Ջրածին

Ջրածինը (H) պարբերական համակարգիառաջին տարրն է։ Առաջին անգամ մաքուր վիճակում ստացել է Հենրի Կավենդիշը 1766թվականին։ Այն տիեզերքումամենատարածված տարրն է։ Երկրի վրա այն գտնվում է հիմնականում միացությունների ձևով։ Ջրածինը միացություններում միավալենտ է։

Ջրածնի ատոմը կազմված Է մեկ պրոտոն ունեցող միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Հանդես է գալիս H₂պարզ նյութի ձևով։

Ջրածինը հայտնաբերվել է 16-րդ դարի կեսերին Պարացելսի կողմից, որը ստացել է երկաթի վրա ծծմբական թթու ազդելով։ 1766թվականին Կավենդիշը հաստատել է նրա հատկությունները և ցույց է տվել նրա տարբերությունը մյուս գազերից և անվանել է «այրվող օդ»։ Լավուազիեն 1783 թվականին առաջին անգամ ջրածին ստացավ ջրից և ապացուցեց, որ ջուրը ջրածնի և թթվածնիքիմիական միացությունն է և նրան անվանեց «հիդրոգենիում», որը նշանակում է ջուր ծնող։ Ջրածինը երկրի վրա հանդես է գալիս միացություններում՝ ջրում, նավթում, կենդանի հյուսվածքներում, իսկ ազատ վիճակում՝ շատ չնչին քանակներով մթնոլորտի վերին շերտերում։

Ջրածին անջատվում է նաև հրաբխային ժայթքումների ժամանակ։ Սպեկտրոսկոպի օգնությամբ ջրածին հայտնաբերվել է արեգակի և աստղերի վրա։

Տիեզերքի նյութը ժամանակակից պատկերացումներով կազմված է 30-50%-ի չափով ազատ ջրածնից, որի ատոմը հանդիսանում է տիեզերքի կառուցման հիմնական աղյուսիկը։

Բացի ջրածնից՝ 1 ատոմական զանգվածով, հայտնի են նաև 2 և 3 ատոմական զանգվածներով ջրածիններ՝ ծանր ջրածիններ՝ դեյտերիում (D) և տրիտիում (T), որոնք թթվածնի հետ առաջացնում են ծանր ջուր՝ (M=2Օ)։

Ջրածնի ատոմը խիստ ռեակցիաունակ է և շատ արագ առաջացնում է H₂ մոլեկուլը։ Ատոմական ջրածնով աշխատող այրիչը ստեղծում է 4000 °С բարձր ջերմաստիճան, որը պայմանավորված է H₂-ի կապի մեծ էներգիայով H+H→H₂ ΔH=-436 կՋ է։ Բացի հիդրիդներից, որտեղ ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է, մնացած միացություններում ունի +1 օքսիդացման աստիճան։

Տաքացնելիս ջրածինը միանում է ոչ մետաղների մեծ մասի (օքսիդանում է) և ակտիվ մետաղների (վերականգնվում է) հետ, առաջացնում հիդրիդներ։ Ոչ մետաղների հիդրիդներն անգույն, սովորաբար տհաճ հոտով, թունավոր գազեր են, մետաղներինը՝ սպիտակ, բյուրեղական (իոնական) նյութեր։

Ջրածնի և հալոգենների խառնուրդները պայթուցիկ են․ ֆտորի հետ անմիջապես, քլորի հետ պայթում է լուսավորելիս, անգամ -252 °C-ում բրոմի և յոդի հետ՝ տաքացնելիս։ Առաջանում են հալոգենաջրածիններ՝ ֆտորաջրածին (HF), քլորաջրածին (НСl), բրոմաջրածին (HBr) և յոդաջրածին (HI), որոնց ջրային լուծույթներն ուժեղ թթուներ են։

Սովորական պայմաններում թթվածնի հետ ջրածինը միանում է դանդաղ, տաքացնելիս՝ պայթյունով։ Պայթուցիկ են 4-94 ծավավալ % H₂ պարունակող խառնուրդները՝ թթվածնի և 4-74% Н₂ պարունակող խառնուրդները օդի հետ։

Ջրածինը թթվածնի հետ առաջացնում է նաև ջրածնի պերօքսիդ՝ H₂0₂։ Տաքացնելիս ջրածինը ծծմբի հետ միանում է հեշտությամբ, սելենի և տելուրի հետ՝ դժվարությամբ։ Առաջանում են ծծմբաջրածին՝ H₂S, սելենաջրածին՝ H₂Se, և տելուրաջրածին՝ H₂Te, որոնք տհաճ հոտով ջրում լուծելի գազեր են (լուծույթները թթուներ են)։

Ջրածինը ազոտի հետ միանում է կատալիզատորի առկայությամբ՝ տաքացնելիս։ Ստացվում է ամոնիակ, NH₃, որի ելքը մեծանում է ճնշումը բարձրացնելիս։ Ազոտի մյուս միացությունները ջրածնի հետ՝ հիդրազինը (N₂H₄), և ազոտաջրածնական թթուն (NH₃), հեղուկներ են։

Ատոմական ջրածինը միանում է ֆոսֆորի, արսենի և անտիմոնի հետ։ Առաջանում են ֆոսֆին՝ PH₃, արսին՝ AsH₃, և ստիբին՝ SbH₃, որոնք տհաճ հոտով, խիստ թունավոր գազեր են։

Ածխածինը ջրածնի հետ միանում է բարձր ջերմաստիճաններում՝ առաջացնելով (կատալիզատորի բացակայությամբ) մեթան՝ CH₄, որը ածխաջրածինների պարզագույն ներկայացուցիչն է։ Սիլիցիումաջրածինները և բորաջրածինները՝ В₂Н₆, В₄Н₁₀, В₅Н₉, В₅Н₁₁ և այլն, ստացվում են մագնեզիումի, սիլիցիդի կամ բորիդի և թթուների փոխազդեցությամբ։ Տաքացնելիս ջրածինն իրենց օքսիդներից վերականգնում է բազմաթիվ մետաղներ (Mo, W, Cr, Fe, Си և այլն) և ոչ մետաղներ (Сl, Տ, N, Si և այլն)։

Ածխածնի (II) օքսիդը (СО) կատալիզատորի առկայությամբ Ջրածնով վերականգնելով ստանում են օրգանական նյութեր (НСНО, СН₃ОН և այլն)։

Ջրածինը միանում է չհագեցած ածխաջրածինների հետ, վերականգնում օրգանական միացությունները։ Ալկալիական, հողալկալիական և մի քանի այլ մետաղների հետ ջրածինը միանում է բարձր ջերմաստիճաններում առաջացնելով մետաղների հիդրիդներ՝ LiH, NaH, CaH₂, ВеН₂ և այլն։ Այդ հիդրիդները կայուն են, հալվում են առանց քայքայվելու, ջրի առկայությամբ հիդրոլիզվում են՝ անջատելով ջրածին, ուժեղ վերականգնիչներ են։ Նրանց հալույթները էլեկտրոլիտներ են, ենթարկվում են էլեկտրոլիզի (անոդի վրա անջատվում է ջրածին)։

Ջրածինը լավ է լուծվում բազմաթիվ մետաղներում (Pd, Pt, Ni և այլն)՝ առաջացնելով ներդրման պինդ լուծույթներ։ Մետաղներում լուծվելու ունակության շնորհիվ ջրածինը․ թափանցում է մետաղների միջով (դիֆուզիա), կոռոզիայի է ենթարկում պողպատը (դեկարբոնացում)։

• Լույսի կամ ջերմության ազդեցությամբ H₂ միանում է հալոգենների և այլ ոչ մետաղների հետ։

{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}}}

{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+S\rightarrow H_{2}S}}}

{\displaystyle {\mathsf {3H_{2}+N_{2}\rightarrow 2NH_{3}}}} (400-500°С,p,Fe)

• Ջրածինը միանում է թթվածնի հետ՝ հսկայական քանակի էներգիայի անջատմամբ (ջրածնաթթվածնային բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 3000°С։

{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+Q}}}

այս գազերի 2։1 հարաբերությունը կոչվում է շառաչող գազ, քանի որ ավարտվում է պայթյունով։

• Ջրածինը ուժեղ վերականգնիչ է, այն վերականգնում է շատ մետաղներ իրենց օքսիդներից.

{\displaystyle {\mathsf {PbO+H_{2}\rightarrow Pb+H_{2}O}}}

{\displaystyle {\mathsf {CuO+H_{2}\rightarrow Cu+H_{2}O}}}

փոխազդում է նաև որոշ ոչ մետաղների օքսիդների հետ, ստացվում է ոչ մետաղ.

{\displaystyle {\mathsf {2NO_{2}+4H_{2}\rightarrow N_{2}+4H_{2}O}}}

• Մետաղների հետ ջրածինը առաջացնում է հիդրիդներ, որոնք պինդ նյութեր են և կարծես ջրածնի շտեմարան լինեն, որովհետև ջրի հետ՝ տալիս են ջրածին, որը հնարավոր է ապագայում օգտագործել որպես վառելիք՝ բենզինի փոխարեն։

{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+2Na\rightarrow 2NaH}}}

{\displaystyle {\mathsf {Ca+H_{2}\rightarrow CaH_{2}}}}

• Օրգանական քիմիական ռեակցիաներում ջրածինը օգտագործում են հիդրացնելու համար։