Nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn

Câu hỏi: Nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn

Lời giải:

Nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn của bảng tuần hoàn hóa học: H - Hidro

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về khí Hidro nhé:

Khí hidro là gì?

Hydro (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp Hydrogène /idʁɔʒɛn/),[8] còn được viết là hydro,[8] cũng còn được gọi là hít-rô,[8] là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với nguyên tử số bằng 1, nguyên tử khối bằng 1 đvC. Trước đây còn được gọi là khinh khí (như trong "bom khinh khí" tức bom H); hiện nay từ này ít được sử dụng. Sở dĩ được gọi là "khinh khí" là do hydro là nguyên tố nhẹ nhất và tồn tại ở thể khí, với trọng lượng nguyên tử 1,00794 đvC. Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo nên khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên tử. Các sao thuộc dải chính được cấu tạo chủ yếu bởi hydro ở trạng thái plasma. Hydro nguyên tố tồn tại tự nhiên trên Trái Đất tương đối hiếm do khí hydro nhẹ nên trường hấp dẫn của Trái Đất không đủ mạnh để giữ chúng khỏi thoát ra ngoài không gian, do đó hydro tồn tại chủ yếu dưới dạng hydro nguyên tử trong các tầng cao của khí quyển Trái Đất.

Đồng vị phổ biến nhất của hydro là proti, ký hiệu là H, với hạt nhân là một proton duy nhất và không có neutron. Ngoài ra hydro còn có một đồng vị bền là deuteri, ký hiệu là D, với hạt nhân chứa một proton và một neutron và một đồng vị phóng xạ là triti, ký hiệu là T, với hai neutron trong hạt nhân.

Với vỏ nguyên tử chỉ có một electron, nguyên tử hydro là nguyên tử đơn giản nhất được biết đến, và cũng vì vậy nguyên tử hydro tự do có một ý nghĩa to lớn về mặt lý thuyết. Chẳng hạn, vì nguyên tử hydro là nguyên tử trung hòa duy nhất mà phương trình Schrödinger có thể giải được chính xác nên việc nghiên cứu năng lượng và cấu trúc điện tử của nó đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của cả cơ học lượng tử và hóa học lượng tử.

Ở điều kiện thường, các nguyên tử hydro kết hợp với nhau tạo thành những phân tử gồm hai nguyên tử H2. (Ở những nhiệt độ cao, quá trình ngược lại xảy ra.) Khí hydro lần đầu tiên được điều chế một cách nhân tạo vào đầu thế kỷ XVI bằng cách nhúng kim loại vào trong một acid mạnh. Vào những năm 1766-1781, Henry Cavendish là người đầu tiên nhận ra rằng hydro là một chất riêng biệt và rằng khi bị đốt trong không khí nó tạo ra sản phẩm là nước. Tính chất này chính là nguồn gốc của tên gọi tiếng Pháp hydrogène (được tạo ra bằng cách ghép tiếp đầu ngữ tiếng Hy Lạp hydro-, có nghĩa là "nước", với tiếp vĩ ngữ tiếng Pháp -gène, có nghĩa là "tạo ra").[9] Ở điều kiện tiêu chuẩn, hydro là một chất khí lưỡng nguyên tử không màu, không mùi, không vị và là một phi kim.

Trong các hợp chất ion, hydro có thể tồn tại ở hai dạng. Trong các hợp chất với kim loại, hydro tồn tại dưới dạng các anion hydride mang một điện tích âm, ký hiệu H-. Hydro còn có thể tồn tại dưới dạng các cation H+ là ion dương sinh ra do nguyên tử hydro bị mất đi một electron duy nhất của nó. Tuy nhiên một ion dương với cấu tạo chỉ gồm một proton trần trụi (không có electron che chắn) không thể tồn tại được trong thực tế do tính dương điện hay tính acid và do đó khả năng phản ứng với các phân tử khác của H+ là rất cao. Một cation hydro thực sự chỉ tồn tại trong quá trình chuyển proton từ các acid sang các base (phản ứng acid-base). Trong dung dịch nước H+ (do chính nước hoặc một loại acid khác phân ly ra) kết hợp với phân tử nước tạo ra các cation hydroni H3O+, thường cũng được viết gọn là H+. Ion này đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong hóa học acid-base.

Hydro tạo thành các hợp chất cộng hóa trị với hầu hết các nguyên tố khác. Nó có mặt trong nước và hầu hết các hợp chất hữu cơ cũng như các cơ thể sống.

Lịch sử hình thành của khí hidro?

Hiđro được Henry Cavendish phát hiện lần đầu tiên như một chất riêng biệt vào năm 1766. Cavendish tình cờ tìm ra chất khí này khi thực hiện các thí nghiệm của mình với thủy ngân và các axit.

Mặc dù lúc đó ông đã sai lầm khi cho rằng hiđro là 1 hợp chất của thủy ngân. Nhưng Henry Cavendish đã có thể miêu tả chính xác rất nhiều thuộc tính của hiđro. Antoine Lavoisier là người đã đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ được rằng từ hydro và oxy sẽ tạo ra nước.

Thành phần hóa học cấu tạo và tính chất khí hidro như thế nào?

Trạng thái tự nhiên của khí Hydro:

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

Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất của vũ trụ. Nguồn gốc chủ yếu của nó là nước, bao gồm hai phần H và một phần O (H2O). Các nguồn khác bao gồm các chất hữu cơ chiếm phần lớn, than, nhiên liệu hóa thạch và các khí tự nhiên. Metan (CH4) là một nguồn khá quan trọng của chất hidro.

Tính chất vật lí của khí hidro:

- Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn thì hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử là H2 do 2 nguyên tử hidro kết hợp.

- Là khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng, chất khí cháy, có nhiệt độ sôi là 20,27 K (-252,87 °C) và nhiệt độ nóng chảy của hidro 14,02 K (-259,14 °C).

- Khí này tan rất ít trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ.

Tính chất hóa học

- Hidro là nguyên tố phi kim có số hiệu nguyên tử là 1 và nguyên tử khối của hidro cũng bằng 1.

- Cấu hình electron thuộc chu kì 1, nhóm IA, có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác nhau. Nó là chất khử mạnh ở nhiệt độ cao.

Khí hidro có độc không?

- Hidro là một chất khí cực kỳ bắt cháy, nó phản ứng cực mạnh với Clo và Flo, tạo ra axit hidro folic có thể gây ảnh hưởng cho phổi và các bộ phận khác của cơ thể con người.

- Khí Hydro khi trộn với khí Oxy cũng sẽ gây ra nổ và bắt lửa. Hay khi có dòng điện đi qua thì Hidro cũng có thể phát nổ.

- Tuy nhiên nó là khí không màu, không vị và khí hidro không độc nên bạn có thể yên tâm sử dụng, chỉ cần cẩn thận với các sự cố khi nó tiếp xúc với các chất khác.

- Khí hidro khá dễ cháy nổ, công ty MIGCO chúng tôi không khuyến khích việc sử dụng khí hidro để bơm bong bóng hay cổng hơi để đảm bảo tính an toàn. Thay vì đó khách hàng nên chọn khí Heli vì nó là khí trơ nên an toàn hơn.

Sản xuất khí hidro ra sao?

Hydro được sinh từ nước và năng lượng mặt trời, vì vậy khí hidro thu được có tên gọi hydro nhờ năng lượng mặt trời (solar hydrogen). Nước và ánh nắng mặt trời là 2 thứ vô tận trên hành tinh.

Năng lượng mặt trời là nguồn tự nhiên được thiên nhiên cung cấp vĩnh hằng, khoảng 3×1024 J/ngày hay khoảng 104 lần năng lượng mà toàn thế giới đã tiêu thụ hằng năm. Vì vậy, hidro sinh ra từ năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu vô tận, con người vô tư sử dụng chất khí này từ thế kỷ này qua thế kỷ. Luôn đảm đảm năng lượng an toàn cho loài người mà không lắng bị cạn kiệt. Nhờ đó mà không xuất hiện khủng hoảng năng lượng và bảo đảm sự độc lập cho mỗi quốc gia về năng lượng.

Để thu được khí hydro nhờ năng lượng mặt trời thì hiện nay có hai phương pháp sản xuất chính sau đây:

♦ Phương pháp điện phân nước (tên tiếng anh là water electrolysis) nhờ vào năng lượng điện mặt trời thông qua các tấm pin mặt trời (tên tiếng anh là solar cell).

♦ Và phương pháp quang điện hóa phân rã nước (tên tiếng anh là photoelectrochemical water splitting) nhờ vào mức năng lượng bức xạ của ánh sáng mặt trời với chất xúc tác quang. Cả hai phương pháp kể trên đều chung phản ứng xảy ra như sau:

H₂O – H₂ + 1/2O₂

- Trong phòng thí nghiệm, khí hiđro thường được điều chế bằng phản ứng của kim loại và axit :

Ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

- Ngoài ra khí hiđro có thể điều chế bằng nhiều cách khác nhau: cho hơi nước đi qua than (cacbon) nóng đỏ. Phân hủy hiđrocacbon bằng nhiệt độ, cho các bazơ mạnh vào trong dung dịch với nhôm hay khử từ axit loãng với kim loại (có khả năng đẩy hiđro từ axit).

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

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

– Sản xuất hidro bằng cách điện phân dung dịch có màng ngăn.

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂

– Điện phân nước:

2H₂O → 2H₂ + O₂

– Lượng hidro bổ sung có thể thu được từ CO thông qua phản ứng nước-khí sau:

CO + H₂O → CO₂ + H₂