A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

Ez a szócikk (vagy szakasz) nem tünteti fel a forrásokat, melyek segítségével készült. Ez az állítás önmagában nem minősíti a szócikk tartalmát: az is lehet, hogy minden állítása igaz. Segíts megbízható forrásokat találni, hogy alátámaszthassuk, ami a lapon olvasható!

1 - ← hidrogén → hélium - ↑ H ↓ Li 1s1 1 H Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	hidrogén, H, 1
Elemi sorozat	nemfémek
Csoport, periódus, mező	1, 1, s
Megjelenés	színtelen
Atomtömeg	1,00794 g/mol
Elektronszerkezet	1s1
Elektronok héjanként	1
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	gáz
Sűrűség (szobahőm.)	0,0899 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	- g/cm³
Olvadáspont	14,025 K (-259,13 °C, -434,45 °F)
Forráspont	20,268 K (-252,88 °C, -423,17 °F)
Olvadáshő	0,05868 kJ/mol
Párolgáshő	0,44936 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 28,836 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 15 20
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	hexagonális
Oxidációs állapotok	1, -1 (amfoter oxid)
Elektronegativitás	2,20 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 1312 kJ/mol
Atomsugár	25 pm
Atomsugár (számított)	53 pm
Kovalens sugár	37 pm
Van der Waals-sugár	120 pm
Egyebek
Hővezetési tényező	(300 K) 180,5 W/(m·K)
Hangsebesség	(gáz, 27 °C) 1310 m/s
CAS-szám	1333-74-0
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A hidrogén izotópjai Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t. 1H 99,985% H stabil 0 neutronnal 2H 0,0115% H stabil 1 neutronnal 3H trace 12,32 év β− 0,019 3He
Hivatkozások

A hidrogén (latinul: hydrogenium) a periódusos rendszer első kémiai eleme. A hidrogénatom vegyjele H, rendszáma 1. A hidrogén valójában igen ritkán fordul elő önálló atomként, legtöbbször kétatomos molekulákat alkot, melyek képlete H₂. Normálállapotban színtelen, szagtalan, íztelen, nemfémes, egy vegyértékű, igen gyúlékony gáz. Nagyon jó hővezető. A hidrogén a legkönnyebb és egyben a világegyetemben leggyakrabban előforduló elem. A Földön leginkább vegyületeivel találkozhatunk: jelen van a vízben, szinte minden szerves vegyületben és minden élőlényben. A fősorozatbeli csillagok nagyrészt plazma halmazállapotú hidrogénből állnak, amit apránként héliummá égetnek el. A többi kozmikus testre általánosan igaz, hogy minél nagyobb, annál több benne a hidrogén: a kisebb égitestek gravitációs mezeje nem képes az igen kis sűrűségű hidrogéngázt légkörében huzamosan megtartani.

Laboratóriumi előállítása során erős savakat reagáltatnak valamilyen negatív standardpotenciálú fémmel, például cinkkel. Ipari mennyiségű hidrogént többnyire földgáz és vízgőz reakciójával állítanak elő. A víz elektrolízise a hidrogén előállításának egyszerű, de energia-, így költségigényes módja.

Tartalomjegyzék 1 Története 2 Fizikai tulajdonságai 3 Kémiai tulajdonságai 4 Előállítása 5 Felhasználása 6 Vegyületei 6.1 A hidrogén biner vegyületei (hidridek) 7 Típusai kvantumfizikai szempontból 8 Izotópjai 9 Források

[szerkesztés] Története

A hidrogént először Robert Boyle állította elő 1671-ben. Henry Cavendish fedezte fel 1766-ban, hogy önálló elem. „Vízképzőt” jelentő nevét a görög hudôr=víz és a gennen=képezni szavak összevonásával Antoine Lavoisier adta. A deutériumot 1931-ben Harold Urey amerikai kémikus fedezte fel. 1839-ben sir William Robert Grove brit tudósnak sikerült a vizet elekromos árammal hidrogénre és oxigénre bontania.

[szerkesztés] Fizikai tulajdonságai

A hidrogén a legegyszerűbb atomszerkezetű kémiai elem, leggyakoribb izotópja, a prócium csak egy protonból és egy elektronból áll.

Normálállapotban kétatomos gáz, képlete H₂. A normálállapotú levegőnél sűrűsége 14,5-ször kisebb.

Mivel a hidrogénmolekuláknak nincsenek polarizálható elektronjaik, ezért a közöttük kialakuló diszperziós kölcsönhatás erőssége, így a kohézió is rendkívül kicsi. Ezért a hidrogénnek igen alacsony, mindössze 20,27 K a forráspontja, olvadáspontja pedig 14,02 K. Igen nagy nyomáson, például gázóriások belsejében, a hidrogén molekulái elveszítik önállóságukat, és folyékony fémmé állnak össze (fémes hidrogén). Az űrben található igen alacsony nyomáson általában atomos formában létezik – egyszerűen azért, mert a hidrogénatomok nem találkoznak egymással; a csillagok keletkezésekor az első lépés a H₂-felhők kialakulása.

Fontos szerepe van az univerzum energiaellátásában a proton-proton reakción és a szén-nitrogén cikluson keresztül.

[szerkesztés] Kémiai tulajdonságai

A hidrogén gyúlékony anyag, vízzé ég el.

2H₂+ O₂ → 2H₂O

A hidrogéngáz és az oxigéngáz keveréke durranógázt alkot. Ha meggyújtjuk, csattanó hanggal felrobban. (TILOS oxigént és hidrogént tartalmazó tartályok egymás melletti tárolása a robbanásveszély miatt!) A tiszta hidrogén csendesen ég.

A hidrogén jó redukálószer. A réz-oxidtól elvonja az oxigént.

CuO + H₂ → Cu + H₂O

Ugyanakkor a legkisebb elektronegativitású fémekkel ionkötésű hidrideket képez, tehát ekkor oxidálószer:

Ca + H₂ → CaH₂

[szerkesztés] Előállítása

Laboratóriumi előállítás: cinkre sósavat öntünk. Ekkor cink-klorid és hidrogén keletkezik.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

A hidrogén a víz elektromos bontásával is előállítható.

2H₂O = O₂ + 2H₂

Ipari előállítás: metán és vízgőz reakciója. Ekkor szén-monoxid és hidrogén keletkezik.

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

[szerkesztés] Felhasználása

Az iparnak nagy mennyiségű hidrogénre van szüksége az ammónia előállításához (Haber-féle ammóniaszintézis), zsírok és olajok hidrogénezéséhez, és metilalkohol (metanol) gyártásához. Egyéb felhasználási területei:

• sósavgyártás, hegesztés, fémek redukciója
• rakétaüzemanyag
• folyékony hidrogént használnak kriogenikai kutatásokban, például a szuperfolyékonyság vizsgálatában
• Mivel 14 és félszer könnyebb a levegőnél, valamikor léghajók töltőgázaként is használták – gyúlékonysága miatt azonban ezzel felhagytak.
• A deutériumot, a hidrogén egyik izotópját (²H) maghasadás során moderátorként alkalmazzák, fúziós kísérletekben szintén használják.
• A tríciumot (³H) nukleáris reaktorokban állítják elő, hidrogénbomba gyártásához használható. Ezentúl biológiai kutatásokban jelölő izotóp lehet, illetve fényes festékekben a világító komponens.

Elégethető belső égésű motorokban is, a Chrysler-BMW-nek vannak ilyen járművei. Újabban alternatív üzemanyagként az üzemanyagcellákban használják.

[szerkesztés] Vegyületei

A hidrogén a legtöbb kémiai elemmel képes vegyülni. Elektronegativitása 2,2-es, a nemfémek közül a legkisebb. Mivel csak egy elektronja van és elektronhéja két elektronnal telítődik (1s²), a hidrogénatom egy elektron felvételével vagy leadásával is ionná alakulhat. Ha elektront vesz fel, negatív töltésű hidridionná (H^-) alakul. Kis ionizációs energiájú elemekkel (alkáli fémekkel, alkáli földfémekkel) olyan ionvegyületekké egyesülhet, amelyeknek a kristályrácsa pozitív töltésű fémionokból és negatív töltésű hidridionokból áll. Ezeket a vegyületeket sószerű hidrideknek nevezzük. Ha elektront ad le, általában kovalens kötést alkot, mivel önmagában a H⁺-ion egy csupasz proton lenne és könnyen elektronokat vonzana magához.

Robbanásszerű égése miatt a hidrogén és az oxigén keverékét durranógáznak hívják. A reakció terméke a víz (H₂O). A deutérium-oxidot (D₂O) nehézvíznek nevezik. A szénnel rengeteg, különféle szerkezetű vegyületet alkot; ezek a szénhidrogének. Mivel az élőlények zömmel a szén és a hidrogén (oxigénnel, nitrogénnel, foszforral stb. közös) vegyületeiből állnak, ezeket szerves vegyületeknek nevezik, a velük foglalkozó tudományágat pedig szerves kémiának.

[szerkesztés] A hidrogén biner vegyületei (hidridek)

• kovalens hidridek (jellemzően a p-mező elemeivel):

IV. A	V. A	VI. A	VII. A
CH4	NH3	H2O	(HF)x
SiH4	PH3	H2S	HCl
GeH4	AsH3	H2Se	HBr
SnH4	SbH3	H2Te	HI

• polimer hidridek:
  • bórral (boránok): B_xH_y, ahol x maximum ~25
  • szénnel (szénhidrogének): C_xH_y, ahol x-nek elvileg nincs felső határa
  • szilíciummal (szilánok): Si_xH_y, ahol x maximum ~8
  • germániummal (germánok): Ge_xH_y, ahol x maximum ~5
• ionrácsos (sószerű) hidridek (jellemzően az alkáli- és alkáliföldfémekkel):

I. A	II. A
LiH	BeH2
NaH	MgH2
KH	CaH2
RbH	SrH2
CsH	BaH2

• fémes (intersticiális) hidridek (jellemzően a d-mező és f-mező elemeivel):

III. B	IV. B	V. B	VI. B	VII. B	VIII. B	I. B	II. B
ScH2	TiH2	VH VH2	CrH	x	x	CuH	ZnH
YH2 YH3	ZrH2	NbH NbH2	x	x	PdHx (x<1)	x	x
LaH2 LaH3	HfH2	TaH	x	x	x	x	x

• komplex hidridek: [BH₄]^-, [AlH₄]^-

[szerkesztés] Típusai kvantumfizikai szempontból

Kvantumfizikai szempontból kétféle hidrogén-molekula (H₂) különböztethető meg (magspin-izomerek):

• ortohidrogén:
  • a két proton spinje azonos irányú (paralel)
  • az eredő magspinmomentum: S=1 → Bose-Einstein-statisztika
  • 0 K-en 0%-os az előfordulása
  • 300 K-en 75%-os az előfordulása
• parahidrogén:
  • a két proton spinje ellentétes irányú (antiparalel)
  • az eredő magspinmomentum: S=0 → Bose-Einstein-statisztika
  • 0 K-en 100%-os az előfordulása
  • 300 K-en 25%-os az előfordulása

[szerkesztés] Izotópjai

A hidrogén leggyakoribb izotópja: ¹H. Ennek a stabil izotópnak az atommagja egyetlen protonból áll; innen jön a prócium, a ¹H ritkán használt neve.

A másik stabil izotóp a deutérium, ²H, aminek magjában egy neutron is található. A deutérium az összes hidrogén kb. 0,0184-0,0082%-a. A hidrogén és a deutérium egyaránt az ősrobbanásban keletkezett; a fúziós reakciók eredményeként mennyiségük azóta folyamatosan csökken.

A harmadik hidrogénizotóp a radioaktív trícium, ³H. A trícium atommagja két neutront tartalmaz a proton mellett. A földön a trícium a kozmikus sugárzás eredményeként keletkezik a légkörben, illetve a felszínen, ezért kiválóan alkalmas a beszivárgott és a felszín alatt messzire vándorolt vizek korának (a beszivárgás idejének) meghatározására.

A hidrogén az egyetlen olyan kémiai elem, aminek az izotópjait nemcsak külön elnevezték, de külön vegyjelet is adtak nekik – bár ez nem hivatalos. A deutériumot gyakran a D, a tríciumot a T betűvel jelölik (a ²H illetve ³H helyett).

[szerkesztés] Források

• Bodonyi Ferenc: Kémiai összefoglaló (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987., p. 39, 301-303; ISBN 963 10 7229 0)

m·v·sz Kétatomos molekulák     Hidrogén H2 Klór Cl2 Nitrogén N2 Bróm Br2 Oxigén O2 Jód I2 Fluor F2 Asztácium At2