Tüm Kategoriler
EN

Ana Sayfa>Haberler>Haberler

Hidrojenin fiziksel ve kimyasal özellikleri

Zaman: 2022-12-12 Hitler: 4

  İlk olarak, hidrojenin fiziksel özellikleri

  Hidrojenin olağan temel formu, renksiz, kokusuz ve kokusuz iki atomlu bir gaz molekülü olan hidrojendir. Hidrojenin yoğunluğu çok küçüktür ve doğadaki en küçük gazdır, havanınkinden çok daha küçüktür. Standart koşullar altında (sıcaklık 0℃, basınç 101.325 kPa), 1 litre hidrojenin kütlesi 0.089 g'dır. Aynı hacimdeki hava ile karşılaştırıldığında, hidrojenin kütlesi havanınkinin yaklaşık 1/14'ü kadardır. Bu özelliğinden yararlanan insanlar, ulaşım aracı olarak hidrojen balonlarını kullanırlardı. Hidrojenin yoğunluğu çok düşük olduğu için yeryüzündeki hidrojen yavaş yavaş atmosferde yükselir ve sonunda buharlaşarak evrene karışır.


  Hidrojen sıvılaştırılması çok zor bir gazdır. 101.325 kPa'da hidrojen, -252.8°C'de renksiz sıvı hale gelebilir. Sıvı hidrojen süper iletken özelliklere sahiptir. -259.2℃'de sıvı hidrojen, kar tanesi benzeri katı hidrojene dönüşebilir.


  Hidrojenin genel sıvı içindeki çözünürlüğü nispeten küçüktür. Belirli bir sıcaklık ve basınç altında, belirli miktarda çözücüde çözünen en yüksek gaz miktarına gaz çözünürlüğü denir. Gazın çözünürlüğü sadece gazın ve çözücünün doğasıyla değil, aynı zamanda sıcaklık ve basınçla da ilgilidir. Genel olarak sıcaklığın artmasıyla çözünürlüğü azalır. Gazın hacmi çözündüğünde büyük ölçüde değiştiğinden, çözünürlüğü basıncın artmasıyla önemli ölçüde artar. Çözünürlük genellikle belirli bir sıcaklıkta bir hacim çözücü içinde çözünen maksimum hacim ile ifade edilir. Örneğin 1.82 ml hidrojen 100 ml suda 20°C'de 1 atmosferde (saf hidrojen ortamı) çözülebiliyorsa bu %1.82 demektir. Molar konsantrasyona göre, 1 atmosferde 20°C'de suda çözünen saf hidrojen konsantrasyonu 0 mM'dir. Birçok gazdan farklı olarak, hidrojenin çözünürlüğünün sıcaklığın artmasıyla artabileceği ileri sürülmektedir.


  Gazın sıvı içindeki çözünürlüğüne gelince, 1803'te İngiliz kimyager Henry, Henry yasası adı verilen gaz seyreltik çözelti çalışmasına dayanan ampirik bir yasa özetledi. Henry yasasına göre, belirli bir sıcaklık ve basınçta bir gazın sıvı içindeki çözünürlüğü, gazın denge basıncı ile doğru orantılıdır. Yani gazın sıvı içindeki çözünürlüğü, gazın kısmi basıncının artmasıyla doğru orantılı olarak artar. Aynı koşullar altında %100 hidrojenin sıvı içindeki çözünürlüğü %50 hidrojenin çözünürlüğünün 2 katıdır. Hidrojenin sudaki çözünürlüğü (%0.017), nitrojeninkinden (%0.013) biraz daha fazladır. Hidrojenin yağdaki çözünürlüğü (%0.036), nitrojenin çözünürlüğünden (%0.067) daha küçüktür, bu da nitrojenin yaklaşık yarısı kadardır. 25°C'de, hidrojenin etanol içindeki çözünürlüğü %0.089'dur, bu da suyun dört katıdır. Hidrojenin su ve yağdaki çözünürlüğü çok küçük olmasına rağmen nikel, paladyum ve molibden gibi metallerde çok fazladır. Bir hacim paladyum birkaç yüz hacim hidrojeni çözebilir.


  Hidrojenin düşük moleküler ağırlığı nedeniyle, hidrojenin geçirgenliği çok güçlüdür. Normal sıcaklıkta kauçuğa ve lateks boruya nüfuz edebilir, ancak yüksek sıcaklıkta paladyum, nikel, çelik ve diğer metal filmlere nüfuz edebilir. Dolu bir hidrojen balonu genellikle bir gece geçirir ve ertesi gün hava sızıntısı nedeniyle uçamaz. Bunun nedeni, hidrojenin kauçukta insanların göremediği küçük delikler açabilmesidir. Ayrıca, yüksek sıcaklık ve basınç altında, hidrojen kalın çelik levhalardan bile geçebilir. Ayrıca, hidrojen güçlü bir geçirgenliğe sahiptir, bu nedenle çelik, belirli bir sıcaklık ve basınçta hidrojene maruz kaldığında, çeliğin kafesine nüfuz eden atomik hidrojen, yavaş deformasyonda gevrekleşmeye neden olur. Hidrojenin bu özelliği, hidrojenin depolanması ve taşınmasına büyük zorluklar getirir.


  Hidrojen, yüksek özgül ısıya ve iyi termal iletkenliğe sahiptir. Hidrojenin termal iletkenliği havanınkinden 7 kat daha fazladır. Aynı basınç altında, hidrojenin özgül ısısı nitrojenin 13.6 katı ve helyumun 2.72 katıdır. Bu nedenle, diğer gazlarla karşılaştırıldığında, hidrojen daha güçlü ısı emilimine ve termal iletkenliğe sahiptir.


  Hidrojenin difüzyon hızı hızlıdır. Gaz difüzyon yasasına göre, gazın sıvı içindeki difüzyon hızı, gazın moleküler ağırlığının karekökü ile ters orantılıdır. Sıvı veya insan dokularında, hidrojenin difüzyon hızı nitrojenin 3.74 katı ve helyumun 1.41 katıdır (0.138).


  Hidrojen sesi hızlı bir şekilde iletir. Standart koşullar altında havanın ses iletim hızı 331 m/s, helyumunki 972 m/s ve hidrojeninki 1286 m/s'dir. Bu nedenle, insanlar hidrojeni solursa sesleri bariz bir şekilde değişir ve dalgıçlar da hidrojen ve oksijeni soluduklarında seslerini değiştirebilirler.


İkincisi, hidrojenin kimyasal özellikleri

  Hidrojenin kimyasal özelliği oda sıcaklığında kararlıdır ve kararlı kimyasal özellik esas olarak hidrojeni oluşturan iki hidrojen atomu arasındaki güçlü kovalent bağ tarafından belirlenir.


  Hidrojen yanıcıdır. Ateşleme veya ısıtma koşulları altında, hidrojen çeşitli maddelerle kolayca reaksiyona girebilir. Saf hidrojen ateşlendiğinde, sessizce yanabilir, açık mavi alev yayabilir, ısı açığa çıkarabilir ve su üretebilir. Kuru ve soğuk bir beher alevin üzerine kapatılırsa beherin duvarında su damlacıkları görülebilir. Hidrojenin yandığı konsantrasyon aralığı %4-74'tür. Bu konsantrasyonun altında veya üstünde ise yüksek basınç altında bile yanmaz veya patlamaz. Oksijen ortamında, hidrojenin yanma konsantrasyonu %4 ile %94 arasında değişir. Oksijen konsantrasyonu %4'ün altında olduğunda, çok yüksek basınç koşullarında bile, hidrojen ve oksijen karışımı yanmaz. İnsanlar hidrojenin bu özelliğini dalış için kullanabilirler ve ayrıca hidrojenin bu özelliklerini güvenli bir şekilde hidrojen solumak için ekipman tasarlamak için kullanabilirler.


  Hidrojenin indirgenebilirliği vardır. Hidrojenin kimyasal özelliği aktiftir ve yanmaya ve patlamaya eğilimli su üretmek için oksijenle reaksiyona girer. Yanabilirlik aynı zamanda, hidrojeni indirgeyen oksijenin doğası tarafından belirlenen, hidrojenin indirgenebilirliğinin somutlaşmış halidir. Hidrojen sadece oksijenle değil, bazı bileşiklerde oksijenle de reaksiyona girebilir. Örneğin hidrojen sıcak bakır oksitten geçirilerek kırmızı metalik bakır elde edilirken su elde edilir. Bu reaksiyonda hidrojen, oksijeni bakır oksitten alır ve su üretir; Bakır oksit oksijen kaybeder ve kırmızı bakıra indirgenir, bu da hidrojenin indirgenebilirliğe sahip olduğunu ve iyi bir indirgeyici ajan olduğunu kanıtlar. Hidrojen ayrıca tungsten trioksit, ferroferrik oksit, kurşun oksit ve çinko oksit gibi diğer metal oksitleri de azaltabilir.

主 图 -14

  Hidrojenin indirgenebilir olması, hidrojenin çözelti veya organizmada aynı özelliklere sahip olduğu anlamına gelmez. Örneğin, hidrojen ve oksijenin yanması, hidrojen konsantrasyonunun %4'ün üzerinde olmasını ve tutuşma noktasının 400°C olmasını gerektirir. İnsan ortamında, saf hidrojen ortamında bile çözünmüş hidrojen konsantrasyonu sadece %1.8'dir. Bununla birlikte, vücudun sıcaklığı sadece 37℃ olduğundan, bu durum hidrojen ve oksijenin reaksiyona girdiği durumdan çok uzaktır, bu nedenle insan vücudunda hidrojen ve oksijen reaksiyona giremez. İnsanların uzun süre hidrojeni fizyolojik inert gaz olarak kullanmasının önemli nedeni budur.


  Hidrojen sadece indirgeyici değil, aynı zamanda oksitleyicidir. Hidrojen, hidrojen atomları tarafından kovalent olarak oluşturulan iki atomlu bir moleküldür ve her hidrojen atomu, negatif hidrojen iyonları oluşturmak için bir elektron alabilir. Bu durum kuvvetli indirgeyici metallerle reaksiyonda görülebilir ve etkisi klora benzer. Bu tür bir reaksiyonda hidrojen, metalleri metal iyonlarına oksitleyebilen bir oksidandır. Açıkça söylemek gerekirse, hidrojen ve metal arasındaki reaksiyonun ürünü, güçlü indirgenebilirlik ile karakterize edilen ve büyük miktarda hidrojen salmak için suyla reaksiyona girmesi çok kolay olan hidrittir.