डाइहाइड्रोजन, $\mathrm{H}_2$ की तैयारी

डाइहाइड्रोजन की प्रयोगशाला तैयारी

(i) जलबी जस्ते जस्ते को तत्काल हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ प्रतिक्रिया द्वारा।

$$ \mathrm{Zn}+2\mathrm{H}^{+}→\mathrm{Zn}^{2+}+\mathrm{H}_2 $$

(ii) जलीय क्षार के साथ जस्ते का प्रतिक्रिया द्वारा।

$$ \mathrm{Zn}+2\mathrm{NaOH}→\mathrm{Na}_2\mathrm{ZnO}_2+\mathrm{H}_2 $$

डाइहाइड्रोजन की वाणिज्यिक उत्पादन

(i) प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके संकुचित जल की विद्युदयन्त्रण से हाइड्रोजन मिलता है।

$$ 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})\rightarrow 2\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) $$

(iii) निकेल इलेक्ट्रोड के बीच बारियम हाइड्रॉक्साइड विषयी उष्णकटिबंधीय जल संयंत्रण से अत्यधिक शुद्ध ( $>99.95 %$ ) डाइहाइड्रोजन प्राप्त होता है। (iv) टेलीन मिडिया के उष्णाक और हस्तक्षेप में ग्रैनोजन या कोक के साथ भाप का प्रतिक्रिया करने से हाइड्रोजन बनता है।

भौतिक गुण

डाइहाइड्रोजन रंगहीन, सुगंधहीन, स्वादहीन, ज्वल्यमान गैस है। यह हवा से हल्का है और पानी में अविपरीय है। इसके अन्य भौतिक गुणों के साथ डीयूटेरियम के भौतिक गुण इस प्रकार हैं

रासायनिक गुण

• $\mathrm{H}$-$\mathrm{H}$ बाँध छावनी संदर्भ में किसी तत्व के दो अणुओं के बीच एकल बांध के लिए सबसे अधिक होती है क्योंकि डाइहाइड्रोजन का विटाटकरण केवल ~0.081% होता है, जो 2000K के आस्पास है और यह 5000K पर 95.5% बढ़ जाता है हैलोजनों के साथ अभिक्रिया: यह हैलोजनों, $\mathrm{X}_2$ के साथ प्रतिक्रिया करता है, हाइड्रोजन हैलाइड, $\mathrm{HX}$ को देता है,

$$ \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{X}_2(\mathrm{~g})\rightarrow 2\mathrm{HX}(\mathrm{~g})\quad(\mathrm{X}=\mathrm{F}, \mathrm{Cl}, \mathrm{Br}, \mathrm{I}) $$

हालांकि, विद्युतीया जल के साथ केवली यह प्रतिक्रिया होती है, जबकि यह आयोडीन के साथ कोई कैटलिस्ट की आवश्यकता होती है। अपशिष्ट के साथ अभिक्रिया: यह अपशिष्ट के साथ पानी बनाता है। प्रतिक्रिया अत्यधिक विक्षुब्धिजनक होती है।

$$ 2\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_2\text{(g)}\xrightarrow{\text{कैटलिस्ट या hesting}}2\mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) ;\quad\Delta H^{\ominus}=-285.9\mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1} $$

N के साथ अभिक्रिया: यह डाइनाइट्रोजन के साथ अमोनिया बनाता है।

$$ \begin{aligned} &3\mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{N}_2(\mathrm{~g})\xrightarrow[\mathrm{Fe}]{673\mathrm{~K}, 200\mathrm{~atm}}2\mathrm{NH}_3(\mathrm{~g})\text{;}\ &\Delta H^{\ominus}=-92.6\mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}\ & \end{aligned} $$

यह हैबर प्रक्रिया द्वारा अमोनिया के निर्माण की विधि है।

मेटल के साथ क्रियाओं के साथ: कई मेटल के साथ इसे उच्च तापमान पर मिश्रण बनाने के लिए योग्य हाइड्राइड के रूप में मेलजोलने में प्रयुक्त होता है

$$ \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+2 \mathrm{M}(\mathrm{g}) \rightarrow 2 \mathrm{MH}(\mathrm{s}) \text {; } $$

यहां $\mathrm{M}$ एक शारीरिक धातु है मेटल आयनों और मेटल ऑक्साइड के साथ अभिक्रियाएँ: यह कुछ आयनों और धातुओं के ऑक्साइड को न्यूनतम संवेदकता वाले पैरेंट धातु में कम करता हैं।

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H}2(\mathrm{~g})+\mathrm{Pd}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Pd}(\mathrm{s})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \ & \mathrm{yH}2(\mathrm{~g})+\mathrm{M}{\mathrm{x}} \mathrm{O}{\mathrm{y}}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{xM}(\mathrm{s})+\mathrm{yH}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \end{aligned} $$

संघीय यौगिकों के साथ अभिक्रियाएँ: उपयोगी उद्योगिक महत्व के हाइड्रोजनयनिकृत प्रोडक्ट्स को कैटलिस्ट की मौजूदगी में बहुत से आर्गेनिक यौगिकों के साथ इसकी प्रतिक्रिया होती है। उदाहरण के लिए:

(i) निकेल का प्रयोग करके वनस्पति तेलों का हाइड्रोजनयन करने से खाद्य तेल बनाता है (मार्गरीन और वनस्पति घी) (ii) ओलेफिनों के हाइड्रोफ़ॉर्मेशन से एल्डिहाइड प्राप्त होते हैं, जो बाद में कम होने के लिए रेडक्शन करते हैं

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H}_2+\mathrm{CO}+\mathrm{RCH}=\mathrm{CH}_2 \rightarrow \mathrm{RCH}_2 \mathrm{CH}_2 \mathrm{CHO} \ & \mathrm{H}_2+\mathrm{RCH}_2 \mathrm{CH}_2 \mathrm{CHO} \rightarrow \mathrm{RCH}_2 \mathrm{CH}_2 \mathrm{CH}_2 \mathrm{OH} \end{aligned} $$

डाइहाइड्रोजन के उपयोग

• नाइट्रिक एसिड और नाइट्रोजनर सारा उत्पादन में प्रयुक्त अमोनिया की संश्लेषण में।
• पॉलीअनसैचुरेटेड वनस्पति तेलों जैसे सोयाबीन, कपास के बीज आदि का हाइड्रोजनयन करके वानस्पति तेल का निर्माण में प्रयुक्त होता है।
• यह बड़े मात्रा में सार्वभौमिक रासायनिक यौगिकों, विशेषतः मेथनॉल के निर्माण में प्रयुक्त होता है।

$$ \mathrm{CO}(\mathrm{g})+2 \mathrm{H}_2(\mathrm{~g}) \xrightarrow[\text { कैटलिस्ट }]{\text { कोबाल्ट }} \mathrm{CH}_3 \mathrm{OH}(1) $$

• यह धातु हाइड्राइडों के निर्माण में व्यापक रूप से प्रयुक्त होता है
• यह महत्वपूर्ण रासायनिक यौगिक हाइड्रोक्लोराइड की तैयारी में प्रयुक्त होता है।
• धातु ओक्साइड को धातु तक कम करने के लिए इसका प्रयोग मेटलर्जिक प्रक्रियाओं में होता है।
• अंतरिक्ष अनुसंधान में रॉकेट ईंधन के रूप में इस्तेमाल होता है।
• विद्युतीय ऊर्जा उत्पादन के लिए ईंधन को ईंधन कोशिकाओं में इस्तेमाल किया जाता है।

हाइड्राइड्स

निश्चित प्रतिक्रिया शर्तों के तहत, $\mathrm H_2$ अधिकांश पदार्थों के साथ मिलकर, उच्च दर्जे तक हाइड्राइड्स बनाता है, केवल नोबल गैसों को छोड़कर। $\mathrm{EH}{\mathrm{x}}$ (ज़ैसे, $\mathrm{MgH}2$ ) या $\mathrm{E}{\mathrm{m}} \mathrm{H}{\mathrm{n}}$ (ज़ैसे, $\mathrm{B}_2 \mathrm{H}_6$ )।

प्रकार:

(इ) आयनिक या ड्रावीड़ौंदी या लवणीय हाइड्राइड्स (ई) कोवलेंट या आणुश्रुंगी हाइड्राइड्स (ग) धातुर्जात या गैर-समर्थ हाइड्राइड्स

पानी

पानी की भौतिक गुण

• यह एक रंगहीन और स्वादहीन तरल है। इसके भौतिक गुणों के साथ गंभीर जल की भौतिक गुणौं की मदद करता हैं।

• अन्य तरलों की तुलना में, पानी का विशिष्ट ऊष्मा, ऊष्मीय संवेदनात्मकता, सतह तन्न, यायी श्रेणी और आदिपोल का पलक शंकु आदि अधिक होता है।

बर्फ की संरचना

बर्फ में तीन आयामी हाइड्रोजन बांधी हुई संरचना होती है जैसा कि दिखाया गया है, बर्फ के क्रिस्टलों की साइट्राईकेलिकपर प्रभावित ओक्सीजन अणु के एक दूसरे ओक्सीजन अणु से 276 pm की दूरी पर घेरे गए होते हैं। हाइड्रोजन बांधने से बर्फ को एक खुले प्रकार की संरचना मिलती है जिसमें चौड़े सुई होता है। ये खुले सुई अनुकूल आयाम के कुछ अन्य अणुओं को अंतरंगत्थथ कर सकती हैं।

पानी के रासायनिक गुण

संबंधीय प्रकृति:

इसमें अम्फिटेरिक पदार्थ के रूप में कार्य करने की क्षमता होती है, अर्थात यह एक अम्फिपोटिक पदार्थ के रूप में व्यवहार करती है।

$$ \begin{array}{lll} \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(1)+\mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) \square & \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{NH}_4^{+}(\mathrm{aq}) \ \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{H}_2 \mathrm{~S}(\mathrm{aq}) \square & \mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{HS}^{-}(\mathrm{aq}) \end{array} $$

पानी का स्वयं-विदयुतीकरण (स्वयं-विधपन) इस प्रकार से होता है:

$$ \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(1)+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(1) \square \quad \mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) $$

अम्फिटेरिकत्व-1 विधप्य-2 अम्फिटेरिकत्व-2 विधप्य-1 (अम्फिटेरिकत्व) (विधप्य) (सहविधप) (सहविधप)

पानी को संकर रेक्शन

पानी को उच्च विद्युत प्रदानशील धातुओं द्वारा रेड्यूस करके सुपरहाइड्रिजन में आसानी से बदला जा सकता है।

$$ 2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l})+2 \mathrm{Na}(\mathrm{s}) \rightarrow 2 \mathrm{NaOH}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_2(\mathrm{~g}) $$

इस प्रकार, यह एक महान डायड्रोजन का स्रोत है। पानी को संकरीय बनाने के दौरान यह ऑक्सीजन $\mathrm{O}_2$ बना देता है।

$$ \begin{aligned} 6 \mathrm{CO}_2(\mathrm{~g})+12 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{C}6 \mathrm{H}{12} \mathrm{O}_6(\mathrm{aq})+ & 6 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \ & +6 \mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \end{aligned} $$

फ्लोरीन के साथ भी यह ऑक्सीजन $\mathrm{O}_2$ में ऑक्सीदाइज हो जाता है।

$$ 2 \mathrm{~F}_2(\mathrm{~g})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow 4 \mathrm{H}^*(\mathrm{aq})+4 \mathrm{~F}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) $$

हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया

अधिक विधुतिक संबंधस्थल के कारण, इसकी बहुत मजबूत हाइड्रेशन क्षमता होती है। यह कई आयनिक यौगिकों को घुला सकता है। हालांकि, कुछ संयुक्त आयनिक और कुछ आयनिक यौगिक पानी में हाइड्रोलाइस हो जाते हैं।

$$ \begin{aligned} & \mathrm{P}4 \mathrm{O}{10}(\mathrm{~s})+6 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(1) \rightarrow 4 \mathrm{H}_3 \mathrm{PO}_4(\mathrm{aq}) \ & \mathrm{SiCl}_4(1)+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(1) \rightarrow \mathrm{SiO}_2(\mathrm{~s})+4 \mathrm{HCl}(\mathrm{aq}) \end{aligned} $$

हाइड्रोजन पेरोक्साइड $\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2\right)$

हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रदूषण नियंत्रण और घरेलू और औद्योगिक अपशिष्टों के संशोधन उपचार में प्रयोग किया जाने वाला महत्वपूर्ण रासायनिक है।

तैयारी

(i) बेरियम पेरोक्साइड को अम्लीकृत करने और कम दाब पर बहार जाने से अधिक पानी को हटाने से हाइड्रोजन पेरोक्साइड मिलता है।

$$

इसके लिए हिंदी संस्करण क्या है: \begin{array}{r} \mathrm{BaO}_2 \cdot 8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{s})+\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{BaSO}_4(\mathrm{~s})+ \ \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{aq})+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \end{array} $$

(ii) सल्फेट समाधीकृत प्रयासित में उच्च विद्युत घनत्व पर्याय से पेरोक्सडाइसल्फेट बनता है, जो हाइड्रोलिसिस पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड देता है.

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{HSO}_4^{-}(\mathrm{aq}) \xrightarrow{\text { विद्युती निकास }} \mathrm{HO}_3 \mathrm{SOOSO}_3 \mathrm{H}(\mathrm{aq}) \ & \xrightarrow{\text { हाइड्रोलिसिस }} 2 \mathrm{HSO}_4^{-}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{aq}) \ & \end{aligned} $$

इस विधि का उपयोग अब $\mathrm{D}_2 \mathrm{O}_2$ के प्रयोगशाला में निर्माण के लिए होता है.

$$ \mathrm{K}_2 \mathrm{~S}_2 \mathrm{O}_8(\mathrm{~s})+2 \mathrm{D}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow 2 \mathrm{KDSO}_4(\mathrm{aq})+\mathrm{D}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{l}) $$

(iii) औद्योगिक रूप से इसे 2-ऐल्किलएंथ्राक्विनोलस की स्वतःऑक्सीकरण से तैयार किया जाता है.

भौतिक गुण

• मसलन रंगहीन (बहुत पीला) तरल है।
• $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2$ पानी के साथ सभी अनुपातों में मिश्रित होता है और एक हाइड्रेट $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2 \cdot \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ (तापमान $221 \mathrm{~K}$ ) बनाता है।
• $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2$ का $30 %$ का समाधान ‘100 आयम’ हाइड्रोजन पेरोक्साइड के रूप में बाजार में बेचा जाता है। इसका मतलब है कि $30 % \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2$ के समाधान से एक मिलीलीटर से $100 \mathrm{~मिलीलीटर}$ की ओक्सीजन स्टीटीपी पर मिलेगी। वाणिज्यिक रूप से बेचे जाने वाले नमूने में $10%$ होता है, जिसका मतलब है कि नमूने में $3%$ हाइड्रोजन पेरोक्साइड होता है।

संरचना

इसकी गैर-तस्वीय संरचना होती है।

रासायनिक गुण

• यह तत्त्वों और क्षारीय माध्यम में ही एक्सीडाइजिंग और रीड्यूसिंग एजेंट के रूप में कार्य करता है। (i) एसिड माध्यम में अधिक खासियत $$ \begin{aligned} 2 \mathrm{Fe}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+ & \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{aq}) \rightarrow \ & 2 \mathrm{Fe}^{3+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \ \mathrm{PbS}(\mathrm{s})+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{aq}) \rightarrow & \mathrm{PbSO}_4(\mathrm{~s})+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \end{aligned} $$

(ii) एसिड माध्यम में रीड्यूसिंग एजेंट कार्य $$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{MnO}_4^{-}+6 \mathrm{H}^{+}+5 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2 \rightarrow 2 \mathrm{Mn}^{2+}+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+5 \mathrm{O}_2 \ & \mathrm{HOCl}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}+\mathrm{Cl}^{-}+\mathrm{O}_2 \end{aligned} $$

(iii) बेस माध्यम में एक्सीडाइजिंग एजेंट कार्य $$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2 \rightarrow 2 \mathrm{Fe}^{3+}+2 \mathrm{OH}^{-} \ & \mathrm{Mn}^{2+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{Mn}^{4+}+2 \mathrm{OH}^{-} \end{aligned} $$

इस प्रमुख्य धारिता में कार्रवाई को कम करना $$ \begin{aligned} & \mathrm{I}_2+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2+2 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{I}^{-}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{O}_2 \ & 2 \mathrm{MnO}_4^{-}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2 \rightarrow 2 \mathrm{MnO}_2+3 \mathrm{O}_2+ \ & 2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+2 \mathrm{OH}^{-} \end{aligned} $$

संग्रहण

$\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2$ धीरे-धीरे रोशनी के सामरिक्रम में टुटता है।

$$ 2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{l}) \rightarrow 2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) $$

मेटल सतहों या ऐलकली के छिपे हुए अवशेषों के सामरिक्रम में, उपरोक्त प्रतिक्रिया को प्रेरित किया जाता है। इसलिए, इसे अंधेरे में वैक्स-लाइन ग्लास या प्लास्टिक वेशलियों में संग्रहीत किया जाता है। यूरिया को स्थिरक के रूप में जोड़ा जा सकता है। यह धूल से दूर रखा जाता है क्योंकि धूल सामग्री का विस्फोटक विघटन प्रेरित कर सकती है।

उपयोग

• दैनिक जीवन में इसे बालों को उजलाने और हल्के विसर्जन के रूप में उपयोग किया जाता है। एंटीसेप्टिक के रूप में इसे परहाइड्रोल के रूप में बाजार में बेचा जाता है।
• यह उच्च गुणवत्ता वाले डिटर्जेंटों में उपयोग किए जाने वाले सोडियम परबोरेट और पर-कार्बोनेट जैसे रासायनिक पदार्थों के निर्माण में उपयोग होती है।
• यह हाइड्रोक्विनोन, टार्टारिक अम्ल और कुछ खाद्य उत्पादों और औषधियों (सेफ्फालोस्पेरिन) के निर्माण में उपयोग होती है।

भारी जल, $\mathrm{D}_2 \mathrm{O}$

• इसे पारमाणविक रिएक्टरों में एक मतश्क के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और प्रतिक्रिया मार्गों के अध्ययन के लिए प्रतिस्थापन प्रक्रियाओं में।
• इसे जल का व्ययस्थापन में आवर्ती निर्माण या कुछ उर्वरक उद्योगों में उपउत्पाद के रूप में प्राप्त किया जा सकता है।
• यह दूसरे ड्यूटेरियम के पदार्थों की तैयारी के लिए उपयोग होता है, उदाहरण के लिए:

$$ \begin{aligned} & \mathrm{CaC}_2+2 \mathrm{D}_2 \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{C}_2 \mathrm{D}_2+\mathrm{Ca}(\mathrm{OD})_2 \ & \mathrm{SO}_3+\mathrm{D}_2 \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{D}_2 \mathrm{SO}_4 \ & \mathrm{Al}_4 \mathrm{C}_3+12 \mathrm{D}_2 \mathrm{O} \rightarrow 3 \mathrm{CD}_4+4 \mathrm{Al}(\mathrm{OD})_3 \end{aligned} $$