Vodorod haqida malumot

Vodorod
Vodorod
	← Neytroniy \| Geliy →
Oddiy moddaning tashqi ko‘rinishi
	Gaz razryadli naychada vodorodning nur sochishi
Atomning xossalari
Nomi, belgisi, tartib raqami	Vodorod / Hydrogenium (H), 1
Guruh, davr, blok	1, 1, ; s-element
Atom massasi ; (molyar massa)	[1,00784; 1,00811] a. m. b. (g/mol)
Elektron konfiguratsiyasi	1s1
Atom radiusi	53 pm
Kimyoviy xossalari
Kovalent radius	32 pm
Ion radiusi	54 (−1e) pm
Elektrmanfiylik	2,20 (Poling shkalasi)
Oksidlanish darajalari	−1, 0, +1
Ionlanish energiyasi ; (birinchi elektron)	1311,3 (13,595) kJ/mol (eV)
Oddiy moddaning termodinamik xossalari
Zichlik (sharoit: n. sh.)	0,0000899 (273 K (0 °C) da) g/sm3
Erish harorati	14,01 K; −259,14 °C
Qaynash harorati	20,28 K; −252,87 °C
Uchlamchi nuqta	13,96 K (−259,19°C), 7.205 kPa
Kritik nuqta	32,24 K, 1,30 MPa
Erishning molyar issiqligi	0,117 kJ/mol
Bug‘lanishning molyar issiqligi	0,904 kJ/mol
Molyar issiqlik sig‘imi	28,47 J/(K·mol)
Molyar hajm	22,4⋅103 sm3/mol
Kristall panjara oddiy moddaning
Panjara tuzilishi	geksagonal
Panjara parametrlari	a = 3,780 c = 6,167 Å
Nisbat c/a	1,631
Boshqa xususiyatlari
Issiqlik o‘tkazuvchanligi	(300 K) 0,1815 Vt/(m·K)
CAS raqami	12385-13-6
Emissiya spektri
Eng uzoq yashovchi izotoplar

1

Vodorod

H

1,008 ± 0,0002

1s¹

Vodorod (kimyoviy belgisi — H, lotincha lot. hydrogenium) — kimyoviy elementdir. U birinchi davrda kimyoviy elementlar davriy jadvalida D. I. Mendeleyev tuzgan sistema bo‘yicha atom tartib raqami — 1.

Vodorodning bir atomli shakli eng keng tarqalgan kimyoviy modda bo‘lib, u butun Koinotdajami massaning taxminan 75 % ini tashkil etuvchi barion massaga to‘g‘ri keladi. Yulduzlar, bundan ixcham yulduzlar, asosan vodorod plazmasidan iborat. Elementlarning eng yengili davriy jadvalda vodoroddir.

Uchta izotop vodorodga tegishli bo‘lib, ular alohida nomlarga ega: ¹H — protiy, ²H — deyteriy va ³H — tritiy (radioaktiv). Eng ko‘p tarqalgan izotop — protiyning yadrosi faqat bitta protondan iborat bo‘lib, unda neytronlar bo‘lmaydi.

Standart harorat va bosimda vodorod — rangsiz, hidsiz va taʼmsiz, zaharsiz, ikki atomli gazdir (kimyoviy formulasi — H₂), u havo yoki kislorod bilan aralashganda yonuvchan va o‘ta yong‘in hamda portlash xavfini tug‘diradi. Boshqa oksidlovchi gazlar, masalan, ftor yoki xlorishtirokida ham vodorod portlash xavfini tug‘diradi. Vodorod osonlik bilan kovalent bog‘lar hosil qilib, aksariyat metallmaslarbilan birikadi. Shu sababli Yerdagi vodorodning katta qismi tabiiy sof vodorodholida emas, balki molekulyar birikmalarda, masalan, suv yoki organik moddalartarkibida uchraydi. Vodorod ayniqsa kislota-asos reaksiyalarida muhim rol o‘ynaydi.

Jumladan, quyidagi moddalarda eriydi: etanolda va bir qator metallarda: temirda, nikelda, palladiyda, titanda, platinada, niobiyda.

Kashf etilish tarixi

Yonuvchan gaz ajralishi kislotalar bilan metallar o‘zaro taʼsirlashganda XVI va XVII asrlarda , kimyo fani shakllana boshlagan davrda kuzatilgan. Vodorodni birinchi bo‘lib Paratselstemir qirindilarini sulfat kislotaga botirish orqali XVI asrda olgan.

1671-yilda Robert Boyl temir qirindilari bilan suyultirilgan kislotalar o‘rtasidagi reaksiya natijasida gazsimon vodorod ajralishini batafsil tasvirlab bergan.

1745-yilda Mixail Lomonosov metallarning kislotalarda erish reaksiyalarini o‘rganib, bu jarayonda ajraladigan «yonuvchan bug‘» (aslida vodorod) faraziy modda — flogiston deb hisoblagan.

1766-yilda Genri KavendishLomonosovdan mustaqil ravishda, metallar kislotalar bilan reaksiyaga kirishganda ajraladigan «yonuvchan havo»ni flogiston deb hisoblagan. 1781-yilda esa ushbu gaz yonganda suv hosil bo‘lishini aniqlagan.

Fransuz kimyogari Antuan Lavuazye muhandis Jan Menyebilan birga maxsus gazometrlardan foydalanib, 1783-yilda suvni sintez qilgan, so‘ngra suv bug‘ini cho‘g‘langan temir yordamida parchalab tahlil qilgan. Shu tariqa u «yonuvchan havo» suv tarkibiga kirishini va uni suvdan olish mumkinligini aniqlagan.

Nomining kelib chiqishi

Lavuazye vodorodga hydrogène nomini bergan (bu so‘z qadimgi yunoncha ὕδωρ — suv va γεννάω — «tug‘diraman» so‘zlaridan kelib chiqib, «suv hosil qiluvchi» degan maʼnoni anglatadi). 1801-yilda Lavuazyening izdoshi, akademik Vasiliy Severginuni «suv hosil qiluvchi modda» deb atagan. U shunday yozgan:

Suv hosil qiluvchi modda kislota hosil qiluvchi modda bilan qo‘shilganda suv hosil bo‘ladi. Buni moddani parchalash orqali ham, uni sintez qilish orqali ham isbotlash mumkin.

Vodorodning ruscha «vodorod» nomi kimyogar Mixail Solovyov tomonidan 1824-yildataklif etilgan. U so‘zma-so‘z tarjima bo‘lib, lotincha hydrogene so‘zidan olingan.

Tarqalishi

Koinotda

Hozirgi vaqtda vodorod eng keng tarqalgan element bo‘lib, Koinotdabarcha atomlarning taxminan 88,6 % ini tashkil etadi (taxminan 11,3 % ini geliyatomlari, qolgan barcha elementlar esa birgalikda qariyb 0,1 % ini tashkil etadi). Demak, vodorod yulduzlar va yulduzlararo gazningasosiy tarkibiy qismidir. Atomar vodorodning butun Koinot bo‘ylab ilk bor paydo bo‘lishi rekombinatsiya davrida sodir bo‘lgan.

Yulduzlarga xos haroratlarda (masalan, Quyosh sirtining harorati taxminan 6000 °C bo‘lganda) vodorod plazmaholatida bo‘ladi. Yulduzlararo fazoda esa bu element alohida molekulalar, atomlar va ionlar holida uchraydi hamda o‘lchami, zichligi va harorati jihatidan keskin farq qiladigan molekulyar bulutlarni hosil qilishi mumkin.

Yer sayyorasida

Yer po‘stida vodorodning massa ulushi 1 % ni tashkil qiladi; tarqalish bo‘yicha u o‘ninchi o‘rinda turadi. Biroq uning tabiatdagi ahamiyati massasiga emas, atomlari soniga bog‘liq. Vodorod atomlari barcha elementlar atomlarining 17 % ini tashkil etib, kisloroddan(uning atomlari ulushi taxminan 52 %) keyin ikkinchi o‘rinda turadi. Shu bois Yerdakechadigan kimyoviy jarayonlarda vodorodning ahamiyati kislorodnikiga deyarli teng. Vodorod amalda barcha organik moddalar tarkibiga kiradi va barcha tirik hujayralarda mavjud; hujayralardagi atomlarning deyarli 63 % i vodorodga to‘g‘ri keladi.

Yerda kislorod birikkan va erkin holatda uchrashidan farqli ravishda, vodorodning deyarli hammasi birikmalar ko‘rinishida bo‘ladi. Atmosferada oddiy modda holidagi vodorod juda oz miqdorda (quruq havoning hajmiga nisbatan 0,00005 %) uchraydi.

Bevosita Quyosh shamoli taʼsirida Yer har soniyada kosmik fazoga uch kilogramm vodorodni yo‘qotadi. Bu juda uzoq istiqbolda sayyoramizning qurishiga olib keladi.

Olinishi

Sanoatda

2019-yil holatiga ko‘ra, dunyoda yiliga 75 mln tonna vodorod isteʼmol qilinadi. U asosan neftni qayta ishlash va ammiak ishlab chiqarishda qo‘llanadi. Uning 3/4 qismidan ko‘prog‘i tabiiy gazdanolinadi; buning uchun 205 mlrd m³ dan ortiq gaz sarflanadi. Qolgan vodorodning deyarli hammasi ko‘mirdan olinadi. Taxminan 0,1 % i (100 ming tonnaga yaqin) elektroliz orqali ishlab chiqariladi. Vodorod ishlab chiqarilganda atmosferaga chiqariladigan karbonat angidrid miqdori qariyb 830 mln tonna CO₂. Tabiiy gazdan olinadigan vodorodning tannarxi 1,5—3 dollar/1 kg deb baholanadi.

Metanning 1000 °C da suv bug‘i bilan konversiyasi:
$C H_{4} + H_{2} O \overset{- ⇀}{↽ -} C O + 3 H_{2}$
Suv bug‘ini cho‘g‘langan koks ustidan taxminan 1000 °C da o‘tkazish:
- $C + H_{2} O \overset{- ⇀}{↽ -} C O ↑ + H_{2} ↑$
- $C O + H_{2} O \overset{- ⇀}{↽ -} C O_{2} ↑ + H_{2} ↑$

Bu jarayon natijasida «kulrang vodorod» (grey hydrogen) olinadi. Uning tarkibidagi CO qo‘shimchasi katalizatorlarni zaharlagani uchun uni yoqilg‘i elementlarida ishlatib bo‘lmaydi. Keyinchalik CO miqdori 10—100 ppm gacha kamaytirilsa, «ko‘k vodorod» (blue hydrogen) olinadi, biroq u ham platina katalizatoriga zarar yetkazadi.

Elektroliz suvli tuz eritmalarida:
$2 N a C l + 2 H_{2} O ⟶ 2 N a O H + C l_{2} ↑ + H_{2} ↑$
«Yashil vodorod» (green hydrogen, o‘ta toza vodorod) elektrokimyoviy usulda olinadi. Elektroliz orqali suvli eritmadagi gidroksidlar , xususan faol metallarning (asosan kaliy gidroksidi) inglizcha ) yuqori harorat va bosimda Ni elektrodlari yordamida vodorod olish mumkin. Bu ancha ko‘p energiya talab qiladigan usul bo‘lib, vodorod ishlab chiqarishning atigi 4 % ini tashkil etadi.
$2 H_{2} O \overset{4 e^{-}}{\to} 2 H_{2} ↑ + O_{2} ↑$
Bundan tashqari, hech qanday qo‘shimcha ishlatmasdan kimyoviy toza suvni elektroliz qilishning sanoat texnologiyasi ham mavjud. Qurilma mohiyatan qaytar ishlaydigan yoqilg‘i elementi bo‘lib, qattiq polimer membranaga inglizcha ega yoki membranasiz bo‘ladi.
Katalitik metanni kislorod bilan oksidlash:
$2 C H_{4} + O_{2} \overset{- ⇀}{↽ -} 2 C O + 4 H_{2}$
Kreking va riforming uglevodorodlarni neftni qayta ishlash jarayonida amalga oshirish.

Laboratoriyada

Suyultirilgan kislotalarning metallarbilan reaksiyasi: metallar elektrokimyoviy kuchlanish qatorida vodoroddan oldin joylashgan bo‘lishi kerak. Bunda ko‘pincha quyidagilar ishlatiladi: rux va suyultirilgan sulfat kislota:
$Z n + H_{2} S O_{4} ⟶ Z n S O_{4} + H_{2} ↑$
Reaksiya: kalsiy va suv o‘rtasida:
$C a + 2 H_{2} O ⟶ C a (O H)_{2} + H_{2} ↑$
Gidroliz: ionli gidridlar:
- $N a H + H_{2} O ⟶ N a O H + H_{2} ↑$
- $C a H_{2} + 2 H_{2} O ⟶ C a (O H)_{2} + H_{2} ↑$

Ishqorlarning rux yoki alyuminiyga taʼsiri:
- $2 A l + 2 N a O H + 6 H_{2} O ⟶ 2 N a [A l (O H)_{4}] + 3 H_{2} ↑$
- $Z n + 2 K O H + 2 H_{2} O ⟶ K_{2} [Z n (O H)_{4}] + H_{2} ↑$

Quyidagi moddalarning suvli eritmalarini elektroliz qilish: kislotalar,, ishqorlar yoki ayrim tuzlar . Bunda katodda vodorod ajraladi, masalan:
$2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} ⟶ 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

Deyteriyli vodorodni olish

Deyteriyli vodorod og‘ir suvdanolinadi. Hozirgi vaqtda og‘ir suv oddiy suvni elektrolitik boyitish orqali ishlab chiqariladi. Vodorodning 0,0156 % i deyteriy shaklida bo‘ladi.

H ning ajralishidagi ortiqcha kuchlanish₂ D nikiga nisbatan biroz kichikroq₂ (bu katod materiali tabiati va eritma tarkibiga ham bog‘liq). Shu sababli og‘ir suv elektrolizyorda to‘planadi. Elektrolizyorlar kaskadi qo‘llanadi.

Deyteriyli vodorod olishning boshqa usullari: gazsimon vodorod termodiffuziyasi, D₂/H₂ aralashmasining palladiy filtr orqali diffuziyalanishi.

Tozalash

Sanoatda vodorod saqlovchi xomashyodan (vodorodli gaz deb ataladi) vodorodni ajratib olishning bir necha usuli qo‘llanadi. Vodorodli gaz (VG) — tarkibida vodorod ko‘p (10 % va undan ortiq) bo‘lgan gaz. Vodorodli gazlarni yoqishga o‘tish atmosferaga karbonat angidrid chiqarilishini kamaytirish usullaridan biridir.

Past haroratda kondensatsiyalash: vodorodli gaz metan va etankondensatsiyalanadigan haroratgacha sovitiladi, so‘ng vodorod rektifikatsiyaorqali ajratiladi. Jarayon −158 °C harorat va 4 MPa. Tozalangan vodorodning tozaligi 93—94 % ni tashkil etadi; bunda dastlabki gazdagi vodorod ulushi 40 % gacha bo‘ladi.
Seolitlarda adsorbsion ajratish: hozirgi kunda bu dunyoda eng ko‘p tarqalgan usul. U moslashuvchan bo‘lib, vodorodli gazdan vodorodni ajratishda ham, avval tozalangan vodorodni qo‘shimcha tozalashda ham qo‘llanadi. Birinchi holatda jarayon 3,0—3,5 MPabosimda olib boriladi. Vodorodni ajratib olish darajasi 80—85 %, tozaligi esa 99 % ni tashkil qiladi. Ikkinchi holatda ko‘pincha «Union Carbide». Bu usul birinchi marta 1978-yilda sanoatda joriy etilgan. Hozir ishlayotgan qurilmalar soni 250 tadan ortiq, quvvati esa sutkasiga 0,6—3,0 mln m³ H₂/sut. Bunda 99,99 % tozalikdagi vodorod olinadi.
Suyuq erituvchilar yordamida absorbsion ajratish: bu usul kamdan-kam ishlatiladi, garchi unda juda toza — 99,9 % li vodorod olinsa ham.
Membranalar orqali vodorodni konsentrlash: usulning eng yaxshi qurilmalarida tozaligi 95—96 % bo‘lgan vodorod olinadi, biroq ularning unumdorligi past.
Vodorodning metallar tomonidan tanlab yutilishi: usul lantan bilan nikel, temir bilan titan, tsirkoniy bilan nikel va boshqa qotishmalarning 30 hajmgacha vodorodni yuta olish xususiyatiga asoslanadi.

Narxi

Katta ulgurji yetkazib berishda vodorod narxi 2—7 AQSH dollari/kg oralig‘ida o‘zgaradi. Kichik miqdorlari yashil yoki to‘q yashil rangdagi po‘lat ballonlarda tashiladi.

Fizik xossalari

Vodorod atomlarining emissiya spektri. Ko‘zga ko‘rinadigan to‘rtta spektr chizig‘i Balmer seriyasiga mansub

Vodorod eng yengil gaz: havodan 14,37 marta yengil. Shuning uchun, masalan, sovun pufakchalarivodorod bilan to‘ldirilganda havoda yuqoriga ko‘tariladi. Vodorod bilan to‘ldirilgan sharlar ham yuqoriga intiladi. Vodorod ilgari havo kemalaridaishlatilgan, ammo portlash xavfi tufayli uning o‘rniga geliy tanlangan. Molekula massasi qancha kichik bo‘lsa, bir xil haroratda uning tezligi shuncha katta bo‘ladi. Eng yengil molekulalar sifatida vodorod molekulalari boshqa barcha gaz molekulalaridan tezroq harakatlanadi va shu sababli issiqlikni bir jismdan boshqasiga tezroq uzatadi. Shundan kelib chiqib, vodorod gazlar orasida eng yuqori issiqlik o‘tkazuvchanligiga ega. Uning issiqlik o‘tkazuvchanligi havonikidan taxminan 7 marta yuqori.

Vodorod molekulasi ikki atomli — H₂iborat. Normal sharoitda bu rangsiz, hidsiz va taʼmsiz gazdir. Zichligi 0,08987 g/l (n. sh.), qaynash harorati −252,76 °C, solishtirma yonish issiqligi 120,9⋅10⁶ J/kg, suvda kam eriydi — 18,8 ml/l normal sharoitda. Suvda vodorodning eruvchanligi bosim ortishi bilan ko‘payadi, harorat ko‘tarilishi bilan esa kamayadi.

Vodorod ko‘plab metallarda yaxshi eriydi (Ni, Pt, Pd va boshqalar), ayniqsa palladiyda (850 hajm H₂ 1 hajm Pd da eriydi). Vodorodning metallarda erishi uning ular orqali diffuziyalanish qobiliyati bilan bog‘liq; diffuziya uglerodli qotishma (masalan, po‘lat) orqali sodir bo‘lganda, baʼzan vodorodning uglerod bilan o‘zaro taʼsiri natijasida qotishma yemiriladi (dekarbonizatsiya deb ataladi). Biroq vodorod deyarli erimaydigan metall — kumush.

Suyuq vodorod −252,76 dan −259,2 °C gacha bo‘lgan juda tor harorat oralig‘ida mavjud. U rangsiz, nihoyatda yengil suyuqlik bo‘lib (zichligi −253 °C da 0,0708 g/sm³) va oquvchan (qovushqoqligi −253 °C da 13,8 sP). Vodorodning kritik parametrlari: harorat −240,2 °C, bosim 12,8 atm, kritik zichlik 0,0312 g/sm³ va kritik hajm 66,95—68,9 sm³/mol (0,033 m³/kg). Vodorodni suyultirishdagi qiyinchiliklar aynan shu kritik parametrlar qiymatlari bilan izohlanadi.

Suyuq holatda muvozanatdagi vodorodning 99,79 % i para-H₂, 0,21 % i orto-H₂.

Qattiq vodorod, erish harorati −259,2 °C, zichligi 0,0807 g/sm³ (−262 °C da) bo‘lgan qorga o‘xshash massadir. Uning kristallari geksagonal singoniyaga, mansub (fazoviy guruh P6/mmc, elementar yacheyka parametrlari a = 0,378 nm va c = 0,6167 nm.

Metall vodorod

Aynan 1935-yilda Vigner va Xantington 250 ming atm dan yuqori bosimda vodorod metall holatgao‘tishi mumkinligini taxmin qilgan. Bu moddani barqaror holatda olish uni qo‘llash uchun juda katta imkoniyatlar ochgan bo‘lardi: u nihoyatda yengil metall hamda yengil va energiya sig‘imi yuqori raketa yoqilg‘isining tarkibiy qismi bo‘lishi mumkin edi. 2014-yilda taxminan 1,5—2,0 million atmosfera bosimda vodorod infraqizil nurlanishniyuta boshlashi aniqlangan; bu esa vodorod molekulalarining elektron qobiqlari qutblanishinianglatadi. Balki yanada yuqori bosimlarda vodorod metallgaaylanar. 2017-yilda yuqori bosim taʼsirida vodorodning metall holatga o‘tishi tajribada kuzatilgan bo‘lishi mumkinligi haqida xabar tarqalgan.

Spin izomerlari

Molekulyar vodorod ikkita spin shaklida (modifikatsiyada) mavjud: ortovodorod va paravodorod. Ular fizik xossalari, optik spektrlari va neytronlarni sochish xususiyatlari jihatidan biroz farq qiladi. Ortovodorod molekulasida o-H₂ (inglizcha o-H₂) (erish h. −259,10 °C, qaynash h. −252,56 °C) spinlar yadrolarda parallel, paravodorodda esa p-H₂ (inglizcha p-H₂) (erish h. −259,32 °C, qaynash h. −252,89 °C) ular bir-biriga qarama-qarshi (antiparallel) yo‘nalgan. Muayyan haroratdagi o-H₂ va p-H₂ ning muvozanatli aralashmasi muvozanatli vodorod e-H₂ (inglizcha e-H₂) deb ataladi, 75 % ortovodorod va 25 % paravodorod aralashmasi esa normal vodorod deyiladi: n-H₂ (inglizcha n-H₂).

o-

H_{2} ⟶

p-

H_{2} + 1418

kJ

Vodorodning spin izomerlarini adsorbsiya orqali faol ko‘mirda suyuq azotharoratida ajratish mumkin. Juda past haroratlarda ortovodorod va paravodorod o‘rtasidagi muvozanat deyarli butunlay paravodorod tomonga siljiydi, chunki para-molekulaning energiyasi orto-molekulanikidan biroz past. 80 K da shakllar nisbati taxminan 1:1 bo‘ladi. Ko‘mirdan desorbsiyalangan paravodorod qizdirilganda ortovodorodga aylanib, muvozanatli aralashma hosil qiladi. Xona haroratida ortovodorod bilan paravodorodning muvozanatli aralashmasi taxminan 75:25 nisbatda bo‘ladi. Katalizatorsiz bu shakllarning o‘zaro aylanishi nisbatan sekin kechadi va ikkala shaklning xossalarini alohida o‘rganish imkonini beradi. Siyrak yulduzlararo muhitda muvozanatli aralashmaga o‘tish vaqti nihoyatda uzoq, hatto kosmologik miqyosda bo‘lishi mumkin.

Izotoplar

Vodorodning eng mashhur uchta izotopi quyidagilar: protiy ¹H (atom yadrosi — proton), deyteriy ²H (yadrosi bitta proton va bitta neytrondaniborat) hamda tritiy ³H (yadrosi bitta proton va ikkita neytrondan iborat). Bu izotoplarning o‘ziga xos kimyoviy belgilari bor: protiy — H, deyteriy — D, tritiy — T.

Protiy va deyteriy barqaror. Tabiiy vodorodda ularning ulushi mos ravishda 99,9885 ± 0,0070 % va 0,0115 ± 0,0070 % ni tashkil qiladi. Bu qiymatlar vodorod manbai va olish usuliga qarab biroz o‘zgarishi mumkin. Tritiy beqaror bo‘lib, beta-yemirilishga uchraydi; yarim yemirilish davri 12,32 yil. Natijada u barqaror geliy-3ga aylanadi. Tritiy tabiatda juda oz miqdorda uchraydi. U asosan kosmik nurlarning barqaror yadrolar bilan o‘zaro taʼsiri, deyteriyning issiqlik neytronlarini tutishi va tabiiy litiy-6 izotopining kosmik nurlar hosil qilgan neytronlar bilan o‘zaro taʼsiri ham qayd etiladi; bu neytronlar kosmik nurlar taʼsirida hosil bo‘ladi.

Sunʼiy ravishda vodorodning og‘ir radioaktiv izotoplari ham olingan; ularning massa sonlari 4—7 bo‘lgan, yarim yemirilish davrlari 10⁻²¹—10⁻²³ s

Tabiiy molekulyar vodorod H₂ va HD (deyteriyli vodorod) molekulalaridan 3200:1 nisbatda tashkil topadi. Sof deyteriy D₂ molekulalari bundan ham kam; HD va D₂ konsentratsiyalari nisbati taxminan 6400:1 ga teng.

Barcha kimyoviy elementlar izotoplari ichida vodorod izotoplarining fizik xossalari bir-biridan eng kuchli farq qiladi. Bu atom massalarining nisbatan eng katta o‘zgarishi bilan bog‘liq.

	Erish harorati, K	Qaynash harorati, K	Uchlamchi nuqta		Kritik nuqta		Zichlik, kg/m³
	Erish harorati, K	Qaynash harorati, K	T, K	P, kPa	T, K	P, MPa	suyuq	gaz
H₂	13,96	20,39	13,96	7,3	32,98	1,31	70,811	1,316
HD	16,65	22,13	16,6	12,8	35,91	1,48	114,0	1,802
HT		22,92	17,63	17,7	37,13	1,57	158,62	2,31
D₂	18,65	23,67	18,73	17,1	38,35	1,67	162,50	2,23
DT		24.38	19,71	19,4	39,42	1,77	211,54	2,694
T₂	20,63	25,04	20,62	21,6	40,44	1,85	260,17	3,136

Sof protiy, deyteriy va tritiy molekulalari ikkita allotropik modifikatsiyada mavjud bo‘lishi mumkin; ular yadrolarning spinlari o‘zaro yo‘nalishi bilan farqlanadi — orto- va paravodorod: o-D₂, p-D₂, o-T₂, p-T₂. Izotop tarkibi boshqacha bo‘lgan vodorod molekulalari (HD, HT, DT) orto- va para-shakllarga ega emas.

Izotoplarning xossalari

Vodorod izotoplarining xossalari jadvalda keltirilgan.

Izotop	Z	N	Massasi, a. m. b.	Yarim yemirilish davri	Spin	Tabiatdagi ulushi, %	Yemirilish turi va energiyasi
¹H	1	0	1,007 825 032 07(10)	barqaror	1⁄2⁺	99,9885(70)
²H	1	1	2,014 101 777 8(4)	barqaror	1⁺	0,0115(70)
³H	1	2	3,016 049 277 7(25)	12,32(2) yil	1⁄2⁺		β⁻	18,591(1) keV
⁴H	1	3	4,027 81(11)	1,39(10)⋅10⁻²² s	2⁻		-n	23,48(10) MeV
⁵H	1	4	5,035 31(11)	9,1 dan ortiq⋅10⁻²² s	(1⁄2⁺)		-nn	21,51(11) MeV
⁶H	1	5	6,044 94(28)	2,90(70)⋅10⁻²² s	2⁻		−3n	24,27(26) MeV
⁷H	1	6	7,052 75(108)	2,3(6)⋅10⁻²³ s	1⁄2⁺		-nn	23,03(101) MeV

Dumaloq qavslar ichida tegishli sonning oxirgi razryadi birliklarida o‘rtacha kvadratik og‘ish ko‘rsatilgan.

Yadro xossalari ¹H izotopini organik moddalarni tahlil qilishda YMR-spektroskopiyasidan keng foydalanishga imkon beradi.

Kimyoviy xossalari

Vodorod molekulalari ancha mustahkam, shu sababli vodorod reaksiyaga kirishishi uchun katta energiya sarflanishi kerak:

H_{2} ⟶ 2 H - 432 кДж

Shuning uchun vodorodning oksidlovchilik xossasi odatda yuqori harorat va bosimda faol metallar bilan reaksiyalarda namoyon bo‘ladi. Oddiy haroratda vodorod faqat juda faol metallar, masalan, kalsiybilan reaksiyaga kirishib, kalsiy gidridini hosil qiladi:

C a + H_{2} ⟶ C a H_{2}

hosil qiladi. Shuningdek, yagona metallmas — ftorbilan reaksiyaga kirishib, vodorod ftoridini hosil qiladi:

H_{2} + F_{2} ⟶ 2 H F

Boshqa ko‘pchilik metallar va metallmaslar bilan esa vodorod yuqori haroratda reaksiyaga kirishadi:

2 H_{2} + O_{2} ⟶ 2 H_{2} O

yoki boshqa taʼsirda, masalan, yorug‘lik tushganda:

H_{2} + C l_{2} ⟶ 2 H C l

Keltirilgan tenglama vodorodning qaytaruvchilik xossalarini ifodalaydi.

C u O + H_{2} ⟶ C u + H_{2} O

Vodorod galogenlar bilan vodorod galogenidlarini hosil qiladi:

$H_{2} + F_{2} ⟶ 2 H F$ reaksiya qorong‘ida ham, istalgan haroratda portlash bilan kechadi,
$H_{2} + C l_{2} ⟶ 2 H C l$ reaksiya esa faqat yorug‘likda portlash bilan kechadi.

Qurum bilan kuchli qizdirilganda reaksiyaga kirishadi:

C + 2 H_{2} ⟶ C H_{4}

Ishqoriy va ishqoriy-yer metallari bilan o‘zaro taʼsiri

Faol metallar bilan reaksiyaga kirishganda vodorod gidridlar hosil qiladi:

$2 N a + H_{2} ⟶ 2 N a H$
$C a + H_{2} ⟶ C a H_{2}$
$M g + H_{2} ⟶ M g H_{2}$

Gidridlar — tuzga o‘xshash qattiq moddalar bo‘lib, oson gidrolizlanadi.

C a H_{2} + 2 H_{2} O ⟶ C a (O H)_{2} + 2 H_{2} ↑

Metall oksidlari bilan o‘zaro taʼsiri

Metall oksidlari (ayniqsa d-elementlarningoksidlari) qaytarilib, metall hosil bo‘ladi:

$F e_{2} O_{3} + 3 H_{2} ⟶ 2 F e + 3 H_{2} O$
$W O_{3} + 3 H_{2} ⟶ W + 3 H_{2} O$

Organik birikmalarni gidrogenlash

Molekulyar vodorod organik sintezda organik birikmalarni qaytarish uchun keng qo‘llanadi. Bu jarayonlar gidrogenlash reaksiyalarideb ataladi. Ular yuqori bosim va haroratda katalizator ishtirokida o‘tkaziladi. Katalizator gomogen (masalan, Uilkinson katalizatori) yoki geterogen (masalan, Reney nikeli, ko‘mirdagi palladiy) bo‘lishi mumkin.

Xususan, to‘yinmagan birikmalar — alkenlar va alkinlarkatalitik gidrogenlanganda to‘yingan birikmalar — alkanlar hosil bo‘ladi.

R - C H = C H - R^{'} + H_{2} ⟶ R - C H_{2} - C H_{2} - R^{'}

Vodorod geokimyosi

Erkin vodorod H₂ Yer gazlarida nisbatan kam uchraydi, biroq suv shaklida geokimyoviy jarayonlarda nihoyatda muhim rol o‘ynaydi. Vodorod vulqon gazlari tarkibida ham mavjud; rift zonalaridagi yoriqlar bo‘ylab maʼlum miqdorda vodorod ajralishi va ayrim ko‘mir konlaridan bu gaz chiqishi aniqlangan.

Vodorod minerallar tarkibiga quyidagi shakllarda kirishi mumkin: ammoniy ioni, gidroksilioni va suv.

Atmosferada molekulyar vodorod metan yoki boshqa organik moddalarning oksidlanish zanjirida paydo bo‘ladigan formaldegidning Quyosh nurlanishi taʼsirida parchalanishidan (31—67 gigatonna/yil), turli yoqilg‘ilar va biomassaning chala yonishidan (har biridan 5—25 gigatonna/yil), shuningdek, havodagi azotni fiksatsiyalash jarayonida mikroorganizmlar faoliyati natijasida (3—22 gigatonna/yil) uzluksiz hosil bo‘ladi.

Massasi kichikligi sababli havodagi vodorod molekulalarining issiqlik harakat tezligi yuqori (ikkinchi kosmik tezlikka yaqin) bo‘ladi. Shu bois ular atmosferaning yuqori qatlamlariga chiqib, kosmik fazoga butunlay uchib ketishi mumkin (qarang: Sayyoralar atmosferasining dissipatsiyasi). Yo‘qotish miqdori taxminan 3 kg soniyasiga deb baholanadi.

Ehtiyot choralari

Vodorod kislorod yoki havo bilan aralashganda portlovchi aralashma — qaldiroq gazideb ataladigan gazni hosil qiladi. Vodorod va kislorodning hajmiy nisbati 2:1 yoki vodorod va havoning nisbati taxminan 2:5 bo‘lganda portlash xavfi eng yuqori bo‘ladi, chunki havoda kislorod taxminan 21 % ni tashkil etadi. Portlash chegaralari: havo bilan aralashmada — hajm bo‘yicha 4–75 %, kislorod bilan — hajm bo‘yicha 4,1–96 %. Vodorod, shuningdek, yong‘in xavfini tug‘diradi. Suyuq vodorod teriga tegsa, kuchli sovuq urishiga sabab bo‘lishi mumkin.

Qo‘llanilishi

Bugungi kunda vodorod ko‘plab sohalarda ishlatiladi. Dunyoda vodorod isteʼmolining taqsimoti quyidagi jadvalda berilgan.

Linde maʼlumotlariga ko‘ra vodorodning dunyo bo‘yicha isteʼmol tuzilishi Linde (2007) (inglizcha)
Qo‘llanilishi	Ulushi
Ammiak ishlab chiqarish	54 %
Neftni qayta ishlash (to‘yinmagan uglevodorodlarni gidrogenlash va gidrooltingugurtlash) hamda metanol sintezi	35 %
Yarimo‘tkazgichlar ishlab chiqarish	6 %
Metallurgiya va shisha sanoati	3 %
Oziq-ovqat sanoati	2 %

Kimyo sanoati

Kimyo sanoati vodorodning eng yirik isteʼmolchisidir. Jahonda ishlab chiqariladigan vodorodning 50 % dan ortig‘i ammiakishlab chiqarishga sarflanadi. Yana taxminan 8 % i metanolishlab chiqarishda qo‘llanadi. Ammiakdan plastmassalar, o‘g‘itlar, portlovchi moddalar va boshqa mahsulotlar tayyorlanadi. Metanol esa ayrim plastmassalar ishlab chiqarish uchun asosiy xomashyo hisoblanadi.

Yoqilg‘i-energetika majmuasi

Neftni qayta ishlashda dunyoda ishlab chiqariladigan vodorodning taxminan 37 % i gidrokreking va gidrotozalashjarayonlarida ishlatiladi. Bu neftni qayta ishlash chuqurligini oshirish va tayyor mahsulotlar sifatini yaxshilashga yordam beradi.

Vodorod raketa yoqilg‘isisifatida ham ishlatiladi. Vodorod suyuq holatda qoladigan harorat oralig‘i nihoyatda tor (7 kelvindan kam) bo‘lgani uchun amalda ko‘proq suyuq va qattiq fazalar aralashmasi ishlatiladi.

Vodorod-kislorodli yoqilg‘i elementlarida vodorod kimyoviy reaksiya energiyasini bevosita elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatiladi.

Transport

Vodorod seriyali ishlab chiqariladigan avtomobillarda yoqilg‘i sifatida ishlatiladi. Ular vodorod yoqilg‘i elementlariga asoslanadi: Toyota Mirai, Hyundai Nexo. Amerika kompaniyasi vodorodda ishlaydigan tijorat avtomobillari turkumini, shuningdek, bir marta yoqilg‘i quyilganda 960 km masofa bosib o‘tadigan Nikola Badger pikapini taqdim etgan.

Kompaniya Alstom 2018-yilda Germaniyada yonilg‘i elementlari bilan ishlaydigan birinchi tijorat Coradia iLint poyezdini ishga tushirgan. U bir bak vodorod bilan 1000 km masofa bosib o‘ta oladi. Poyezdlar 100 kilometrlik qatnovlarni soatiga 140 kilometrgacha tezlikda bajaradi.

Elektr energetikasi

Elektr energetikasida vodorod qudratli elektr generatorlarini sovitish uchun ishlatiladi.

Oziq-ovqat va kosmetika sanoati

Masalan, salomas (yaʼni o‘simlik moylaridanolinadigan qattiq yog‘) ishlab chiqarishda dunyodagi vodorodning taxminan 2 % i sarflanadi. Salomas margarin, kosmetika vositalari va sovun ishlab chiqarishda asos bo‘ladi. Vodorod oziq-ovqat qo‘shimchasi sifatida ro‘yxatga olingan, uning raqami E949.

Laboratoriyalarda

Vodorod kimyoviy laboratoriyalarda tashuvchi gaz sifatida gaz xromatografiyasidaishlatiladi. Bunday laboratoriyalar oziq-ovqat, parfyumeriya, metallurgiya va kimyo sanoatining ko‘plab korxonalarida mavjud. Vodorod yonuvchan bo‘lishiga qaramay, bu vazifada ishlatish yetarlicha xavfsiz deb hisoblanadi, chunki uning miqdori juda kichik. Shu bilan birga, tashuvchi gaz sifatida vodorodning samaradorligi geliyga qaraganda yuqoriroq, narxi esa ancha arzon.

Meteorologiya

Vodorod meteorologiyada meteorologik zondlarnito‘ldirish uchun ishlatiladi. Bu borada vodorod geliydan arzonligi bilan afzal. Bundan ham muhimrog‘i, vodorodni bevosita meteorologiya stansiyasida oddiy kimyoviy generator yoki suv elektrolizi yordamida ishlab chiqarish mumkin. Geliyni esa stansiyaga ballonlarda yetkazib berish kerak, bu chekka hududlar uchun qiyin bo‘lishi mumkin.

Aviatsiya sanoati

Hozirgi vaqtda vodorod aviatsiyada ishlatilmaydi. Bir paytlar dirijabllar va havo sharlari vodorod bilan to‘ldirilgan. Ammo XX asrning 30-yillarida bir necha halokatsodir bo‘lib, ularda dirijabllar portlab yonib ketgan. Hozirda geliy ancha qimmat bo‘lishiga qaramay, dirijabllar aynan geliy bilan to‘ldiriladi.

Boshqa qo‘llanilishlar

19-asrning birinchi yarmidan 20-asrning birinchi yarmigacha vodorod bilan havo sharlari to‘ldirilgan. Atomar vodorod quyidagi maqsadda qo‘llanadi: atomar-vodorodli payvandlash. Vodorodning yuqori issiqlik o‘tkazuvchanligidan girokompaslar sharlari va filamentli LED chiroqlarning shisha kolbalarini to‘ldirishda foydalaniladi.

Adabiyotlar

Digonskiy S. V., Ten V. V. Nomaʼlum vodorod. — Sankt-Peterburg: Nauka, 2006. ISBN 5-02-025114-3.
Kuzmenko N. Ye., Yeryomin V. V., Popkov V. A. Kimyo asoslari. Oliy o‘quv yurtlariga kiruvchilar uchun zamonaviy kurs: oliy taʼlim muassasalari uchun o‘quv qo‘llanma. — Moskva: «Ekzamen» nashriyoti, 2005.
Fyodorov P. I. Uchlamchi nuqta (ruscha) // Kimyo ensiklopediyasi. — Katta Rossiya ensiklopediyasi, 1998. — 5-jild: Triptofan — Yatrokimyo. — 12-bet.
Xazanova N. Ye. Kritik holat (ruscha) // Kimyo ensiklopediyasi. — Sovet ensiklopediyasi, 1990. — 2-jild: Daf — Med. — 541—543-betlar.
Nuklidlar jadvali. — 17-nashr. — Knolls Atomic Power Laboratory, 2010. — ISBN 978-0-9843653-0-2.
Nyuton, Devid E. Kimyoviy elementlar. — Nyu-York: Franklin Watts^[inglizcha], 1994. — ISBN 978-0-531-12501-4.
Rigden, Jon S. Vodorod: muhim element. — Kembrij, Massachusets: Harvard University Press, 2002. — ISBN 978-0-531-12501-4.
Romm, Jozef J. Vodorod atrofidagi shov-shuv: iqlimni saqlab qolish poygasidagi fakt va uydirmalar (inglizcha). — Island Press^[inglizcha], 2004. — ISBN 978-1-55963-703-9.
Skerri, Erik. Davriy sistema: uning tarixi va ahamiyati (inglizcha). — Nyu-York: Oxford University Press, 2007. — ISBN 978-0-19-530573-9.

Havolalar

Hydrogen Arxiv nusxasi 10-yanvar 2016-yildagi, saytda: Wayback Machine , manba: The Periodic Table of Videos (Nottingem universiteti)
Ferreyra-Aparisio, P.; Benito, M. J.; Sans, J. L. Riforming texnologiyalaridagi yangi tendensiyalar: sanoat vodorod qurilmalaridan ko‘p yoqilg‘ili mikroreformerlar sari (inglizcha) // Catalysis Reviews : jurnal. — 2005. — 47-jild, 4-son. — 491—588-betlar. — doi:10.1080/01614940500364958.