Ջրածին

**Ջրածին** (), պարբերական համակարգի առաջին տարրն է։ Առաջին անգամ մաքուր վիճակում ստացել է Հենրի Կավենդիշը 1766 թվականին։ Այն տիեզերքում ամենատարածված տարրն է։ Երկրի վրա այն գտնվում է հիմնականում միացությունների ձևով։ Ջրածինը միացություններում միավալենտ է։

Ջրածնի ատոմը կազմված է մեկ պրոտոն ունեցող միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Հանդես է գալիս H2 պարզ նյութի ձևով։

## Պատմություն
Ջրածինը հայտնաբերվել է 16-րդ դարի կեսերին Պարացելսի կողմից, որը ստացել է երկաթի վրա ծծմբական թթու ազդելով։ 1766 թվականին Կավենդիշը հաստատել է նրա հատկությունները և ցույց է տվել նրա տարբերությունը մյուս գազերից և անվանել է «այրվող օդ»։ Լավուազիեն 1783 թվականին առաջին անգամ ջրածին ստացավ ջրից և ապացուցեց, որ ջուրը ջրածնի և թթվածնի քիմիական միացությունն է և նրան անվանեց «*հիդրոգենիում*», որը նշանակում է ջուր ծնող։ Ջրածինը երկրի վրա հանդես է գալիս միացություններում՝ ջրում, նավթում, կենդանի հյուսվածքներում, իսկ ազատ վիճակում՝ շատ չնչին քանակներով մթնոլորտի վերին շերտերում։

Ջրածին անջատվում է նաև հրաբխային ժայթքումների ժամանակ։ Սպեկտրոսկոպի օգնությամբ ջրածին հայտնաբերվել է արեգակի և աստղերի վրա։

Տիեզերքի նյութը ժամանակակից պատկերացումներով կազմված է 30-50%-ի չափով ազատ ջրածնից, որի ատոմը հանդիսանում է տիեզերքի կառուցման հիմնական աղյուսիկը։
մինի|Hydրածնի սպեկտրի փորձարկում
Բացի ջրածնից՝ 1 ատոմական զանգվածով, հայտնի են նաև 2 և 3 ատոմական զանգվածներով ջրածիններ՝ ծանր ջրածիններ՝ դեյտերիում (D) և տրիտիում (T), որոնք թթվածնի հետ առաջացնում են ծանր ջուր։

## Անվան ծագում
1787 թվականին Ա․ Լավուազիեն «այրվող գազը» դասակարգեց քիմիական տարրերի շարքը և անվանեց ջրածին *hydrogène* ( - «ջուր» և  - «ծնում եմ») - «ջուր ծնող»։

1801 թվականին Ա․ Լավուազիեն հետևորդ ակադեմիկոս Վ. Մ. Սևերգինը ջրածինը անվանեց «ջրաստեղծ նյութ», նա գրել է.

## Տարածվածություն
մինի|Սատուրն։ Մոլորակը բաղկացած է հիմնականում ջրածնից և հելիումից։

### Տիեզերքում
Ջրածինը ամենատարածված տարրն է տիեզերքում։ Կազմում է աստղերի և արևի զանգվածի մոտ կեսը (պլազմայի ձևով), արեգակի մթնոլորտի 84 %-ը, միջաստղային միջավայրի և միգամածությունների հիմնական մասը։ Աստղերի ընդերքում՝ ջրածնի ատոմների միջուկներից՝ պրոտոններից սինթեզվում են հելիումի ատոմի միջուկներ (ջերմամիջուկային սինթեզ), անջատվում է ահռելի քանակներով էներգիա։ Ջրածինը հայտնաբերվել է նաև այլ մոլորակների մթնոլորտում։

### Երկրի ընդերքում և կենդանի օրգանիզմներում
Ջրածնի պարունակությունը երկրակեղևում (ըստ զանգվածի) 0,15 % է, ընդհանուր պարունակությունը երկրի վրա՝ 1 % (16 %՝ ըստ ատոմների թվի)։ Ազատ վիճակում հանդիպում է հազվադեպ՝ որոշ հրաբխային և այլ բնական գազերում, օդում՝ 1•10−4։ Մթնոլորտի վերին շերտերում ջրածնի պարունակությունը շատ ավելի մեծ է, մերձերկրյա տարածությունում առաջացնում է երկրի պրոտոնային ռադիացիոն գոտին։

Ջրածինը մտնում է ամենատարածված նյութի՝ ջրի (11, 19% ըստ զանգվածի), նաև քարածխի, նավթի, բնական գազերի, կավերի, կենդանական և բուսական օրգանիզմների բաղադրության մեջ։

Ջրածնի իզոտոպային բաղադրությունը տարբեր տեղերում նույնը չէ․ ծանր ջրածինի (D) պարունակությունը օվկիանոսների վերին շերտերում ավելի մեծ է, քան մթնոլորտային տեղումներում և սառցադաշտերում։

## Ստացում

300px|մինի|Ջրածնի օքսիդների տարբեր սխեմատիկ ներկայացուցիչները
thumb|260px|Պրոտիում, Դեյտերիում, Տրիտիում
* Ջրածնից փոքր իոնացման պոտենցիալներով մետաղների և թթուների փոխազդեցությունից (բացի HNO3 և խիտ H2SO4-ից).
:: \mathsf{Zn + 2HCl \ \rightleftarrows{}\ ZnCl_2 + H_2}

:: \mathsf{Fe + H_2SO_4 \ \rightleftarrows{}\ FeSO_4 + H_2}

* Ալկալիական և հողալկալիական մետաղների ու ջրի փոխազդեցությունից.

:: \mathsf{Na + 2H_2O \ \rightleftarrows{}\ 2NaOH + H_2}

:: \mathsf{Ca + 2H_2O \ \rightleftarrows{}\ Ca(OH)_2 + H_2}

* Որոշ մետաղների կամ ոչ մետաղների և ալկալու ջրային լուծույթի փոխազդեցությունից.

:: \mathsf{2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow}

:: \mathsf{Zn + 2KOH + 2H_2O \rightarrow K_2[Zn(OH)_4] + H_2\uparrow}

:: \mathsf{Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2}

* Մետաղների հիդրիդների և ջրի կամ թթուների փոխազդեցությունից.

:: \mathsf{NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2\uparrow}

:: \mathsf{CaH_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2\uparrow}

* Ալկալիների, թթուների և որոշ աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզով.

: ~\mathrm{ 2NaCl+2H_2O\xrightarrow{electroliz^\circ }\ 2NaOH + Cl_2\uparrow +H_2\uparrow}

: ~\mathrm{2H_2O\xrightarrow{NaOH^\circ }\ 2H_2 +O_2\uparrow}

* Շիկացած ածխի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից (1000°С).

:: \mathsf{C + H_2O \rightarrow CO + H_2\uparrow}

*Երկաթագոլորշային եղանակով՝ շիկացած երկաթի և ջրային գոլորշու փոխազդեցությունից.

:: \mathsf{3Fe + 4H_2O \rightarrow Fe_3O_4 + 4H_2\uparrow}

* Մեթանի կոնվերսիայով (փոխարկմամբ) (900°С).

:: \mathsf{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2\uparrow}
կամ
:: \mathsf{CH_4 + 2H_2O \rightarrow CO_2 +4 H_2\uparrow}

## Ֆիզիկական հատկություններ
[400px|thumb|left|[Ճառագայթման սպեկտր ]]
400px|thumb|left|Ճառագայթման սպեկտր ջրածնի ատոմում։ 4 տեսանելի գազերի սպեկտրալ գիծը Բալմերի շարքում
Ջրածինը սովորական պայմաններում անգույն, անհամ, անհոտ գազ է։ 14,5 անգամ թեթև է օդից (ամենաթեթև գազն է)։Ջրում քիչ է լուծվում՝ 1 լ ջրում 20°С-ում լուծվում է 18 մլ ջրածին։-252,8°С-ում 1 մթնոլորտային ճնշման տակ ջրածինը դառնում է շարժուն հեղուկ, որը ևս անգույն է։

Ջրածինը լավ լուծվում է որոշ մետաղներում (Ni, Pd, Pt) 1 ծավալ պալադիումում լուծվում է 850 ծավալ ջրածին՝ տաքացնելիս այն քանակապես անջատվում է։
Ջրածնի դիրքը 1 և 7 րդ խմբում պայմանավորված է նրանով, որ ջրածնի ատոմը կարող է կորցնել էլեկտրոն նմանվելով ալկալիական մետաղներին եվ վերցնել էլեկտրոն նմանվելով հալոգեններին այսպիսով ջրածնի ատոմը օժտված է վերօքս երկակիությամբ կարող է լինել և օքսիդիչ, և վերականգնիչ։

Ջրածնի ատոմը պարզագույնն է՝ բաղկացած է միջուկից և մեկ էլեկտրոնից, իոնացման պոտենցիալը՝ 13,595 Էվ, էլեկտրոնային խնամակցության էներգիան (հիմնական վիճակում գտնվող ատոմի և բացասական իոնի էներգիաների տարբերությունը)՝ 0,754 էվ։ Քվանտային մեխանիկայի օգնությամբ հաշված են ջրածնի ատոմի հնարավոր էներգետիկ վիճակները։

Այլ գազերի հետ համեմատած ջրածինն ունի ամենամեծ տեսակարար ջերմահաղորդականությունը՝ 4,12• 10−4 կալ/սմ վրկ։ Ջրածինը չափազանց դժվար հեղուկացող գազ է (կրիտիկական ջերմաստիճանը՝ -240°С)։

Հեղուկ ջրածինը թեթև (70,8 կգ/մ3, -253°С), անգույն, դյուրաշարժ հեղուկ է։

Պինդ ջրածինը բյուրեղական է, խտությունը՝ 88 կգ/մ3։ Սովորական պայմաններում ջրածնի մոլեկուլը երկատոմ է՝ Н2 (ատոմների հեռավորությունը՝ 0,7414 А), դիսոցման էներգիան՝ 4,776 էվ (մոլ)։

## Իզոտոպներ

Իզոտոպները  պրոտիում (ըստ զանգվածի 99,98 %),  դեյտերիում (ըստ զանգվածի 0,02 %) և արհեստական եղանակով ստացվող  տրիտիում։

Ատոմական համարը՝ 1, ատոմական զանգվածը՝ 1.008։ Ամենաթեթև տարրն է պարբերական համակարգում։ Երկրի կեղևի ամբողջ զանգվածի, ներառյալ ջուրը և օդը ջրածնին բաժին է ընկնում ընդամենը 1%։ Ջրածինը 14 անգամ թեթև է օդից։




## Իզոտոպների հատկություններ
Իզոտոպների հատկությունները ջրածնում բերված է աղյուսակում։




## Քիմիական հատկություններ
Ջրածնի ատոմը խիստ ռեակցիաունակ է և շատ արագ առաջացնում է H2 մոլեկուլը։ Ատոմական ջրածնով աշխատող այրիչը ստեղծում է 4000 °С բարձր ջերմաստիճան, որը պայմանավորված է H2-ի կապի մեծ էներգիայով H+H→H2 ΔH=-436 կՋ է։ Բացի հիդրիդներից, որտեղ ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է, մնացած միացություններում ունի +1 օքսիդացման աստիճան։

Տաքացնելիս ջրածինը միանում է ոչ մետաղների մեծ մասի (օքսիդանում է) և ակտիվ մետաղների (վերականգնվում է) հետ, առաջացնում հիդրիդներ։ Ոչ մետաղների հիդրիդներն անգույն, սովորաբար տհաճ հոտով, թունավոր գազեր են, մետաղներինը՝ սպիտակ, բյուրեղական (իոնական) նյութեր։

Ջրածնի և հալոգենների խառնուրդները պայթուցիկ են․ ֆտորի հետ անմիջապես, քլորի հետ պայթում է լուսավորելիս, անգամ -252&nbsp;°C-ում բրոմի և յոդի հետ՝ տաքացնելիս։ Առաջանում են հալոգենաջրածիններ՝ ֆտորաջրածին (HF), քլորաջրածին (НСl), բրոմաջրածին (HBr) և յոդաջրածին (HI), որոնց ջրային լուծույթներն ուժեղ թթուներ են։

Սովորական պայմաններում թթվածնի հետ ջրածինը միանում է դանդաղ, տաքացնելիս՝ պայթյունով։ Պայթուցիկ են 4-94 ծավավալ % H2 պարունակող խառնուրդները՝ թթվածնի և 4-74% Н2 պարունակող խառնուրդները օդի հետ։

Ջրածինը թթվածնի հետ առաջացնում է նաև ջրածնի պերօքսիդ՝ H202։ Տաքացնելիս ջրածինը ծծմբի հետ միանում է հեշտությամբ, սելենի և տելուրի հետ՝ դժվարությամբ։ Առաջանում են ծծմբաջրածին՝ H2S, սելենաջրածին՝ H2Se, և տելուրաջրածին՝ H2Te, որոնք տհաճ հոտով ջրում լուծելի գազեր են (լուծույթները թթուներ են)։

Ջրածինը ազոտի հետ միանում է կատալիզատորի առկայությամբ՝ տաքացնելիս։ Ստացվում է ամոնիակ, NH3, որի ելքը մեծանում է ճնշումը բարձրացնելիս։ Ազոտի մյուս միացությունները ջրածնի հետ՝ հիդրազինը (N2H4), և ազոտաջրածնական թթուն (NH3), հեղուկներ են։

Ատոմական ջրածինը միանում է ֆոսֆորի, արսենի և անտիմոնի հետ։ Առաջանում են ֆոսֆին՝ PH3, արսին՝ AsH3, և ստիբին՝ SbH3, որոնք տհաճ հոտով, խիստ թունավոր գազեր են։

Ածխածինը ջրածնի հետ միանում է բարձր ջերմաստիճաններում՝ առաջացնելով (կատալիզատորի բացակայությամբ) մեթան՝ CH4, որը ածխաջրածինների պարզագույն ներկայացուցիչն է։ Սիլիցիումաջրածինները և բորաջրածինները՝ В2Н6, В4Н10, В5Н9, В5Н11 և այլն, ստացվում են մագնեզիումի, սիլիցիդի կամ բորիդի և թթուների փոխազդեցությամբ։ Տաքացնելիս ջրածինն իրենց օքսիդներից վերականգնում է բազմաթիվ մետաղներ (Mo, W, Cr, Fe, Си և այլն) և ոչ մետաղներ (Сl, Տ, N, Si և այլն)։

Ածխածնի (II) օքսիդը (СО) կատալիզատորի առկայությամբ Ջրածնով վերականգնելով ստանում են օրգանական նյութեր (НСНО, СН3ОН և այլն)։

Ջրածինը միանում է չհագեցած ածխաջրածինների հետ, վերականգնում օրգանական միացությունները։ Ալկալիական, հողալկալիական և մի քանի այլ մետաղների հետ ջրածինը միանում է բարձր ջերմաստիճաններում առաջացնելով մետաղների հիդրիդներ՝ LiH, NaH, CaH2, ВеН2 և այլն։ Այդ հիդրիդները կայուն են, հալվում են առանց քայքայվելու, ջրի առկայությամբ հիդրոլիզվում են՝ անջատելով ջրածին, ուժեղ վերականգնիչներ են։ Նրանց հալույթները էլեկտրոլիտներ են, ենթարկվում են էլեկտրոլիզի (անոդի վրա անջատվում է ջրածին)։

Ջրածինը լավ է լուծվում բազմաթիվ մետաղներում (Pd, Pt, Ni և այլն)՝ առաջացնելով ներդրման պինդ լուծույթներ։ Մետաղներում լուծվելու ունակության շնորհիվ ջրածինը․ թափանցում է մետաղների միջով (դիֆուզիա), կոռոզիայի է ենթարկում պողպատը (դեկարբոնացում)։

*Լույսի կամ ջերմության ազդեցությամբ H2 միանում է հալոգենների և այլ ոչ մետաղների հետ։

:: \mathsf{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl}

:: \mathsf{H_2 + S \rightarrow H_2S}

:: \mathsf{3H_2 + N_2 \rightarrow 2NH_3} (400-500°С,p,Fe)

*Ջրածինը միանում է թթվածնի հետ՝ հսկայական քանակի էներգիայի անջատմամբ (ջրածնաթթվածնային բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 3000°С։

:: \mathsf{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + Q}

այս գազերի 2։1 հարաբերությունը կոչվում է շառաչող գազ, քանի որ ավարտվում է պայթյունով։

*Ջրածինը ուժեղ վերականգնիչ է, այն վերականգնում է շատ մետաղներ իրենց օքսիդներից.

:: \mathsf{PbO + H_2 \rightarrow Pb + H_2O}

:: \mathsf{CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O}

փոխազդում է նաև որոշ ոչ մետաղների օքսիդների հետ, ստացվում է ոչ մետաղ.

:: \mathsf{2NO_2  + 4H_2 \rightarrow N_2 + 4H_2O}

*Մետաղների հետ ջրածինը առաջացնում է հիդրիդներ, որոնք պինդ նյութեր են և կարծես ջրածնի շտեմարան լինեն, որովհետև ջրի հետ՝ տալիս են ջրածին, որը հնարավոր է ապագայում օգտագործել որպես վառելիք՝ բենզինի փոխարեն։

:: \mathsf{H_2 + 2Na \rightarrow 2NaH}

:: \mathsf{Ca + H_2 \rightarrow CaH_2}

*Օրգանական քիմիական ռեակցիաներում ջրածինը օգտագործում են հիդրացնելու համար։
\mathsf{R\!\!-\!\!CH\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!R'+H_2}\rightarrow\mathsf{R\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!CH_2\!\!-\!\!R'}

## Կիրառություն
Ջրածինը կիրառվում է դիրիժաբլների լցման համար, որպես թեթև գազ, վեր բարձրացնող ուժ, ավտոգեն զոդման ժամանակ բոցի ջերմաստիճանը հասնում է 2000&nbsp;°C–ի։ Քիմիական արդյունաբերությունում որպես վերականգնիչ հատկապես Ni, Pt, Pd-ի առկայությամբ, 1 ծավալ Pd-ի մեջ լուծվում Է 850 ծավալ ջրածին։ Օգտագործվում է քարածուխից արհեստական բենզինի ստացման համար, ամոնիակի, սպիրտների, հալոգենաջրածինների սինթեզում։

Անգլիացի քիմիկոս Ջոն Դալտոնը 19-րդ դարի սկզբին առաջարկել է ջրածնի ատոմի զանգվածը, որպես ամենաթեթև տարր, ընդունել որպես ատոմական զանգվածի միավոր։ 1815 թվականին անգլիացի գիտնական Պրաուտր հայտնել է այն միտքը, որ բոլոր տարրերի ատոմները կառուցված են ջրածնի **n** ատոմներից։

Արեգակի վրա հայտնաբերվել է 69 քիմիական տարր՝ ջրածնի գերակշռությամբ։ Ջրածինը 5.1 անգամ շատ է, քան հելիումը և 10 հազար անգամ ավելի, քան բոլոր մետաղները միասին վերցրած (վերցրած ոչ թե կշռով, այլ ատոմների թվով)։ Այդ ջրածինը ծախսվում է ոչ միայն էներգիա արտադրելու վրա։ Ջերմա- միջուկային պրոցեսների ընթացքում նրանից առաջանում են նոր քիմիական տարրեր, իսկ արագացված պրոտոնները արտանետվում են՝ մերձարեգակնային քամի։ Այս երևույթը հայտնաբերվել է վերջերս՝ կոսմիկական տարածքն ուսումնասիրելու ժամանակ՝ արհեստական արբանյակների օգնությամբ։

Այն որոշակի վտանգ է ներկայացնում տիեզերագնացների համար։ Բացի այդ՝ պրոտոնների հոսքն առաջ է բերում երկրորդային կոսմիկական ճառագայթում, որը հասնում է մինչև երկրի մակերևույթ։ Առաջացող մագնիսային փոթորիկները կարող են ազդել կենսագործունեության պրոցեսների վրա և երկրի մագնիսային դաշտի կողմից կլանված ջրածնի միջուկը չի կարող չազդել կոսմոսի հետ նրա զանգվածափոխանակության վրա։

Մեծ քանակությամբ ջրածին կիրառվում է ամոնիակ, HCl սինթեզելու համար, հեղուկ ճարպերի հիդրոգենացման համար։ Որպես թեթև գազ հելիումի հետ լցնում էին օդապարիկները։ Ջրածինը օգտագործում են բարձր ջերմաստիճան ստանալու համար (3000-4000°С)։ Սակայն ջրածնի ամենալուրջ խնդիրը՝ միջուկային այս ռեակցիան է 21H+31H=42He+n+17,6 կՋ

Այս ռեակցիան ընթանում է 10 միլիոն աստիճանում, եթե հնարավոր լիներ կառավարել այս ռեակցիան, մարդկությունը կլուծեր էներգիայի պրոբլեմը։

Կարևոր է նաև պինդ վիճակում ջրածնի ստացումը (մետաղական ջրածին), որը օժտված է գերհաղորդականությամբ։

## Տես նաև
* Պարբերական աղյուսակ
* Հիդրոգենացում
*Քիմիական կապ
*Հիդրոնիում

## Ծանոթագրություններ

## Գրականություն
* Մոլորակի աղյուսները, հեղինակ՝ Մ. Գ. Զալինյան, էջեր՝ 7-8
* 
* 
* 
* 
* 

## Արտաքին հղումներ
* The Hydrogen Atom and The Periodic Table - The Feynman Lectures on Physics
* Basic Hydrogen Calculations of Quantum Mechanics 
* Hydrogen at *The Periodic Table of Videos* (University of Nottingham)

* High temperature hydrogen phase diagram 
* Wavefunction of hydrogen
* Low Energy Linear Accelerator - Monatomic Hydrogen diagram 

Կատեգորիա:Ոչ մետաղներ
Կատեգորիա:Ջրածին
Կատեգորիա:Սննդային հավելումներ
Կատեգորիա:Վառելանյութեր
Կատեգորիա:Վերականգնիչներ