წყალბადი

ქიმიური ელემენტი ატომური რიცხვით 1
წყალბადი
1 H
1,008
1s1

წყალბადი (ქიმიური სიმბოლო — ; ლათ. Hydrogenium — „წყლის წარმომქმნელი“ < ძვ. ბერძნ. ὕδωρ [hudôr] — „წყალი“ და γεννᾰν [gennen] — „წარმოქმნა“) — დიმიტრი მენდელეევის პერიოდული სისტემის პირველი ჯგუფის პირველი პერიოდის (მოძველებული კლასიფიკაციით — პირველი ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია — 1, სტანდარტული ატომური მასა — 1,008 (1,00794 ), tდნ — 259,1°C, tდუღ — 252,6°C, სიმკვრივე — 0,0899 კგ/მ³ (0°C და 1 ატმ). ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე წყალბადი უსუნო, უფერული აირია. აქვს ორი სტაბილური იზოტოპი: 1H (პროტიუმი, 99,98% მასის მიხედვით) და 2H (დეიტერიუმი, 0,02%). ხელოვნურად მიღებულია რადიოაქტიური იზოტოპები: 3H (ტრიტიუმი) და უკიდურესად არამდგრადი 4H. წყალბადს მიაკუთვნებენ ელემენტთა, როგორც პირველ ჯგუფს, ასევე მეშვიდე ჯგუფს.

წყალბადი, 1H
Hydrogen discharge tube.jpg
ზოგადი თვისებები
ელემენტის ფერი უფერული
სტანდ. ატომური
მასა
Ar, სტან.(H)
საყოველთაოდ
მიღებული: 1,008
წყალბადი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი
ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი
ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სიცილიუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი
კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენიუმი ბრომი კრიპტონი
რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი
ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმიუმი ნეოდიმიუმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლიმიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოემიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო Mercury (element) თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი
ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესიუმი ოგანესონი


H

Li
– ← წყალბადიჰელიუმი
ატომური ნომერი (Z) 1
ჯგუფი I ჯგუფი (სხვა არალით.)
პერიოდი პერიოდი 1
ბლოკი s-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია 1s1
ელექტრონი გარსზე 1
ელემენტის ატომის სქემა
Electron shell 001 Hydrogen.svg
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში აირი
დნობის
ტემპერატურა
(H2) ​−259,16 °C ​(13,99 K, ​​−434,49 °F)
დუღილის
ტემპერატურა
(H2) −252,879 °C ​(20,271 K, ​−423,182 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.) 0,0000899 (−273°C) გრ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.) 0,0763 გრ/სმ3
სიმკვრივე (დ.წ.) 0,07099 გრ/სმ3
მოლური მოცულობა 14,1 სმ3/მოლი
სამმაგი წერტილი 13,8033 K, ​​7,041 კპა
კრიტიკული წერტილი 32,938 K, 1,2858 მპა
დნობის კუთ. სითბო (H2) 0,117 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო (H2) 0,904 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა (H2) 28,836 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა
P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T (K)-ზე 15 20
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი −1, +1 (an amphoteric oxide)
ელექტრო­უარყოფითობა პოლინგის სკალა: 2,20
იონიზაციის ენერგია
  • 1: 1312,0 კჯ/მოლ
კოვალენტური რადიუსი (rcov) 31±5 პმ
იონური
რადიუსი
(rion)
54 (−1 e) პმ
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი 120 პმ
მოლური მოცულობა 14,1 სმ3/მოლ
Hydrogen spectrum visible.png
წყალბადის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
მესრის სტრუქტურა გექსაგონალური
Hexagonal.svg
მესრის პერიოდი 3,750 Å
ბგერის სიჩქარე 1310 მ/წმ
თერმული გაფართოება 0,1805 µმ/(მ·K)
ხვედრითი თბოტევადობა 14,267 /(K·მოლ)
თბოგამტარობა 0,1815 ვტ/(·K)
ელექტრული წინაღობა 205 Ω·m (at 20 °C)
მაგნეტიზმი დიამაგნეტიკი
მაგნიტური მგრძნობელობა −3,98·10−6 სმ3/მოლ
CAS ნომერი 12385-13-6
1333-74-0 (H2)
ისტორია
აღმოჩენილია ჰენრი კავენდიში (1766)
სახელი დაარქვა ანტუან ლავუაზიე (1783)
წყალბადის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ.
დაშლა
(t1/2)
რადიო.
დაშლა
პრო­დუქტი
1H 99,98% სტაბილური
2H 0,02% სტაბილური
3H კვალი 12,32 y β 3He

აღმოჩენის ისტორიარედაქტირება

ჯერ კიდევ XVI საუკუნეში, ქიმიის როგორც მეცნიერების ჩამოყალიბების ხანაში აღმოაჩინეს, რომ ლითონებისა და მჟავების ურთიერთქმედებისას გამოიყოფოდა ადვილად აალებადი აირი. 1766 წელს ეს აირი გამოიკვლია ინგლისელმა მეცნიერმა ჰ. კავენდიშმა. მან შეამჩნია, რომ წვის შედეგად აირიდან მიიღებოდა წყალი, მაგრამ მეცნიერი ფლოგისტონის თეორიის მიმდევარი იყო, რამაც მას სწორი დასკვნების გამოტანაში ხელი შეუშალა.

1783 წელს, სპეციალური გაზომეტრების გამოყენებით ანტუან ლავუაზიემ და ჟან მენიემ ასინთეზეს წყალი, ხოლო შემდეგ კი მისი ანალიზისა და ცდების შედეგად მეცნიერებმა დადგინეს, რომ ჟანგბადი წყლის შემადგენლობაში შედის. 1787 წელს ლავუაზიე მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ წყალბადი წარმოადგენს ქიმიურ ელემენტს და მას წყლისწარმომქმნელი („hydrogène“) უწოდა. წყლის შედგენილობის დადგენამ საბოლოოდ დაანგრია „ფლოგისტონის თეორია", რამაც დიდი როლი ითამაშა ქიმიის განვითარებაში.

XVIII და XIX საუკუნეთა მიჯნაზე დადგინდა, რომ ქიმიურ ელემენტებს შორის, წყალბადის ატომს გააჩნია ყველაზე მცირე მასა, რის გამოც ეს სიდიდე ეტალონად იყო მიჩნეული.

იზოტოპებირედაქტირება

 
წყალბადის იზოტოპები
 
ორთქლის წნევა წყალბადის სხვადასხვა იზოტოპებისათვის

წყალბადის ატომს გააჩნია რამდენიმე იზოტოპი, რომლებიც იმდენად განსხვავდებიან მასით, რომ მათი ფიზიკური თვისებები (ნაწილობრივ ქიმიურიც) მნიშვნელოვნად განსხვავებულია ერთმანეთისგან. ეს განსხვავება განპირობებულია წყალბადის იზოტოპთა მასათა დიდი სხვაობით.

  • პროთიუმი (ლათ. Protium, protos – პირველი), მასური რიცხვი – 1, აღინიშნება სიმბოლოთი – H, ბირთვს ეწოდება – პროტონი და აღინიშნება ლათინური ასოთი – р.
  • დეიტერიუმი (ლათ. Deuterium, deutero – მეორე), მასური რიცხვი – 2, აღინიშნება სიმბოლოთი – D, ბირთვს ეწოდება – დეიტრონი და აღინიშნება ლათინური ასოთი – d.
  • ტრითიუმი (ლათ. Tritum, tritos – მესამე), მასური რიცხვი – 3, აღინიშნება სიმბოლოთი – Т, ბირთვს ეწოდება – ტრითონი და აღინიშნება ლათინური ასოთი – t.

ნეიტრალურ მდგომარეობაში წყალბადის ატომის რადიუსია – 0,024 ნმ. ატომის იონიზაციის ენერგიაა – 13,595 ევ. პოლინგის სკალის მიხედვით წყალბადის ელექტროუარყოფითობაა – 2,20. თავისუფალ მდგომარეობაში – უსუნო, უგემო და უფერო ადვილად აალებადი აირია. წყალბადი ყველაზე მსუბუქი და გავრცელებული ელემენტია სამყაროში.

როგორც ზემოთ იყო აღნიშნული წყალბადის სამი იზოტოპი გვხვდება ბუნებაში, რომლებსაც აქვთ ინდივიდუალური სახელები: 1H — პროთიუმი (Н), 2Н — დეიტერიუმი (D), 3Н — ტრეთიუმი (რადიოაქტიური) (T).

პროთიუმი და დეიტერიუმი წარმოადგენენ სტაბილურ იზოტოპებს მასური რიცხვით 1 და 2. მათი შემცველობა ბუნებაში შესაბამისად შეადგენს 99,9885 ± 0,0070 % და 0,0115 ± 0,0070 %[1]. ეს შეფარდება შეიძლება უმნიშვნელოდ იცვლებოდეს წყალბადი მიღების წყაროსა და ხერხის მიხედვით.

წყალბადის იზოტოპი 3Н (ტრეთიუმი) არასტაბილურია. მისი ნახევარდაშლის პერიოდი შეადგენს 12,32[1] წელს. ტრეთიუმი ბუნებაში ძალიან მცირე რაოდენობითაა გავრცელებული.

ლიტერატურაში[1] ასევე მოყვანილია მონაცემები წყალბადის იზოტოპები მასური რიცხვით 4 — 7 და ნახევარდაშლის პერიოდით 10−22 — 10−23 წმ.

ბუნებრივი წყალბადი შედგება H2 და HD (დეიტოწყალბადი) ატომებისაგან შეფარდებით 3200:1. სუფთა დეიტერიუმ წყალბადის შემცველობა D2 კიდევ უფრო მცირეა. კონცენტრაციის შეფარდება HD და D2, მიახლოებით, 6400:1.

ქიმიური ელემენტების ყველა იზოტოპებს შორის წყალბადის იზოთოპების ქიმიური და ფიზიკური თვისებები ერთრმანეთისაგან ყველაზე უფრო ძლიერად განსხვავდებიან. ეს დაკავშირებულია ატომების წონის შედარებითი დიდი ცვლილებით[2].

დნობის
ტემპერატურა,
K
დუღილის
ტემპერატურა,
K
სამმაგი
წერტილი,
K / კპა
კრიტიკული
წერტილი,
K / კპა
სიმკვრივე
თხევადი / აირი,
კგ/მ³
H2 13.96 20,39 13,96 / 7,3 32,98 / 1,31 70,811 / 1,316
HD 16,65 22,13 16,60 / 12,8 35,91 / 1,48 114,80 / 1,802
HT 22,92 17,63 / 17,7 37,13 / 1,57 158,62 / 2,310
D2 18,65 23,67 18,73 / 17,1 38,35 / 1,67 162,50 / 2,230
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

დეიტერიუმს და ტრეთიუმს ასევე აქვთ ორთო- და პარა- მოდიფიკაციები: p-D2, o-D2, p-T2, o-T2. ჰეტეროიზოტოპურ წყალბადს (HD, HT, DT) არ გააჩნიათ ორთო- და პარა- მოდიფიკაციები.

იზოტოპების თვისებებირედაქტირება

იზოტოპი Z N ატომური მასა
(მ.ა.ე.)
ნახევარდაშლის პერიოდი სპინი % ბუნებაში დაშლის ტიპი და ენერგია
1H 1 0 1,007 825 032 07(10) სტაბილურია 12+ 99,9885(70)%
2H 1 1 2,014 101 777 8(4) სტაბილურია 1+ 0,0115(70)%
3H 1 2 3,016 049 277 7(25) 12,32(2) წელი 12+ β 18,591(1) კილო ელექტრო ვოლტი (კ.ე.ვ.)
4H 1 3 4,027 81(11) 1,39(10)×10−22 წმ 2 -n 23,48(10) მეგა ელექტრო ვოლტი (მ.ე.ვ.)
5H 1 4 5.035 31(11) >9,1×10−22 წმ (12+) -nn 21,51(11) მ.ე.ვ.
6H 1 5 6,044 94(28) 2,90(70)×10−22 წმ 2 −3n 24,27(26) მ.ე.ვ.
7H 1 6 7,052 75(108) 2,3(6)×10−23 წმ 12+ -nn 23,03(101) მ.ე.ვ.

მრგვალ ფრჩხილებში მოყვანილია მნიშვნელობის საშუალოკვადრატული გადახრა ბოლო განმუხტვის შესაბამისი რიცხვის ერთეულებში[1][3].

სტანდარტული ატომური მასარედაქტირება

წყალბადის სტანდარტული ატომური მასად მიღებულია — 1,008 (1,00794 ), რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად.

იზოტოპი Z N ატომური მასა
(მ.ა.ე.)
% ბუნებაში საშუალო
შეწონილი
1H 1 0 1,007 825 032 07(10) 99,9885(70)% 1,007709
2H 1 1 2,014 101 777 8(4) 0,0115(70)% 0,000232
Ar, სტან.(H) 1,007941

გავრცელებარედაქტირება

სამყაროშირედაქტირება

წყალბადი — ყველაზე გავრცელებული ელემენტია სამყაროში. მასზე მოდის ყველა ატომის მიახლოებით 92 % (8 %-ს შეადგენს ჰელიუმის ატომები, ხოლო ერთად აღებული დანარჩენი ელემენტების ატომების რაოდენობა შეადგენს მხოლოდ — 0,1 %-ზე ნაკლებს). ასე რომ წყალბადი - წარმოადგენს ვარსკვლავების და ვარსკვლავთშორისი გაზის ძირითად კომპონენტსა. ვარსკვლავური ტემპერატურების პირობებში (მაგალითად, მზის ზედაპირის ტემპერატურაა ~ 6000 °C) წყალბადი არსებობს პლაზმის სახით, ვარსკვლავთშორის სივრცეში ეს ელემენტი არსებობს ცალკე მოლეკულების, ატომებისა და იონების სახით და შეუძლია წარმოქმნას მოლეკულური ღრუბელი, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან ზომით, სიმკვრივითა და ტემპერატურით.

დედამიწის ქერქი და ცოცხალი ორგანიზმებირედაქტირება

წყალბადის წონითი ხვედრი დედამიწის ქერქში შეადგენს 1 % -ს. ის მეათე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. მაგრამ მისი როლი ბუნებაში განისაზღვრება არა მისი წონით, არამედ ატომების რაოდენობით, რომლის წილი დანარჩენ ელემენტებს შორის შეადგენს 17 % (მეორე ადგილი ჟანგბადის შემდეგ, რომლის ატომების წილი შეადგენს ~ 52 %-ს). ამიტომაც წყალბადის მნიშვნელობა ქიმიურ პროცესებში, რომელიც დედამიწაზე მიმდინარეობს, თითქმის ისეთივე დიდია, როგორც ჟანგბადის.

ჟანგბადისაგან განსხვავებით, დედამიწაზე არსებული წყალბადი პრაქტიკულად ნაერთების სახითაა; მხოლოდ უმნიშვნელო რაოდენობით წყალბადია მარტივი ნივთიერების სახით (0,00005 %).

წყალბადი შედის თითქმის ყველა ორგანული ნივთიერების შემადგენლობაში და არის ყველა ცოცხალ უჯრედში. ცოცხალ უჯრედებში ატომების რაოდენობის მიხედვით წყალბადზე მოდის თითქმის 50 %.

მიღებარედაქტირება

მარტივი ნივთიერებების სამრეწველო წარმოება დამოკიდებულია იმაზე, ბუნებაში თუ რა მდგომარეობაში არის ნორმალურ პირობებისას, ანუ რა შეიძლება გამოდგეს მის ნედლეულად, და რისგან მივიღოთ ის.

ჟანგბადი, რომელიც თავისუფალი მდგომარეობაშია, მიიღებენ ფიზიკური მეთოდით — თხევადი ჰაერიდან გამოყოფით. წყალბადი კი პრაქტიკულად მთლიანად ნაერთების სახითაა, ამიტომაც მის მისაღებად გამოიყენებენ ქიმიურ მეთოდებს. კერძოდ, შეიძლება გამოყენებული იქნას დაშლის რეაქციები. ერთ-ერთი ხერხია წყალბადის მიღება წყლის დაშლის რეაქცია ელექტრო დენით.

წყალბადის მიღების ძირითადი ხერხი მრეწველობაში არის — მეთანის რეაქცია წყალთან, რომელიც შედის ბუნებრივი გაზის შემადგენლობაში. ის მიმდინარეობს მაღალი ტემპერატურის პირობებში:

СН4 + 2Н2O = CO2↑ + 4Н2 −165 კჯ

ერთ-ერთი ლაბორატორიული მეთოდი წყალბადის მიღებისა, რომელიც ზოგჯერ გამოიყენება მრეწველობაში არის - წყლის დაშლა ელექტროდენით.

ჩვეულებრივ ლაბორატორიაში წყალბადს მიიღებენ თუთიისა და მარილმჟავას ურთიერთქმედებით.

მრეწველობაშირედაქტირება

1.მარილების წყლის ხსნარების ელექტროლიზი

2NaCl + 2H2O → H2↑ + 2NaOH + Cl2

2.გახურებულ კოქსის ზევით წყლის ორთქლის გატარებით მიახლოებით 1000 °C ტემპერატურის პირობებში:

H2O + C ⇄ H2 + CO

3.ბუნებრივი აირიდან.

კონვერსია წყლის ორთქლით:
CH4 + H2OCO + 3H2 (1000 °C)
კატალიტიკური ჟანგვა ჟანგბადით:
2CH4 + O2 ⇄ 2CO + 4H2

4. ნახშირწყალბადების კრეკინგი და რიფორმინგი ნავთობის გადამუშავების პროცესში.

ლაბორატორიაშირედაქტირება

1.გაზავებული მჟავეების ქმედებით ლითონებზე. ამ რეაქციის ჩასატარებლად ყველაზე ხშირად გამოიყენებენ 7766 82 თუთიას და გაზავებულ მარილმჟავას:

Zn + 2HClZnCl2 + H2

2.კალციუმის წყალთან ურთიერთქმედებით:

Ca + 2H2OCa(OH)2 + H2

3.ჰიდრიდების ჰიდროლიზით:

NaH + H2ONaOH + H2

4.ტუტეების ზემოქმედებით თუთიასა ან ალუმინზე:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2

5.ელექტროლიზის დახმარებით. ტუტეების ან მჟავეების წყლის ხსნარების ელექტროლიზისას კათოდზე მიმდინარეობს წყალბადის გამოყოფა, მაგალითად:

2H3O+ + 2e → H2↑ + 2H2O

ფიზიკური თვისებებირედაქტირება

 
წყალბადის გამოსხივების სპექტი

წყალბადი შეიძლება არსებობდეს ორ ფორმაში (მოდიფიკაციაში) — ორთო- და პარა- წყალბადები. ორთოწყალბადის მოლეკულაში o-H2 (დნ. ტემპ. −259,10 °C, დუღ. ტემპ. −252,56 °C) ბირთვული სპინები მიმართულია ერთნაირად (პარალელურად), ხოლო პარაწყალბადს p-H2 (დნ. ტემპ. −259,32 °C, დუღ. ტემპ. −252,89 °C) — ერთმანეთის საწინააღმდეგოდ (ანტიპარალელურად). o-H2 და p-H2 გაწონასწორებული ნარევს მოცემული ტემპერატურის დროს ეწოდება გაწონასწორებული წყალბადი e-H2.

 
პარა-წყალბადის გაწონასწორებული მოლური კონცენტრაცია

წყალბადის მოდიფიკაციის დაყოფა შეიძლება ადსორბციით აქტიურ ნახშირზე თხევადი აზოტის ტემპერატურაზე. ძალიან დაბალ ტემპერატურებზე ორთო და პარაწყალბადებს შორის წონასწორობა თითქმის მთლიანად გადახრილია უკანასკნელის მხარეს. 80 К ტემპერატურისას ფორმების შეფარდება მიახლოებით 1:1 არის. დესორბირებული პარაწყალბადი გახურებისას გარდაიქმნება ორთოწყალბადად გაწონასწორებული ნარევის წარმოქმნით ოთახის ტემპერატურაზე (ორთო-პარა: 75:25). კატალიზატორის გარეშე გარდაქმნა მიმდინარეობს ნელა (ვარსკვლავებს შორის გარემოს პირობებში — დამახასიათებელი დროდადრო კოსმოლოგიურიც კი), რაც იძლევა ცალკეული მოდიფიკაციის შესწავლის საშუალებას.

წყალბადი — ყველაზე მჩატე აირია, ის ჰაერზე 14,5-ჯერ მჩატეა. ნათელია, რომ რაც უფრო ნაკლებია მოლეკულის წონა, მით უფრო მაღალია სიჩქარე ერთი და იგივე ტემპერატურაზე. წყალბადის როგორც ყველაზე მჩატე მოლეკულები მოძრაობენ ყველა სხვა მოლეკულებზე სწრაფად და ამის გამო მას შეუძლია უფრო სწრაფად გადასცეს სითბო ერთი სხეულიდან მეორეს. აქედან გამომდინარეობს ის, რომ წყალბადი ფლობს ყველაზე მაღალ თბოგამტარობას აიროვან ნივთიერებებს შორის. მისი თბოგამტარობა შვიდჯერ უფრო მაღალია ვიდრე ჰაერის თბოგამტარობა.

წყალბადის მოლეკულა ორ ატომიანია — Н2. ნორმალურ პირობებში სიმკვრივეა 0,08987 გ/ლ, დუღულის ტემპერატურაა −252,76 °C, წვის კუთრი სითბო 120.9×106 ჯ/კგ, ნაკლებად ხსნადია წყალში — 18,8 მლ/ლ.

წყალბადი კარგად იხსნება ბევრ ლითონში (Ni, Pt, Pd და სხვა), განსაკუთრებით პალადიუმში (850 მოცულობა 1 მოცულობა Pd-მზე). წყალბადის ხსნადობასთან ლითონებში დაკავშირებულია მისი უნარი დიფუნდირებისა; ნახშირბადიანი შენადნობების დიფუზიას (მაგალითად, ფოლადი) ზოგჯერ თან ახლავს შენადნობის დაშლა წყალბადისა და ნახშირბადის ურთიერთქმედების შედეგად (ეგრეთ წოდებული დეკარბონიზაცია). პრაქტიკულად არ იხსნება ვერცხლში.

თხევადი წყალბადი არსებობს მეტად ვიწრო ტემპერატურულ ინტერვალში −252,76-დან −259,2 °C-მდე. ეს არის უფერო სითხე, ძალიან მჩატე (სიმკვრივე −253 °C ტემპერატურისას არის 0,0708 გ/სმ³) და დენადი (სიბლანტე −253 °C ტემპერატურისას 13,8 სპუაზი). წყალბადის კრიტიკული პარამეტრები ძალიან დაბალია: ტემპერატურა −240,2 °C და წნევა 12,8 ატმ. ამით აიხსნება წყალბადის გათხევადობის სიძნელეები. თხევად მდგომარეობაში გაწონასწორებული წყალბადი შედგება 99,79 % პარა-Н2, 0,21 % ორთო-Н2 წყალბადისაგან.

მყარი წყალბადი, დნობით ტემპერატურა −259,2 °C, სიმკვრივე 0,0807 გ/სმ³ ( −262 °C ტემპერატურაზე) — თოვლისმაგვარი მასა, კრისტალები ჰექსოგონალური სინგონია, სივრცული ჯგუფი P6/mmc, უჯრედის პარამეტრი a=3,75 c=6,12. მაღალი წნევის დროს წყალბადი გადადის ლითონის მდგომარეობაში.

ქიმიური თვისებებირედაქტირება

 
წყალბადის დისოციაცირებული მოლეკულების წილი

წყალბადის მოლეკულები Н2 საკმაოდ მტკიცეა, და იმისათვის რომ, წყალბადი შევიდეს რეაქციაში საჭიროა დიდი ენერგიის დახარჯვა:

Н2 = 2Н − 432 კჯ

ამიტომ ჩვეულებრივი ტემპერატურისას წყალბადი რეაგირებს მხოლოდ ძალიან აქტიურ ლითონებთან, მაგალითად კალციუმთან, კალციუმის ჰიდრიდის წარმოქმნით:

Ca + Н2 = СаН2

და ერთადერთ არალითონთან — ფტორთან, წარმოქმნის ფტორწყალბადს:

F2 + H2 = 2HF

ლითონების უმრავლესობასთან და არალითონებთან წყალბადი რეაგირებს მომატებული ტემპერატურისას ან სხვა ზემოქმედებით, მაგალითად განათებისას:

О2 + 2Н2 = 2О

მას შეუძლია «წაართვას» ჟანგბადი ზოგ ოქსიდს, მაალითად:

CuO + Н2 = Cu + Н2O

ჩაწერილი განტოლება ასახავს წყალბადის აღმდგენ თვისებებს.

N2 + 3H2 → 2NH3

ჰალოგენებთან ის წარმოქმნის ჰალოგენწყალბადებს:

F2 + H2 → 2HF, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით სიბნელეში და ყველა ტემპერატურაზე,
Cl2 + H2 → 2HCl, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით, მხოლოდ სინათლეზე.

მურთან ურთიერთქმედებს ძლიერი გახურებისას:

C + 2H2CH4

ურთიერთქმედება ტუტე და ტუტემიწა ლითონებთანრედაქტირება

აქტიურ ლითონებთან ურთიერთქმედებისას წყალბადი წარმოქმნის ჰიდრიდებს:

2Na + H2 → 2NaH
Ca + H2CaH2
Mg + H2MgH2

ჰიდრიდები — მარილისმაგვარი, მყარი ნივთიერებებია, რომლებიც ადვილად ჰიდროლიზდება:

CaH2 + 2H2OCa(OH)2 + 2H2

ლითონების ოქსიდებთან ურთიერთქმედება (როგორც წესი, d-ელემენტები)რედაქტირება

ოქსიდები აღდგებიან ლითონებამდე:

CuO + H2Cu + H2O
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
WO3 + 3H2W + 3H2O

ორგანული ნაერთების ჰიდრირებარედაქტირება

მოლეკულური წყალბადი ფართოდ გამოიყენება ორგანულ სინთეზში ორგანული ნაერთების აღსადგენად. ამ პროცესებს უწოდებენ ჰიდრირების რეაქციები. ამ რეაქციებს ატარებენ კატალიზატორებთან ერთად მომატებული წნევისა და ტემპერატურის პირობებში. კატალიზატორი შეიძლება იყოს როგორც ჰომოგენური (მაგ. უილკინსონის კატალიზატორი), ისე ჰეტეროგენური (მაგ. რენეის ნიკელი, პალადიუმი ნახშირზე).

კერძოდ, გაუჯერებელი ნაერთების კატალიტიკური ჰიდრირებისას, როგორიცაა ალკენები და ალკინები, წარმოიქმნებიან გაჯერებული ნაერთები — ალკანები.

 

წყალბადის გეოქიმიარედაქტირება

დედამიწაზე წყალბადის შემცველობა შემცირებულია მზესთან, პლანეტა-გიგანტებთან და პირველად მეტეორიტებთან შედარებით, რისგანაც გამომდინარეობს, რომ დედამიწა წარმოქმნისას იყო მნიშვნელოვნად დეგაზირებული და წყალბადმა სხვა მფრინავ ელემენტებთან ერთად დატოვა პლანეტა აკრეციის დროს ან მალევე მის შემდეგ.

თავისუფალი წყალბადი H2 შედარებით იშვიათად გვხვდება დედამიწის აირებში, მაგრამ წყლის სახით ის თამაშობს განსაკუთრებით მნიშვნელოვან როლს გეოქიმიურ პროცესებში.

მინერალების შემადგენლობაში წყალბადი შეიძლება შედიოდეს ამონიუმის იონის, ჰიდროქსილ-იონის და კრისტალური წყლის სახით.

ატმოსფეროში წყალბადი უწყვეტად წარმოიქმნება მზის გამოსხივების შედეგად წყლის დაშლით[4]. მცირე წონის გამო წყალბადის მოლეკულები ფლობენ დიფუზიური მოძრაობის დიდ სიჩქარეს (ის ახლოსაა მეორე კოსმოსურ სიჩქარესთან) და, ატმოსფეროს ზედა ფენებში მოხვედრისას, შეუძლიათ გაფრინდნენ კოსმოსურ სივრცეში.

წყალბადთან მუშაობის თავისებურებებირედაქტირება

წყალბადი ჰაერთან არევისას წარმოქმნის ფეთქებად ნარევს - ეგრეთ წოდებულ ფეთქებად გაზს (гремучий газ). ყველაზე ძლიერ ფეთქებადსაშიშია წყალბადი და ჟანგბადის მოცულობითი შეფარდებით 2:1, ან წყალბადი და ჰაერის მიახლოებით 2:5, რადგანაც ჟანგბადის შემცველობა ჰაერში მიახლოებით 21 %. ასევე წყალბადი ცეცხლსაშიშია. თხევადი წყალბადი კანზე მოხვედრისას იწვევს ძლიერ მოყინვას.

წყალბადის ფეთქებად საშიში კონცენტრაცია ჟანგბადთან წარმოიქმნება მოცულობის 4 %-დან 96 %-მდე. ჰაერთან ნარევებში მოცულობის 4 %-დან 75 (74) %-მდე.

გამოყენებარედაქტირება

ატომარულ წყალბადს გამოიყენებენ ატომურ-წყალბადურ შედუღაბებაში.

ქიმიური მრეწველობარედაქტირება

კვების მრეწველობარედაქტირება

საავიაციო მრეწველობარედაქტირება

წყალბადი მეტად მჩატეა და ჰაერში ყოველთვის მაღლა მიიწევს. ოდესღაც დირიჟაბლებს და საჰაერო ბურთებს (აეროსტატი) წყალბადით ავსებდნენ. მაგრამ მეოცე საუკუნის 30-იან წლებში მოხდა რამდენიმე კატასტროფა, რომლის დროსაც დირიჟაბლები ფეთქებოდნენ და იწვებოდნენ. ახლა კი დირიჟაბლებს ავსებენ ჰელიუმით, მიუხედავად მისი მაღალი ღირებულებისა.

მზერედაქტირება

მზე ძირითადად შედგება წყალბადისაგან. მზის სითბო და სინათლე — ეს არის წყალბადის ბირთვების შეერთებისას გამონთავისუფლებული ბირთვული ენერგიის შედეგი.

საწვავირედაქტირება

წყალბადი გამოიყენება როგორც სარაკეტო საწვავი.

მიმდინარეობს კვლევები წყალბადის როგორც მსუბუქი და სატვირთო ავტომანქანების საწვავად გამოყენებისათვის. წყალბადის ძრავები არ აჭუჭყიანებენ გარემოს და გამოყოფენ მხოლოდ წყლის ორთქლს.

წყალბად-ჟანგბადურ საწავავ ელემენტებში გამოიყენება წყალბადი ქიმიური რეაქციის ენერგიის გარდაქმნისათვის ელექტრულ ენერგიად.

ეკონომიკური ეფექტიანობარედაქტირება

საწვავად გამოყენებული ნივთიერებების უმნიშვნელოვანეს მახასიათებელს, წარმოადგენს წვის სითბო. საერთო ქიმიის კურსიდან ცნობილია, რომ წყალბადსა და ჟანგბადს შორის რეაქცია მიმდინარეობს სითბოს გამოყოფით. თუ ავიღებთ 1 მოლ H2 (2გ) და 0,5 მოლ O2 (16 გ) სტანდარტულ პირობებში და აღვძრავთ რეაქციას, მაშინ განტოლების მიხედვით

2 + О2= 2Н2О

რეაქციის დამთავრების შემდეგ წარმოიქმნება 1  მოლი H2O (18 გრ) 285,8 კჯ/მოლი ეერგიის გამოყოფით (შედარებისათვის: აცეტილენის წვის სითბო არის 1300 კჯ/მოლი, პროპანის — 2200 კჯ/მოლი). 1 მ³ წყალბადი იწონის 89,8 გრ (44,9 მოლს). ამიტომაც 1 მ³ წყალბადზე დახარჯული იქნება 12 832,4 კჯ ენერგია იმის გათვალისწინებით, რომ 1 კვტ·სთ = 3600 კჯ, მივიღებთ 3,56 კვტ·სთ ელექტროენერგიას.

თუ ვიცით 1 კვტ·სთ ელ. ენერგიის ტარიფი და აირის 1 მ³-ის ღირებულება, შეიძლება გავაკეთოთ დასკვნა წყალბადის საწვავზე გადასვლის მიზანშეწონილობაზე.

მაგრამ არ უნდა დავივიწყოთ ის, რომ წყალბადის წვისას ჩვენ ვღებულობთ სუფთა წყალს, იმას რისგანაც მივიღეთ ის. ანუ გვაქვს აღმდგენი რესურსი, რომლის გამოყენება არ ვნებს ბუნებას, ბენზინთან და საწვავ აირითან განსხვავებით, რომლებიც წარმოადგენენ ენერგიის პირველად წყაროს

საინტერესო ფაქტებირედაქტირება

  • წყალბადი - ყველაზე გავრცელებული ნივთიერებაა სამყაროში (მიახლოებით ყველა ატომების 90 %)[5].
  • წყალბადი - ყველაზე მჩატე აირია. 1 ლიტრი წყალბადის წონა აიროვან მდგომარეობაში შეადგენს მხოლოდ 0,08988 გრამს[5].
  • წყალბადის ჰორვატიული სახელია — Vodik, ხმარებაში შემოიღო ფილოლოგმა ბოგოსლავ შჩულეკმა.

იხილეთ აგრეთვერედაქტირება

ლიტერატურარედაქტირება

  • ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 11, თბ., 1987. — გვ. 353.
  • Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, Москва, 1963
  • ქიმიის დასაწყისი. თანამედროვე კურსები უმაღლეს სასწ-ში შემსვლელთათვის: სასწავლო სახელმძღ. უმაღლ. სასწ. /ნ. ე. კუზმენკო, ვ. ვ. ერემინი, ვ. ა. პოპკოვი. — მ.: გამომცემლ. «ეკზამენი»,2005.

რესურსები ინტერნეტშირედაქტირება

სქოლიორედაქტირება

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“ (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.CS1-ის მხარდაჭერა: მრავალი სახელი: ავტორების სია (link)
  2. Züttel A.,Borgschulte A.,Schlapbach L. Hydrogen as a Future Energy Carrier.- Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. — ISBN 978-3-527-30817-0
  3. G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). „The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.“. Nuclear Physics A. 729: 337–676. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. |title=-ში არის გარე ბმული (დახმარება)CS1-ის მხარდაჭერა: მრავალი სახელი: ავტორების სია (link)
  4. ა.მ. პრავილოვი ფოტოპროცესი მოლეკულურ აირებში. მ.: ენერგოატომიზდატი, 1992.
  5. 5.0 5.1 გინესის რეკორდების წიგნი ქიმიური ელემენტებისათვის. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 2012-01-05. ციტირების თარიღი: 2011-05-11.