Birinchi guruhning s-elementlari

BIRINCHI GURUHNING S–ELEMENTLARI.
30-MA’RUZA.
VODOROD-DAVRIY SISTEMANING BIRINCHI ELEMENTI. VODOROD ATOMI TUZILISHINING O’ZIGA XOSLIGI. TABIATDA TARQALISHI. FIZIKAVIY VA KIMYOVIY XOSSALARI.
Davriy jadvalda birinchi element - vodorod (Hydrogenium), suv hosil qiluvchi element bo`lib, atomi eng oddiy elektron tuzilishi - 1s<sup>1</sup> ga ega.
Bu element 1776 yilda ingliz olimi G. Kavendish vodorodni kashf etib, uni "yonuvchi havo" deb atagan. Lavuaze 1783 yilda eng birinchi bo`lib suvdan vodorodni olib, suv vodorod va kislorodning birikmasi ekanligini isbotlagan vodorodga "Hydrogenium" nomi berilishini taklif qilgan.
Tabiatdagi vodorod asosan protiy (99,98 %) va deyteriy (0,02 %) dan tashkil topgan. Tritiy esa juda kam miqdorda (10^-7 %) uchraydi. Uchinchi izotopi radioaktiv xossaga ega bo`lib, litiyning neytronlar bilan nurlanishi natijasida hosil bo`ladi:
(geliy izotopi)
Umumiy tavsif. Vodorod gazsimon holatda nisbatan aktiv bo`lgani uchun tabiatda juda kam miqdorda (tabiiy gazlar va vulqon gazlari tarkibida) erkin holdagi vodorod uchraydi. U koinot elementlarining asosiy qismini tashkil etadi. Quyoshning qariyib yarmi, yulduzlarning va Yupiter, Saturn sayyoralarining asosiy qismi vodoroddan iborat.
Vodorod suvning 11,11% ni tashkil etadi. O`simlik va hayvon organizmida, neft va gaz tarkibida vodorod asosiy elementlardan biri sifatida mavjud.
Zamonaviy davriy jadvalda vodorod I davr VIIA guruhchada joylashgan. Uning davrdagi qo‘shnisi He, guruhdagi qo‘shnisi esa F dir.
Vodorod birikmalarda metallmaslarga xos –1, metallarga xos +1 oksidlanish darajalarini namoyon etadi.
Olinishi: Vodorodni laboratoriya sharoitida kislotalarga (HNO₃ dan tashqari) Zn, Mg metallarini ta`sir ettirib yoki aktiv metallarni suvga ta'sir ettirib olinadi:
Zn + 2HCl ZnCl<sub>2</sub> + H<sub>2(gaz)</sub>
Mg + H<sub>2</sub>SO<sub>4(s)</sub> MgSO<sub>4</sub> + H<sub>2(gaz)</sub>
Ca + 2H<sub>2</sub>O → Ca(OH)<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>
Sanoatda vodorod turli usullar bilan olinadi.
a) Suvni elektroliz qilish:
2H<sub>2</sub>O 2H<sub>2(gaz)</sub> + O<sub>2</sub>
Bu jarayon unumini oshirish uchun suvda Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, KNO<sub>3</sub> kabi kuchli elektrolitlar eritilib, elektroliz qilinadi. Bu usuldan foydalanib, laboratoriyada ham vodorod olish mumkin.
b) Suvni konversiyalash (buzish, o`zgartirish): Suv bug`lari cho`g`lanib turgan ko`mir (koks) ustidan o`tkaziladi:
C + H<sub>2</sub>O CO + H<sub>2</sub>
Hosil bo`lgan gazlar aralashmasi "suv gazi" deb ataladi.
CO + H₂ + H₂O CO₂ + 2H₂
d) Metanni konversiyalash bilan:
CH₄ + H₂O CO + 3H₂
g) Metanni piroliz qilish va chala oksidlash reaksiyasi yordamida:
CH₄ C + 2H₂
2CH₄ C₂H₂ + 3H₂
2CH₄ + O₂ 2CO + 4H₂
Vodorodning fizikaviy xossalari: Vodorod ikki atomli molekulyar gazsimon modda. Rangsiz, mazasiz, hidsiz, eng engil (ρ = 0,089 g/l), suvda juda oz eriydi (1 hajm suvda 0,02 hajm vodorod). Issiqlik o‘tkazuvchanligi havodan 6 marta yuqori. Nodir metallar, ayniqsa, palladiyda yaxshi adsorbsiyalanadi (1 hajm Pd da 800 hajmgacha vodorod).
Kimyoviy xossalari: Vodorodning kimyoviy xossasi uning atomidagi 1 ta elektroni borligi va odatdagi sharoitda 2 atomli molekula – H₂ hamda uning parchalanish energiyasi 435 kj/mol ekanligi bilan tushuntiriladi.
Atomar holdagi vodorod xona sharoitida juda qisqa vaqt mavjud bo`lib, tezda H<sub>2</sub> hosil qiladi:
H + H → H<sub>2</sub>;
ko`pincha atomar vodorod kislotalarga metall ta`siri, suvning elektrolizi jarayonida hosil bo`ladi.
Molekulyar vodorod havo kislorodi ta`sirida ko`kimtir alanga berib yonadi. 2 hajm vodorod va 1 hajm kislorod gazlari aralashmasi "qaldiroq gaz" deb ataladi:
H₂ +½ O₂ → H₂O; H = –285,5 kJ/mol.
Bu reaksiyadan o`tga chidamli metallarni qirqish va payvandlashda foydalaniladi.
Vodorod gaz holatda birmuncha inert. U ftor bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri, xlor bilan quyosh ta`sirida, boshqa galogenlar bilan biroz qizdirilganda reaksiyaga kirishib, qaytaruvchilik xossasini namoyon qiladi:
H₂ + F₂ → 2HF
H₂ + Cl₂ 2HCl
H₂ + J₂ 2HJ
Oltingugurt, fosfor, azot va uglerod ma`lum sharoitda vodorod bilan birikib, tegishli birikmalarni hosil qiladilar. Bu reaksiyalarda ham vodorod +1 oksidlanish darajasiga o`tib, qaytaruvchi xossasini namoyon qiladi:
H₂ + S → H₂S
3H₂ + N₂ ↔ 2NH₃
Vodorod qizdirilganda metallar bilan birikadi. Bunda vodorod atomi metall atomidan elektronlarni biriktirib olishi tufayli oksidlovchilik xossasini namoyon qiladi va –1 oksidlanish darajasiga ega bo‘ladi:
2Na + H₂ → 2NaH
Ca + H₂ → CaH₂
2Al + 3H₂ → 2AlH₃
Bu birikmalar metall gidridlari deb ataladi va qattiq holda bo`lib, ularda bog`lanish ionli tabiatga ega. Bu moddalar suv bilan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga kirishib, metall gidroksidi va vodorod gazini hosil qiladi:
CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂
2NaH + 2H₂O → 2NaOH + 2H₂
Yuqoridagi metallar va metallmaslarning vodorod atomi bilan ta`sirlashuvi vodorodning bir vaqtda galogenlarga o`xshash gazsimon holatga o`tishi va ular singari oksidlovchilik xossasini namoyon qilib, –1 oksidlanish darajasidagi birikmalari hosil bo`lishini, ikkinchi tomondan ishqoriy metallar singari bitta elektronini oson berib, (qaytaruvchi) +1 oksidlanish darajasidagi birikmalar hosil qilishini ko`rsatadi. Shu sababli, davriy jadvalda vodorod elementi I va VII guruh elementlari qatoriga kiritilgan.
Vodorod gazi kuchli qaytaruvchi modda sifatida ba`zi metallarning oksidlari bilan ta`sirlashib, metallarni ularning oksidlaridan ajratib chiqaradi:
Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O,
CuO + H₂ → Cu + H₂O,
WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O.
Vodorodning keng tarqalgan birikmalari qatoriga suv, vodorod peroksidi, organik moddalar, neft mahsulotlari va tabiiy gazlar kiradi.

Vodorodning muhim birikmasi suv hisoblanadi. Suv massa jihatidan 11,11 % vodorod va 88,89 % kisloroddan iborat. Suv molekulasida bog‘ ( HOH) burchagi 104,5^o ga teng. Suv molekulasida kuchli qutblangan kovalent bog‘lanish mavjud bo‘lib, buning natijasida zaryadlangan molekulalar o‘rtasida vodorod bog‘lanish vujudga keladi. Shuning uchun boshqa xalkogenlar gidridlari (H₂S, H₂Se, H₂Te) ga nisbatan suyuqlanish harorati yuqori bo‘ladi. Uning suyuqlanish harorati 0^oC, qaynash harorati 100^oC. 20^oC dagi issiqlik sig‘imi 4,18 J/g·K, 0^oC dagi issiqlik o‘tkazuvchanligi 0,598 J/m·sek·K.

Kimyoviy nuqtai nazardan suv ancha aktiv modda. Suv ishqoriy va ishqoriy-yer metallari, ularning oksidlari, aktiv metallmaslar, kislotali oksidlar bilan reaksiyaga kirishadi:
2Na + 2H₂O  2NaOH + H₂,
2K + 2H₂O 2KOH + H₂,
Ca + 2H₂O  Ca(OH)₂ + H₂↑
Li₂O + H₂O 2LiOH,
2H₂O + 2F₂ 4HF + O₂ ,
Cl₂ + H₂O  HCl + HClO,
SO₃ + H₂O  H₂SO₄.
Boshqa metallar bilan yuqori haroratda ta'sirlashib, oksid hosil qiladi.
2Al + 3H₂O Al₂O₃ + 3H₂
Ko‘plab tuzlar suvda gidrolizga uchraydi.
Al₂S₃ + 6H₂O  2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑
Suv kuchli erituvchi bo‘lib, ko‘plab qutbli moddalar suvda eriydi. oddiy suvda massa jihatdan 0,02 % og‘ir suv D₂O (D – deyteriy) bo‘ladi.
Vodorodning yana bir muhim birikmalaridan biri vodorod peroksiddir. Vodorod peroksid H₂O₂ –0,8^oC da suyuqlanadigan va 152^oC da qaynaydigan suvga nisbatan quyuq suyuqlik (ρ=1,47 g/ml). oddiy sharoitda H₂O₂ parchalanadi. Yorug‘lik nuri va katalizatorlar (MnO₂, kuchsiz ishqoriy muhit v.b.) ta'sirida parchalanish tezlashadi.
2H₂O₂  2H₂O + O₂↑
Vodorod peroksid kuchsiz kislota. Uning tuzlari to‘liq gidrolizga uchraydi.
H₂O₂ kuchli oksidlovchi ( =1,77 V).
MnSO₄ + H₂O₂ + 2KOH  MnO₂ + K₂SO₄ + 2H₂O,
H₂O₂ + 2KJ + H₂SO₄  K₂SO₄ + J₂ + 2H₂O,
2KCrO₂ + 3H₂O₂ + 2KOH  2K₂CrO₄ + 4H₂O,
PbS + 4H₂O₂  PbSO₄ + 4H₂O.
Kuchli oksidlovchilar oldida esa qaytaruvchi vazifasini o‘taydi.
2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄  5O₂ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O,
2KMnO₄ + 3H₂O₂ + 4H₂O  2MnO₂ + 3O₂ + 6H₂O + 2KOH.
Vodorod peroksid antiseptik va oshlovchi modda sifatida, raketa yoqilg‘isi oksidlovchisi va kislorod manbaasi sifatida ishlatiladi.
Eng yengil metall litiyni 1817 yil shved kimyogari Iogann Avgust LiAl[Si₄O₁₀]-petalit mineralidan olgan. Bertselius bu elementga “litiy” nomini taklif qilgan. U mineraldan topilgan birinchi ishqoriy metall. Uning nomi grekchadan kelib chiqqan va “Litos” – tosh ma’nosini anglatadi. Natriy birikmalari insonlarga qadim zamonlardan ma’lum. Natriy xlorid tuz-oziqovqat maxsulotlarining sifatini oshirishda ancha vaqtlardan beri ishlatilib kelinadi. Qadimgi
greklar ichimlik sodasini bilishgan, alximiklarga natriy gidroksid ma’lum bo’lgan. Natriy oddiy modda sifatida 1807 yil Angliyalik olim Gemfri Devi tomonidan ochilgan.
Devi qattiq natriy gidroksidni elektroliz qilib metal holidagi natriyni olgan va uning birikmalarini birinchilardan bo’lib o’rgangan. Devi soda deb nomlagan bo’lsada, aslida ham element nomi grekchada “nitron” – soda ma’nosini anglatadi. (o’yuvchi natriy kaustik soda deb ataladi).
Kaliyni Gemfri Devi natriydan bir oz avvalroq qattiq kaliy gidroksidni elektroliz qilib olgan. Element nomi arabchadan olingan bo’lib, “al kali”-ishqor na’nosini anglatadi;
Devi uni potash deb nomlagan va u nom Angliyada saqlanib qolgan (inglizchada o’yuvchi kaliyo’yuvchi potash). Rubidiy 1861 yil nemis olimlari Robert Vilgelm Bunzen va Gustav Robert Kirxgof tomonidan ochilgan. Element lipedolit mineralini spectral analiz qilish orqali aniqlangan.
Bu mineral spektrida to’q qizil rang hosil bo’lganligi rubidiy borligidan dalolat beradi. Birinchi marta Robert Vilgelm Bunzen metallsimon rubidiyni olishga erishgan. Uning nomlanishi lotincha “Rubidus” ya’ni to’q qizil degan ma’noni anglatadi.
Seziyni 1860 yil nemis olimlari Robert Vilgelm Bunzen va Gustav Robert Kirxgoflar spektrlarda ikkita yorqin ko’k chiziq hosil bo’lganligidan aniqlashgan. Uning nomi lotinchadan olingan bo’lib, “sezius” - havorang-ko’k.
D.I.Mendeleyev tomonidan № 87 elementning kashf etilishi oldindan aytib o’tilgan. Radioaktiv element xisoblangan Fransiyni 1939 yil fransuz olimi Margarita Per ochgan. Uning nomi Fransiya davlati hurmatiga qo’yilgan.