Khí Hidro có lẽ không hề xa lại với chúng ta đúng ko? Nhưng không hẳn ai cũng nắm rõ về loại khí này? Với bài viết này sẽ giúp các bạn yêu thích bộ môn hóa học hiểu rõ hơn về khí Hidro là gì, tính chất hóa học của khí hidro? cũng như tính chất vật lý và ứng dụng của khí Hidro trong đời sống nhé.
Hydro là gì?
Hidro là chất khí có tên tiếng anh là hydrogen và tên tiếng latinh là hydrogenium. Hidro là một nguyên tố hóa học nằm trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với nguyên tử khối bằng 1[1 đvC]
Trước đây nó còn được gọi là khinh khí [như trong “bom khinh khí” tức bom H] vì nó là nguyên tố tồn tại thể khí và nhẹ nhất, với trọng lượng nguyên tử chỉ 1,00794 u. Hydro còn là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên tử. Hydro là 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 chỉ 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 chính là proti, ký hiệu là H, với hạt nhân sẽ 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 tới một proton và một neutron và một đồng vị phóng xạ là triti, ký hiệu là T, với hai neutron trong hạt nhân.
Hidro còn là chất khí công nghiệp phổ biến không màu, không mùi, khí cháy nổ thường dùng ở dạng khí lỏng.
Lịch sử hình thành của khí hydro?
Hiđro được Henry Cavendish phát hiện ra lần đầu tiên như một chất riêng biệt vào năm 1766. Cavendish đã tình cờ tìm ra chất khí này khi thực hiện các thí nghiệm của mình cùng với thủy ngân và các axit.
Mặc dù lúc đó ông đã sai lầm khi cho rằng khí hiđro là 1 hợp chất của thủy ngân. Nhưng Henry Cavendish đã có thể miêu tả được chính xác rất nhiều thuộc tính của hiđro. Antoine Lavoisier chĩnh là người đã đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ được rằng từ hydro và oxy nó sẽ tạo ra nước.
Hyđrô, Hiđro [H] trong bảng tuần hoàn
| Hydro, H |
| 1 |
| 1.00794 |
1 [Họ hydro hoặc kim loại kiềm/họ liti] IA [IUPAC], IA [CAS] Gas, Diamagnetic, Stable, Natural, Nonmetal |
| Phi kim |
| s |
| 1s1 |
– Hidro là một chất khí không màu, không mùi, không vị và là chất khí nhẹ nhất trong không khí và rất ít tan trong nước.
– 1 lít nước [ở 15 °C] sẽ hòa tan được 20 ml khí H2.
– Tỉ khối của H2 đối với không khí: dH2/kk = 2/29.
| Không màu |
| Chất khí |
| 14,01 K [-259,14 °C, -434,45 °F] |
| 20,28 K [-252,87 °C, -423,17 °F] |
| 0,08988 g/L [ở 0 °C, 101.325 kPa] |
| – Nhiệt độ nóng chảy: 0,07 g·cm−3 [rắn: 0.0763 g·cm−3] – Nhiệt độ sôi: 0,07099 g·cm−3 |
| 13.8033 K, 7,042 kPa |
| 32,97 K, 1,293 MPa |
| [H2] 0,117 kJ·mol−1 |
| [H2] 0,904 kJ·mol−1 |
| [H2] 28,836 J·mol−1·K−1 |
Trong điều kiện thường, Hidro tồn tại ở dạng phân tử H2, bao gồm 2 nguyên tử Hidro. Hidro dù là chất khí nhưng vẫn nhẹ hơn không khí 14,5 lần, đây là lý do vì sao Hidro chỉ tồn tại ở các tầng cao của khí quyển Trái Đất. Ngoài ra, Hidro sẽ tồn tại ở dạng hợp chất.
Tính chất vật lý của Hidro là không màu, không mùi, ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Hidro dễ cháy tạo thành hơi nước. Nhiệt độ sôi của Hidro là -252,87 độ C, nhiệt độ nóng chảy là -259,14 độ C.
Tính chất hóa học của Hidro [H]
Ở điều kiện thường, các nguyên tử hydro thường 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.]
Ở điều kiện tiêu chuẩn, hydro chính là một chất khí lưỡng nguyên tử không màu, không mùi, không vị và ở dạng là một phi kim.
Hidro là một phi kim có tính khử. Ở những nhiệt độ thích hợp, nó có thể kết hợp được với oxi, oxit kim loại. Đó cũng chính là những phản ứng hóa học của hidro khá đặc trưng. Các phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt.
Hidro tác dụng với oxi
– Hidro phản ứng oxi ở nhiệt độ thích hợp theo PTHH:
2H2 + O2 → 2H2O
– Hỗn hợp H2 và O2 là hổn hợp nổ. Hỗn hợp nổ mạnh nhất khi tỉ lệ H2:O2 là 2:1 về thể tích.
Hidro tác dụng với đồng oxit
– Hidro phản ứng với đồng oxit ở nhiệt độ khoảng 400 °C theo PTHH:
H2 + CuO → Cu+ H2O
– Trong PUHH trên, hidro đã chiếm chỗ của oxi trong CuO. Ta nói hidro có tính khử.
Ứng dụng của Hiđro hiện nay
Một số tính chất ứng dụng phổ biến của khí Hiro là:
- Dùng trong động cơ tên lửa, làm nhiên liệu thay cho những loại nhiên liệu như xăng, dầu. Do tính chất cháy sinh ra được nhiều nhiệt hơn, nên thường được thay thế bởi các nguyên liệu khác.
- Dùng để làm đèn xì – oxi để hàn cắt kim loại [ Hidro phản ứng với Oxi sẽ tỏa ra nhiệt lớn]
- Là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất được các hợp chất hữu cơ cũng như axit, amoniac
- Điều chế được kim loại nhờ vào khả năng khử hợp chất oxit
- Hidro là một chất khí nhẹ nhất, do đó thường được dùng để vận hành khinh khí cầu, sản xuất bóng bay.
Cách điều chế Hiđro hiện nay
Một số cách để điều chế hidro trong công nghiệp và được dùng phổ biến như: Điện phân nước, dùng than để khử oxi của H2O trong lò khí than, điều chế được H2 từ khí tự nhiên, khí dầu mỏ,….
Điều chế khí hidro từ khí thiên nhiên
Khi cho các khí tự nhiên phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao cũng sẽ cho sản phẩm là khí tổng hợp, carbon monoxide, một lượng nhỏ carbon dioxide và hỗn hợp của hydro.
Carbon monoxide cũng sẽ phản ứng với nước để tạo ra thêm H2. Cách tạo ra khí hidro này là khá rẻ và hiệu quả nhất, được dùng phổ biến nhất. Cách để điều chế hidro đơn giản bằng hơi nước sẽ chiếm phần lớn lượng khí H2 được sản xuất hàng năm trên thế giới.
Một loại khí tổng hợp chứa hydrogen và carbon monoxide cũng sẽ được tạo ra bằng cách cho than hoặc sinh khối phản ứng với hơi nước và khí oxy ở nhiệt độ cao trong máy nén khí áp suất, chuyển thành những thành phần khí.
Một quá trình được gọi là khí hóa hay hidro hóa bằng cách phản ứng với hơi nước để phân tách hydro.
Điện phân nước thành hydro [water electrolysis]
Đây cũng là cách làm khí hidro bằng dòng điện phân tách nước thành khí hydro và oxy. Nếu như dòng điện được sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời hay gió. Khí hydro thu được này là tái tạo.
Điều chế hidro bằng cách thay đổi chất lỏng tái tạo
Các nhiên liệu lỏng được tái tạo được dùng như ethanol sẽ được cho phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao để tạo ra khí hydro gần điểm sử dụng cuối cùng.
Điều chế khí hidro nhờ quá trình lên men
Sinh khối sẽ được chuyển đổi thành nguyên liệu giàu đường từ đó có thể lên men để điều chế hidro.
Lời kết
Với những thông tin trên mà chúng tôi đưa ra hi vọng sẽ hữu ích với các bạn yêu thích hóa học nói chung và các bạn đọc nói riêng có thể hiểu rõ hơn về khí hidro cũng như tính chất vật lý, hóa học và những ứng dụng của hidro trong cuộc sống.