हायड्रोजन (H) - रासायनिक अभिक्रिया आणि गुणधर्म

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

अभिक्रियाशीलतेच्या श्रेणीतील स्थान

• हायड्रोजनचे स्थान वैशिष्ट्यपूर्ण आहे. इलेक्ट्रोकेमिकल श्रेणीमध्ये ते तांब्यापेक्षा वर ठेवलेले आहे (H⁺/H₂ चे मानक इलेक्ट्रोड संभाव्य 0.00 V आहे), जे कमी अभिक्रियाशील धातूंना आम्लातून विस्थापित करण्याची त्याची क्षमता दर्शवते, परंतु ते सामान्य धातूंच्या अभिक्रियाशीलतेच्या श्रेणीत चपखल बसत नाही.
• इलेक्ट्रोपॉझिटिव्ह गुणधर्म (धनविद्युत् गुणधर्म): एक इलेक्ट्रॉन गमावून H⁺ (प्रोटॉन) तयार करू शकते, जो धातूंचा एक वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म आहे.
• इलेक्ट्रोनकारात्मक गुणधर्म (ऋणविद्युत् गुणधर्म): एक इलेक्ट्रॉन मिळवून H⁻ (हायड्राइड आयन) तयार करू शकते, जो अधातूंचा वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म आहे (उदा. NaH सारख्या आयोनिक हायड्राइड्समध्ये).

इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी (विद्युत्ऋणता)

• पॉलिंग इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी: 2.20. हे मध्यवर्ती मूल्य त्याला आयोनिक (अत्यंत इलेक्ट्रोपॉझिटिव्ह धातूंशी) आणि सहसंयुज (अधातूंबरोबर) दोन्ही बंध तयार करण्यास अनुमती देते.

सामान्य अभिक्रियाशीलता

• द्विअणु स्वरूप: H₂ वायू म्हणून अस्तित्वात असतो, ज्यामध्ये खूप मजबूत H-H एकेरी सहसंयुज बंध असतो (बंध विलगीकरण एन्थाल्पी = 435.88 kJ/mol).
• सामान्य तापमानावर निष्क्रियता: उच्च बंध विलगीकरण एन्थाल्पीमुळे, H₂ सामान्य तापमानावर तुलनेने निष्क्रिय असतो.
• उच्च तापमानावर/उत्प्रेरकांच्या उपस्थितीत अभिक्रियाशीलता: उच्च तापमानावर किंवा योग्य उत्प्रेरकांच्या (उदा. Pt, Pd, Ni) उपस्थितीत तो अत्यंत अभिक्रियाशील बनतो.
• क्षपणक (Reducing Agent): विशेषतः उच्च तापमानावर, धातूचे ऑक्साईड आणि सेंद्रिय संयुगे कमी करून तो एक शक्तिशाली क्षपणक म्हणून कार्य करतो.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

हायड्रोजन हवा किंवा शुद्ध ऑक्सिजनमध्ये जोरदारपणे जळतो.

हवा/ऑक्सिजनमध्ये ज्वलन

• परिस्थिती: जेव्हा जळणारी काडी आत ठेवली जाते किंवा विजेच्या ठिणगीने, तेव्हा तो फिकट निळ्या ज्योतीने पेट घेतो.
• अभिक्रिया: पाणी तयार होते. ही अभिक्रिया अत्यंत उष्णतादायी आहे. $2\text\{H\}_2\text\{(g)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} \xrightarrow\{\text\{Spark/Heat\}\} 2\text\{H\}_2\text\{O\}\text\{(l)\} + \text\{Energy\}$
• स्फोटक मिश्रण: हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन (किंवा हवा) विशिष्ट प्रमाणात (उदा. 2:1 घनफळ H₂:O₂) मिसळल्यास ते अत्यंत स्फोटक मिश्रण बनते.

पाणी आणि वाफेची क्रिया

सामान्य परिस्थितीत हायड्रोजन वायू (H₂) रासायनिकदृष्ट्या पाणी किंवा वाफेशी अभिक्रिया करत नाही. तो पाण्यात कमी प्रमाणात विद्राव्य आहे.

• प्रश्न अप्रत्यक्षपणे अशा अभिक्रियांचा संदर्भ देऊ शकतो जिथे पाण्यापासून/वाफेपासून हायड्रोजन तयार होतो, जे सामान्य तयारीचे मार्ग आहेत, परंतु हायड्रोजनची पाण्याबरोबरची थेट अभिक्रिया म्हणून, कोणतीही लक्षणीय रासायनिक अभिक्रिया होत नाही.

आम्ल आणि आम्लारीची क्रिया

सामान्य परिस्थितीत हायड्रोजन वायू (H₂) विरल किंवा संहत आम्ल आणि आम्लारीशी सामान्यतः निष्क्रिय असतो.

• हायड्रोजन स्वतः आम्ल आणि आम्लारीशी फारसा अभिक्रियाशील नसतो कारण त्यात आम्लधर्मी किंवा आम्लारीधर्मी कार्यात्मक गट नसतात ज्यामुळे सामान्य आम्ल-आम्लारी पद्धतीने थेट संवाद साधता येईल.
• “पाणी आणि वाफेची क्रिया” विभागाप्रमाणे, जर प्रश्न अप्रत्यक्षपणे अशा अभिक्रियांचा संदर्भ देत असेल जिथे धातूंवर आम्ल/आम्लारीच्या क्रियेने हायड्रोजन तयार होतो, तर त्या धातूंच्या आम्ल/आम्लारीबरोबरच्या वेगवेगळ्या अभिक्रिया आहेत, ज्यातून हायड्रोजन तयार होतो.

मुख्य प्रयोगशाळा चाचणी/ओळख अभिक्रिया

हायड्रोजन वायूची ओळख त्याच्या वैशिष्ट्यपूर्ण ज्वलन गुणधर्माने केली जाते.

”पॉप” ध्वनी चाचणी

• पद्धत: वायू असलेल्या टेस्ट ट्यूबमध्ये जळणारी काडी आत ठेवली जाते.
• निरीक्षण: जर वायू हायड्रोजन असेल, तर जळणारी काडी एका तीक्ष्ण, वैशिष्ट्यपूर्ण “पॉप” आवाजासह विझते. हा “पॉप” टेस्ट ट्यूबमधील उर्वरित ऑक्सिजनसह हायड्रोजनच्या जलद आणि स्थानिक ज्वलनामुळे होतो.
• अभिक्रिया: $2\text\{H\}_2\text\{(g)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} \xrightarrow\{\text\{Heat\}\} 2\text\{H\}_2\text\{O\}\text\{(l)\}$