წყალბადი

თავისუფალი ქართულენოვანი ენციკლოპედია ვიკიპედიიდან
გადასვლა: ნავიგაცია, ძიება
H-TableImage.png წყალბადი / Hydrogenium (H)
ელემენტის რიგითი ნომერი 1
მარტივი ნივთიერების გამოსახულება
ატომის თვისებები
ატომური მასა
(მოლური მასა)
1,00794 მ. ა. ე. (/მოლი)
ატომის რადიუსი 79 პმ
იონიზაციის ენერგია
(პირველი ელექტრონი)
1311,3 კჯ/მოლი (ევ)
ელექტრონული კონფიგურაცია 1s1
ქიმიური თვისებები
კოვალენტური რადიუსი 32 პმ
იონური რადიუსი 54 (−1 e) პმ
ელექტროუარყოფითობა
(პოლინგის თანახმად)
2,20
ელექტროდული პოტენციალი
ჟანგვის ხარისხი 1, −1
მარტივი ნივთიერებების თერმოდინამიკური თვისებები
ნივთიერების სიმკვრივე 0,0000899 ( 273K-სას (0 °C)) /სმ³
ხვედრითი თბოტევადობა 14,267 /(·მოლი)
თბოგამტარობა 0,1815 ვტ/(·კ)
დნობის ტემპერატურა 14,01
დნობის სითბო 0,117 კჯ/მოლი
დუღილის ტემპერატურა 20,28
აორთქლების სითბო 0,904 კჯ/მოლი
მოლური მოცულობა 14,1 სმ³/მოლი
მარტივი ნივთიერების კრისტალური მესერი
მესრის სტრუქტურა გექსაგონალური
მესრის პერიოდი 3,750 Å
შეფარდება 1,731
დებაის ტემპერატურა 110,00


H 1
1,00794
1s1
წყალბადი

წყალბადი ქიმიური ელემენტი ატომური რიცხვით – 1 და ატომური მასით – 1,00794. მისი ქიმიური სიმბოლოა H. ბუნებრივი წყალბადი შედგება ორი სტაბილური ნუკლიდისაგან მასური რიცხვით 1,007825 (99,985% შენაერთში) და 2,0140 (0,015%–ში). აგრეთვე ბუნებრივ მდგომარეობაში წყალბადის შემადგენლობაში შედის რადიოაქტიური ნუკლიდის – ტრითიუმის მცირედი რაოდენობა. წყალბადს მიაკუთვნებენ ელემენტთა, როგორც პირველ ჯგუფს (ტუტე ლითონებს), ასევე მეშვიდე ჯგუფს (ჰალოგენებს).

წყალბადის ატომის აღნაგობა
წყალბადის ატომის სქემა

სექციების სია

აღმოჩენის ისტორია[რედაქტირება]

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

1783 წელს, სპეციალური გაზომეტრების გამოყენებით ანტუან ლავუაზიემ და ჟან მენიემ მოახდინეს წყლის სინთეზი, ხოლო შემდეგ კი მისი ანალიზი. ცდების შედეგად მეცნიერებმა დადგინეს, რომ ჟანგბადი წყლის შემადგენლობაში შედის. 1787 წელს ლავუაზიე მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ წყალბადი წარმოადგენს ქიმიურ ელემენტს და უწოდა მას hydrogène (წყლის წარმომქმნელი; ბერძ. ὕδωρ (hudôr), „წყალი“ და γεννᾰν (gennen), „წარმოქმნა“). წყლის შედგენილობის დადგენამ საბოლოოდ დაანგრია "ფლოგისტონის თეორია", რამაც დიდი როლი ითამაშა ქიმიის განვითარებაში.

მე–18 და მე–19 საუკუნეთა მიჯნაზე დადგინდა, რომ ქიმიურ ელემენტებს შორის, წყალბადის ატომს გააჩნია ყველაზე მცირე მასა, რის გამოც ეს სიდიდე ეტალონად იქნა მიჩნეული.

ფიზიკური თვისებები[რედაქტირება]

მარტივი ნივთიერება წყალბადი - H2 უფერო, უსუნო აირია, ჰაერზე 14,5-ჯერ მსუბუქი. წყალში ცუდად იხსნება.

გავრცელება[რედაქტირება]

სამყაროში[რედაქტირება]

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

დედამიწის ქერქი და ცოცხალი ორგანიზმები[რედაქტირება]

წყალბადის წონითი ხვედრი დედამიწის ქერქში შეადგენს 1 % — ის გავრცელების მიხედვით მეათე 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 %). ამიტომაც წყალბადის მნიშვნელობა ქიმიურ პროცესებში, რომელიც დედამიწაზე მიმდინარეობს, თითქმის ისეთივე დიდია, როგორც ჟანგბადის. ჟანგბადისაგან განსხვავებით, დედამიწაზე არსებული წყალბადი როგორც დაკავშირებლი ისე თავისუფალი, პრაქტიკულად ნაერთების სახითაა; მხოლოდ უმნიშვნელო რაოდენობით წყალბადი მარტივი ნივთიერების სახით არის ატმოსფეროში (0,00005 % მოცულობით).

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

მიღება[რედაქტირება]

Searchtool-80%.png მთავარი სტატია : წყალბადის წარმოება.

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. კერძოთ, შეიძლება გამოყენებული იქნას დაშლის რეაქციები. ერთერთი ხერხია წყალბადის მიღება წყლის დაშლის რეაქცია ელექტრო დენით.

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

СН4 + 2Н2O = CO2↑ + 4Н2 −165 კჯ

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

ჩვეულებრივ ლაბორატორიაში წყალბადს მიიღებენ თუთიისა და მარილმჟავას ურთიერთქმედებით.

მრეწველობაში[რედაქტირება]

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.

ლაბორატორიაში[რედაქტირება]

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

იხილეთ აგრეთვე[რედაქტირება]

ფიზიკური თვისებები[რედაქტირება]

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.

წყალბადის ფაზური დიაგრამა

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.

იზოტოპები[რედაქტირება]

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 თვისებები[რედაქტირება]

ინფორმაციის წყარო[1][3]:

იზოტოპი Z N მასა - მასის ატომური ერთეული (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.

ქიმიური თვისებები[რედაქტირება]

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 ლითონებთან[რედაქტირება]

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 ჰიდრირება[რედაქტირება]

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.

\mathsf{R\!\!-\!\!CH\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!R'+H_2}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!R'}

წყალბადის გეოქიმია[რედაქტირება]

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 თავისებურებები[რედაქტირება]

Hazard FF.svg

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.

ეკონომიკა[რედაქტირება]

წყალბადის ღირებულება მსხვილ საბითუმო მიწოდებისას მერყეობს დიაპაზონში 2-5$ კილოგრამზე[5].

გამოყენება[რედაქტირება]

ატომარულ წყალბადს გამოიყენებენ ატომურ-წყალბადურ შედუღაბებაში.

ქიმიური მრეწველობა[რედაქტირება]

კვების მრეწველობა[რედაქტირება]

საავიაციო მრეწველობა[რედაქტირება]

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.

მზე[რედაქტირება]

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

საწვავი[რედაქტირება]

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 ეფექტიანობა[რედაქტირება]

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 ფაქტები[რედაქტირება]

  • წყალბადი - ყველაზე გავრცელებული ნივთიერებაა სამყაროში (მიახლოებით ყველა ატომების 90 %)[6].
  • წყალბადი - ყველაზე მჩატე აირია. 1 ლიტრი წყალბადის წონა აიროვან მდგომარეობაში შეადგენს მხოლოდ 0,08988 გრამს[6].
  • წყალბადის ჰორვატიული სახელია — Vodik, ხმარებაში შემოიღო ფილოლოგმა ბოგოსლავ შჩულეკმა.

ლიტერატურა[რედაქტირება]

1. 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.
2. სკოლის მოსწავლის სასწავლო ცნობარი. სასწ. გამოც. — მ.: დროფა, 2001.

შენიშვნები[რედაქტირება]

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 თარგი:Справочник:Nubase2003
  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. თარგი:Справочник:AME2003
  4. ა.მ. პრავილოვი ფოტოპროცესი მოლეკულურ აირებში. მ.: ენერგოატომიზდატი, 1992.
  5. ჟურნალი «ვესნიკ Online». არკადი შვარცი. ისევ წყალბადის შესახებ
  6. 6.0 6.1 გინესის რეკორდების წიგნი ქიმიური ელემენტებისათვის

იხილეთ აგრეთვე[რედაქტირება]