcm hidrogen və bir həcm oksigen qazları qarışığı guruldayıcı qaz adlanır.

Birləşmələri

Hidrogen molekulu davamlı olduğundan, nisbətən az aktivdir və adi şəraitdə yalnız flüor ilə qarşılıqlı təsirə girir. Digər elementlər ilə yalnız qızdırıldıqda reaksiyaya daxil olur. Atom quruluşuna görə hidrogen bütün elementlərin ən sadəsi olmasına baxmayaraq, daha çox müxtəlif birləşmələr əmələ gətirən elementlərdən biridir. Hidrogenin "təsirsiz" qazlar istisna olmaqla, bütün elementlər ilə birləşmələri məlumdur. Hidrogen, həmçinin , təbii birləşmələri zəngin olan elementlərdən biridir. O planetimizdə gil, daş kömür, neft kimi çox geniş yayılmış maddələrin tərkibinə daxildir. Hidrogen həmçinin canlı aləmi təşkil edən müxtəlif üzvi birləşmələrin əsas tərkib hissələrindən biridir.

İzotopları

Hidrogen elementinin üç izotopu var: ¹H,²H və ³H. Bunlardan əlavə yüksək qeyri-sabit nüvəli izotoplar (⁴H və ⁷H) da vardır. Amma onlar Təbiətdə mövcut olmayıb, yalnız labaratoriyalarda alınmışdır.

• ¹H — (Protium), ən geniş yayilan hidrogen izotopudur (~99.98%). Nüvəsində 1 proton var. Neytronu yoxdur.
• ²H (və ya ²D) — (Deyterium). Nüvəsindəsində 1 proton və 1 neytron var. İndi olan deyteriumun hamısı əsasən "Böyük Partlayış"-dan sonra yarandığı ehtiva olunur. Deuterium radioaktiv deyil, özündə ciddi bir toksikliyə malik təhlükəni əks etdirmir. Təbiətdə cüzi miqdarda "ağır su" vardır. "Ağır su" suyun tərkibindəki protiumun deyteriumla əvəz olunmasından alinir. Deyterium və onun birləşmələrindən kimyəvi reaksiyalarda radioaktiv olmayan etiketlərdə və ¹H-NMR spektroskopiyasında həlledici olaraq istifadə olunur.
• ³H (və ya ³T) — (Tritium) Nüvəsində 1 proton və 2 neytron var.

Alınması

Sənayedə

• Karbohidrogenlərin termiki parçalanmasına əsaslanır. Məsələn, karbohidrogenlərin ən sadə nümayəndəsi olan metan 1000^oC-yə qədər qızdırıldıqda karbona və hidrogenə parçalanır:

${\mathsf {CH_{4}+H_{2}O\ \rightleftarrows {}\ CO+3H_{2}}}$

${\mathsf {H_{2}O+C\ \rightleftarrows {}\ CO\uparrow +H_{2}\uparrow }}$

• Elektroliz üsulu ilə alınır::

${\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ 2NaOH+Cl_{2}\uparrow +H_{2}\uparrow }}$

${\ce {2H2O ->[4e^{-}] 2H2 ^ + O2 ^}}$

Təmiz hidrogen və ya çirkli?

Yaşıl enerjinin necəsə utilləşmə məsələsi ilə hidrogen energetikası problemi də əlaqədardır. Əslində, əgər enerjinin generasiyası zamanı saxlama sistemini inkişaf etdirərək, karbohidrogenlərin yandırılmasından imtina etmək mümkün olsa da, nəqliyyat ilə belə fənd bir o qədər də keçmir. Misallar üçün İlon Maskın yaradıcılığına müraciət etmək lazım deyil: maraqlanan vətəndaşlar aşkar etdilər ki, Moskva hökumətinin trolleybuslar əvəzinə tətbiq etdikləri elektrobuslarda dizel mühərriki də var – akkumuluyatorun enerjisi soyuq havada hərəkət və salonun qızdırılması üçün yetərli olmur. Elektrik enerjisinin müxtəlif növ yük maşınlarını, xüsusən də uzaq məsafəyə işləyən yük maşınlarını, həmçinin kənd təsrrüfatı texnikasını qidalandırmaq gücündə olması mütəxəssislərdə ciddi şübhələr yaradır. Odur ki, ağıllı alternativ enerjinin daha qatı formalarının istifadəsi hesab olunur: kimyəvi aktiv birləşmələr şəklində (yeri gəlmişkən, kriotoplayıcıların inkişafı göstərir ki, üçüncü yol da var – maye havanın enerjisindən istifadə). Və eləki söhbət yaşıl kimyəvi yanacaqdan gedir, ekspertin baxışları suyun elektrolizi ilə alınan hidrogenə yönəlir. Onun karbohidrogenlərə nisbətən üstünlüyü sözsüzdür: hidrogen yandıqda su əmələ gəlir, zərərli tüstü qazları yox. Lakin, hidrogenin də poblemləri var ki, on illiklərlə onları həll etmək mümkün olmur – partlayış təhlükəliliyi, toplayıcıların böyük çəkisi, həmçinin hidrogenin oksidləşməsi ilə elektrik enerjisinin alındığı yanacaq elementlərinin şıltaqlığı və yüksək qiyməti. Hidrogen energetikası probleminə dəfələrlə yanaşma hələlik yaxşı həllər verməyib: hidrogen nəqliyyatının nümayiş nümunələrindən irəli gedilməyib, bununla belə, Cənubi Koreya hidrogen nəqliyyatı və onlar üçün yanacaq elementlərini istehsal etmə işində lider olmağı planlaşdırır. Odur ki, daha az müqavimətli yol ilə getmək ideyası yaranır: yeraltı yanacaqları sintetik yanacaqlar ilə əvəz etmək və onu eyni avtomaşınlara və eyni yanacaqdoldurma məntəqəsində doldurmaq. Onun sintezi üçün yaşıl hidrogen suyun elektrozlizi ilə alınır, karbon qazı tullantı, istilik və ya bərpa olunan elektrik ilə yığılır, sonra onlar birləşdirilərək ya metan, ya metanol, ya dimetil efiri, ya da hansısa yanar maye almaq olar. Rusiya qazçılarının yuxarıda qeyd olunan təklifləri nəzərə alınmaqla yeraltı metandan yaşıl hidrogen almaqda belə variant yox sayılmır ki, sonra bu hidrogen yenidən metana çevriləcək, amma artıq yaşıl metana. Bu, absurd teatrındakı səhnə kimi görünür, lakin belə teatr bir neçə il sonra bizim həyatımızın reallığı ola bilər. Səbəb ondadır ki, nəqliyyat üçün əsas hərəkətverici kimi daxili yanma mühərrikini saxlamaqla mövcud yanacaq infirastrukturuna qoyulmuş onlarla trilyon dollarları xilas etmək olacaq. Beləliklə, yaşıl hidrogen və ondan sintez olunmuş yanacaqlar vasitəsilə hidrogen energetikası tətbiqi iqtisadiyyat üçün şübhəsiz xeyir hesab olunur. Maraqlıdır ki, karbon qazının yaşıl metan üçün toplanması onun zərərli yeraltı metanın yanmasından əmələ gəldiyi fabrikdə aparılması ilə istilikxana qazının utilləşməsinə görə bonuslar almaq olar. Bəli, qatı karbon qazını burada, onun əmələ gəlmə mənbəyində yığmaq atmosferdən az – az yığmağa nisbətdə daha əlverişlidir. Əgər göründüyü kimi hidrogenin bu və ya digər şəkildə mühərrik yanacağı kimi istifadəsinə pis olmayan texniki həllər mövcuddursa, xüsusən mövcud infrastruktur istifadə edildikdə, elektrik nəqliyyatı üçün bu gələcəyin işidir. Çətin olmayan hesablamalar göstərir: elə ki, elektrik nəqliyyatının payı hansısa minimumu keçir, energetiklərdə daha güclü baş ağrısı yaranır, nəinki yaşıl elektrostansiyaların qovşağa qoşulmasından. Əslində, ehtimal edilir ki, elektromobilin akkumuluyatoru şəhər yükləmə məntəqələrində bir neçə dəqiqəyə yüklənəcək: əks halda növbə yaranacaq. "Tesla" seriyalı elektromobillərdə akkumulyator təxminən 75 kVt.s enerji saxlayır. Onun 10 dəqiqəyə dolması üçün qovşaq dispetçeri 450 kVt gücündə ehtiyata malik olmalıdır. 450 kVt güc nədir? Bu, müasir normativlərə görə o limitdir ki, Mosenerji satış hardasa yüzə yaxın məhlədən ibarət Moskva ətrafı bağ qəsəbəsini ayırır. Doldurma məntəqələrinin tikilməsi, meqavatlıq kabellərin çəkilişi iri şəhərlərin daxilində tamamilə yerinə yetirilməyən məsələ kimi görünür, ən azı, elektrik qovşaqları texnologiyalarında inqilab baş verənə və ifrat keçirici texnologiyaların tətbiqinə qədər. Problemin maraqlı həlli elektrik enerjisinin böyük məsafəyə naqilsiz ötürülməsi layihəsi ilə əlaqədardır. Belə texnologiyalar artıq var, amma onlar başlıca olaraq mobil qurğuların ləvazimatlarına yükləmək üçün istifadə olunur, məsələn aypədin stilusu. Elektrik nəqliyyatının yaxşı işi üçün isə böyük gücləri təxminən metr məsafədən vermək lazımdır: avtomobil yolunun altından çəkilmiş kabeldən avtomobilin mühərrikinə qədər. Əgər belə texnologiyalar təkcə yaranmaq yox, həm də həyata keçirilsə, onda həqiqətən həqiqi çoxplanlı inqilab alınar: avtoyolda elektromobil qovşaqdan qidalanacaq, avtoyolun altındakı kabel elektrik ötürmə xətti olacaq, ola bilsin ki, maye azot boru kəməri olacaq. Belə həll nə vaxtsa, olacağını hələlik heç kim bilmir; bu, qlobal energetik transformasiyanın inkişafı gedişində aydınlaşacaq.

Laboratoriyada

$${\mathsf {Zn+H_{2}SO_{4}\rightarrow ZnSO_{4}+H_{2}\uparrow }}$$

${\mathsf {Ca+2H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {NaH+H_{2}O\rightarrow NaOH+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {2Al+2NaOH+6H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {Zn+2KOH+2H_{2}O\rightarrow K_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {2H_{3}O^{+}+2e^{-}\rightarrow 2H_{2}O+H_{2}\uparrow }}$

Həmçinin bax

• Hidrogen azid
• Hidrogen tsikli

Ədəbiyyat

• Z. Qarayev "Qeyri-üzvi kimya", Maarif, 1975.
• Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы: Учебное пособие для вузов. — М.: Издательство "Экзамен", 2005.
• Учебный справочник школьника. Учебное издание. — М.: Дрофа, 2001.
• Дигонский С. В., Тен В. В. Неизвестный водород. — СПб: Наука, 2006. ISBN 5-02-025114-3