TÍNH CHẤT HÓA HỌC, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA HIDRO (H)

1. Lịch sử về nguyên tố hidro

-  Hiđrô lần đầu tiên được Henry Cavendish phát hiện như một chất riêng biệt năm 1766. Cavendish tình cờ tìm ra nó khi thực hiện các thí nghiệm với thủy ngân và các axít. Mặc dù ông đã sai lầm khi cho rằng hiđrô là hợp chất của thủy ngân (và không phải của axít), nhưng ông đã có thể miêu tả rất nhiều thuộc tính của hiđrô rất cẩn thận. Antoine Lavoisier đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hiđrô và ôxy.

2. Tính chất vật lí

-  Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H₂, không màu, không mùi, khó hóa lỏng, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87 °C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14 °C). Tan rất ít trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

3. Tính chất hóa học

-  Hidro là phi kim, Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác.

Bị kim loại (Fe, Ni, Pt, Pd) hấp thụ hóa học. Chất khử mạnh ở nhiệt độ cao. Hiđro nguyên tử H^o có khả năng khử đặc biệt cao, được tạo nên khi nhiệt phân hiđro phân tử H₂ hay do phản ứng trực tiếp trong vùng tiến hành quá trình khử.

a. Tác dụng với kim loại

-   Hidro tác dụng được với nhiều kim loại mạnh tạo hợp chất hidrua.

Ví dụ: H₂ + 2Na → 2NaH (natri hidrua)

b. Tác dụng với phi kim: Hidro tác dụng được với nhiều phi kim

H₂ + Cl₂ → 2HCl

2H₂ + O₂ → 2H₂O

3H₂ + N₂ → 2NH₃.

c. Tác dụng với oxit kim loại

-   Hidro khử được nhiều oxit kim loại ở nhiệt độ cao.

Ví dụ: FeO + H₂ → Fe + H₂O

           CuO + H₂ → Cu + H₂O

4. Trạng thái tự nhiên

-  Hiđro thiên nhiên chứa đồng vị  ¹H(proti) với tạp chất là đồng vị bền ²H (đơteri D, nhiều) và đồng vị phóng xạ ³H (triti T, vết).

-  Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ. Nguồn chủ yếu của nó là nước, bao gồm hai phần hiđrô và một phần ôxy (H₂O). Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên. Mêtan (CH₄) là một nguồn quan trọng của hiđrô.

5. Điều chế

-  Trong phòng thí nghiệm, hiđrô được điều chế bằng phản ứng của axít với kim loại.

Ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

-  Hiđrô có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau: hơi nước qua than (cacbon) nóng đỏ, phân hủy hiđrôcacbon bằng nhiệt, phản ứng của các bazơ mạnh (kiềm) trong dung dịch với nhôm, điện phân nước hay khử từ axít loãng với một kim loại (có khả năng đẩy hiđrô từ axít) nào đó.

- Việc sản xuất thương mại của hiđrô thông thường là từ khí tự nhiên được xử lý bằng hơi nước nóng. Ở nhiệt độ cao (700-1.100 °C), hơi nước tác dụng với mêtan để sinh ra mônôxít cacbon và hiđrô.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

-  Điện phân dung dịch có màng ngăn.

       2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂

-  Điện phân nước .

       2H₂O → 2H₂ + O₂

-  Lượng hiđrô bổ sung có thể thu được từ mônôxít cacbon thông qua phản ứng nước-khí sau:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

6. Ứng dụng

-  Hydro đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng prôton-prôton và chu trình cacbon - nitơ. (Đó là các phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng khổng lồ thông qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành một nguyên tử hêli.)

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng