ஹைட்ரஜனின் முக்கியமான வேதியியல் சேர்மங்கள்

ஹைட்ரஜனின் முக்கிய சேர்மங்களுக்கு ஒரு அறிமுகம்

ஹைட்ரஜன், அண்டத்தில் மிக இலகுவான மற்றும் அதிக அளவில் காணப்படும் தனிமமாக இருப்பதால், பரந்த அளவிலான சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது. உயர்நிலைப் பள்ளி வேதியியலுக்கு, அடிக்கடி கேட்கப்படும் சேர்மங்கள் அதன் ஆக்சைடுகள் (நீர் மற்றும் ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு) மற்றும் ஹைட்ரஜன் குளோரைடு போன்ற சில முக்கியமான ஹைட்ரைடுகள் ஆகும். இந்த வழிகாட்டி அவற்றின் தயாரிப்பு, பண்புகள் மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க வேதியியல் வினைகள் ஆகியவற்றில் கவனம் செலுத்துகிறது.

---

1. நீர் (H₂O)

வேதியியல் வாய்பாடு மற்றும் பொதுப் பெயர்

• வேதியியல் வாய்பாடு: H₂O
• பொதுப் பெயர்: நீர்

ஆய்வகத் தயாரிப்பு (தொகுப்பு)

நீர் பொதுவாக இயற்கையான மூலங்களிலிருந்து தூய்மையாக்கப்பட்ட நிலையில் பெறப்படுகிறது. தனிமங்களிலிருந்து அதன் தொகுப்பு அதன் உருவாக்கத்தை நிரூபிக்கிறது.

• சமன்பாடு: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)

பண்புகள்

• இயற்பியல் பண்புகள்:
  • நிறமற்ற, மணமற்ற, சுவையற்ற திரவம்.
  • உருகுநிலை: 0 °C (273.15 K)
  • கொதிநிலை: 100 °C (373.15 K)
  • அதிகபட்ச அடர்த்தி: 4 °C இல் 1 g/cm³.
  • ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு காரணமாக அதிக தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன் மற்றும் ஆவியாதல் மறைவெப்பம்.
• வேதியியல் பண்புகள்:
  • இருபண்புத்தன்மை: அமிலம் மற்றும் காரம் இரண்டாகவும் செயல்படும்.
    • அமிலமாக: H₂O + NH₃ ⇌ OH⁻ + NH₄⁺
    • காரமாக: H₂O + H₂S ⇌ H₃O⁺ + HS⁻
  • ரெடாக்ஸ் வினைகள்: ஆக்சிஜனேற்ற காரணி மற்றும் ஒடுக்கும் காரணி இரண்டாகவும் செயல்பட முடியும்.
    • ஆக்சிஜனேற்றம் (மின்நேர் உலோகங்களுடன்): 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)
    • ஒடுக்கம் (அதிக எதிர்மின் தன்மை கொண்ட அலோகங்களுடன் அதிக வெப்பநிலையில்): C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g) (நீர் வாயு நகர்வு)
  • நீராற்பகுப்பு: பல அயனி மற்றும் சகப்பிணைப்பு சேர்மங்களுடன் வினைபுரியும்.
    • சகப்பிணைப்பு: P₄O₁₀(s) + 6H₂O(l) → 4H₃PO₄(aq)
    • அயனி: Na₂CO₃(s) + 2H₂O(l) → H₂CO₃(aq) + 2NaOH(aq) (காரக் கரைசலை ஏற்படுத்தும் பகுதி நீராற்பகுப்பு)

தேர்வு தொடர்பான வினைகள்

1. வினைபுரியும் உலோகங்களுடன் வினை:
   • 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)
   • Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)
2. ஹாலோஜன்களுடன் வினை (வெந்நீர்):
   • 2F₂(g) + 2H₂O(l) → 4HF(aq) + O₂(g)
3. கார்பைடுகளின் நீராற்பகுப்பு (எ.கா., கால்சியம் கார்பைடு):
   • CaC₂(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + C₂H₂(g) (எத்தீன் உருவாக்கம்)
4. நீரின் கடினத்தன்மை:
   • தற்காலிகக் கடினத்தன்மை (Ca மற்றும் Mg இன் பைகார்பனேட்டுகள் காரணமாக):
     • கொதிக்கவைப்பதன் மூலம் நீக்குதல்: Ca(HCO₃)₂(aq) → CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g)
     • கிளார்க்ஸ் முறை மூலம் நீக்குதல்: Ca(HCO₃)₂(aq) + Ca(OH)₂(aq) → 2CaCO₃(s) + 2H₂O(l)
   • நிரந்தரக் கடினத்தன்மை (Ca மற்றும் Mg இன் குளோரைடுகள் மற்றும் சல்பேட்டுகள் காரணமாக):
     • சலவை சோடா மூலம் நீக்குதல்: CaCl₂(aq) + Na₂CO₃(s) → CaCO₃(s) + 2NaCl(aq)
     • அயனிப் பரிமாற்றம் (பெர்முடிட்/சீயோலைட் முறை) மூலம் நீக்குதல்: Na₂Z(s) + Ca²⁺(aq) → CaZ(s) + 2Na⁺(aq) (இங்கு Z என்பது சீயோலைட்)

---

2. ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு (H₂O₂)

வேதியியல் வாய்பாடு மற்றும் பொதுப் பெயர்

• வேதியியல் வாய்பாடு: H₂O₂
• பொதுப் பெயர்: ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு

தயாரிப்பு முறைகள்

1. பேரியம் பெராக்சைடிலிருந்து (பழைய முறை):
   • சமன்பாடு: BaO₂(s) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + H₂O₂(aq)
   • BaSO₄ கரையாதது மற்றும் வடிகட்டி பிரிக்கலாம். சிதைவைத் தடுக்க ‘நீரேற்றப்பட்ட’ பேரியம் பெராக்சைடு BaO₂·8H₂O மற்றும் குளிர்ந்த நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலம் தேவை.
2. மின்னாற்பகுப்பு முறை (பெராக்சோடிசல்பேட் முறை):
   • 50% H₂SO₄ அல்லது H₂SO₄ இல் உள்ள (NH₄)₂SO₄ இன் மின்னாற்பகுப்பு.
   • சமன்பாடுகள்:
     • 2H₂SO₄(l) → H₂S₂O₈(l) + H₂(g) (நேர்மின்வாயில்)
     • H₂S₂O₈(l) + 2H₂O(l) → 2H₂SO₄(l) + H₂O₂(l) (பெராக்சோடிசல்பூரிக் அமிலத்தின் நீராற்பகுப்பு)
3. 2-எத்தில்ஆந்த்ராகுயினோலின் தற்சுழற்சி ஆக்சிஜனேற்றம் (தொழில்துறை முறை):
   • மிக முக்கியமான தொழில்துறை முறை. 2-எத்தில்ஆந்த்ராகுயினோல் காற்றால் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்பட்டு 2-எத்தில்ஆந்த்ராகுயினோன் மற்றும் H₂O₂ ஆக மாறுகிறது. பின்னர் குயினோன் வினையூக்கி ஹைட்ரஜனேற்றம் செய்யப்பட்டு மீண்டும் குயினோலாகிறது.

பண்புகள்

• இயற்பியல் பண்புகள்:
  • தூய H₂O₂ வெளிர் நீல நிற, பாகுத்தன்மையுள்ள திரவம்.
  • நீரில் அனைத்து விகிதாச்சாரத்திலும் கலக்கும்.
  • அடர்த்தி: 20 °C இல் 1.44 g/cm³ (நீரை விட அதிகம்).
• வேதியியல் பண்புகள்:
  • சிதைவுறுதல்: நிலையற்றது மற்றும் நீர் மற்றும் ஆக்சிஜனாக சிதைவடைகிறது, குறிப்பாக ஒளி, வெப்பம் அல்லது வினையூக்கிகள் (உலோகங்கள், உலோக ஆக்சைடுகள்) முன்னிலையில்.
    • சமன்பாடு: 2H₂O₂(l) → 2H₂O(l) + O₂(g)
  • ஆக்சிஜனேற்ற காரணி: அமில மற்றும் கார ஊடகங்கள் இரண்டிலும்.
    • அமிலம்: PbS(s) + 4H₂O₂(aq) → PbSO₄(s) + 4H₂O(l) (கருப்பு PbS ஐ வெள்ளையாக மாற்றும்)
    • காரம்: 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2OH⁻(aq)
  • ஒடுக்கும் காரணி: அமில மற்றும் கார ஊடகங்கள் இரண்டிலும். (குறைவாக பொதுவானது, பொதுவாக வலுவான ஆக்சிஜனேற்ற காரணிகளுடன்).
    • அமிலம்: 2KMnO₄(aq) + 3H₂SO₄(aq) + 5H₂O₂(aq) → K₂SO₄(aq) + 2MnSO₄(aq) + 8H₂O(l) + 5O₂(g)
    • காரம்: 2K₃[Fe(CN)₆](aq) + 2KOH(aq) + H₂O₂(aq) → 2K₄[Fe(CN)₆](aq) + 2H₂O(l) + O₂(g)

தேர்வு தொடர்பான வினைகள்

1. வெளுக்கும் செயல் (ஆக்சிஜனேற்றப் பண்பு): புதிதாக உருவாகும் ஆக்சிஜன் வெளியிடப்படுவதால்.
   • H₂O₂(aq) → H₂O(l) + [O]
   • வண்ணப் பொருள் + [O] → வண்ணமற்ற பொருள்
2. H₂O₂ ஐ கண்டறிதல் (டைட்டானியம் சல்பேட் சோதனை):
   • Ti(SO₄)₂(aq) + H₂O₂(aq) + 2H₂O(l) → TiO₂(SO₄)₂(aq) + 2H₂SO₄(aq)
   • மஞ்சள்/ஆரஞ்சு நிற அணைவுச் சேர்மத்தை (பெராக்சோடைட்டானிக் அமிலம்), H₂TiO₄ ஐ உருவாக்குகிறது.

---

3. ஹைட்ரஜன் குளோரைடு (HCl)

வேதியியல் வாய்பாடு மற்றும் பொதுப் பெயர்

• வேதியியல் வாய்பாடு: HCl
• பொதுப் பெயர்: ஹைட்ரஜன் குளோரைடு (வாயு), ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலம் (நீர்க் கரைசல்)

ஆய்வகத் தயாரிப்பு

ஹைட்ரஜன் குளோரைடு வாயு பொதுவாக அடர் சல்பூரிக் அமிலம் சாதாரண உப்புடன் வினைபுரிவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது.

• சமன்பாடு: NaCl(s) + H₂SO₄(conc)(l) → NaHSO₄(s) + HCl(g) (< 200°C இல்)
  • அதிக வெப்பநிலைகளில் (200°C க்கு மேல்), வினை: 2NaCl(s) + H₂SO₄(conc)(l) → Na₂SO₄(s) + 2HCl(g)

பண்புகள்

• இயற்பியல் பண்புகள்:
  • கூர்மையான வாசனை கொண்ட நிறமற்ற வாயு.
  • நீரில் மிக அதிக அளவு கரையக்கூடியது, ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்தை உருவாக்குகிறது.
  • எரியாதது.
• வேதியியல் பண்புகள்:
  • அமிலத் தன்மை: நீரில் கரைந்து ஒரு வலிமையான அமிலத்தை உருவாக்குகிறது.
    • HCl(g) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + Cl⁻(aq)
  • உலோகங்களுடன் வினை: ஹைட்ரஜனை விட வினைத்திறன் வரிசையில் மேலே உள்ள வினைபுரியும் உலோகங்களுடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது.
    • Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(g)
  • உலோக ஆக்சைடுகள்/ஹைட்ராக்சைடுகளுடன் (காரங்கள்) வினை: உப்பு மற்றும் நீரை உருவாக்குகிறது.
    • MgO(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)
    • NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)
  • கார்பனேட்டுகள்/பைகார்பனேட்டுகளுடன் வினை: கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவை வெளியிடுகிறது.
    • Na₂CO₃(s) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)
  • நைட்ரேட்டுகளுடன் வினை (எ.கா., சில்வர் நைட்ரேட்): சில்வர் குளோரைடு ஒரு வெள்ளை வீழ்படிவை உருவாக்குகிறது.
    • AgNO₃(aq) + HCl(aq) → AgCl(s) + HNO₃(aq) (குளோரைடு அயனிகளைக் கண்டறியப் பயன்படுகிறது)
  • அக்குவா ரீஜியா உருவாக்கம்: அடர் HCl, அடர் HNO₃ உடன் 3:1 மோலார் விகிதத்தில் வினைபுரிந்து அக்குவா ரீஜியாவை உருவாக்குகிறது, இது தங்கம் மற்றும் பிளாட்டினம் போன்ற உன்னத உலோகங்களை கரைக்க முடியும்.
    • சமன்பாடு: HNO₃(conc) + 3HCl(conc) → NOCl(g) + 2H₂O(l) + 2[Cl] (புதிதாக உருவாகும் குளோரின்)

தேர்வு தொடர்பான வினைகள்

1. HCl வாயுவை சோதித்தல் (அமோனியா சோதனை):
   • NH₃(g) + HCl(g) → NH₄Cl(s) (அமோனியம் குளோரைடின் அடர்த்தியான வெள்ளை புகைகள்)
2. ஆய்வகத் தயாரிப்பு சமன்பாடு (மேலே உள்ளபடி).
3. அமிலப் பண்புகளைக் காட்டும் வினைகள் (உலோகங்கள், காரங்கள், கார்பனேட்டுகளுடன்).
4. அக்குவா ரீஜியா உருவாக்கும் வினை.

---

ஒப்பீட்டுப் பண்புகளின் சுருக்கம்

பண்பு	நீர் (H₂O)	ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு (H₂O₂)	ஹைட்ரஜன் குளோரைடு (HCl)
நிலை (தூய)	திரவம்	திரவம்	வாயு
தன்மை	இருபண்புத்தன்மை (அமிலம் மற்றும் காரம்)	ஆக்சிஜனேற்ற மற்றும் ஒடுக்கும் காரணி	வலிமையான அமிலம் (நீர்க் கரைசல்)
சிதைவுறுதல்	நிலையானது	நிலையற்றது, H₂O + O₂ ஆக சிதைவடைகிறது	நிலையான வாயு, நீரில் கரையும்
கரையக்கூடிய தன்மை	சிறந்த கரைப்பான்	நீரில் கலக்கும்	நீரில் மிக அதிக அளவில் கரையும் (HCl அமிலத்தை உருவாக்குகிறது)
H இன் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை	+1	+1	+1
முக்கியப் பயன்பாடு	உலகளாவிய கரைப்பான், நீரேற்றம்	வெளுக்கும் காரணி, கிருமிநாசினி, ஆக்சிஜனேற்றி/ஒடுக்கி	வலிமையான அமிலம், எஃகு நீக்குதல், குளோரைடுகள் உற்பத்தி
ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு	வலிமையான மூலக்கூறிடை H-பிணைப்பு	நீரை விட வலிமையான H-பிணைப்பு	திரவ நிலையில் பலவீனமான H-பிணைப்பு, வாயுவாக இருக்கும் போது இல்லை