水素は宇宙に存在する最も一般的な元素であり、水素は太陽や他の星のほとんどを構成しています。研究によると、水素原子は宇宙の粒子の 90% を構成しています。他の元素と比較して、水素は最も多くの化合物を含む成分であり、水は最も一般的な水素化合物でもあります。砂糖、石油、ミネラル、脂質、セルロースとデンプン、酸、アルコール、油、その他何千もの化合物に水素が含まれています。
通常の温度では、水素は無色、無味、無臭、無毒のガスで、二原子分子 H2 で構成されています。水素は多くの非金属元素と容易に共有結合化合物を作るため、地球上のほとんどの水素は、水や有機分子などの分子の形で発見されます。
水素の準備
分子から水素元素を生成するには、化学結合を切断する必要があります。以下は、最も一般的な水素の調製方法です:-
- 実験方法
- 商業的方法
- 工業的方法
それでは、以下の方法について簡単に説明しましょう。
研究室での水素の準備
水素は、実験室で、亜鉛、鉄、スズなどの金属と希酸、好ましくは HCl との反応によって簡単に作られます。
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2↑
また、両性金属と水性アルカリとの反応によって調製することもできます
Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2
商業的方法による水素の調製
一酸化炭素と水の混合物は、一般に水性ガスと呼ばれます。この水性ガスは、メタノールやその他の炭化水素の製造に使用されるため、「合成ガス」または合成ガスとしても知られています。廃材、おがくず、その他のアイテムがこの合成ガスを作ります。石炭から合成ガスを生成することは、「石炭ガス化」として知られています。水素ガスの生成は、合成ガスの一酸化炭素を触媒としてのクロム酸鉄の形の流れと 673K までの温度で反応させることによって増加させることができます。
石炭ガス化の反応は次のとおりです。
C(s)+ H2O(g) → 2 CO(g) + H2 (g)
収率を上げるための水性ガスシフト反応。
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+ H2O(g)
二酸化炭素は、亜ヒ酸ナトリウムで洗浄することによって除去されます。
工業的方法による水素の製造
水素は、炭化水素を水蒸気改質することによって大規模に生成されます。このプロセスでは、メタンのような炭化水素が水蒸気と結合し、摂氏 800 度から 900 度の範囲の温度と 35 気圧でニッケル触媒を通過します。
CH4+ H2O → CO + 3H2
水酸化バリウム水溶液をニッケル電極で電気分解することにより、高純度のH2を得ることができます。
水素のさまざまな用途は何ですか?
- 水素はアンモニアの製造に利用され、硝酸と窒素ベースの肥料の製造に使用されます。
- 綿実、大豆などの植物油を水素化すると二水素が生成され、これがバナスパティ脂肪の生成に利用されます。
- メタノールを含む多くの有機化合物の製造に使用されます。コバルト触媒の存在下で、CO (g) は 2H2 (g) と反応してメタノールを生成します。
- 主に金属水素化物の製造に使用されます。
- 貴重な化学物質である塩化水素を生成するには、水素が必要です。
- 冶金プロセスで実質的な金属酸化物を金属に変換するために使用されます。
- 溶接と切断は、原子状水素および酸水素トーチを使用して行われます。溶接する表面に電気アークを当てて水素を分解すると、4000K の高温で水素原子が生成されます。
- 宇宙研究でロケット燃料として使用されます。
- 水素は、燃料電池で発電に利用されます。このエネルギーは、従来の化石燃料やその他のエネルギー源に比べていくつかの利点があります。危険な要素を環境に放出して空気を汚染することはありません。ガソリンやその他の燃料と比較して、単位燃料質量あたりのエネルギーをより多く生成します。
水素の構造とは?
水素の原子核には、1 つの負に帯電した電子と 1 つ、2 つ、または 3 つの中性子を持つ 1 つの正に帯電した陽子があります。同位体は、さまざまな中性子数を持つ同じ物質の異なるバージョンです。水素原子の質量は、番号の影響を受けます。中の中性子の数。水素同位体を水素同素体と混同しないでください。
同じ元素を持つ異なるバージョンは、同素体として知られています。同素体は、同位体とは異なり、同じ種類の原子がさまざまな方法で結合します。同素体の分子形態とその結果としての分子の特徴は、結合する原子の数とそれらの結合の順序によって影響を受けます。水素の分子形態は、2 つの異性体形態で存在します。
結論
水素形成のさまざまな方法、すなわち実験室法、商業的方法、工業的方法について説明しました。水素は、地球と宇宙の最も重要な要素の 1 つです。水素の構造は、1 つの正に帯電した陽子と 1 つの負に帯電した電子、およびその核内に 1 つ、2 つ、または 3 つの中性子で構成されます。
