წყალბადს ავლენს ჟანგვის თვისებებს რეაქციისას. ჰალოგენების ურთიერთქმედება მარტივ ნივთიერებებთან

ლექცია 29

წყალბადი. წყალი

ლექციის მონახაზი:

წყალი. ქიმიური და ფიზიკური თვისებები

წყალბადის და წყლის როლი ბუნებაში

წყალბადი, როგორც ქიმიური ელემენტი

წყალბადი არის D.I. მენდელეევის პერიოდული ცხრილის ერთადერთი ელემენტი, რომლის მდებარეობა ორაზროვანია. მისი ქიმიური სიმბოლო ორჯერ იწერება პერიოდულ სისტემაში: IA და VIIA ჯგუფებში. ეს აიხსნება იმით, რომ წყალბადს აქვს მთელი რიგი თვისებები, რომლებიც აერთიანებს მას როგორც ტუტე ლითონებთან, ასევე ჰალოგენებთან (ცხრილი 14).

ცხრილი 14

წყალბადის თვისებების შედარება ტუტე ლითონებისა და ჰალოგენების თვისებებთან

ბუნებაში წყალბადი არსებობს სამი იზოტოპის სახით 1, 2 და 3 მასობრივი ნომრებით: პროტიუმი 1 1 H, დეიტერიუმი 2 1 D და ტრიტიუმი 3 1 T. პირველი ორი სტაბილური იზოტოპებია, ხოლო მესამე არის რადიოაქტიური. იზოტოპების ბუნებრივ ნარევში პროტიუმი ჭარბობს. რაოდენობრივი შეფარდება იზოტოპებს შორის H: D: T არის 1: 1.46 10 -5: 4.00 10 -15.

წყალბადის იზოტოპების ნაერთები თვისებებით განსხვავდება ერთმანეთისგან. მაგალითად, მსუბუქი პროტიუმის წყლის (H 2 O) დუღილის და გაყინვის წერტილები, შესაბამისად, უდრის – 100 o C და 0 o C, ხოლო დეიტერიუმის წყლის (D 2 O) – 101.4 o C და 3.8 o C. რეაქციის სიჩქარე მოიცავს მსუბუქი წყალი უფრო მაღალია ვიდრე მძიმე წყალი.

სამყაროში წყალბადი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია - ის შეადგენს სამყაროს მასის დაახლოებით 75%-ს ან მისი ატომების 90%-ზე მეტს. წყალბადი არის წყლის ნაწილი დედამიწის მის ყველაზე მნიშვნელოვან გეოლოგიურ გარსში - ჰიდროსფეროში.

წყალბადი ნახშირბადთან ერთად აყალიბებს ყველა ორგანულ ნივთიერებას, ანუ ის არის დედამიწის ცოცხალი გარსის ნაწილი - ბიოსფერო. დედამიწის ქერქში - ლითოსფეროში - წყალბადის მასის შემცველობა მხოლოდ 0,88%-ია, ანუ მე-9 ადგილზეა ყველა ელემენტს შორის. დედამიწის საჰაერო გარსი - ატმოსფერო შეიცავს მთლიანი მოცულობის მემილიონედზე ნაკლებს, რაც მოლეკულური წყალბადის ხვედრია. ის გვხვდება მხოლოდ ზედა ატმოსფეროში.

წყალბადის წარმოება და გამოყენება

წყალბადი პირველად მე-16 საუკუნეში მიიღო შუა საუკუნეების ექიმმა და ალქიმიკოსმა პარაცელსუსმა, რკინის ფირფიტის გოგირდმჟავაში ჩაძირვით, ხოლო 1766 წელს ინგლისელმა ქიმიკოსმა ჰენრი კავენდიშმა დაამტკიცა, რომ წყალბადი წარმოიქმნება არა მხოლოდ რკინის ურთიერთქმედებით გოგირდმჟავასთან. არამედ სხვა ლითონები სხვა მჟავებით. კევენდიშმა ასევე პირველად აღწერა წყალბადის თვისებები.

IN ლაბორატორია პირობებში, წყალბადი მიიღება:

1. ლითონების ურთიერთქმედება მჟავასთან:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების წყალთან ურთიერთქმედება

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

IN ინდუსტრია წყალბადი მიიღება შემდეგი გზით:

1. მარილების, მჟავების და ტუტეების წყალხსნარების ელექტროლიზი.ყველაზე ხშირად გამოყენებული ხსნარი არის სუფრის მარილი:

2NaCl + 2H 2 O →el. მიმდინარე H 2 + Cl 2 + NaOH

2. წყლის ორთქლის შემცირება ცხელი კოქსით:

C + H 2 O → t CO + H 2

ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის მიღებულ ნარევს ე.წ წყლის გაზი (სინთეზური გაზი),და ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ქიმიური პროდუქტების (ამიაკი, მეთანოლი და სხვ.) სინთეზისთვის. წყალბადის წყლის გაზისგან გამოსაყოფად ნახშირბადის მონოქსიდი გარდაიქმნება ნახშირორჟანგად წყლის ორთქლით გაცხელებისას:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. მეთანის გათბობაწყლის ორთქლისა და ჟანგბადის არსებობისას. ეს მეთოდი ამჟამად მთავარია:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

წყალბადი ფართოდ გამოიყენება:

1. ამიაკის და წყალბადის ქლორიდის სამრეწველო სინთეზი;

2. მეთანოლისა და სინთეზური თხევადი საწვავის მიღება სინთეზური აირის შემადგენლობაში (2 ტომი წყალბადი და 1 მოცულობა CO);

3. ნავთობის ფრაქციების ჰიდრო დამუშავება და ჰიდროკრეკირება;

4. თხევადი ცხიმების ჰიდროგენიზაცია;

5. ლითონების ჭრა და შედუღება;

6. ვოლფრამის, მოლიბდენის და რენიუმის მიღება მათი ოქსიდებიდან;

7. კოსმოსური ძრავები საწვავად.

8. თერმობირთვულ რეაქტორებში წყალბადის იზოტოპები გამოიყენება საწვავად.

წყალბადის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები

წყალბადი არის უფერო, უგემოვნო და უსუნო აირი. სიმჭიდროვე ნომერზე. 0,09 გ/ლ (ჰაერზე 14-ჯერ მსუბუქი). წყალბადი ცუდად იხსნება წყალში (მხოლოდ 2 ტომი გაზი 100 მოცულობის წყალზე), მაგრამ კარგად შეიწოვება d-მეტალებით - ნიკელი, პლატინა, პალადიუმი (პალადიუმის ერთ მოცულობაში იხსნება 900 მოცულობის წყალბადი).

ქიმიურ რეაქციებში წყალბადი ავლენს როგორც აღმდგენი, ასევე ჟანგვის თვისებებს. ყველაზე ხშირად, წყალბადი მოქმედებს როგორც შემცირების აგენტი.

1. ურთიერთქმედება არალითონებთან. წყალბადი არალითონებთან ერთად ქმნის აქროლად წყალბადის ნაერთებს (იხ. ლექცია 25).

ჰალოგენებითრეაქციის სიჩქარე და პირობები განსხვავდება ფთორიდან იოდამდე: ფტორთან წყალბადი ფეთქებად რეაგირებს სიბნელეშიც კი, ქლორთან რეაქცია საკმაოდ მშვიდად მიმდინარეობს სინათლის მცირე დასხივებით, ბრომთან და იოდთან რეაქციები შექცევადია და ხდება მხოლოდ გაცხელებისას:

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + I 2 → t 2HI

ჟანგბადითდა გოგირდის წყალბადი რეაგირებს მცირე გათბობით. ჟანგბადისა და წყალბადის ნარევს 1:2 თანაფარდობით ეწოდება ასაფეთქებელი გაზი:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

აზოტით, ფოსფორით და ნახშირბადითრეაქცია ხდება სითბოს, ამაღლებული წნევის და კატალიზატორის თანდასწრებით. რეაქციები შექცევადია:

3H 2 + N 2 → კატა, p, t2NH 3

2H 2 + 3P → კატა, p, t3PH 3

H 2 + C → კატა, p, t CH 4

2. ურთიერთქმედება რთულ ნივთიერებებთან.მაღალ ტემპერატურაზე წყალბადი ამცირებს ლითონებს მათი ოქსიდებიდან:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. ზე ურთიერთქმედება ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონებთანწყალბადს აქვს ჟანგვის თვისებები:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. ურთიერთქმედება ორგანულ ნივთიერებებთან.წყალბადი აქტიურად ურთიერთქმედებს ბევრ ორგანულ ნივთიერებასთან; ასეთ რეაქციებს ჰიდროგენიზაციის რეაქციები ეწოდება. ასეთი რეაქციები უფრო დეტალურად იქნება განხილული კრებულის „ორგანული ქიმიის“ III ნაწილში.

წყალბადი H არის ქიმიური ელემენტი, ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ჩვენს სამყაროში. წყალბადის, როგორც ელემენტის მასა ნივთიერებების შემადგენლობაში არის სხვა ტიპის ატომების მთლიანი შემცველობის 75%. ეს არის პლანეტის ყველაზე მნიშვნელოვანი და სასიცოცხლო ნაერთის - წყლის ნაწილი. წყალბადის გამორჩეული თვისება ის არის, რომ ის პირველი ელემენტია D.I. მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში.

აღმოჩენა და გამოკვლევა

წყალბადის პირველი ნახსენები პარაცელსუსის თხზულებებში მეთექვსმეტე საუკუნით თარიღდება. მაგრამ მისი იზოლაცია ჰაერის გაზის ნარევიდან და აალებადი თვისებების შესწავლა განხორციელდა უკვე მეჩვიდმეტე საუკუნეში მეცნიერ ლემერის მიერ. წყალბადი საფუძვლიანად შეისწავლა ინგლისელმა ქიმიკოსმა, ფიზიკოსმა და ბუნებისმეტყველმა, რომელმაც ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ წყალბადის მასა ყველაზე მცირეა სხვა აირებთან შედარებით. მეცნიერების განვითარების შემდგომ ეტაპებზე მასთან მუშაობდა მრავალი მეცნიერი, კერძოდ, ლავუაზიე, რომელიც მას "წყლის მშობელს" უწოდებდა.

მახასიათებლები PSHE-ში პოზიციის მიხედვით

ელემენტი, რომელიც ხსნის D.I. მენდელეევის პერიოდულ სისტემას, არის წყალბადი. ატომის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები აჩვენებს გარკვეულ ორმაგობას, რადგან წყალბადი ერთდროულად მიეკუთვნება პირველ ჯგუფს, მთავარ ქვეჯგუფს, თუ ის იქცევა როგორც მეტალი და თმობს ერთ ელექტრონს ქიმიური რეაქციის პროცესში, და მეშვიდემდე - ვალენტური გარსის სრული შევსების შემთხვევაში, ანუ მიმღები უარყოფითი ნაწილაკი, რომელიც მას ჰალოგენების მსგავსს ახასიათებს.

ელემენტის ელექტრონული სტრუქტურის მახასიათებლები

რთული ნივთიერებების თვისებები, რომელშიც ის შედის და უმარტივესი ნივთიერების H2, პირველ რიგში განისაზღვრება წყალბადის ელექტრონული კონფიგურაციით. ნაწილაკს აქვს ერთი ელექტრონი Z= (-1), რომელიც თავის ორბიტაზე ბრუნავს ბირთვის ირგვლივ, რომელიც შეიცავს ერთ პროტონს ერთეული მასით და დადებითი მუხტით (+1). მისი ელექტრონული კონფიგურაცია იწერება როგორც 1s 1, რაც ნიშნავს წყალბადის პირველ და ერთადერთ s-ორბიტალში ერთი უარყოფითი ნაწილაკის არსებობას.

როდესაც ელექტრონი ამოღებულია ან დათმობს და ამ ელემენტის ატომს აქვს ისეთი თვისება, რომ იგი დაკავშირებულია ლითონებთან, მიიღება კატიონი. არსებითად, წყალბადის იონი არის დადებითი ელემენტარული ნაწილაკი. ამიტომ, წყალბადს, რომელსაც მოკლებულია ელექტრონი, უბრალოდ პროტონს უწოდებენ.

ფიზიკური თვისებები

მოკლედ რომ აღვწეროთ წყალბადი, ეს არის უფერო, ოდნავ ხსნადი აირი, რომლის ფარდობითი ატომური მასაა 2, 14,5-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ჰაერი, გათხევადების ტემპერატურა -252,8 გრადუსი ცელსიუსით.

გამოცდილებიდან შეგიძლიათ მარტივად დაადასტუროთ, რომ H 2 არის ყველაზე მსუბუქი. ამისათვის საკმარისია სამი ბურთი შეავსოთ სხვადასხვა ნივთიერებით - წყალბადით, ნახშირორჟანგით, ჩვეულებრივი ჰაერით და ერთდროულად გაათავისუფლოთ ისინი ხელიდან. CO 2-ით შევსებული ყველაზე სწრაფად მიაღწევს მიწას, მის შემდეგ ჰაერის ნარევით გაბერილი დაეშვება და H 2 შემცველი ავა ჭერამდე.

წყალბადის ნაწილაკების მცირე მასა და ზომა ამართლებს მის უნარს შეაღწიოს სხვადასხვა ნივთიერებებში. იგივე ბურთის მაგალითის გამოყენებით, ამის გადამოწმება ადვილია; რამდენიმე დღის შემდეგ ის თავისთავად გაფუჭდება, რადგან გაზი უბრალოდ გაივლის რეზინას. წყალბადი ასევე შეიძლება დაგროვდეს ზოგიერთი ლითონის (პალადიუმის ან პლატინის) სტრუქტურაში და მისგან აორთქლდეს ტემპერატურის მატებისას.

წყალბადის დაბალი ხსნადობის თვისება გამოიყენება ლაბორატორიულ პრაქტიკაში მისი იზოლირებისთვის წყალბადის გადაადგილებით (ქვემოთ ნაჩვენები ცხრილი შეიცავს ძირითად პარამეტრებს) მისი გამოყენების ფარგლების და წარმოების მეთოდების დასადგენად.

იზოტოპური შემადგენლობა

ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემის მრავალი სხვა წარმომადგენლის მსგავსად, წყალბადს აქვს რამდენიმე ბუნებრივი იზოტოპი, ანუ ატომები ბირთვში პროტონების იგივე რაოდენობით, მაგრამ ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა - ნაწილაკები ნულოვანი მუხტით და ერთეული მასით. მსგავსი თვისების მქონე ატომების მაგალითებია ჟანგბადი, ნახშირბადი, ქლორი, ბრომი და სხვა, მათ შორის რადიოაქტიური.

წყალბადის 1H-ის ფიზიკური თვისებები, ამ ჯგუფის ყველაზე გავრცელებული წარმომადგენლები, მნიშვნელოვნად განსხვავდება მისი კოლეგების იგივე მახასიათებლებისგან. კერძოდ, განსხვავდება მათში შემავალი ნივთიერებების მახასიათებლები. ამრიგად, არსებობს ჩვეულებრივი და დეიტერირებული წყალი, რომელიც შეიცავს წყალბადის ატომის ნაცვლად ერთი პროტონით, დეიტერიუმ 2 H - მის იზოტოპს ორი ელემენტარული ნაწილაკით: დადებითი და დაუმუხტველი. ეს იზოტოპი ორჯერ უფრო მძიმეა ვიდრე ჩვეულებრივი წყალბადი, რაც ხსნის მათ მიერ შედგენილ ნაერთების თვისებებში დრამატულ განსხვავებას. ბუნებაში, დეიტერიუმი გვხვდება 3200-ჯერ უფრო იშვიათად, ვიდრე წყალბადი. მესამე წარმომადგენელი არის ტრიტიუმი 3H; მას აქვს ორი ნეიტრონი და ერთი პროტონი მის ბირთვში.

წარმოების და იზოლაციის მეთოდები

ლაბორატორიული და სამრეწველო მეთოდები საკმაოდ განსხვავებულია. ამრიგად, გაზი წარმოიქმნება მცირე რაოდენობით, ძირითადად, მინერალური ნივთიერებების შემცველი რეაქციებით, ხოლო ფართომასშტაბიანი წარმოება უფრო მეტად იყენებს ორგანულ სინთეზს.

ლაბორატორიაში გამოიყენება შემდეგი ქიმიური ურთიერთქმედებები:

სამრეწველო მიზნებისთვის გაზი იწარმოება შემდეგი მეთოდებით:

1. მეთანის თერმული დაშლა კატალიზატორის თანდასწრებით მის შემადგენელ მარტივ ნივთიერებებამდე (ასეთი ინდიკატორის მნიშვნელობა, როგორიცაა ტემპერატურა აღწევს 350 გრადუსს) - წყალბადი H2 და ნახშირბადი C.
2. ორთქლოვანი წყლის გავლა კოქსში 1000 გრადუს ცელსიუსზე ნახშირორჟანგის CO 2 და H 2 წარმოქმნით (ყველაზე გავრცელებული მეთოდი).
3. მეთანის აირის გარდაქმნა ნიკელის კატალიზატორზე 800 გრადუსამდე ტემპერატურაზე.
4. წყალბადი არის კალიუმის ან ნატრიუმის ქლორიდების წყალხსნარების ელექტროლიზის ქვეპროდუქტი.

ქიმიური ურთიერთქმედება: ზოგადი დებულებები

წყალბადის ფიზიკური თვისებები დიდწილად ხსნის მის ქცევას კონკრეტულ ნაერთთან რეაქციის პროცესებში. წყალბადის ვალენტობა არის 1, რადგან ის პერიოდულ სისტემაში პირველ ჯგუფშია და ჟანგვის ხარისხი იცვლება. ყველა ნაერთში, ჰიდრიდების გარდა, წყალბადი d.o. = (1+), CN, CN 2, CN 3 ტიპის მოლეკულებში - (1-).

წყალბადის გაზის მოლეკულა, რომელიც წარმოიქმნება გენერალიზებული ელექტრონული წყვილის შექმნით, შედგება ორი ატომისგან და საკმაოდ სტაბილურია ენერგიულად, რის გამოც ნორმალურ პირობებში ის გარკვეულწილად ინერტულია და რეაგირებს ნორმალური პირობების შეცვლისას. სხვა ნივთიერებების შემადგენლობაში წყალბადის დაჟანგვის ხარისხიდან გამომდინარე, მას შეუძლია იმოქმედოს როგორც ჟანგვის აგენტი, ასევე შემცირების აგენტი.

ნივთიერებები, რომლებთანაც წყალბადი რეაგირებს და წარმოიქმნება

ელემენტარული ურთიერთქმედება რთული ნივთიერებების ფორმირებისთვის (ხშირად ამაღლებულ ტემპერატურაზე):

1. ტუტე და მიწის ტუტე მეტალი + წყალბადი = ჰიდრიდი.
2. ჰალოგენი + H 2 = წყალბადის ჰალოგენი.
3. გოგირდი + წყალბადი = წყალბადის სულფიდი.
4. ჟანგბადი + H 2 = წყალი.
5. ნახშირბადი + წყალბადი = მეთანი.
6. აზოტი + H 2 = ამიაკი.

ურთიერთქმედება რთულ ნივთიერებებთან:

1. ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადისგან სინთეზური აირის წარმოება.
2. ლითონების რედუქცია მათი ოქსიდებიდან H 2-ის გამოყენებით.
3. უჯერი ალიფატური ნახშირწყალბადების გაჯერება წყალბადით.

წყალბადის ბმა

წყალბადის ფიზიკური თვისებები ისეთია, რომ მათ საშუალებას აძლევს მას, ელექტროუარყოფით ელემენტთან ერთად, შექმნას სპეციალური ტიპის კავშირი იმავე ატომთან მეზობელი მოლეკულებისგან, რომლებსაც აქვთ მარტოხელა ელექტრონული წყვილი (მაგალითად, ჟანგბადი, აზოტი და ფტორი). ყველაზე ნათელი მაგალითი, რომელშიც უკეთესია ამ ფენომენის გათვალისწინება, არის წყალი. შეიძლება ითქვას, რომ ნაკერია წყალბადური ბმებით, რომლებიც უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ან იონური, მაგრამ იმის გამო, რომ ბევრია, ისინი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ ნივთიერების თვისებებზე. არსებითად, წყალბადის კავშირი არის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება, რომელიც აკავშირებს წყლის მოლეკულებს დიმერებსა და პოლიმერებში, რაც იწვევს მის მაღალ დუღილის წერტილს.

წყალბადი მინერალურ ნაერთებში

ყველა შეიცავს პროტონს, ატომის კათიონს, როგორიცაა წყალბადი. ნივთიერებას, რომლის მჟავე ნარჩენს აქვს ჟანგვის მდგომარეობა (-1)-ზე მეტი, ეწოდება პოლიბაზური ნაერთი. იგი შეიცავს წყალბადის რამდენიმე ატომს, რაც წყალხსნარებში დისოციაციას მრავალსაფეხურიან ხდის. ყოველი მომდევნო პროტონი სულ უფრო და უფრო რთული ხდება მჟავის ნარჩენებიდან ამოღება. გარემოს მჟავიანობა განისაზღვრება წყალბადის რაოდენობრივი შემცველობით გარემოში.

გამოყენება ადამიანის საქმიანობაში

ნივთიერების ცილინდრებს, ისევე როგორც სხვა თხევად აირებს, როგორიცაა ჟანგბადი, აქვთ სპეციფიკური გარეგნობა. ისინი შეღებილია მუქ მწვანედ, ნათელ წითლად დაწერილი სიტყვა „ჰიდროგენი“. გაზი ცილინდრში ჩადის დაახლოებით 150 ატმოსფეროს წნევის ქვეშ. წყალბადის ფიზიკური თვისებები, კერძოდ, აგრეგაციის აირისებრი მდგომარეობის სიმსუბუქე, გამოიყენება ჰელიუმით შერეული ბუშტების, ბუშტების და ა.შ.

წყალბადი, რომლის ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გამოყენება ადამიანებმა მრავალი წლის წინ ისწავლეს, ამჟამად გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში. მისი ძირითადი ნაწილი მიდის ამიაკის წარმოებაზე. წყალბადი ასევე მონაწილეობს (ჰაფნიუმი, გერმანიუმი, გალიუმი, სილიციუმი, მოლიბდენი, ვოლფრამი, ცირკონიუმი და სხვა) ოქსიდებში, რომლებიც მოქმედებს რეაქციაში როგორც შემცირების აგენტი, ჰიდროციანური და მარილმჟავები, ასევე ხელოვნური თხევადი საწვავი. კვების მრეწველობა იყენებს მას მცენარეული ზეთების მყარ ცხიმებად გადაქცევისთვის.

განისაზღვრა წყალბადის ქიმიური თვისებები და გამოყენება ცხიმების, ნახშირის, ნახშირწყალბადების, ზეთებისა და საწვავის ჰიდროგენიზაციისა და ჰიდროგენიზაციის სხვადასხვა პროცესში. იგი გამოიყენება ძვირფასი ქვების, ინკანდესენტური ნათურების, ჟანგბად-წყალბადის ალის გავლენის ქვეშ ლითონის პროდუქტების სამჭედლო და შესადუღებლად.

მოდით შევხედოთ რა არის წყალბადი. ამ არამეტალის ქიმიური თვისებები და გამომუშავება სკოლაში არაორგანული ქიმიის კურსზეა შესწავლილი. სწორედ ეს ელემენტია, რომელიც ხელმძღვანელობს მენდელეევის პერიოდულ ცხრილს და, შესაბამისად, იმსახურებს დეტალურ აღწერას.

მოკლე ინფორმაცია ელემენტის გახსნის შესახებ

სანამ წყალბადის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს გადავხედავთ, გავარკვიოთ, როგორ იქნა ნაპოვნი ეს მნიშვნელოვანი ელემენტი.

ქიმიკოსები, რომლებიც მუშაობდნენ მეთექვსმეტე და მეჩვიდმეტე საუკუნეებში, არაერთხელ აღნიშნეს თავიანთ ნაშრომებში აალებადი აირი, რომელიც გამოიყოფა მჟავების აქტიური ლითონების ზემოქმედებისას. მეთვრამეტე საუკუნის მეორე ნახევარში გ. კავენდიშმა მოახერხა ამ გაზის შეგროვება და ანალიზი, რითაც უწოდა „წვის გაზი“.

წყალბადის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები იმ დროს არ იყო შესწავლილი. მხოლოდ მეთვრამეტე საუკუნის ბოლოს ა. ლავუაზიემ შეძლო ანალიზით დაედგინა, რომ ამ გაზის მიღება შეიძლებოდა წყლის ანალიზით. ცოტა მოგვიანებით, მან დაიწყო ახალი ელემენტის წყალბადის დარქმევა, რაც ითარგმნება როგორც "წყლის დაბადება". წყალბადს თავისი თანამედროვე რუსული სახელწოდება ეკუთვნის M.F. Solovyov-ს.

ბუნებაში ყოფნა

წყალბადის ქიმიური თვისებების გაანალიზება შესაძლებელია მხოლოდ ბუნებაში მისი არსებობის საფუძველზე. ეს ელემენტი იმყოფება ჰიდრო- და ლითოსფეროში და ასევე არის მინერალების ნაწილი: ბუნებრივი და ასოცირებული გაზი, ტორფი, ნავთობი, ქვანახშირი, ნავთობის ფიქალი. ძნელი წარმოსადგენია ზრდასრული ადამიანი, რომელმაც არ იცის, რომ წყალბადი წყლის კომპონენტია.

გარდა ამისა, ეს არამეტალი გვხვდება ცხოველთა სხეულებში ნუკლეინის მჟავების, ცილების, ნახშირწყლებისა და ცხიმების სახით. ჩვენს პლანეტაზე ეს ელემენტი თავისუფალი სახით საკმაოდ იშვიათად გვხვდება, შესაძლოა მხოლოდ ბუნებრივ და ვულკანურ აირში.

პლაზმის სახით წყალბადი შეადგენს ვარსკვლავებისა და მზის მასის დაახლოებით ნახევარს და ასევე არის ვარსკვლავთშორისი გაზის ნაწილი. მაგალითად, თავისუფალი სახით, ისევე როგორც მეთანისა და ამიაკის სახით, ეს არალითონი გვხვდება კომეტებში და ზოგიერთ პლანეტაზეც კი.

ფიზიკური თვისებები

სანამ წყალბადის ქიმიურ თვისებებს განვიხილავთ, აღვნიშნავთ, რომ ნორმალურ პირობებში ის არის ჰაერზე მსუბუქი აირისებრი ნივთიერება, რომელსაც აქვს რამდენიმე იზოტოპური ფორმა. იგი თითქმის არ იხსნება წყალში და აქვს მაღალი თბოგამტარობა. პროტიუმი, რომლის მასის რიცხვი 1-ია, ითვლება მის ყველაზე მსუბუქ ფორმად. ტრიტიუმი, რომელსაც აქვს რადიოაქტიური თვისებები, ბუნებაში წარმოიქმნება ატმოსფერული აზოტისგან, როდესაც ნეირონები მას ულტრაიისფერი სხივების ზემოქმედებას ახდენენ.

მოლეკულის სტრუქტურის თავისებურებები

წყალბადის ქიმიური თვისებების და მისთვის დამახასიათებელი რეაქციების გასათვალისწინებლად, შევეხოთ მისი სტრუქტურის თავისებურებებს. ეს დიატომიური მოლეკულა შეიცავს კოვალენტურ არაპოლარულ ქიმიურ კავშირს. ატომური წყალბადის წარმოქმნა შესაძლებელია აქტიური ლითონების მჟავა ხსნარებთან ურთიერთქმედებით. მაგრამ ამ ფორმით, ეს არალითონი შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მოკლე დროში; თითქმის მაშინვე ის ხელახლა შერწყმულია მოლეკულურ ფორმაში.

ქიმიური თვისებები

განვიხილოთ წყალბადის ქიმიური თვისებები. ნაერთების უმეტესობაში, რომლებსაც ეს ქიმიური ელემენტი აყალიბებს, ის ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +1, რაც მას ამსგავსებს აქტიურ (ტუტე) ლითონებს. წყალბადის ძირითადი ქიმიური თვისებები, რომლებიც ახასიათებს მას, როგორც მეტალს:

• ჟანგბადთან ურთიერთქმედება წყლის ფორმირებისთვის;
• რეაქცია ჰალოგენებთან, რომელსაც თან ახლავს წყალბადის ჰალოგენის წარმოქმნა;
• გოგირდწყალბადის წარმოქმნა გოგირდთან შერწყმით.

ქვემოთ მოცემულია წყალბადის ქიმიური თვისებების დამახასიათებელი რეაქციების განტოლება. გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ როგორც არალითონი (დაჟანგვის მდგომარეობით -1) ის მოქმედებს მხოლოდ აქტიურ ლითონებთან რეაქციაში და მათთან აყალიბებს შესაბამის ჰიდრიდებს.

ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე წყალბადი არააქტიურად რეაგირებს სხვა ნივთიერებებთან, ამიტომ რეაქციების უმეტესობა ხდება მხოლოდ წინასწარ გახურების შემდეგ.

მოდით უფრო დეტალურად ვისაუბროთ ელემენტის ზოგიერთ ქიმიურ ურთიერთქმედებებზე, რომელიც ხელმძღვანელობს მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემას.

წყლის წარმოქმნის რეაქციას თან ახლავს 285,937 კჯ ენერგიის გამოყოფა. ამაღლებულ ტემპერატურაზე (550 გრადუს ცელსიუსზე მეტი) ამ პროცესს თან ახლავს ძლიერი აფეთქება.

წყალბადის გაზის იმ ქიმიურ თვისებებს შორის, რომლებმაც მნიშვნელოვანი გამოყენება ჰპოვეს ინდუსტრიაში, საინტერესოა მისი ურთიერთქმედება ლითონის ოქსიდებთან. სწორედ კატალიზური ჰიდროგენიზაციის საშუალებით ხდება თანამედროვე ინდუსტრიაში ლითონის ოქსიდების დამუშავება, მაგალითად, სუფთა ლითონი იზოლირებულია რკინის სკივრისაგან (რკინის შერეული ოქსიდი). ეს მეთოდი იძლევა ლითონის ჯართის ეფექტური გადამუშავების საშუალებას.

ამიაკის სინთეზი, რომელიც გულისხმობს წყალბადის ურთიერთქმედებას ჰაერის აზოტთან, ასევე მოთხოვნადია თანამედროვე ქიმიურ ინდუსტრიაში. ამ ქიმიური ურთიერთქმედების პირობებს შორის ჩვენ აღვნიშნავთ წნევას და ტემპერატურას.

დასკვნა

ეს არის წყალბადი, რომელიც არის დაბალაქტიური ქიმიური ნივთიერება ნორმალურ პირობებში. ტემპერატურის მატებასთან ერთად მისი აქტივობა მნიშვნელოვნად იზრდება. ეს ნივთიერება მოთხოვნადია ორგანულ სინთეზში. მაგალითად, ჰიდროგენიზაციამ შეიძლება შეამციროს კეტონები მეორად სპირტებად და გარდაქმნას ალდეჰიდები პირველად სპირტებად. გარდა ამისა, ჰიდროგენაციით შესაძლებელია ეთილენისა და აცეტილენის კლასის უჯერი ნახშირწყალბადების გადაქცევა მეთანის სერიის გაჯერებულ ნაერთებად. წყალბადი სამართლიანად ითვლება უბრალო ნივთიერებად, რომელიც მოთხოვნადია თანამედროვე ქიმიურ წარმოებაში.

პერიოდულ სისტემაში წყალბადი განლაგებულია ელემენტების ორ ჯგუფში, რომლებიც სრულიად საპირისპიროა მათი თვისებებით. ეს თვისება მას სრულიად უნიკალურს ხდის. წყალბადი არ არის მხოლოდ ელემენტი ან ნივთიერება, არამედ არის მრავალი რთული ნაერთის, ორგანული და ბიოგენური ელემენტის განუყოფელი ნაწილი. ამიტომ, მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ მისი თვისებები და მახასიათებლები.

ლითონებისა და მჟავების ურთიერთქმედების დროს აალებადი აირის გამოშვება დაფიქსირდა ჯერ კიდევ მე-16 საუკუნეში, ანუ ქიმიის, როგორც მეცნიერების ჩამოყალიბების დროს. ცნობილმა ინგლისელმა მეცნიერმა ჰენრი კავენდიშმა შეისწავლა ნივთიერება 1766 წლიდან და უწოდა მას "წვის ჰაერი". როდესაც იწვის, ეს გაზი წარმოქმნის წყალს. სამწუხაროდ, მეცნიერის ერთგულებამ ფლოგისტონის (ჰიპოთეტური „ულტრა დახვეწილი მატერია“) თეორიის დაცვამ ხელი შეუშალა მას სწორი დასკვნების გაკეთებაში.

ფრანგმა ქიმიკოსმა და ნატურალისტმა ა. ლავუაზიემ ინჟინერ ჟ. მეუნიერთან ერთად და სპეციალური გაზომეტრების დახმარებით 1783 წელს მოახდინეს წყლის სინთეზი და შემდეგ გააანალიზეს იგი წყლის ორთქლის ცხელ რკინით დაშლის გზით. ამრიგად, მეცნიერებმა შეძლეს სწორი დასკვნების გაკეთება. მათ აღმოაჩინეს, რომ „წვის ჰაერი“ არა მხოლოდ წყლის ნაწილია, არამედ მისი მიღებაც შესაძლებელია.

1787 წელს ლავუაზიემ ვარაუდობდა, რომ შესწავლილი გაზი იყო მარტივი ნივთიერება და, შესაბამისად, მიეკუთვნებოდა პირველადი ქიმიური ელემენტების რაოდენობას. მან მას წყალბადი უწოდა (ბერძნული სიტყვებიდან hydor - წყალი + gennao - ვშობ), ანუ "წყლის მშობიარობა".

რუსული სახელწოდება "წყალბადი" შემოგვთავაზა ქიმიკოსმა მ. სოლოვიევმა 1824 წელს. წყლის შემადგენლობის განსაზღვრამ დაასრულა "ფლოგისტონის თეორია". მე-18 და მე-19 საუკუნეების მიჯნაზე დადგინდა, რომ წყალბადის ატომი ძალიან მსუბუქია (სხვა ელემენტების ატომებთან შედარებით) და მისი მასა მიღებულ იქნა ატომური მასების შედარების ძირითად ერთეულად, 1-ის ტოლი მნიშვნელობა.

ფიზიკური თვისებები

წყალბადი არის მეცნიერებისთვის ცნობილი ყველაზე მსუბუქი ნივთიერება (ის ჰაერზე 14,4-ჯერ მსუბუქია), მისი სიმკვრივეა 0,0899 გ/ლ (1 ატმ, 0 °C). ეს მასალა დნება (მყარდება) და ადუღდება (თხევადდება), შესაბამისად -259,1 ° C და -252,8 ° C (მხოლოდ ჰელიუმს აქვს დუღილის და დნობის დაბალი ტემპერატურა).

წყალბადის კრიტიკული ტემპერატურა უკიდურესად დაბალია (-240 °C). ამ მიზეზით, მისი გათხევადება საკმაოდ რთული და ძვირადღირებული პროცესია. ნივთიერების კრიტიკული წნევაა 12,8 კგფ/სმ², ხოლო კრიტიკული სიმკვრივე 0,0312 გ/სმ³. ყველა გაზს შორის წყალბადს აქვს ყველაზე მაღალი თბოგამტარობა: 1 ატმ და 0 °C ტემპერატურაზე ის უდრის 0,174 W/(mxK).

ნივთიერების სპეციფიკური თბოტევადობა იმავე პირობებში არის 14,208 კჯ/(კგxK) ან 3,394 კალ/(rx°C). ეს ელემენტი ოდნავ ხსნადია წყალში (დაახლოებით 0,0182 მლ/გ 1 ატმოსფეროში და 20 °C ტემპერატურაზე), მაგრამ კარგად ხსნადი მეტალების უმეტესობაში (Ni, Pt, Pa და სხვა), განსაკუთრებით პალადიუმში (დაახლოებით 850 ტომი Pd-ის მოცულობაზე). .

ეს უკანასკნელი თვისება დაკავშირებულია მის დიფუზიის უნართან, ხოლო ნახშირბადის შენადნობის (მაგალითად, ფოლადის) მეშვეობით დიფუზია შეიძლება თან ახლდეს შენადნობის განადგურებას წყალბადის ნახშირბადთან ურთიერთქმედების გამო (ამ პროცესს ეწოდება დეკარბონიზაცია). თხევად მდგომარეობაში ნივთიერება არის ძალიან მსუბუქი (სიმკვრივე - 0,0708 გ/სმ³ t° = -253 °C-ზე) და თხევადი (სიბლანტე - 13,8 სპოიზი იმავე პირობებში).

ბევრ ნაერთში ეს ელემენტი ავლენს +1 ვალენტობას (დაჟანგვის მდგომარეობა), ისევე როგორც ნატრიუმი და სხვა ტუტე ლითონები. ჩვეულებრივ განიხილება ამ ლითონების ანალოგად. შესაბამისად, ის ხელმძღვანელობს პერიოდული სისტემის I ჯგუფს. ლითონის ჰიდრიდებში წყალბადის იონი ავლენს უარყოფით მუხტს (ჟანგვის მდგომარეობა არის -1), ანუ Na+H- აქვს Na+Cl- ქლორიდის მსგავსი სტრუქტურა. ამ და ზოგიერთი სხვა ფაქტის შესაბამისად (ელემენტის „H“ და ჰალოგენების ფიზიკური თვისებების მსგავსება, ორგანულ ნაერთებში ჰალოგენებით მისი ჩანაცვლების უნარი), წყალბადი კლასიფიცირდება პერიოდული სისტემის VII ჯგუფში.

ნორმალურ პირობებში მოლეკულურ წყალბადს აქვს დაბალი აქტივობა, უშუალოდ ერწყმის მხოლოდ ყველაზე აქტიურ არალითონებს (ფტორთან და ქლორთან, ამ უკანასკნელთან ერთად შუქზე). თავის მხრივ, როდესაც თბება, ის ურთიერთქმედებს ბევრ ქიმიურ ელემენტთან.

ატომურ წყალბადს აქვს გაზრდილი ქიმიური აქტივობა (მოლეკულურ წყალბადთან შედარებით). ჟანგბადით იგი აყალიბებს წყალს ფორმულის მიხედვით:

Н2 + ½О2 = Н2О,

გამოყოფს 285,937 კჯ/მოლ სითბოს ან 68,3174 კკალ/მოლ (25 °C, 1 ატმ). ნორმალურ ტემპერატურულ პირობებში რეაქცია საკმაოდ ნელა მიმდინარეობს და t° >= 550 °C-ზე ის უკონტროლოა. წყალბადის + ჟანგბადის ნარევის ფეთქებადი საზღვრები მოცულობით არის 4–94% H2, ხოლო წყალბადი + ჰაერის ნარევი არის 4–74% H2 (ორი მოცულობის H2 და ერთი მოცულობის O2 ნარევს ეწოდება დეტონაციური აირი).

ეს ელემენტი გამოიყენება მეტალების უმეტესობის შესამცირებლად, რადგან ის შლის ჟანგბადს ოქსიდებიდან:

Fe₃O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O,

CuO + H2 = Cu + H2O და ა.შ.

წყალბადი აყალიბებს წყალბადის ჰალოგენებს სხვადასხვა ჰალოგენებით, მაგალითად:

H2 + Cl2 = 2HCl.

ამასთან, ფტორთან ურთიერთობისას წყალბადი ფეთქდება (ეს ასევე ხდება სიბნელეში, -252 ° C ტემპერატურაზე), ბრომთან და ქლორთან ის რეაგირებს მხოლოდ გაცხელების ან განათებისას, ხოლო იოდთან - მხოლოდ გაცხელებისას. აზოტთან ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება ამიაკი, მაგრამ მხოლოდ კატალიზატორზე, მომატებულ წნევასა და ტემპერატურაზე:

ЗН2 + N2 = 2NN₃.

გაცხელებისას წყალბადი აქტიურად რეაგირებს გოგირდთან:

H2 + S = H2S (წყალბადის სულფიდი),

და ბევრად უფრო რთული თელურიუმით ან სელენით. წყალბადი რეაგირებს სუფთა ნახშირბადთან კატალიზატორის გარეშე, მაგრამ მაღალ ტემპერატურაზე:

2H2 + C (ამორფული) = CH4 (მეთანი).

ეს ნივთიერება უშუალოდ რეაგირებს ზოგიერთ მეტალთან (ტუტე, ტუტე დედამიწა და სხვა), წარმოქმნის ჰიდრიდებს, მაგალითად:

H2 + 2Li = 2LiH.

წყალბადისა და ნახშირბადის მონოქსიდის (II) ურთიერთქმედებას მნიშვნელოვანი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. ამ შემთხვევაში წნევის, ტემპერატურისა და კატალიზატორის მიხედვით წარმოიქმნება სხვადასხვა ორგანული ნაერთები: HCHO, CH3OH და ა.შ. უჯერი ნახშირწყალბადები რეაქციის დროს ხდება გაჯერებული, მაგალითად:

С n Н2 n + Н2 = С n Н2 n ₊2.

წყალბადი და მისი ნაერთები განსაკუთრებულ როლს თამაშობენ ქიმიაში. იგი განსაზღვრავს მჟავე თვისებებს ე.წ. პროტური მჟავები, მიდრეკილია წყალბადის ობლიგაციების წარმოქმნას სხვადასხვა ელემენტებთან, რაც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მრავალი არაორგანული და ორგანული ნაერთების თვისებებზე.

წყალბადის წარმოება

ამ ელემენტის სამრეწველო წარმოებისთვის ნედლეულის ძირითადი ტიპებია ნავთობგადამამუშავებელი აირები, ბუნებრივი აალებადი და კოქსის ღუმელის აირები. იგი ასევე მიიღება წყლისგან ელექტროლიზის გზით (იმ ადგილებში, სადაც ელექტროენერგია ხელმისაწვდომია). ბუნებრივი აირის მასალის მიღების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მეთოდია ნახშირწყალბადების, ძირითადად მეთანის, კატალიზური ურთიერთქმედება წყლის ორთქლთან (ე.წ. კონვერტაცია). Მაგალითად:

CH4 + H2O = CO + ZN2.

ნახშირწყალბადების არასრული დაჟანგვა ჟანგბადით:

CH4 + ½O2 = CO + 2H2.

სინთეზირებული ნახშირბადის მონოქსიდი (II) განიცდის გარდაქმნას:

CO + H2O = CO2 + H2.

ბუნებრივი აირისგან წარმოებული წყალბადი ყველაზე იაფია.

წყლის ელექტროლიზისთვის გამოიყენება პირდაპირი დენი, რომელიც გადის NaOH ან KOH ხსნარში (მჟავები არ გამოიყენება მოწყობილობის კოროზიის თავიდან ასაცილებლად). ლაბორატორიულ პირობებში მასალა მიიღება წყლის ელექტროლიზით ან მარილმჟავასა და თუთიას შორის რეაქციის შედეგად. თუმცა, ცილინდრებში მზა ქარხნული მასალა უფრო ხშირად გამოიყენება.

ეს ელემენტი იზოლირებულია ნავთობის გადამამუშავებელი გაზებისა და კოქსის ღუმელის გაზისგან გაზის ნარევის ყველა სხვა კომპონენტის ამოღებით, რადგან ისინი უფრო ადვილად თხევადდება ღრმა გაგრილების დროს.

ამ მასალის ინდუსტრიული წარმოება მე -18 საუკუნის ბოლოს დაიწყო. მაშინ მას იყენებდნენ ბუშტების შესავსებად. ამ დროისთვის წყალბადი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, ძირითადად ქიმიურ მრეწველობაში, ამიაკის წარმოებისთვის.

ნივთიერების მასობრივი მომხმარებლები არიან მეთილის და სხვა სპირტების, სინთეზური ბენზინის და მრავალი სხვა პროდუქტის მწარმოებლები. ისინი მიიღება ნახშირბადის მონოქსიდის (II) და წყალბადის სინთეზით. წყალბადი გამოიყენება მძიმე და მყარი თხევადი საწვავის, ცხიმების და ა.შ. ჰიდროგენიზაციისთვის, HCl-ის სინთეზისთვის, ნავთობპროდუქტების ჰიდროგადამუშავებისთვის, აგრეთვე ლითონის ჭრის/შედუღებისთვის. ბირთვული ენერგიისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტებია მისი იზოტოპები - ტრიტიუმი და დეიტერიუმი.

წყალბადის ბიოლოგიური როლი

ცოცხალი ორგანიზმების მასის დაახლოებით 10% (საშუალოდ) სწორედ ამ ელემენტზე მოდის. ეს არის წყლის ნაწილი და ბუნებრივი ნაერთების ყველაზე მნიშვნელოვანი ჯგუფები, მათ შორის ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ლიპიდები და ნახშირწყლები. რისთვის გამოიყენება?

ეს მასალა გადამწყვეტ როლს თამაშობს: ცილების სივრცითი სტრუქტურის შენარჩუნებაში (მეოთხეში), ნუკლეინის მჟავების კომპლემენტარობის პრინციპის განხორციელებაში (ანუ გენეტიკური ინფორმაციის დანერგვასა და შენახვაში) და ზოგადად მოლეკულურში „აღიარებაში“. დონე.

წყალბადის იონი H+ მონაწილეობს ორგანიზმში მნიშვნელოვან დინამიურ რეაქციებში/პროცესებში. მათ შორის: ბიოლოგიურ დაჟანგვაში, რომელიც უზრუნველყოფს ცოცხალ უჯრედებს ენერგიით, ბიოსინთეზის რეაქციებში, მცენარეებში ფოტოსინთეზში, ბაქტერიების ფოტოსინთეზში და აზოტის ფიქსაციაში, მჟავა-ტუტოვანი ბალანსისა და ჰომეოსტაზის შენარჩუნებაში, მემბრანული ტრანსპორტირების პროცესებში. ნახშირბადთან და ჟანგბადთან ერთად ის ქმნის ცხოვრებისეული ფენომენების ფუნქციურ და სტრუქტურულ საფუძველს.

გავრცელება ბუნებაში. ბუნებაში ფართოდ გავრცელებულია V. მისი შემცველობა დედამიწის ქერქში (ლითოსფერო და ჰიდროსფერო) არის 1% მასის და 16% ატომების რაოდენობის მიხედვით. V. არის დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ნივთიერების - წყლის ნაწილი (11,19% V. წონაში), ნაერთების შემადგენლობაში, რომლებიც ქმნიან ნახშირს, ნავთობს, ბუნებრივ აირებს, თიხებს, აგრეთვე ცხოველურ და მცენარეულ ორგანიზმებს (ე.ი. შემადგენლობაში ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ცხიმები, ნახშირწყლები და ა.შ.). თავისუფალ მდგომარეობაში V. უკიდურესად იშვიათია, მცირე რაოდენობით გვხვდება ვულკანურ და სხვა ბუნებრივ აირებში. ატმოსფეროში არის თავისუფალი წყალბადის მცირე რაოდენობა (0,0001% ატომების რაოდენობის მიხედვით). დედამიწის მახლობლად სივრცეში რადიაცია აყალიბებს დედამიწის შიდა („პროტონი“) რადიაციულ სარტყელს პროტონების ნაკადის სახით. სივრცეში ყველაზე გავრცელებული ელემენტია ვ. პლაზმის სახით, იგი შეადგენს მზისა და ვარსკვლავთა უმეტესობის მასის დაახლოებით ნახევარს, ვარსკვლავთშორისი საშუალო და აირისებრი ნისლეულების გაზების ძირითად ნაწილს. V. იმყოფება რიგი პლანეტების ატმოსფეროში და კომეტებში თავისუფალი H2, მეთანის CH4, ამიაკის NH3, წყლის H2O, რადიკალების სახით, როგორიცაა CH, NH, OH, SiH, PH და სხვ. პროტონების ნაკადის სახით ენერგია მზის და კოსმოსური სხივების კორპუსკულური გამოსხივების ნაწილია.

იზოტოპები, ატომი და მოლეკულა. ჩვეულებრივი ვიტრიოლი შედგება ორი სტაბილური იზოტოპის ნარევისგან: მსუბუქი ვიტრიოლი, ან პროტიუმი (1H) და მძიმე ვიტრიოლი, ან დეიტერიუმი (2H, ან D). ბუნებრივ ნაერთებში საშუალოდ არის 6800 1H ატომი 1 2H ატომზე. ხელოვნურად წარმოიქმნა რადიოაქტიური იზოტოპი - ზემძიმე V., ან ტრიტიუმი (3H, ან T), რბილი β-გამოსხივებით და ნახევარგამოყოფის პერიოდი T1/2 = 12.262 წელი. ბუნებაში ტრიტიუმი წარმოიქმნება, მაგალითად, ატმოსფერული აზოტისგან კოსმოსური სხივების ნეიტრონების გავლენის ქვეშ; ატმოსფეროში ის უმნიშვნელოდ მცირეა (V ატომების საერთო რაოდენობის 4-10-15%). მიიღეს უკიდურესად არასტაბილური იზოტოპი 4H. იზოტოპების 1H, 2H, 3H და 4H, შესაბამისად 1,2, 3 და 4 იზოტოპების მასური რიცხვები მიუთითებს იმაზე, რომ პროტიუმის ატომის ბირთვი შეიცავს მხოლოდ 1 პროტონს, დეიტერიუმს - 1 პროტონს და 1 ნეიტრონს, ტრიტიუმს - 1 პროტონს და 2. ნეიტრონები, 4H - 1 პროტონი და 3 ნეიტრონი. V.-ს იზოტოპების მასებში დიდი სხვაობა განსაზღვრავს მათ ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებში უფრო შესამჩნევ განსხვავებას, ვიდრე სხვა ელემენტების იზოტოპების შემთხვევაში.

V. ატომს აქვს უმარტივესი სტრუქტურა ყველა სხვა ელემენტის ატომებს შორის: იგი შედგება ბირთვისა და ერთი ელექტრონისაგან. ბირთვის მქონე ელექტრონის შეკვრის ენერგია (იონიზაციის პოტენციალი) არის 13,595 ევ. ნეიტრალურ ატომს შეუძლია მეორე ელექტრონის დამატებაც, რაც ქმნის უარყოფით იონს H-; ამ შემთხვევაში, მეორე ელექტრონის შეკავშირების ენერგია ნეიტრალურ ატომთან (ელექტრონის აფინურობა) არის 0,78 ევ. კვანტური მექანიკა შესაძლებელს ხდის გამოთვალოს ატომის ყველა შესაძლო ენერგეტიკული დონე და, შესაბამისად, მისცეს მისი ატომური სპექტრის სრული ინტერპრეტაცია. V ატომი გამოიყენება როგორც მოდელის ატომი სხვა, უფრო რთული ატომების ენერგეტიკული დონის კვანტურ მექანიკურ გამოთვლებში. მოლეკულა B. H2 შედგება ორი ატომისგან, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური ქიმიური ბმით. დისოციაციის ენერგია (ე.ი. ატომებად დაშლა) არის 4,776 ევ (1 ევ = 1,60210-10-19 ჯ). ატომთაშორისი მანძილი ბირთვების წონასწორობის მდგომარეობაში არის 0,7414-Å. მაღალ ტემპერატურაზე მოლეკულური წყალბადი იშლება ატომებად (დისოციაციის ხარისხი 2000°C-ზე არის 0,0013, 5000°C-ზე 0,95). ატომური V. წარმოიქმნება აგრეთვე სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციაში (მაგ., მარილმჟავაზე ზნ-ის მოქმედებით). თუმცა, წყალბადის არსებობა ატომურ მდგომარეობაში მხოლოდ ხანმოკლეა; ატომები გადაერთდებიან H2 მოლეკულებად.

ფიზიკური და ქიმიური თვისებები. V. ყველაზე მსუბუქია ყველა ცნობილ ნივთიერებას შორის (14,4-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ჰაერი), სიმკვრივე 0,0899 გ/ლ 0°C-ზე და 1 ატმ. ჰელიუმი ადუღდება (თხევადდება) და დნება (მყარდება), შესაბამისად -252,6°C და -259,1°C (მხოლოდ ჰელიუმს აქვს დაბალი დნობის და დუღილის წერტილები). წყლის კრიტიკული ტემპერატურა ძალიან დაბალია (-240°C), ამიტომ მისი გათხევადება სავსეა დიდი სირთულეებით; კრიტიკული წნევა 12,8 კგფ/სმ2 (12,8 ატმ), კრიტიკული სიმკვრივე 0,0312 გ/სმ3. ყველა გაზიდან V.-ს აქვს უდიდესი თბოგამტარობა, რომელიც უდრის 0,174 W/(m-K) 0°C-ზე და 1 atm, ანუ 4,16-0-4 cal/(s-cm-°C). V.-ის სპეციფიკური თბოტევადობა 0°C-ზე და 1 atm Ср 14.208-103 J/(kg-K), ანუ 3.394 cal/(g-°C). V. ოდნავ ხსნადია წყალში (0,0182 მლ/გ 20°C და 1 ატმ), მაგრამ კარგად ხსნადი ბევრ ლითონში (Ni, Pt, Pd და ა.შ.), განსაკუთრებით პალადიუმში (850 ტომი 1 მოცულობის Pd-ზე) . ვ.-ის ხსნადობა ლითონებში დაკავშირებულია მათში დიფუზიის უნართან; ნახშირბადის შენადნობის (მაგალითად, ფოლადის) მეშვეობით დიფუზიას ზოგჯერ თან ახლავს შენადნობის განადგურება ნახშირბადის ნახშირბადთან ურთიერთქმედების გამო (ე.წ. დეკარბონიზაცია). თხევადი V. ​​არის ძალიან მსუბუქი (სიმკვრივე -253°C 0,0708 გ/სმ3) და თხევადი (სიბლანტე -253°C 13,8 სპუაზი).

ნაერთების უმეტესობაში V. ავლენს ვალენტობას (უფრო ზუსტად, ჟანგვის მდგომარეობას) +1, ისევე როგორც ნატრიუმი და სხვა ტუტე ლითონები; როგორც წესი, იგი ითვლება ამ ლითონების ანალოგად, წამყვანი 1 გრამი. მენდელეევის სისტემა. თუმცა, ლითონის ჰიდრიდებში B იონი უარყოფითად არის დამუხტული (დაჟანგვის მდგომარეობა -1), ანუ Na+H- ჰიდრიდი აგებულია Na+Cl- ქლორიდის მსგავსად. ეს და ზოგიერთი სხვა ფაქტი (V.-სა და ჰალოგენების ფიზიკური თვისებების მსგავსება, ჰალოგენების უნარი ორგანულ ნაერთებში V. ჩაანაცვლონ) საფუძველს იძლევა, რომ V. კლასიფიცირდეს აგრეთვე პერიოდული ცხრილის VII ჯგუფში (დაწვრილებით, იხილეთ ელემენტების პერიოდული სისტემა). ნორმალურ პირობებში მოლეკულური V. შედარებით ნაკლებად აქტიურია, პირდაპირ ერწყმის მხოლოდ ყველაზე აქტიურ არამეტალებს (ფტორთან და შუქზე ქლორთან). თუმცა, როდესაც თბება, ის რეაგირებს ბევრ ელემენტთან. მოლეკულურთან შედარებით გაზრდილი ქიმიური აქტივობა აქვს ატომურ V.-ს. ჟანგბადთან ერთად V. წარმოქმნის წყალს: H2 + 1/2O2 = H2O 285,937-103 ჯ/მოლ, ანუ 68,3174 კკალ/მოლ სითბოს (25°C-ზე და 1 ატმ) გამოყოფით. ნორმალურ ტემპერატურაზე რეაქცია ძალიან ნელა მიმდინარეობს, 550°C-ზე მაღლა ის ფეთქდება. წყალბად-ჟანგბადის ნარევის ფეთქებადი საზღვრებია (მოცულობით) 4-დან 94% H2-მდე, ხოლო წყალბად-ჰაერის ნარევის - 4-დან 74% H2-მდე (2 მოცულობის H2 და 1 მოცულობის O2 ნარევს ე.წ. აფეთქების გაზი). V. გამოიყენება მრავალი ლითონის შესამცირებლად, რადგან ის შლის ჟანგბადს მათი ოქსიდებიდან:

CuO + H2 = Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O და ა.შ.
ჰალოგენებთან ერთად V. წარმოქმნის წყალბადის ჰალოგენებს, მაგალითად:
H2 + Cl2 = 2HCl.

ამავდროულად, V. ფეთქდება ფტორთან (თუნდაც სიბნელეში და -252°C-ზე), რეაგირებს ქლორთან და ბრომთან მხოლოდ განათების ან გაცხელებისას, ხოლო იოდთან მხოლოდ გაცხელებისას. V. რეაგირებს აზოტთან ამიაკის წარმოქმნით: 3H2 + N2 = 2NH3 მხოლოდ კატალიზატორზე და მომატებულ ტემპერატურასა და წნევაზე. გაცხელებისას V. ენერგიულად რეაგირებს გოგირდთან: H2 + S = H2S (წყალბადის სულფიდი), გაცილებით რთულია სელენთან და ტელურასთან. V.-ს შეუძლია რეაგირება სუფთა ნახშირბადთან კატალიზატორის გარეშე მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე: 2H2 + C (ამორფული) = CH4 (მეთანი). V. უშუალოდ რეაგირებს გარკვეულ ლითონებთან (ტუტე, ტუტე დედამიწა და სხვ.), წარმოქმნის ჰიდრიდებს: H2 + 2Li = 2LiH. დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს წყალბადის რეაქციებს ნახშირბადის მონოქსიდთან, რომლის დროსაც წარმოიქმნება სხვადასხვა ორგანული ნაერთები ტემპერატურის, წნევის და კატალიზატორის მიხედვით, მაგალითად HCHO, CH3OH და ა.შ. (იხ. ნახშირბადის მონოქსიდი). უჯერი ნახშირწყალბადები რეაგირებს წყალბადთან, ხდება გაჯერებული, მაგალითად: CnH2n + H2 = CnH2n+2 (იხ. ჰიდროგენიზაცია).