அலகு 4 - ஹைட்ரஜன்
அவர் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜனை அடையாளம் கண்டு பெயரிட்டார். 1787 இல் வேதியியல் பெயரிடலுக்கான புதிய முறையை அறிமுகப்படுத்தினார்.
கற்றல் நோக்கங்கள்
இந்த அலகைப் படித்த பிறகு, மாணவர்கள் முடியும்
- கால அட்டவணையில் ஹைட்ரஜனின் நிலையை நியாயப்படுத்துதல்
- ஹைட்ரஜனின் வெவ்வேறு ஐசோடோப்புகளை அடையாளம் காணுதல்
- ஹைட்ரஜன் தயாரிப்பு முறைகளை விளக்குதல்
- ஹைட்ரஜனின் பண்புகளை விளக்குதல்
- ஹைட்ரஜனின் பயன்களை மதிப்பீடு செய்தல்
- பல்வேறு வகையான ஹைட்ரைடுகளை வேறுபடுத்துதல்
- நீரின் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளை விளக்குவதற்கான நீரின் கட்டமைப்பின் அறிவை மொழிபெயர்த்தல்
- கடின நீர் மற்றும் மென்மையான நீரை வேறுபடுத்தி, நீரை மென்மையாக்குவதற்கான பொருத்தமான முறையைத் தேர்ந்தெடுத்தல்
- கன நீரை அடையாளம் கண்டு அதன் பண்புகளை விளக்குதல்
- ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் தயாரிப்பு மற்றும் பண்புகளை விளக்குதல்
- ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் பயன்களைப் பட்டியலிடுதல்
4.1 அறிமுகம்
ஹைட்ரஜன் என்பது ஒரு எலக்ட்ரான் மற்றும் ஒரு புரோட்டானைக் கொண்ட எளிமையான அணுவாகும். மற்ற தனிமங்களைப் போலல்லாமல் (ஹீலியத்தைத் தவிர) அதன் இணைதிறன் எலக்ட்ரான் நேரடியாக அணுக்கருவின் செயல் எல்லைக்குள் உள்ளது. இது நாம் அன்றாட வாழ்வில் எதிர்கொள்ளும் நீர், கார்போஹைட்ரேட், புரதங்கள் போன்ற பெரும்பாலான சேர்மங்களில் மாறாமல் உள்ளது. இது இணையற்ற எலக்ட்ரானைக் கொண்டிருப்பதால், வினைத்திறன் கொண்டதாக உள்ளது மற்றும் \( \mathrm{H_2} \) என ஒரு ஈரணு மூலக்கூறாக உள்ளது. இருப்பினும், பூமியின் வளிமண்டலத்தில் ஹைட்ரஜன் வளிமத்தின் மிகுதி மிகவும் சிறியது.
4.1.1 கால அட்டவணையில் நிலை
ஹைட்ரஜன் \( 1s^1 \) என்ற மின்னணுக் கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, இது கார உலோகங்களின் \( ns^1 \) பொது இணைதிறன் ஓட்டுக் கட்டமைப்பைப் போன்றது மற்றும் பின்வருமாறு அவற்றுடன் ஒற்றுமையைக் காட்டுகிறது:
- இது கார உலோகங்கள் \( \mathrm{Na^+, K^+, Cs^+} \) போன்று ஒற்றை நேர்மின் அயனியான \( \mathrm{H^+} \) ஐ உருவாக்குகிறது.
- இது கார உலோகங்கள் \( \mathrm{NaX, Na_2O, Na_2O_2, Na_2S} \) போன்று ஆலைடுகள் \( \mathrm{HX} \), ஆக்சைடுகள் \( \mathrm{H_2O} \), பெராக்சைடுகள் \( \mathrm{H_2O_2} \) மற்றும் சல்பைடுகள் \( \mathrm{H_2S} \) ஆகியவற்றை உருவாக்குகிறது.
- இது ஒரு ஒடுக்கும் முகவராகவும் செயல்படுகிறது.
இருப்பினும், 377 முதல் \( 520 \ \mathrm{kJ \ mol^{-1}} \) வரையிலான அயனியாக்கும் ஆற்றலைக் கொண்ட கார உலோகங்களைப் போலல்லாமல், ஹைட்ரஜன் \( 1,314 \ \mathrm{kJ \ mol^{-1}} \) ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, இது கார உலோகங்களை விட மிக அதிகமாகும்.
ஆலசன்களிலிருந்து ஆலைடுகள் \( \mathrm{X^-} \) உருவாவதைப் போலவே, ஹைட்ரஜனும் ஒரு எலக்ட்ரானைப் பெற்று ஹைட்ரைடு அயனியான \( \mathrm{H^-} \) ஐ உருவாக்கும் போக்கைக் கொண்டுள்ளது, இதன் மின்னணுக் கட்டமைப்பு உன்னத வளிமமான ஹீலியத்தைப் போன்றது. இருப்பினும், ஹைட்ரஜனின் எலக்ட்ரான் நாட்டம் ஆலசன் அணுக்களை விட மிகக் குறைவு. எனவே, ஆலைடு அயனிகளை உருவாக்க ஆலசன்களின் போக்குடன் ஒப்பிடும்போது, ஹைட்ரைடு அயனியை உருவாக்கும் ஹைட்ரஜனின் போக்கு குறைவு, பின்வரும் வினைகளில் இருந்து தெளிவாகிறது:
$$ \begin{aligned} \frac{1}{2}\mathrm{H_2} + e^- &\rightarrow \mathrm{H^-} \quad \Delta \mathrm{H} = +36 \ \mathrm{kcal \ mol^{-1}} \\ \frac{1}{2}\mathrm{Br_2} + e^- &\rightarrow \mathrm{Br^-} \quad \Delta \mathrm{H} = -55 \ \mathrm{kcal \ mol^{-1}} \end{aligned} $$ஹைட்ரஜன் கார உலோகங்கள் மற்றும் ஆலசன்கள் இரண்டையும் ஒத்திருப்பதால், கால அட்டவணையில் சரியான நிலையைக் கண்டுபிடிப்பது கடினம். இருப்பினும், அதன் பெரும்பாலான சேர்மங்களில் ஹைட்ரஜன் \( +1 \) ஆக்சிஜேற்ற நிலையில் உள்ளது. எனவே, IUPAC வெளியிட்ட சமீபத்திய கால அட்டவணையில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஹைட்ரஜனை கார உலோகங்களுடன் சேர்த்து குழு 1 இல் வைப்பது நியாயமானதாகும்.
4.1.2 ஹைட்ரஜனின் ஐசோடோப்புகள்
ஹைட்ரஜன் மூன்று இயற்கையாக நிகழும் ஐசோடோப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது, புரோட்டியம் \( \mathrm{_1H^1} \) அல்லது \( \mathrm{H} \), டியூட்டீரியம் \( \mathrm{_1H^2} \) அல்லது D மற்றும் டிரிடியம் \( \mathrm{_1H^3} \) அல்லது T. புரோட்டியம் \( \mathrm{_1H^1} \) ஆதிக்கம் செலுத்தும் வடிவமாகும் (99.985%) மற்றும் இது நியூட்ரானைக் கொண்டிருக்காத ஒரே ஐசோடோப்பு ஆகும்.
டியூட்டீரியம், கன ஹைட்ரஜன் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது சுமார் 0.015% ஆகும். மூன்றாவது ஐசோடோப்பான டிரிடியம் என்பது ஒரு கதிரியக்க ஐசோடோப்பாகும், இது தடயங்களில் மட்டுமே நிகழ்கிறது (~ 1 அணு / \( 10^{18} \) ஹைட்ரஜன் அணுக்கள்). இந்த ஐசோடோப்புகள் இருப்பதால், இயற்கையாக நிகழும் ஹைட்ரஜன் \( \mathrm{H_2} \), HD, \( \mathrm{D_2} \), HT, \( \mathrm{T_2} \), மற்றும் DT ஆக உள்ளது. இந்த ஐசோடோப்புகளின் பண்புகள் அட்டவணை 4.1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன.
அட்டவணை 4.1 ஹைட்ரஜன், டியூட்டீரியம் மற்றும் டிரிடியம் மூலக்கூறுகளின் பண்புகள்
| பண்பு | புரோட்டியம் | டியூட்டீரியம் | டிரிடியம் |
|---|---|---|---|
| அணு ஹைட்ரஜன் | |||
| குறியீடு | H | D | T |
| அணு நிறை (amu) | 1.008 | 2.014 | 3.016 |
| எலக்ட்ரான் / புரோட்டான் / நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை | 1 / 1 / 0 | 1 / 1 / 1 | 1 / 1 / 2 |
| அணுக்கரு நிலைத்தன்மை | நிலையானது | நிலையானது | கதிரியக்க \( t_{1/2}=12.3 \) ஆண்டுகள் |
| மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் | \( \mathrm{H_2} \) | \( \mathrm{D_2} \) | \( \mathrm{T_2} \) |
| மிகுதி (%) | 99.985 | 0.0156 | \( \sim 10^{-15} \) |
| மூலக்கூறு நிறை (amu) | 2.016 | 4.028 | 6.032 |
| உருகுநிலை (K) | 13.96 | 18.73 | 20.62 |
| கொதிநிலை (K) | 20.39 | 23.67 | 25.04 |
| அணுக்கருவிடைத் தொலைவு (pm) | 74.14 | 74.14 | 74.14 |
| உய்ய வெப்பநிலை (K) | 33.19 | 38.35 | 40.60 |
| பிளவுறு என்தால்பி (kJ/mol)† | 435.9 | 443.4 | 446.9 |
†பிணைப்பு பிளவுறு ஆற்றல்
4.1.3 ஆர்த்தோ மற்றும் பாரா-ஹைட்ரஜன்
ஹைட்ரஜன் அணுவில், அணுக்கரு ஒரு சுழற்சியைக் கொண்டுள்ளது. மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் உருவாகும்போது, இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கருக்களின் சுழற்சிகள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரே திசையில் அல்லது எதிர் திசையில் இருக்கலாம். ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகளின் இந்த இரண்டு வடிவங்களும் முறையே ஆர்த்தோ மற்றும் பாரா ஹைட்ரஜன்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன.
அறை வெப்பநிலையில், இயல்பான ஹைட்ரஜன் சுமார் 75% ஆர்த்தோ-வடிவம் மற்றும் 25% பாரா-வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளது. ஆர்த்தோ-வடிவம் பாரா-வடிவத்தை விட நிலையானது என்பதால், ஒரு மாற்றியத்தை மற்றொன்றாக மாற்றுவது ஒரு மெதுவான செயல்முறையாகும். இருப்பினும், வெப்பநிலை குறைக்கப்படும்போது சமநிலை பாரா ஹைட்ரஜனுக்கு சாதகமாக மாறுகிறது. பாரா-வடிவத்தை பிளாட்டினம் அல்லது இரும்பைப் பயன்படுத்தி ஊக்கமுறு மாற்றமாக ஆர்த்தோ-வடிவமாக மாற்றலாம். மாற்றாக, மின் வெளியேற்றத்தைக் கடத்துவதன் மூலமும், \( 800^\circ \mathrm{C} \) க்கு மேல் சூடாக்குவதன் மூலமும், \( \mathrm{O_2}, \mathrm{NO}, \mathrm{NO_2} \) போன்ற பாராகாந்த மூலக்கூறுகளுடன் அல்லது புதிதாய்/அணு ஹைட்ரஜனுடன் கலப்பதன் மூலமும் இதை மாற்றலாம்.
ஆர்த்தோ மற்றும் பாரா ஹைட்ரஜன் வேதியியல் பண்புகளில் ஒத்திருக்கின்றன, ஆனால் சில இயற்பியல் பண்புகளில் வேறுபடுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, பாரா ஹைட்ரஜனின் உருகுநிலை \( 13.83 \ \mathrm{K} \) ஆகும், அதேசமயம் ஆர்த்தோ ஹைட்ரஜனின் உருகுநிலை \( 13.95 \ \mathrm{K} \); பாரா ஹைட்ரஜனின் கொதிநிலை \( 20.26 \ \mathrm{K} \) ஆகும், அதேசமயம் ஆர்த்தோ ஹைட்ரஜனின் கொதிநிலை \( 20.39 \ \mathrm{K} \). அணுக்கரு சுழற்சிகள் எதிர் திசைகளில் இருப்பதால், பாரா ஹைட்ரஜனின் காந்தத் திருப்புத்திறன் பூஜ்ஜியமாகும், மேலும் ஆர்த்தோ ஹைட்ரஜன் ஒரு புரோட்டானின் இரு மடங்கு காந்தத் திருப்புத்திறனைக் கொண்டுள்ளது.
4.2 ஹைட்ரஜன் தயாரித்தல்
அமிலம் அல்லது காரத்தின் தடயங்களைக் கொண்ட நீரின் மின்னாற்பகுப்பு மூலமாகவும், அல்லது நிக்கல் அனோட் மற்றும் இரும்பு கேத்தோடைப் பயன்படுத்தி சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு அல்லது பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைட்டின் நீர்வாழ் கரைசலின் மின்னாற்பகுப்பு மூலமாகவும் உயர் தூய்மையான ஹைட்ரஜன் \( (>99.9\%) \) பெறப்படுகிறது. இருப்பினும், இந்த செயல்முறை பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு சிக்கனமானதல்ல.
$$ \begin{aligned} \text{அனோடில்:} &\quad 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{H_2O} + \frac{1}{2}\mathrm{O_2} + 2e^- \\ \text{கேத்தோடில்:} &\quad 2\mathrm{H_2O} + 2e^- \rightarrow 2\mathrm{OH^-} + \mathrm{H_2} \\ \text{ஒட்டுமொத்த வினை:} &\quad \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2} + \frac{1}{2}\mathrm{O_2} \end{aligned} $$4.2.1 ஆய்வகத் தயாரிப்பு
துத்தநாகம், இரும்பு, தகரம் போன்ற உலோகங்களை நீர்த்த அமிலத்துடன் வினைப்படுத்துவதன் மூலம் ஆய்வகத்தில் ஹைட்ரஜன் வசதியாகத் தயாரிக்கப்படுகிறது.
4.2.2 தொழில்துறை உற்பத்தி
பெரிய அளவில், ஹைட்ரோகார்பன்களின் நீராவி-சீர்திருத்தத்தால் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்த முறையில் மீத்தேன் போன்ற ஹைட்ரோகார்பன் நீராவியுடன் கலக்கப்பட்டு, \( 800–900^\circ \mathrm{C} \) மற்றும் \( 35 \ \mathrm{atm} \) அழுத்தங்களில் நிக்கல் வினையூக்கியின் மீது செலுத்தப்படுகிறது.
$$ \mathrm{CH_4 + H_2O \xrightarrow{Ni} CO + 3H_2} $$மற்றொரு செயல்முறையில், சிவப்பு-சூடான கோக்கின் மீது நீராவி செலுத்தப்பட்டு கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்கிறது. இந்த வழியில் உற்பத்தி செய்யப்படும் வளிமங்களின் கலவை நீர் வளிமம் \( (CO + H_2) \) என அழைக்கப்படுகிறது. இது மெத்தனால் மற்றும் எளிய ஹைட்ரோகார்பன்கள் போன்ற கரிமச் சேர்மங்களின் தொகுப்பில் பயன்படுத்தப்படுவதால் இது சின்கேஸ் (செயற்கை வளிமம்) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.
$$ \mathrm{C + H_2O \xrightarrow{1000^\circ C} CO + H_2} $$நீர் வளிமத்தில் உள்ள கார்பன் மோனாக்சைடை கார்பன் டை ஆக்சைடாக மாற்றுதல்:
நீர் வளிமத்தின் கார்பன் மோனாக்சைடை, வளிமக் கலவையை \( 400^\circ \mathrm{C} \) இல் அதிக நீராவியுடன் கலந்து, இரும்பு/செப்பு வினையூக்கியைக் கொண்ட ஷிஃப்ட் மாற்றி வழியாகச் செலுத்துவதன் மூலம் கார்பன் டை ஆக்சைடாக மாற்றலாம். இந்த வினை நீர்-வளிம மாற்ற வினை எனப்படும்.
$$ \mathrm{CO + H_2O \rightarrow CO_2 + H_2} $$மேலே உள்ள செயல்முறையில் உருவாகும் \( \mathrm{CO_2} \) பொட்டாசியம் கார்பனேட்டின் கரைசலில் உறிஞ்சப்படுகிறது.
$$ \mathrm{CO_2 + K_2CO_3 + H_2O \rightarrow 2KHCO_3} $$4.2.3 டியூட்டீரியம் தயாரித்தல்
கன நீரின் மின்னாற்பகுப்பு:
இயல்பான நீரில் \( 1.6 \times 10^{-4} \) சதவீதம் கன நீர் உள்ளது. புரோட்டியம் நீரின் \( \mathrm{H_2O} \) பிளவுறுதல் கன நீரை \( \mathrm{D_2O} \) விட அதிகமாகும். எனவே, நீர் மின்னாற்பகுக்கப்படும்போது, ஹைட்ரஜன் \( \mathrm{D_2} \) ஐ விட மிக வேகமாக விடுவிக்கப்படுகிறது. மின்னாற்பகுப்பு தொடரப்படும்போது, விளைந்த கரைசல் கன நீரில் நிறைந்து போகும் வரை தொடரப்படுகிறது. கன நீரின் மேலும் மின்னாற்பகுப்பு டியூட்டீரியத்தைக் கொடுக்கிறது.
$$ 2\mathrm{D_2O} \xrightarrow{\text{மின்னாற்பகுப்பு}} 2\mathrm{D_2} + \mathrm{O_2} $$4.2.4 டிரிடியம் தயாரித்தல்
முன்பு விளக்கியது போல, டிரிடியம் தடய அளவுகளில் மட்டுமே உள்ளது. எனவே இதை ஒரு அணுக்கரு பிளவு உலைகளில் மெதுவான நியூட்ரான்களுடன் லித்தியத்தை மோத வைப்பதன் மூலம் செயற்கையாகத் தயாரிக்கலாம். இந்த செயல்முறைக்கான அணுக்கரு மாற்று வினை பின்வருமாறு.
$$ {}_3^6\mathrm{Li} + {}_0^1\mathrm{n} \rightarrow {}_2^4\mathrm{He} + {}_1^3\mathrm{T} $$4.3 ஹைட்ரஜனின் பண்புகள்
4.3.1 இயற்பியல் பண்புகள்
ஹைட்ரஜன் ஒரு நிறமற்ற, மணமற்ற, சுவையற்ற, இலேசான மற்றும் மிகவும் தீப்பற்றக்கூடிய வாயுவாகும். இது ஒரு முனைவற்ற ஈரணு மூலக்கூறாகும். இது குறைந்த வெப்பநிலை மற்றும் உயர் அழுத்தத்தில் திரவமாக்கப்படலாம். ஹைட்ரஜன் ஒரு நல்ல ஒடுக்கும் முகவராகும். ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறின் பல்வேறு இயற்பியல் மாறிலிகள் அட்டவணை 4.1 இல் பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன.
4.3.2 வேதியியல் பண்புகள்
ஹைட்ரஜன் ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து நீரைக் கொடுக்கிறது. இது ஒரு வெடிக்கும் வினையாகும் மற்றும் நிறைய ஆற்றலை வெளியிடுகிறது. இது மின்சாரத்தை உருவாக்க எரிபொருள் மின்கலங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
$$ 2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} $$இதேபோல், ஹைட்ரஜன் ஆலசன்களுடனும் வினைபுரிந்து தொடர்புடைய ஆலைடுகளைக் கொடுக்கிறது. புளோரினுடனான வினை இருட்டிலும் வெடிக்கும் வன்மையுடன் நிகழ்கிறது, அதேசமயம் குளோரினுடனான வினை அறை வெப்பநிலையில் ஒளியில் நிகழ்கிறது. இது புரோமினுடன் சூடாக்கும்போது சேர்கிறது மற்றும் அயோடினுடனான வினை ஒளிவேதியியல் வினையாகும்.
$$ \mathrm{H_2} + \mathrm{X_2} \rightarrow 2\mathrm{HX} \quad (\mathrm{X = F, Cl, Br \& I}) $$மேலே உள்ள வினைகளில் ஹைட்ரஜன் \( +1 \) ஆக்சிஜேற்ற நிலையைக் கொண்டுள்ளது. இது லித்தியம், சோடியம் மற்றும் கால்சியம் போன்ற வினைத்திறன் உலோகங்களுடன் வினைபுரிந்து தொடர்புடைய ஹைட்ரைடுகளைக் கொடுக்கும் போக்கையும் கொண்டுள்ளது, இதில் ஹைட்ரஜனின் ஆக்சிஜேற்ற நிலை \( -1 \) ஆகும்.
$$ 2\mathrm{Li} + \mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{LiH} $$$$ 2\mathrm{Na} + \mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{NaH} $$இந்த ஹைட்ரைடுகள் செயற்கை கரிம வேதியியலில் ஒடுக்கும் முகவர்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இது லித்தியம் அலுமினியம் ஹைட்ரைடு மற்றும் சோடியம் போரோஹைட்ரைடு போன்ற பிற முக்கியமான ஹைட்ரைடுகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது.
$$ 4\mathrm{LiH} + \mathrm{AlCl_3} \rightarrow \mathrm{Li[AlH_4]} + 3\mathrm{LiCl} $$$$ 4\mathrm{NaH} + \mathrm{B(OCH_3)_3} \rightarrow \mathrm{Na[BH_4]} + 3\mathrm{CH_3ONa} $$ஹைட்ரஜன் ஒரு ஒடுக்கும் முகவராகச் செயல்படுகிறது. நன்றாகப் பிரிக்கப்பட்ட நிக்கல் முன்னிலையில், இது நிறைவுறாக் கரிமச் சேர்மங்களுடன் சேர்ந்து நிறைவுற்ற சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.
$$ \mathrm{HC \equiv CH} \xrightarrow{Ni/H_2} \mathrm{H_2C=CH_2} \xrightarrow{Ni/H_2} \mathrm{H_3C-CH_3} $$4.3.3 டியூட்டீரியத்தின் வேதியியல் பண்புகள்
ஹைட்ரஜனைப் போலவே, டியூட்டீரியமும் ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து கன நீர் எனப்படும் டியூட்டீரியம் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. இது ஆலசனுடனும் வினைபுரிந்து தொடர்புடைய ஆலைடுகளைக் கொடுக்கிறது.
$$ 2\mathrm{D_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{D_2O} $$$$ \mathrm{D_2} + \mathrm{X_2} \rightarrow 2\mathrm{DX} \quad (\mathrm{X = F, Cl, Br \& I}) $$டியூட்டீரியம் பரிமாற்ற வினைகள்:
டியூட்டீரியம் சேர்மங்களில் உள்ள ஹைட்ரஜனை வினை நிலைமைகளைப் பொறுத்து பகுதியாகவோ அல்லது முழுமையாகவோ மீளக்கூடிய வகையில் மாற்றலாம். இந்த வினைகள் டியூட்டீரியம் அல்லது கன நீர் முன்னிலையில் நிகழ்கின்றன.
$$ \mathrm{CH_4} + 2\mathrm{D_2} \rightarrow \mathrm{CD_4} + 2\mathrm{H_2} $$$$ 2\mathrm{NH_3} + 3\mathrm{D_2} \rightarrow 2\mathrm{ND_3} + 3\mathrm{H_2} $$4.3.4 டிரிடியத்தின் பண்புகள்
இது 12.3 ஆண்டுகள் அரை-வாழ்க்கைக் காலத்துடன் கூடிய \( \beta \)-உமிழ்ப்பியாகும்.
$$ {}_1^3\mathrm{T} \rightarrow {}_2^3\mathrm{He} + {}_{-1}^0e $$4.4 ஹைட்ரஜனின் பயன்கள்
- தொழில்துறையில் உற்பத்தி செய்யப்படும் 90% க்கும் அதிகமான ஹைட்ரஜன் செயற்கைப் பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அத்தகைய ஒரு செயல்முறை ஹேபர் செயல்முறையாகும், இது பெரிய அளவில் அம்மோனியாவை தொகுப்புக்குப் பயன்படுகிறது. அம்மோனியா நைட்ரிக் அமிலம், உரங்கள் மற்றும் வெடிபொருட்கள் போன்ற இரசாயனங்கள் தயாரிப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- இது செம்பை வினையூக்கியாகப் பயன்படுத்தி கார்பன் மோனாக்சைடில் இருந்து தொழில்துறை கரைப்பானான மெத்தனாலைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம்.
நிறைவுறாக் கொழுப்பு எண்ணெய்களை \( \mathrm{Pt / H_2} \) உடனான ஒடுக்க வினை மூலம் வனஸ்பதி (மார்கரின்) என்று அழைக்கப்படும் நிறைவுற்ற கொழுப்புகளாக மாற்றலாம்.
உலோகவியலில், ஹைட்ரஜன் உயர் வெப்பநிலைகளில் பல உலோக ஆக்சைடுகளை உலோகங்களாக ஒடுக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம்.
அணு ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சி-ஹைட்ரஜன் டார்ச்கள் வெட்டுவதற்கும் பற்றவைப்பதற்கும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
திரவ ஹைட்ரஜன் ராக்கெட் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
ஹைட்ரஜன் மின் ஆற்றலை உருவாக்குவதற்கான எரிபொருள் மின்கலங்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. உலோகங்களில் ஹைட்ரஜனின் மீளக்கூடிய உறிஞ்சுதல் ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய உலோக ஹைட்ரைடு மின்கலத்திற்கும் கவர்ச்சிகரமானதாகும்.
4.5 ஹைட்ரஜனின் சேர்மங்கள்
4.5.1 நீர்
நீர் ஹைட்ரஜனின் மிகுதியான சேர்மங்களில் ஒன்றாகும், மேலும் நமது பூமியின் மேற்பரப்பில் தோராயமாக 70% கடல் உள்ளது, இது நீரின் முக்கிய ஆதாரமாகும். இருப்பினும், கடல் நீரில் பல கரைந்த உப்புகள் உள்ளன, எனவே இதை நேரடியாகப் பயன்படுத்த முடியாது. நீர் அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் அவசியம், மேலும் நமது உடலில் சுமார் 65% நீர் உள்ளது.
நீர் விண்மீன்களுக்கு இடையேயான மேகங்கள் மற்றும் சூரிய குடும்பத்தின் பனிக்கட்டி செயற்கைக்கோள்களில் உள்ளது. குறிப்பாக, விண்வெளியில் நீரின் ஆர்த்தோ- டு- பாரா விகிதம் (OPR) சமீபத்தில் கவனத்தைப் பெற்றுள்ளது. ஹைட்ரஜனைப் போலவே, நீரையும் ஆர்த்தோ- \( \mathrm{H_2O} \) என, இதில் ஹைட்ரஜன் அணுக்களின் அணுக்கருக்களின் சுழற்சி திசைகள் இணையாக இருக்கும், மற்றும் பாரா- \( \mathrm{H_2O} \) என, இதில் திசைகள் எதிரிணையாக இருக்கும் என வகைப்படுத்தலாம். பூமியில் \( \mathrm{H_2} \) (300 K) இன் OPR 3:1 ஆக இருக்க வேண்டும். விண்மீன்களுக்கு இடையேயான மேகங்கள் மற்றும் வால்மீன்களில் \( \mathrm{H_2O} \) (50 K) இன் OPR 2.5:1 ஆக இருக்க வேண்டும்.
4.5.2 இயற்பியல் பண்புகள்
நீர் ஒரு நிறமற்ற மற்றும் ஆவியாகும் திரவமாகும். குறுக்கப்பட்ட நிலைகளில் நீரின் விசித்திரமான பண்புகள் நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு இருப்பதால் ஏற்படுகிறது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு நீரின் உயர் உருகுநிலை மற்றும் கொதிநிலைகளுக்குக் காரணமாகும். நீரின் சில இயற்பியல் அளவுருக்கள் அட்டவணை 4.2 இல் பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன.
அட்டவணை 4.2 நீர், கன நீர் மற்றும் மீக்கன நீரின் பண்புகள்
| பண்பு | \( \mathrm{H_2O} \) | \( \mathrm{D_2O} \) | \( \mathrm{T_2O} \) |
|---|---|---|---|
| மூலக்கூறு எடை | 18.015 | 20.0276 | 22.031 |
| உருகுநிலை (K) | 273.0 | 276.8 | 277.5 |
| கொதிநிலை (K) | 373.0 | 374.4 | 374.5 |
| அதிகபட்ச அடர்த்தியின் வெப்பநிலை (K) | 277.0 | 284.2 | 286.4 |
| அதிகபட்ச அடர்த்தி (g/cm³) | 1.000 | 1.106 | 1.215 |
| அடர்த்தி (g/cm³) | 0.997 | 1.104 | 1.214 |
| ஆவி அழுத்தம் (mm Hg) | 23.75 | 20.51 | 19.80 |
| பாகுத்தன்மை (cP) | 0.890 | 1.107 | — |
| மின் மாறிலி | 78.39 | 78.06 | — |
| உருவாக்கத்தின் என்தால்பி (kJ/mol) | -285.9 | -294.6 | — |
| ஆவியாதலின் என்தால்பி (kJ/mol) | 40.66 | 41.61 | — |
குறிப்பிடப்படாவிட்டால், எல்லாத் தரவுகளும் 298 K இல் உள்ளன.
4.5.3 வேதியியல் பண்புகள்
நீர் உலோகங்கள், அலோகங்கள் மற்றும் பிற சேர்மங்களுடன் வெவ்வேறு விதமாக வினைபுரிகிறது. மிகவும் வினைத்திறன் கொண்ட உலோகங்கள் கார உலோகங்களாகும். அவை குளிர்ந்த நீரைக் கூட ஹைட்ரஜனை வெளியிடும் வகையில் பகுளித்து, ஒரு காரக் கரைசலை விட்டுச் செல்கின்றன.
$$ 2\mathrm{Na} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2} $$குழு 2 உலோகங்கள் (பெரிலியத்தைத் தவிர) இதேபோல் ஆனால் குறைந்த வன்மையுடன் வினைபுரிகின்றன. ஹைட்ராக்சைடுகள் குழு 1 ஐ விட குறைவாகக் கரையக்கூடியவை.
$$ \mathrm{Ba} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Ba(OH)_2} + \mathrm{H_2} $$சில தாண்டல் உலோகங்கள் சுடு நீர் அல்லது நீராவியுடன் வினைபுரிந்து தொடர்புடைய ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, சிவப்பு-சூடான இரும்பின் மீது செலுத்தப்படும் நீராவி இரும்பு ஆக்சைடு உருவாக்கத்துடன் ஹைட்ரஜனை வெளியிடுகிறது.
$$ 3\mathrm{Fe} + 4\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Fe_3O_4} + 4\mathrm{H_2} $$ஈயம் மற்றும் செம்பு வெண்சூடான நிலையில் மட்டுமே நீரைப் பகுளிக்கும். வெள்ளி, தங்கம், பாதரசம் மற்றும் பிளாட்டினம் நீரில் எந்த விளைவையும் ஏற்படுத்துவதில்லை. தனிம வடிவத்தில், கார்பன், கந்தகம் மற்றும் பாஸ்பரஸ் போன்ற அலோகங்கள் பொதுவாக நீருடன் வினைபுரிவதில்லை. இருப்பினும், முன்பு பார்த்தது போல, கார்பன் சிவப்பு (அல்லது வெள்ளை) சூடாக இருக்கும்போது நீராவியுடன் வினைபுரிந்து நீர் வளிமத்தைக் கொடுக்கும்.
மறுபுறம், ஆலசன்கள் நீருடன் வினைபுரிந்து ஒரு அமிலக் கரைசலைக் கொடுக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, குளோரின் ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலம் மற்றும் ஹைப்போகுளோரஸ் அமிலத்தை உருவாக்குகிறது. இது குளோரின் நீரின் பாக்டீரியா எதிர்ப்புச் செயலுக்கும், ப்ளீச்சாகப் பயன்படுத்துவதற்கும் காரணமாகும்.
$$ \mathrm{Cl_2 + H_2O \rightarrow HCl + HOCl} $$புளோரின் நீரிலிருந்து ஆக்சிஜனை விடுவிக்க வித்தியாசமாக வினைபுரிகிறது.
$$ 2\mathrm{F_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{HF} + \mathrm{O_2} $$இதேபோல், அலோகங்களின் சேர்மங்கள் நீருடன் வினைபுரிந்து அமில அல்லது காரக் கரைசல்களைக் கொடுக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, கார்பனேட்டுகளின் கரைசல்கள் சற்று காரத்தன்மை கொண்டவை.
$$ \mathrm{CO_3^{2-} + H_2O \rightarrow HCO_3^- + OH^-} $$நீர் ஒரு ஈரியல்பு ஆக்சைடாகும். இது புரோட்டான்களை ஏற்றுக்கொள்ளும் மற்றும் நன்கொடையளிக்கும் திறனைக் கொண்டுள்ளது, எனவே இது அமிலமாக அல்லது காரமாகச் செயல்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, HCl உடனான வினையில் இது புரோட்டானை ஏற்றுக்கொள்கிறது, அதேசமயம் வலுவற்ற காரமான அம்மோனியாவுடனான வினையில் இது புரோட்டானை நன்கொடையளிக்கிறது.
$$ \mathrm{NH_3 + H_2O \rightarrow NH_4^+ + OH^-} $$$$ \mathrm{HCl + H_2O \rightarrow H_3O^+ + Cl^-} $$நீர் அயனிச் சேர்மங்களைக் கரைக்கிறது. கூடுதலாக, இது சில சகச் சேர்மங்களை நீராற்பகுப்பும் செய்கிறது.
$$ \mathrm{SiCl_4 + 2H_2O \rightarrow SiO_2 + 4HCl} $$$$ \mathrm{P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4} $$நீர்வாழ் கரைசல்களில் இருந்து பல உப்புகள் படிகமாக்கப்படும்போது நீரேற்றப்பட்ட படிகங்களை உருவாக்குகின்றன. நீரேற்றப்பட்ட உப்புகளில் உள்ள நீர் ஒருங்கிணைப்புப் பிணைப்பை உருவாக்கலாம் அல்லது படிகங்களின் இடைவெளி நிலைகளில் மட்டுமே உள்ளது.
எடுத்துக்காட்டுகள்:
- \( [\mathrm{Cr(H_2O)_6]Cl_3} \) - அனைத்து ஆறு நீர் மூலக்கூறுகளும் ஒருங்கிணைப்புப் பிணைப்பை உருவாக்குகின்றன
- \( \mathrm{BaCl_2 \cdot 2H_2O} \) - இரண்டு நீர் மூலக்கூறுகளும் இடைவெளி நிலைகளில் உள்ளன
- \( \mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O} \) - இந்த சேர்மத்தில் நான்கு நீர் மூலக்கூறுகள் ஒருங்கிணைப்புப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன, அதேசமயம் ஐந்தாவது நீர் மூலக்கூறு, ஒருங்கிணைப்புக்கு வெளியே உள்ளது, மற்றொரு மூலக்கூறுடன் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பை உருவாக்கலாம். \( [\mathrm{Cu(H_2O)_4]SO_4 \cdot H_2O} \)
4.5.4 கடின நீர் மற்றும் மென்மையான நீர்
கடின நீரில் அதிக அளவு கனிம அயனிகள் உள்ளன. கடின நீரில் காணப்படும் மிகவும் பொதுவான அயனிகள் கரையக்கூடிய உலோக நேர்மின் அயனிகளான மெக்னீசியம் மற்றும் கால்சியம் ஆகும், இருப்பினும் இரும்பு, அலுமினியம் மற்றும் மாங்கனீஸ் ஆகியவை சில பகுதிகளில் காணப்படலாம். இந்த உலோக உப்புகள் பைகார்பனேட், குளோரைடு அல்லது சல்பேட் வடிவில் நீரில் இருப்பது கடினத்தன்மையை ஏற்படுத்துகிறது.
கடின நீர் சோப்புடன் குறைந்த நுரையை ஏன் உற்பத்தி செய்கிறது?
கடின நீரில் பயன்படுத்தப்படும் போது சோப்பின் சுத்தப்படுத்தும் திறன் குறைகிறது. சோப்புகள் நீண்ட சங்கிலி கொழுப்பு அமிலங்களின் (எ.கா., தேங்காய் எண்ணெய்) சோடியம் அல்லது பொட்டாசியம் உப்புகளாகும். கடின நீரில் சோப்பு சேர்க்கப்படும்போது, கடின நீரில் உள்ள இரு இணைதிறன் மெக்னீசியம் மற்றும் கால்சியம் அயனிகள் சோப்புடன் வினைபுரிகின்றன. சோப்புகளில் உள்ள சோடியம் உப்புகள் அவற்றின் தொடர்புடைய மெக்னீசியம் மற்றும் கால்சியம் உப்புகளாக மாற்றப்படுகின்றன, அவை நுரைக்கும் பொருளாக/வீழ்படிவாக வீழ்படிகின்றன.
$$ \mathrm{M^{2+} + 2RCOONa \rightarrow (RCOO)_2M + 2Na^+} $$இதில் \( \mathrm{M = Ca \ or \ Mg} \) மற்றும் \( \mathrm{R = C_{17}H_{35}} \)
4.6 கன நீர்
கன நீர் \( \mathrm{D_2O} \) கன ஹைட்ரஜனின் ஆக்சைடாகும். கன நீரின் ஒரு பகுதி சாதாரண நீரின் 5000 பகுதிகளில் உள்ளது. இது முக்கியமாக நீரின் மின்னாற்பகுப்பின் விளைபொருளாகப் பெறப்படுகிறது, ஏனெனில் \( \mathrm{D_2O} \) \( \mathrm{H_2O} \) போல எளிதில் மின்னாற்பகுப்புக்கு உட்படுவதில்லை.
\( \mathrm{D_2O} \) ஒரு நிறமற்ற, மணமற்ற மற்றும் சுவையற்ற திரவமாகும். இருப்பினும், அட்டவணை 4.2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி நீர் மற்றும் கன நீரின் இயற்பியல் பண்புகளுக்கு இடையே ஒரு குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடு உள்ளது.
4.6.1 கன நீரின் வேதியியல் பண்புகள்
ஹைட்ரஜனைக் கொண்ட சேர்மங்கள் \( \mathrm{D_2O} \) உடன் சிகிச்சையளிக்கப்படும்போது, ஹைட்ரஜன் டியூட்டீரியத்திற்கு ஒரு பரிமாற்றத்திற்கு உட்படுகிறது.
$$ 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{D_2O} \rightarrow 2\mathrm{NaOD} + \mathrm{HDO} $$$$ \mathrm{HCl} + \mathrm{D_2O} \rightarrow \mathrm{DCl} + \mathrm{HDO} $$$$ \mathrm{NH_4Cl} + 4\mathrm{D_2O} \rightarrow \mathrm{ND_4Cl} + 4\mathrm{HOD} $$இந்த பரிமாற்ற வினைகள் கொடுக்கப்பட்ட சேர்மத்தில் உள்ள அயனி ஹைட்ரஜன்களின் எண்ணிக்கையை தீர்மானிப்பதில் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.
எடுத்துக்காட்டாக, \( \mathrm{D_2O} \) ஹைப்போபாஸ்பரஸ் அமிலத்துடன் சிகிச்சையளிக்கப்படும்போது ஒரு ஹைட்ரஜன் அணு மட்டுமே டியூட்டீரியத்துடன் பரிமாற்றம் செய்யப்படுகிறது. இது ஒரு ஒற்றை அமிலம் என்பதைக் குறிக்கிறது.
$$ \mathrm{H_3PO_2 + D_2O \rightarrow H_2DPO_2 + HDO} $$இது சில டியூட்டீரியம் சேர்மங்களைத் தயாரிக்கவும் பயன்படுகிறது:
$$ \mathrm{Al_4C_3 + 12D_2O \rightarrow 4Al(OD)_3 + 3CD_4} $$$$ \mathrm{CaC_2 + 2D_2O \rightarrow Ca(OD)_2 + C_2D_2} $$$$ \mathrm{Mg_3N_2 + 6D_2O \rightarrow 3Mg(OD)_2 + 2ND_3} $$$$ \mathrm{Ca_3P_2 + 6D_2O \rightarrow 3Ca(OD)_2 + 2PD_3} $$4.6.2 கன நீரின் பயன்கள்
- கன நீர் அணு உலைகளில் மதிப்பீடாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் இது வேகமான நியூட்ரான்களின் ஆற்றல்களைக் குறைக்கும்.
- கரிம வினை வழிமுறைகள் மற்றும் வளர்சிதை மாற்ற வினைகளின் வழிமுறையைப் படிக்க இது பொதுவாக ஒரு சுவடுபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- அணு உலைகளில் உருவாகும் வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதால் இது ஒரு குளிரூட்டியாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
4.7 ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு \( \mathrm{H_2O_2} \) மிக முக்கியமான பெராக்சைடுகளில் ஒன்றாகும். உலோக பெராக்சைடை நீர்த்த அமிலத்துடன் சேர்த்து சிகிச்சையளிப்பதன் மூலம் இதைத் தயாரிக்கலாம்.
$$ \mathrm{BaO_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 + H_2O_2} $$$$ \mathrm{Na_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O_2} $$தொழில்துறை அளவில், ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு இப்போது 2-ஆல்கைல் ஆந்த்ராக்வினோலின் தன்னாக்சிஜேற்றத்தால் மட்டுமே தயாரிக்கப்படுகிறது.
4.7.1 இயற்பியல் பண்புகள்
தூய ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு கிட்டத்தட்ட ஒரு நிறமற்ற திரவம் (வெளிர் நீலம்), நீரை விட குறைந்த ஆவியாகும் மற்றும் அதிக பாகுநிலை கொண்டது.
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் 30% கரைசல் ‘100-கனஅளவு’ ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு என விற்பனை செய்யப்படுகிறது, இது STP இல், 1 மில்லி இந்த கரைசலை சூடாக்கும்போது 100 மில்லி ஆக்சிஜன் விடுவிக்கப்படுகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது.
4.7.2 வேதியியல் பண்புகள்
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு மிகவும் நிலையற்றது மற்றும் நீர்வாழ் கரைசல் தன்னிச்சையாக சமவிகிதத்தில் ஆக்சிஜன் மற்றும் நீரைக் கொடுக்கும். இருப்பினும், வினை மெதுவாக உள்ளது, ஆனால் உலோகத்தால் ஊக்குவிக்கப்படும்போது வெடிக்கும். இது கண்ணாடி கொள்கலனில் சேமிக்கப்பட்டால், அது கண்ணாடியிலிருந்து கார உலோகங்களைக் கரைக்கிறது, இது சமவிகித வினையை ஊக்குவிக்கிறது. இந்த காரணத்திற்காக, \( \mathrm{H_2O_2} \) கரைசல்கள் பிளாஸ்டிக் பாட்டில்களில் சேமிக்கப்படுகின்றன.
$$ \mathrm{H_2O_2 \rightarrow H_2O + \frac{1}{2}O_2} $$ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு ஒரு ஆக்சிஜேற்றும் முகவராகவும் ஒரு ஒடுக்கும் முகவராகவும் செயல்படலாம். ஆக்சிஜேற்றம் பொதுவாக அமில ஊடகத்தில் செய்யப்படுகிறது, அதேசமயம் ஒடுக்க வினைகள் கார ஊடகத்தில் செய்யப்படுகின்றன.
அமில நிலைமைகளில்:
$$ \mathrm{H_2O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow 2H_2O} \quad (\mathrm{E}^0 = +1.77 \ \mathrm{V}) $$எடுத்துக்காட்டாக:
$$ 2\mathrm{FeSO_4} + \mathrm{H_2SO_4} + \mathrm{H_2O_2} \rightarrow \mathrm{Fe_2(SO_4)_3} + 2\mathrm{H_2O} $$கார நிலைமைகளில்:
$$ \mathrm{HO_2^- + OH^- \rightarrow O_2 + H_2O + 2e^-} \quad (\mathrm{E}^0 = +0.08 \ \mathrm{V}) $$எடுத்துக்காட்டாக:
$$ 2\mathrm{KMnO_4(aq)} + 3\mathrm{H_2O_2(aq)} \rightarrow 2\mathrm{MnO_2} + 2\mathrm{KOH} + 2\mathrm{H_2O} + 3\mathrm{O_2(g)} $$4.7.3 ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் பயன்கள்
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் ஆக்சிஜேற்றும் திறன் மற்றும் அதன் விளைபொருள்களின் பாதிப்பில்லாத தன்மை, அதாவது நீர் மற்றும் ஆக்சிஜன், அதன் பல பயன்பாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது. இது மாசுபடுத்திகளை ஆக்சிஜேற்ற நீர் சுத்திகரிப்பிலும், ஒரு மென்மையான கிருமி நாசினியாகவும், ஜவுளி, காகிதம் மற்றும் முடி பராமரிப்புத் தொழிலில் ப்ளீச்சாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு பழைய ஓவியங்களின் வெள்ளை நிறத்தை மீட்டெடுக்கப் பயன்படுகிறது, இது வெள்ளை நிறமி \( \mathrm{Pb_3(OH)_2(CO_3)_2} \) உடன் காற்றில் உள்ள ஹைட்ரஜன் சல்பைட்டின் வினையால் கருப்பு நிற ஈய சல்பைடு உருவாவதால் இழக்கப்பட்டது. ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு கருப்பு நிற ஈய சல்பைடை வெள்ளை நிற ஈய சல்பேட்டாக ஆக்சிஜேற்றுகிறது, இதன் மூலம் நிறத்தை மீட்டெடுக்கிறது.
$$ \mathrm{PbS} + 4\mathrm{H_2O_2} \rightarrow \mathrm{PbSO_4} + 4\mathrm{H_2O} $$4.7.4 ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் கட்டமைப்பு
வளிம நிலை மற்றும் திட நிலை இரண்டிலும், மூலக்கூறு OH பிணைப்புகளின் விரட்டும் இடைவினை மற்றும் ஒவ்வொரு ஆக்சிஜன் அணுவிலும் உள்ள தனி எலக்ட்ரான் இணைகள் காரணமாக ஒரு சாய்வான இணைப்பை ஏற்றுக்கொள்கிறது. உண்மையில், ஒற்றைப் பிணைப்பைச் சுற்றி தடுக்கப்பட்ட சுழற்சியைக் காட்டும் மிகச்சிறிய மூலக்கூறு இதுவாகும்.
\( \mathrm{H_2O_2} \) ஒரு தளமற்ற கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. வளிம நிலை மற்றும் திட நிலையில் உள்ள மூலக்கூறுப் பரிமாணங்கள் படம் 4.5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி வேறுபடுகின்றன. கட்டமைப்பு ரீதியாக, \( \mathrm{H_2O_2} \) டைஹைட்ராக்சில் வாய்பாட்டால் குறிப்பிடப்படுகிறது, இதில் இரண்டு OH குழுக்களும் ஒரே தளத்தில் இருப்பதில்லை. ஹைட்ரஜன் பெராக்சைட்டின் வடிவத்தை விளக்கும் ஒரு வழி, ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் பகுதியாகத் திறந்த ஒரு புத்தகத்தின் பக்கங்களில் இருக்கும், மற்றும் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் முதுகெலும்பில் இருக்கும் என்பதாகும். மூலக்கூறின் திட நிலையில், ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு காரணமாக இருமுகக் கோணம் \( 90.2^\circ \) ஆகக் குறைகிறது மற்றும் O-O-H கோணம் \( 94.8^\circ \) இலிருந்து \( 101.9^\circ \) ஆக விரிவடைகிறது.
4.8 ஹைட்ரைடுகள்
ஹைட்ரஜன் உலோகங்கள் மற்றும் அலோகங்கள் உட்பட பல மின்னேற்றத் தனிமங்களுடன் இரும ஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகிறது. இது இரண்டு உலோகங்களுடன் மூன்றிணை ஹைட்ரைடுகளையும் உருவாக்குகிறது. எ.கா., \( \mathrm{LiBH_4} \) மற்றும் \( \mathrm{LiAlH_4} \). ஹைட்ரைடுகள் பிணைப்பின் தன்மைக்கு ஏற்ப அயனி, சக மற்றும் உலோக ஹைட்ரைடுகள் என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. ஹைட்ரஜனை விட குறைந்த மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட தனிமங்களுடன் உருவாகும் ஹைட்ரைடுகள் பெரும்பாலும் அயனி வகையாகும், அதேசமயம் ஹைட்ரஜனை விட அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட தனிமங்களுடன் உருவாகும் ஹைட்ரைடுகள் சக ஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகின்றன.
அயனி (உப்புப் போன்ற) ஹைட்ரைடுகள்: இவை ஒரு மின்னேற்ற உலோகத்தால், பொதுவாக ஒரு கார அல்லது கார மண் உலோகத்தால், பெரிலியம் மற்றும் மெக்னீசியத்தைத் தவிர, உலோகத்திலிருந்து ஹைட்ரஜன் அணுக்களுக்கு எலக்ட்ரான்களை மாற்றுவதன் மூலம் உருவாக்கப்பட்ட ஹைட்ரைடுகள் ஆகும். அவை சுமார் \( 400^\circ \) C இல் தனிமங்களின் வினையால் தயாரிக்கப்படலாம். இவை உப்புப் போன்ற, உயர்-உருகும், வெள்ளை படிகத் திடப்பொருள்களாகும், அவை ஹைட்ரைடு அயனிகள் \( \mathrm{H^-} \) மற்றும் உலோக நேர்மின் அயனிகள் \( \mathrm{M^{n+}} \) ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன.
$$ 2\mathrm{Li} + \mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{LiH} $$சக (மூலக்கூறு) ஹைட்ரைடுகள்: ஹைட்ரஜன் எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்வதன் மூலம் மற்றொரு தனிமத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள சேர்மங்கள் இவையாகும். அலோகங்களின் சக ஹைட்ரைடுகளுக்கு மிகவும் பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகள் மீத்தேன், அம்மோனியா, நீர் மற்றும் ஹைட்ரஜன் குளோரைடு ஆகும். சக ஹைட்ரைடுகள் மேலும் மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன, அதாவது, துல்லியமான எலக்ட்ரான் \( \mathrm{CH_4, C_2H_6, SiH_4, GeH_4} \), எலக்ட்ரான்-குறைபாடுள்ள \( \mathrm{B_2H_6} \) மற்றும் எலக்ட்ரான்-நிறைந்த ஹைட்ரைடுகள் \( \mathrm{NH_3, H_2O} \). பெரும்பாலான சக ஹைட்ரைடுகள் தனித்த, சிறிய மூலக்கூறுகளைக் கொண்டிருப்பதால், அவை ஒப்பீட்டளவில் பலவீனமான மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான விசைகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை பொதுவாக வாயுக்கள் அல்லது ஆவியாகும் திரவங்களாகும்.
உலோக (இடைவெளி) ஹைட்ரைடுகள்: உலோக ஹைட்ரைடுகள் பொதுவாக உலோகங்கள் மற்றும் உலோகக் கலவைகளின் ஹைட்ரஜனேற்றத்தால் பெறப்படுகின்றன, இதில் ஹைட்ரஜன் இடைவெளி தளங்களை (வெற்றிடங்களை) ஆக்கிரமிக்கிறது. எனவே, அவை இடைவெளி ஹைட்ரைடுகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன; ஹைட்ரைடுகள் பெற்றோர் உலோகங்களைப் போன்ற பண்புகளைக் காட்டுகின்றன, எனவே அவை உலோக ஹைட்ரைடுகள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. பெரும்பாலான ஹைட்ரைடுகள் மாறுபட்ட கலவையுடன் கூடிய ஸ்டோக்கியோமெட்ரிக் அல்லாதவை \( \mathrm{TiH_{1.5-1.8}} \) மற்றும் \( \mathrm{PdH_{0.6-0.8}} \), சில ஒப்பீட்டளவில் இலகுவான, மலிவான மற்றும் வெப்ப நிலையற்றவை, அவை ஹைட்ரஜன் சேமிப்பு பயன்பாடுகளுக்குப் பயனுள்ளதாக இருக்கும். மின்னேற்ற உலோகங்கள் மற்றும் சில பிற உலோகங்கள் \( \mathrm{MH} \) அல்லது சில நேரங்களில் \( \mathrm{MH_2} \) ( \( \mathrm{M = Ti, Zr, Hf, V, Zn} \) ) என்ற ஸ்டோக்கியோமெட்ரியுடன் ஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகின்றன.
4.9 ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு
ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு என்பது வேதியியல் மற்றும் உயிரியல் அறிவியலில் நிகழும் மிக முக்கியமான இயற்கை நிகழ்வுகளில் ஒன்றாகும். இந்த இடைவினைகள் புரதங்கள் மற்றும் DNA இன் கட்டமைப்பில் முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. ஒரு ஹைட்ரஜன் அணு (H) புளோரின் (F) அல்லது ஆக்சிஜன் (O) அல்லது நைட்ரஜன் (N) போன்ற அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணுவுடன் சகப்பிணைப்பால் பிணைக்கப்படும்போது, பிணைப்பு முனைவாக்கப்படுகிறது. இந்த விளைவின் காரணமாக, முனைவாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜன் அணு, அருகில் உள்ள மற்றொரு மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணுவுடன் ஒரு பலவீனமான நிலைமின் இடைவினையை உருவாக்க முடிகிறது. இந்த இடைவினை ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு \( (20–50 \ \mathrm{kJ \ mol^{-1}}) \) என அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் புள்ளியிடப்பட்ட கோடுகளால் (…) குறிக்கப்படுகிறது.
இது சக பிணைப்பை விட (\( > 100 \ \mathrm{kJ \ mol^{-1}} \)) பலவீனமானது, ஆனால் வான் டெர் வால்ஸ் இடைவினையை விட (\( < 20 \ \mathrm{kJ \ mol^{-1}} \)) வலிமையானது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு ஆவி அழுத்தம் \( \mathrm{H_2O} \) மற்றும் \( \mathrm{H_2S} \), கொதிநிலை, திரவங்களின் கலவையுறுதிறன் \( \mathrm{H_2O} \) மற்றும் \( \mathrm{C_2H_5OH} \), பரப்பு இழுவிசை, அடர்த்திகள், பாகுத்தன்மை, ஆவியாதல் மற்றும் உருகுதலின் வெப்பம் போன்ற பல்வேறு இயற்பியல் பண்புகளில் ஆழமான விளைவைக் கொண்டுள்ளது. ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் ஒரு மூலக்கூறுக்குள் (உள் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு) மற்றும் ஒரே வகை அல்லது வெவ்வேறு வகையின் இரண்டு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் (மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு) ஏற்படலாம்.
உள் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு
உள் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் ஒரு ஒற்றை மூலக்கூறுக்குள் நிகழ்பவை ஆகும்.
மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு
மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் இரண்டு தனித்தனி மூலக்கூறுகளுக்கு இடையில் நிகழ்கின்றன. அவை ஹைட்ரஜன் நன்கொடையாளர்கள் மற்றும் ஏற்றுக்கொள்ளிகள் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு இடைவினைகளை செயல்படுத்தும் நிலைகளில் இருக்கும் வரை, எத்தனை ஒத்த அல்லது ஒத்திராத மூலக்கூறுகளுக்கும் இடையில் ஏற்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் அம்மோனியா மூலக்கூறுகளுக்குள் அல்லது நீர் மூலக்கூறுகளுக்குள் அல்லது அம்மோனியா மற்றும் நீருக்கு இடையில் ஏற்படலாம்.
நீர் மூலக்கூறுகள் ஒன்றுடன் ஒன்று வலுவான ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, ஒவ்வொரு நீர் மூலக்கூறும் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் மூலம் நான்கு மற்றவற்றுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. குறுகிய தூரங்கள் (100 pm) சக பிணைப்புகளுக்கும் (திடக் கோடுகள்), மற்றும் நீண்ட தூரங்கள் (180 pm) ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளுக்கும் (புள்ளியிடப்பட்ட கோடுகள்) ஒத்திருக்கும்.
பனியில், ஒவ்வொரு அணுவும் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் மூலம் நான்கு நீர் மூலக்கூறுகளால் நான்முகியாகச் சூழப்பட்டுள்ளது. அதாவது, ஒவ்வொரு நீர் மூலக்கூறிலும் உள்ள இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் மற்றும் இரண்டு தனி எலக்ட்ரான் இணைகள் இருப்பது ஒரு முப்பரிமாண கட்டமைப்பை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது. இந்த ஏற்பாடு ஒரு திறந்த கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது, இது \( 0^\circ \mathrm{C} \) இல் நீருடன் ஒப்பிடும்போது பனியின் குறைந்த அடர்த்திக்குக் காரணமாகும். திரவ நீரில், பனியில் நீண்ட தூரத்தில் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு ஏற்படுவதைப் போலல்லாமல், வலுவான ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு குறுகிய தூரத்தில் மட்டுமே நிலவுகிறது, எனவே அதிக அடர்த்தியான அமைப்பு.
ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு எளிய மூலக்கூறுகளில் மட்டுமல்ல, புரதங்கள் போன்ற சிக்கலான உயிர் மூலக்கூறுகளிலும் நிகழ்கிறது, மேலும் அவை உயிரியல் செயல்முறைகளுக்கு முக்கியமானவை. எடுத்துக்காட்டாக, டிஆக்ஸிரைபோ நியூக்ளிக் அமிலத்தின் (DNA) கட்டமைப்பில் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன, ஏனெனில் அவை இரண்டு சுழல் நியூக்ளிக் அமிலச் சங்கிலிகளை (இழைகளை) ஒன்றாக இணைத்துப் பிடிக்கின்றன.
ஹைட்ரஜன் கண்டுபிடிப்புகளின் காலக்கோடு
| ஆண்டு | கண்டுபிடிப்பு |
|---|---|
| 1670 | ராபர்ட் பாயில் உலோகங்களை அமிலத்துடன் வினைப்படுத்துவதன் மூலம் தீப்பற்றக்கூடிய வாயுவை உற்பத்தி செய்தார். |
| 1700 | நிக்கோலஸ் லெமரி கந்தக அமிலம்/இரும்பு வினையில் உற்பத்தி செய்யப்படும் வாயு காற்றில் வெடிக்கும் தன்மை கொண்டது என்பதைக் காட்டினார். |
| 1766 | ஹென்றி கேவென்டிஷ் துத்தநாக உலோகத்தை ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்துடன் வினைப்படுத்தி ஒரு வாயுவைத் தனிமைப்படுத்துவதன் மூலம் ஹைட்ரஜனைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1780 | ஃபெலிஸ் ஃபோன்டானா நீர்-வளிம மாற்று வினையைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1783 | ஆண்டோயின் லவாசியே ஹைட்ரஜன் (கிரேக்கம் - நீர் உருவாக்குபவர்) என்ற தனிமத்திற்குப் பெயரிட்டார். |
| 1800 | வில்லியம் நிக்கல்சன் மற்றும் ஆண்டனி கார்லைல் மின்னாற்பகுப்பால் நீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜனாகப் பகுளித்தனர். |
| 1801 | ஹம்ப்ரி டேவி எரிபொருள் மின்கலத்தின் கருத்துருவைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1806 | ஃபிரான்சுவா I. டி ரிவாஸ் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜனின் கலவையால் இயக்கப்படும் முதல் உள் எரிப்பு இயந்திரத்தை உருவாக்கினார். |
| 1811 | ஹம்ப்ரி டேவி வளிம ஹைட்ரேட்டுகளைக் \( \mathrm{Cl_2 \cdot 7H_2O} \) கண்டுபிடித்தார். |
| 1818 | J.L. தெனார்ட் \( \mathrm{BaO_2} \) இலிருந்து ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை அடையாளம் கண்டு தயாரித்தார். |
| 1834 | மைக்கேல் ஃபாரடே மின்னாற்பகுப்பின் ஃபாரடே விதிகளை வெளியிட்டார். |
| 1866 | T. கிரஹாம் பல்லேடியத்தில் ஹைட்ரஜனின் கரைதிறன்/உறிஞ்சுதலைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1897 | பால் சபாடியே சபாடியே வினையின் கண்டுபிடிப்புடன் ஹைட்ரஜனேற்றத்தின் பயன்பாட்டை எளிதாக்கினார். |
| 1898 | ஜேம்ஸ் டூவர் ஹைட்ரஜனை திரவமாக்கினார். |
| 1909 | S.P.L. சோரன்சன் ஹைட்ரஜன் அயனிச் செறிவுக்கான pH அளவீட்டை அறிமுகப்படுத்தினார். |
| 1910 | ஃபிரிட்ஸ் ஹேபர் ஹேபர் செயல்முறைக்கு காப்புரிமை பெற்றார். |
| 1913 | நீல்ஸ் போர் ஹைட்ரஜனின் நிறமாலைக்கான ரைட்பெர்க் வாய்பாட்டை, ஹைட்ரஜனில் எலக்ட்ரானின் மரபுவழி சுற்றுப்பாதைகளில் ஒரு குவையாக்கல் நிபந்தனையைப் பிரயோகிப்பதன் மூலம் விளக்கினார். |
| 1924 | R. மெக் ஆர்த்தோ- மற்றும் பாரா-ஹைட்ரஜனைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1931 | ஹரோல்ட் C. யூரி டியூட்டீரியத்தைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1932 | ஹரோல்ட் C. யூரி கன நீரைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1932 | L.P. ஹாமெட் மிக வலுவான அமிலங்களுக்கு அமிலத்தன்மை செயல்பாட்டை \( \mathrm{H_0} \) முன்மொழிந்தார். |
| 1934 | எர்னஸ்ட் ரூதர்ஃபோர்ட், மார்க் ஒலிஃபன்ட், மற்றும் பால் ஹார்டெக் ஆகியோர் டிரிடியத்தைக் கண்டுபிடித்தனர். |
| 1935 | யூஜின் விக்னர் மற்றும் H.B. ஹண்டிங்டன் உலோக ஹைட்ரஜனைக் கணித்தனர். |
| 1947 | A.E. ஃபின்ஹோல்ட், A.C. பாண்ட் மற்றும் H.I. ஷ்லெசிங்கர் \( \mathrm{LiAlH_4} \) ஐக் கண்டுபிடித்தனர், பின்னர் இது ஒரு பல்துறை ஒடுக்கும் முகவர் என்று காட்டப்பட்டது. |
| 1950 | V. ஃபால்டிங்ஸ் மற்றும் P. ஹார்டெக் வளிமண்டலத்தில் முதல் டிரிடியத்தைக் கண்டறிந்தனர். |
| 1967 | அகிரா ஃபுஜிஷிமா ஒளியூக்கி நீர் சிதைவு நிகழ்வைக் கண்டுபிடித்தார். |
| 1971 | அலெக்சாண்டர் I. குளோஸ் மற்றும் போரிஸ் I. சென்டர் நிக்கல்-ஹைட்ரஜன் மின்கலத்திற்கு காப்புரிமை பெற்றனர். |
| 1990 | சோலார்-வாசெர்ஸ்டாஃப்-பேர்ன், முதல் சூரிய சக்தியில் இயங்கும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி ஆலை செயல்பாட்டிற்கு வந்தது. |
| 2000 | பீட்டர் டோயினிஸ் 0.15 K இல் ஹைட்ரஜனின் மீப்பாய்மத்தை நிரூபித்தார். |
உலோக ஹைட்ரைடு (ஹைட்ரஜன் கடற்பாசி)
சிறப்பாக ஆய்வு செய்யப்பட்ட இரும ஹைட்ரைடுகள் பல்லேடியம்-ஹைட்ரஜன் அமைப்பு ஆகும். ஹைட்ரஜன் பல்லேடியத்துடன் ஒரு தனித்துவமான வழியில் இடைவினைபுரிகிறது, மேலும் ஒரு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மோனோஹைட்ரைடான PdH ஐ உருவாக்குகிறது. சூடாக்கும்போது, H அணுக்கள் உலோகத்தின் வழியாக மேற்பரப்புக்கு விரவி, மீண்டும் இணைந்து மூலக்கூறு ஹைட்ரஜனை உருவாக்குகின்றன. பல்லேடியத்துடன் வேறு எந்த வாயுவும் இவ்வாறு நடந்துகொள்வதில்லை என்பதால், இந்த செயல்முறை மற்ற வாயுக்களிலிருந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவைப் பிரிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது:
$$ 2\mathrm{Pd(s)} + \mathrm{H_2(g)} \rightleftharpoons 2\mathrm{PdH(s)} $$ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு பல்லேடியம் மேற்பரப்பில் எளிதாக உறிஞ்சப்படுகிறது, அங்கு அது அணு ஹைட்ரஜனாகப் பிரிகிறது. பிரிந்த அணுக்கள் படிகக் கூடத்தின் இடைவெளிகள் அல்லது வெற்றிடங்களில் (எண்முக/நான்முக) கரைகின்றன.
தொழில்நுட்ப ரீதியாக, உலோக ஹைட்ரைடு உருவாவது வேதி வினையால் ஆனாலும், இது ஒரு இயற்பியல் சேமிப்பு முறையைப் போல செயல்படுகிறது, அதாவது, இது ஒரு நீர் கடற்பாசி போல உறிஞ்சப்பட்டு வெளியிடப்படுகிறது. உலோகங்கள் மற்றும் உலோகக் கலவைகளில் ஹைட்ரஜனின் இத்தகைய மீளக்கூடிய உறிஞ்சுதல் ஹைட்ரஜன் சேமிப்பு மற்றும் ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய உலோக ஹைட்ரைடு மின்கல பயன்பாடுகளுக்கும் கவர்ச்சிகரமானதாகும்.
ஹைட்ரஜன் - எதிர்கால எரிபொருள்
புதைபடிவ எரிபொருள் இருப்புகளின் குறைவு மற்றும் உலக வெப்பமயமாக்கலின் அச்சுறுத்தல் உலகை மாற்று எரிபொருள்களை நோக்கி மாற்றுகிறது. இது தொடர்பாக, ஹைட்ரஜன் பெரும்பாலும் இந்த நோக்கத்திற்கான ஒரு சாத்தியமான வேட்பாளராகக் கருதப்படுகிறது, ஏனெனில் இது ஒரு சுத்தமான எரியும் எரிபொருளாகும், ஏனெனில் இது எரியும் போது எந்த மாசுபடுத்திகளையும் உற்பத்தி செய்யாது. எனவே, ஹைட்ரஜன் நேரடியாக எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படலாம் மற்றும் ஏற்கனவே உள்ள பெட்ரோல்/டீசல்/மண்ணெண்ணெய் இயந்திரங்களை மாற்றலாம், மற்றும்/அல்லது மின்சாரத்தை உருவாக்க எரிபொருள் மின்கலங்களில் ஆக்சிஜனுடன் மறைமுகமாகப் பயன்படுத்தப்படலாம். இருப்பினும், சில சிரமங்களைச் சமாளிக்க வேண்டியுள்ளது. உற்பத்தி செலவு அதிகமாக உள்ளது மற்றும் அதிக புதைபடிவ எரிபொருள்களையும் பயன்படுத்துகிறது. அதன் பூர்வீக வடிவத்தில் ஆவியாகும் மற்றும் தீப்பற்றும் தன்மை காரணமாக, அதைச் சேமித்து போக்குவரத்து செய்வது கடினம். மிகச்சிறிய மூலக்கூறாக இருப்பதால், அது கசிவுக்கு ஆளாகிறது.
சுருக்கம்
ஹைட்ரஜன் என்பது ஒரு எலக்ட்ரான் மற்றும் ஒரு புரோட்டானைக் கொண்ட எளிமையான அணுவாகும். இது புரோட்டியம், டியூட்டீரியம் மற்றும் டிரிடியம் என மூன்று ஐசோடோப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. ஹைட்ரஜன் ஈரணு வாயு மூலக்கூறாக உள்ளது. மூலக்கூறு ஆர்த்தோ மற்றும் பாரா ஹைட்ரஜன் என இரண்டு அணுக்கரு சுழற்சி மாற்றியங்களைக் கொண்டுள்ளது. \( 1s^1 \) என்ற மின்னணுக் கட்டமைப்பைக் கொண்ட தனிம ஹைட்ரஜன், கார உலோகங்கள் மற்றும் ஆலசன்கள் இரண்டிற்கும் ஒத்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அதன் மின்னணுக் கட்டமைப்பு மற்றும் பெரும்பாலான சேர்மங்களில் \( +1 \) ஆக்சிஜேற்ற நிலை இருப்பதன் அடிப்படையில் இது கார உலோகங்களுடன் சேர்த்து குழு 1 இல் வைக்கப்பட்டுள்ளது.
ஹைட்ரஜன் ஆய்வகத்தில் உலோகத்தை கனிம அமிலங்களுடன் செயல்படுத்துவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது. தொழில்துறை அளவில், ஹைட்ரோகார்பன்களின் நீராவி-சீர்திருத்தத்தால் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. டியூட்டீரியத்தை கன நீரின் மின்னாற்பகுப்பால் தொகுக்க முடியும், அதேசமயம் கதிரியக்க டிரிடியம் மெதுவான நியூட்ரான்களுடன் லித்தியத்தின் அணுக்கரு மாற்று வினையால் தயாரிக்கப்படுகிறது.
ஹைட்ரஜன் ஆக்சிஜன் மற்றும் ஆலசன்கள் போன்ற அலோகங்களுடன் வினைபுரிந்து முறையே நீர் மற்றும் ஹைட்ரஜன் ஆலைடுகளை உருவாக்குகிறது. இது உலோகங்களுடன் வினைபுரிந்து உலோக ஹைட்ரைடுகளை உருவாக்குகிறது. இது நல்ல ஒடுக்கும் முகவராகச் செயல்படுகிறது. டியூட்டீரியம் ஹைட்ரஜனுடன் பரிமாற்ற வினைகளுக்கு உட்படுகிறது. 12.3 ஆண்டுகள் அரை-வாழ்க்கைக் காலம் கொண்ட டிரிடியம் தன்னிச்சையாக \( \beta \)-துகள்களை உமிழ்கிறது. ஹைட்ரஜன் அம்மோனியா, மெத்தனால் தயாரிப்பிலும், எண்ணெய்களின் ஹைட்ரஜனேற்றத்திலும், உலோக ஆக்சைடுகளை ஒடுக்குவதிலும் உள்ளிட்ட பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. இது எரிபொருளாகவும் பயன்படுத்தப்படலாம்.
நீர் ஹைட்ரஜனின் ஒரு முக்கியமான ஈரியல்பு ஆக்சைடு ஆகும், மேலும் இது ஒரு உலகளாவிய கரைப்பானாகப் பயன்படுகிறது. இது ஆக்சைடுகளை நீராற்பகுப்பு செய்து, சோடியம் மற்றும் பேரியம் போன்ற உலோகங்களுடன் உலோக ஹைட்ராக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது. நீரில் கால்சியம் மற்றும் மெக்னீசியத்தின் கரையக்கூடிய உப்புகள் இருப்பதால், நீர் கடினத்தன்மையைக் காட்டுகிறது. தற்காலிக கடினத்தன்மையை நீக்க கிளார்க் முறையைப் பயன்படுத்தலாம். நீரைப் போலவே, மற்றொரு முக்கியமான ஆக்சைடு ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு ஆகும். இது ஒரு மென்மையான கிருமி நாசினியாகவும், ஜவுளி மற்றும் காகிதத் தொழில்களில் ப்ளீச்சிங் முகவராகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஃப்ளூரின், நைட்ரஜன் அல்லது ஆக்சிஜன் அணுக்கள் போன்ற வலுவான மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜன், மற்றொரு வலுவான மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணுவுடன் ஒரு விசித்திரமான வகை நிலைமின் இடைவினையை உருவாக்குகிறது. இது ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு எனப்படும். இது புரதங்கள், DNA போன்ற பல உயிரியல் மூலக்கூறுகளில் காணப்படும் முக்கியமான இடைவினைகளில் ஒன்றாகும்.
கேள்விகள்
I. சரியான பதிலைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்
ஹைட்ரஜனைப் பற்றிய பின்வரும் கூற்றுகளில் எது தவறானது? (NEET - 2016) a) ஹைட்ரஜன் அயனி, \( \mathrm{H_3O^+} \) கரைசலில் சுதந்திரமாக உள்ளது. b) டைஹைட்ரஜன் ஒரு ஒடுக்கும் முகவராகச் செயல்படுகிறது. c) ஹைட்ரஜனில் மூன்று ஐசோடோப்புகள் உள்ளன, அவற்றில் டிரிடியம் மிகவும் பொதுவானது. d) ஹைட்ரஜன் அயனி உப்புகளில் நேர்மின் அயனியாக ஒருபோதும் செயல்படுவதில்லை.
நீர் வாயு என்பது a) \( \mathrm{H_2O(g)} \) b) \( \mathrm{CO} + \mathrm{H_2O} \) c) \( \mathrm{CO} + \mathrm{H_2} \) d) \( \mathrm{CO} + \mathrm{N_2} \)
ஆர்த்தோ மற்றும் பாரா டைஹைட்ரஜனைப் பொறுத்தவரை பின்வரும் கூற்றுகளில் எது தவறானது? a) அவை அணுக்கரு சுழற்சி மாற்றியங்கள் b) ஆர்த்தோ மாற்றியம் பூஜ்ஜிய அணுக்கரு சுழற்சியைக் கொண்டுள்ளது, அதேசமயம் பாரா மாற்றியம் ஒரு அணுக்கரு சுழற்சியைக் கொண்டுள்ளது c) பாரா மாற்றியம் குறைந்த வெப்பநிலைகளில் சாதகமாகிறது d) பாரா மாற்றியத்தின் வெப்பக் கடத்துத்திறன் ஆர்த்தோ மாற்றியத்தை விட 50% அதிகம்
அயனி ஹைட்ரைடுகள் எதனால் உருவாக்கப்படுகின்றன? a) ஆலசன்கள் b) சால்கோஜன்கள் c) உன்னத வாயுக்கள் d) குழு ஒன்று தனிமங்கள்
டிரிடியம் அணுக்கருவில் உள்ளது a) \( 1p + 0n \) b) \( 2p + 1n \) c) \( 1p + 2n \) d) இவற்றில் ஏதுமில்லை
ஸ்டோக்கியோமெட்ரிக் அல்லாத ஹைட்ரைடுகள் எதனால் உருவாக்கப்படுகின்றன? a) பல்லேடியம், வெனடியம் b) கார்பன், நிக்கல் c) மாங்கனீஸ், லித்தியம் d) நைட்ரஜன், குளோரின்
கூற்று: நீரின் நிலையான கடினத்தன்மை சலவை சோடாவுடனான சிகிச்சையால் நீக்கப்படுகிறது. காரணம்: சலவை சோடா கடின நீரில் உள்ள கரையக்கூடிய கால்சியம் மற்றும் மெக்னீசியம் குளோரைடுகள் மற்றும் சல்பேட்டுகளுடன் வினைபுரிந்து கரையாத கார்பனேட்டுகளை உருவாக்குகிறது. a) கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் சரி மற்றும் காரணம் கூற்றின் சரியான விளக்கம். b) கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் சரி ஆனால் காரணம் கூற்றின் சரியான விளக்கம் இல்லை. c) கூற்று சரி ஆனால் காரணம் தவறு d) கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் தவறு
ஒரு மீனின் உடலில் அதன் மொத்த உடல் நிறையில் 1.2 கிராம் ஹைட்ரஜன் இருந்தால், அனைத்து ஹைட்ரஜனும் டியூட்டீரியத்தால் மாற்றப்பட்டால், மீனின் உடல் எடையில் அதிகரிப்பு a) 1.2 கிராம் b) 2.4 கிராம் c) 3.6 கிராம் d) 4.8 கிராம்
நீரின் கடினத்தன்மை கன அளவு முறையில் எந்த வினைப்பொருளைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கப்படலாம்? a) சோடியம் தயோசல்பேட் b) பொட்டாசியம் பெர்மாங்கனேட் c) ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு d) EDTA
நீரின் நிலையான கடினத்தன்மைக்கு காரணம் a) \( \mathrm{Ca(HCO_3)_2} \) b) \( \mathrm{Mg(HCO_3)_2} \) c) \( \mathrm{CaCl_2} \) d) \( \mathrm{MgCO_3} \)
நீரின் கடினத்தன்மையை மென்மையாக்கப் பயன்படும் ஜியோலைட் நீரேற்றப்பட்ட a) சோடியம் அலுமினியம் சிலிக்கேட் b) கால்சியம் அலுமினியம் சிலிக்கேட் c) துத்தநாகம் அலுமினியம் போரேட் d) லித்தியம் அலுமினியம் ஹைட்ரைடு
100 கனஅளவு \( \mathrm{H_2O_2} \) எனக் குறிக்கப்பட்ட வணிக மாதிரி ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு, இதன் பொருள் a) 1 மில்லி \( \mathrm{H_2O_2} \) STP இல் 100 மில்லி \( \mathrm{O_2} \) கொடுக்கும் b) 1 லிட்டர் \( \mathrm{H_2O_2} \) STP இல் 100 மில்லி \( \mathrm{O_2} \) கொடுக்கும் c) 1 லிட்டர் \( \mathrm{H_2O_2} \) 22.4 லிட்டர் \( \mathrm{O_2} \) கொடுக்கும் d) 1 மில்லி \( \mathrm{H_2O_2} \) STP இல் 1 மோல் \( \mathrm{O_2} \) கொடுக்கும்
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு பொட்டாசியம் டைகுரோமேட்டின் அமிலப்படுத்தப்பட்ட கரைசலுடன் ஈதர் முன்னிலையில் குலுக்கப்படும்போது, ஈதர் அடுக்கு நீல நிறமாக மாறுகிறது, இதன் காரணம் a) \( \mathrm{Cr_2O_3} \) b) \( \mathrm{CrO_4^{2-}} \) c) \( \mathrm{CrO(O_2)_2} \) d) இவற்றில் ஏதுமில்லை
1 மோல் அமிலப்படுத்தப்பட்ட \( \mathrm{KMnO_4} \) நிறமாற்றம் செய்ய, தேவையான \( \mathrm{H_2O_2} \) இன் மோல்கள் a) \( \frac{1}{2} \) b) \( \frac{3}{2} \) c) \( \frac{5}{2} \) d) \( \frac{7}{2} \)
\( 1.5 \ \mathrm{N} \ \mathrm{H_2O_2} \) இன் கனஅளவு வலிமை a) 1.5 b) 4.5 c) 16.8 d) 8.4
\( \mathrm{H_2O} \) மற்றும் \( \mathrm{H_2O_2} \) இல் ஆக்சிஜன் அணுவின் கலப்பினமாக்கல் முறையே a) \( sp^2 \) மற்றும் \( sp^3 \) b) \( sp^3 \) மற்றும் \( sp^3 \) c) \( sp^3 \) மற்றும் \( sp^2 \) d) \( sp^2 \) மற்றும் \( sp^2 \)
\( \mathrm{H_3PO_2 + D_2O \rightarrow H_2DPO_2 + HDO} \) வினை ஹைப்போபாஸ்பரஸ் அமிலம் என்பதைக் குறிக்கிறது a) மூன்றடி அமிலம் b) இரண்டடி அமிலம் c) ஒற்றை அமிலம் d) இவற்றில் ஏதுமில்லை
திட பனியில், ஆக்சிஜன் அணு சூழப்பட்டுள்ளது a) 4 ஹைட்ரஜன் அணுக்களால் நான்முகியாக b) 2 ஆக்சிஜன் மற்றும் 4 ஹைட்ரஜன் அணுக்களால் எண்முகியாக c) 2 ஹைட்ரஜன் மற்றும் 2 ஆக்சிஜன் அணுக்களால் நான்முகியாக d) 6 ஹைட்ரஜன் அணுக்களால் எண்முகியாக
ஆர்த்தோ நைட்ரோஃபீனால் மற்றும் பாரா-நைட்ரோஃபீனாலில் உள்ள H-பிணைப்பின் வகை முறையே a) மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான H-பிணைப்பு மற்றும் உள் மூலக்கூறு H-பிணைப்பு b) உள் மூலக்கூறு H-பிணைப்பு மற்றும் மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான H-பிணைப்பு c) உள் மூலக்கூறு H-பிணைப்பு மற்றும் H-பிணைப்பு இல்லை d) உள் மூலக்கூறு H-பிணைப்பு மற்றும் உள் மூலக்கூறு H-பிணைப்பு
கன நீர் எதற்குப் பயன்படுகிறது? a) அணு வினைகளில் மதிப்பீடு b) அணு வினைகளில் குளிரூட்டி c) (a) மற்றும் (b) இரண்டும் d) இவற்றில் ஏதுமில்லை
நீர் ஒரு a) கார ஆக்சைடு b) அமில ஆக்சைடு c) ஈரியல்பு ஆக்சைடு d) இவற்றில் ஏதுமில்லை
II. பின்வரும் கேள்விகளுக்குச் சுருக்கமான விடை எழுதுக
கால அட்டவணையில் ஹைட்ரஜன் ஏன் ஆலசன்களுடன் வைக்கப்படவில்லை என்பதை விளக்குக.
மூன்று வகையான சக ஹைட்ரைடுகளைப் பற்றி விவாதிக்கவும்.
பின்வரும் ஹைட்ரைடுகளில் எது வாயு அல்லது திடமாகும் எனக் கணிக்கவும் (a) HCl (b) NaH. உங்கள் காரணத்தைக் கொடுக்கவும்.
4வது காலத் தனிமங்களின் ஹைட்ரைடுகளுக்கான எதிர்பார்க்கப்படும் வாய்பாடுகளை எழுதவும். வாய்பாடுகளில் உள்ள போக்கு என்ன? தொடரின் முதல் இரண்டு உறுப்பினர்கள் மற்றவற்றிலிருந்து எந்த வழியில் வேறுபடுகின்றன?
பின்வரும் வினைகளுக்கான வேதி சமன்பாட்டை எழுதவும். i) சூடாக்கும்போது ஹைட்ரஜனுடன் டங்ஸ்டன் (VI) ஆக்சைட்டின் வினை ii) ஹைட்ரஜன் வாயு மற்றும் குளோரின் வாயு.
பின்வரும் வேதி வினைகளை நிறைவு செய்து, அவற்றை (a) நீராற்பகுப்பு (b) குறைப்பு-ஆக்சிஜேற்றம் (c) நீரேற்ற வினைகள் என வகைப்படுத்துக. i) \( \mathrm{KMnO_4 + H_2O_2 \rightarrow} \) ii) \( \mathrm{CrCl_3 + H_2O \rightarrow} \) iii) \( \mathrm{CaO + H_2O \rightarrow} \)
ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு ஒரு ஆக்சிஜேற்றும் முகவராகவும் ஒடுக்கும் முகவராகவும் செயல்பட முடியும். பொருத்தமான எடுத்துக்காட்டுகளுடன் இந்தக் கூற்றை உறுதிப்படுத்துக.
கன நீரைக் குடிநீராகப் பயன்படுத்தலாம் என்று நீங்கள் நினைக்கிறீர்களா?
நீர்-வாயு மாற்று வினை என்றால் என்ன?
கால அட்டவணையில் ஹைட்ரஜனின் நிலையை நியாயப்படுத்துக.
ஐசோடோப்புகள் என்றால் என்ன? ஹைட்ரஜனின் ஐசோடோப்புகளின் பெயர்களை எழுதுக.
கன நீரின் பயன்களைக் கொடுக்கவும்.
டியூட்டீரியத்தின் பரிமாற்ற வினைகளை விளக்குக.
பாரா ஹைட்ரஜனை ஆர்த்தோ ஹைட்ரஜனாக எவ்வாறு மாற்றுகிறீர்கள்?
டியூட்டீரியத்தின் பயன்பாடுகளைக் குறிப்பிடவும்.
மின்னாற்பகுப்பைப் பயன்படுத்தி ஹைட்ரஜன் தயாரிப்பதை விளக்குக.
பொதுவான உப்பில் உள்ள ஒரு குழு-1 உலோகம் (A) (B) உடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் -1 ஆக்சிஜேற்ற நிலையில் உள்ள சேர்மத்தை (C) கொடுக்கிறது. (B) ஒரு வாயுவுடன் (C) வினைபுரிந்து உலகளாவிய கரைப்பானை (D) கொடுக்கிறது. சேர்மம் (D) (A) உடன் வினைபுரிந்து (E) என்ற வலுவான காரத்தைக் கொடுக்கிறது. A, B, C, D மற்றும் E ஐ அடையாளம் காணவும். வினைகளை விளக்கவும்.
ஹைட்ரஜனின் ஒரு ஐசோடோப்பு (A) குழு எண் 16 மற்றும் கால எண் 2 ஐ ஆக்கிரமிக்கும் தனிமத்தின் ஈரணு மூலக்கூறுடன் வினைபுரிந்து அணு வினைகளில் மதிப்பீடாகப் பயன்படுத்தப்படும் சேர்மத்தை (B) கொடுக்கிறது. (A) ஒரு சேர்மத்துடன் (C) சேர்கிறது, இது \( \mathrm{C_3H_6} \) என்ற மூலக்கூறு வாய்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது, இது (D) ஐக் கொடுக்கிறது. A, B, C மற்றும் D ஐ அடையாளம் காணவும்.
குழு 15 இன் மீதமுள்ள தனிமங்களின் ஹைட்ரைடுகளுடன் ஒப்பிடும்போது \( \mathrm{NH_3} \) விதிவிலக்காக உயர்ந்த உருகுநிலை மற்றும் கொதிநிலையைக் கொண்டுள்ளது - விளக்குக.
ஏன் இடைவெளி ஹைட்ரைடுகள் பெற்றோர் உலோகத்தை விட குறைந்த அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளன?
உலோக ஹைட்ரைடுகள் ஹைட்ரஜன் சேமிப்பிற்கு எவ்வாறு பயனுள்ளதாக இருக்கும் என எதிர்பார்க்கிறீர்கள்?
\( \mathrm{NH_3, H_2O} \) மற்றும் HF ஆகியவற்றை ஹைட்ரஜன் பிணைப்பின் அதிகரிக்கும் அளவின் வரிசையில் அமைத்து, உங்கள் ஏற்பாட்டிற்கான அடிப்படையை விளக்குக.
\( \mathrm{H_2O} \) மற்றும் \( \mathrm{H_2O_2} \) இன் கட்டமைப்புகளை ஒப்பிடுக.
III. ஹைட்ரைடுகளின் வகைகள்
- சக
- அயனி
- உலோக