غاز الهيدروجين PDF

‫غاز الهيدروجين ‪H2‬‬ ‫موقعه في الجدول الدوري‪:‬‬ ‫للهيدروجين موقع فريد بين جميع العناصر المشكلة للجدول الدوري وذلك ألنه‪:‬‬...

‫غاز الهيدروجين ‪H2‬‬ ‫موقعه في الجدول الدوري‪:‬‬ ‫للهيدروجين موقع فريد بين جميع العناصر المشكلة للجدول الدوري وذلك ألنه‪:‬‬ ‫‪.1‬أخف العناصر قاطبة وذو تركيب بسيط‪.‬‬ ‫‪.2‬ذو بنية إلكترونية ‪ ،1s1‬وله شكالن أحدهما أيون ‪ H+‬والثاني أيون هيدريد – ‪.H‬‬ ‫تقترب بنية الهيدروجين من بنية عناصر المجموعة األولى ‪ ( IA‬مجموعة الفلزات القلوية) والتي تحتوي على إلكترون واحد‬ ‫في مدار الطبقة الخارجية ‪. 1s‬هذا اإللكترون قابل الن تفقده هذه العناصر بسهولة فتتحول بذلك إلى أيون موجب ‪M +‬‬ ‫والهيدروجين يشبه عناصر الفصيلة ( ‪ VIIA‬الهالوجينات) لكونه يحتاج إلى إلكترون واحد لكي يصل إلى تركيب الغاز الخامل‬ ‫الذي يليه وهو الهليوم ويشكل بذلك الهيدريد السالب والذي يعطى الهيدريدات باتحاده مع العناصر الكهربائية الموجبة القوية‬ ‫ويكون أحادي التكافؤ ذو درجة أكسده (‪ )1-‬لذلك نجد آن الهيدروجين يأخذ مكانه فوق العناصر القلوية أو فوق العناصر‬ ‫الهالوجنية في اغلب جداول الترتيب الدوري للعناصر‪.‬ايضا يشابه الهيدروجين عناصر المجموعة الرابعة (مجموعة الكاربون)‬ ‫الحتوائه على غالف تكافؤي نصف ممتليء مما يسهل عليه تكوين اواصر تساهمية‪.‬‬ ‫‪1‬‬  ‫خواص غازالهيدروجين ‪:‬‬ ‫الهيدروجين غاز عديم اللون والطعم والرائحة وهو خفيف جدا واخف من الهواء بـ ‪ 14‬مرة ودرجات غليانه وانصهاره‬ ‫منخفضة جدا ‪ -252.700‬و ‪ -257.14‬على التوالي ‪.‬‬ ‫من الصفات الفيزياوية المهمة للهيدروجين الجزيئي هي ظاهرة ايزومرات البرم (‪ ) Spin isomerism‬وهي اورثو وبارا‬ ‫هيدروجين وهي ناتجة من احتمالية برم النواتين بصورتين مختلفتين اعتمادا على اتجاههم مع عقرب الساعة فأذا كانتا‬ ‫النواتين يبرمان بأتجاه واحد فعند يتكون االيزومر اورثو ( ‪ ) Ortho hydrogen‬واذا كانتا تبرمان بأتجاهين متعاكستين‬ ‫يتكون االيزومر بارا ( ‪. ) Para hydrogen‬ان غاز الهيدروجين االعتيادي هو مزيج متزن من كال االيزومرين ولكن وجد‬ ‫ان االيزومر ‪ Para‬هو االكثر احتماال في درجات الحرارة المنخفضة اذ تبلغ نسبته ‪ %100‬في درجة الصفر المطلق وبزيادة‬ ‫درجة الحرارة تزداد نسبة االيزومر ‪ Ortho‬حتى تصل الى ‪ %75‬عند درجة حرارة الغرفة‪.‬‬ ‫‪2‬‬  ‫دوران متواز‬ ‫دوران متعاكس‬ ‫هيدروجين آرثو‬ ‫هيدروجين بارا‬ ‫اللف الذاتي للنواتين في اتجاه واحد‬ ‫اللف الذاتي للنواتين في اتجاهين متعاكسين‬ ‫(‪ %75‬في درجة الحرارة العادية)‬ ‫( ‪ %25‬في درجة الحرارة العادية)‬ ‫ايون الهيدروجين الموجب ‪ H+‬ال يوجد في المحاليل ولكن يتحد مع جزيئة ماء ليعطي ايون االوكسونيوم (‪ ) H3O+‬او‬ ‫مع جزيئة امونيا ليعطي ايون االمونيوم ( ‪.) NH4+‬‬ ‫‪3‬‬ ‫ان سبب عدم وجود ‪ H+‬حر في الطبيعة يعود الى االستقطاب العالي لهذا االيون بسبب صغر حجمه لذلك فأن الشحنة‬ ‫الموجبة تكون كبيرة لقلة الحجب حيث تكون كثافة الشحنة الموجبة على البرتون اعلى بكثير من اي شحنة تحملها عينة‬ ‫كيميائية اخرى‪.‬‬ ‫نظائر الهيدروجين ‪:‬‬ ‫النظائر ‪ :‬وهي االصناف النوويه التي تتساوى في اعدادها الذريه وتختلف في عدد الكتله اي ان لها اعداد مختلفه من‬ ‫النيوترونات ‪.‬‬ ‫يكون الهيدروجين عدد من النظائر لها اهميه في مجال الكيمياء والطب والصناعه وذلك الختالف خواصها كثيرا بين‬ ‫نظير واخر للفرق الكبير في كتلها في الوقت الذي يكون الفرق قليل بين نظائر العناصر االخرى ‪ ،‬ونظائر الهيدروجين‬ ‫هي ‪:‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪.1‬الهيدروجين العادي (البروتونيوم ) ‪ : H‬أكثر نظائر الهيدروجين ثباتا‪ ،‬وهو أخفها و له نواة ذرة تتكون من‬ ‫بروتون واحد ‪ ،‬ويستخدم اإلسم بروتيوم للتعبيرعن هذا النظير‪.‬والهيدروجين الموجود في الماء العادي‬ ‫يتألف بأكمله تقريبا من البروتونيوم‪ ،‬نسبته في الطبيعة ‪.%99.98‬‬ ‫‪.2‬الهيدروجين الثقيل (الديتريوم ) ‪ : D‬النظير الثاني األخر يسمى ديتريوم أو ديوتريوم ويرمز له بالرمز ‪D‬‬ ‫وله نيترون إﺿافي في النواة ‪ ،‬ويعرف ايضا بالماء الثقيل ‪ D2O‬نسبته في الطبيعة ‪.%0.02‬‬ ‫‪.3‬التريتيوم ‪ : T‬وهو النظير الثالث للهيدروجين ويكون ذو كتلة ‪ ( 3‬بروتون ونيوترونين) وهو نظير مشع‬ ‫ونسبته قليلة جدا في الطبيعة‪.‬‬ ‫‪5‬‬  ‫طرق تحضير غاز الهيدروجين‬ ‫اوال ‪ :‬مختبريا‬ ‫من تفاعل الفلزات مثل الزنك او الحديد مع الحوامض المخففة‬ ‫‪ -2‬من تفاعل عنصر فعال مثل الصوديوم مع الماء او من تفاعل هيدريدات العناصر القلوية مع الماء ‪.‬‬ ‫‪ -3‬من التحلل الكهربائي للماء‪.‬‬ ‫‪6‬‬  ‫ثانيا ‪ :‬صناعيا‬ ‫‪.1‬من امرار بخار الماء على فحم الكوك المسخن ‪ ،‬ثم امرار الناتج الذي يدعى ( غاز الماء) على عامل‬ ‫مساعد مكون من اوكسيد الحديد واوكسيد الكروم ‪ FeO, Cr2O3‬عند درجة حرارة ‪ 300‬مئوية‪.‬‬ ‫ويمكن التخلص من ‪ CO‬و ‪ CO2‬بأمرار مزيج الغازات المتحررة في الماء تحت ﺿغط ‪ 50‬جو ثم‬ ‫امرارها على كلوريد النحاسوز االمونياكي‪.‬‬ ‫‪ -2‬امرار غاز الميثان على الماء بوجود عامل مساعد ( طبقة من النيكل المنشط والمسخن الى درجة حرارة‬ ‫‪ 750‬مئوية)‪.‬‬ ‫‪7‬‬  ‫التفاعالت الكيميائية للهيدروجين ‪:‬‬ ‫‪H2 + F2‬‬ ‫‪2HF + 128Kcal‬‬ ‫‪.1‬مع الهالوجينات ‪:‬‬ ‫‪H2 + I2‬‬ ‫‪2HI + 2K.cal‬‬ ‫التفاعل مع الفلور يكون مصحوب بأنفجار ومع الكلور يكون مصحوب بأشتعال‬ ‫‪.2‬مع األوكسجين ‪:‬‬ ‫‪H2+ ½ O2‬‬ ‫‪H2O + 58.K.cal‬‬ ‫‪.3‬مع أشباه الفلزات ‪:‬‬ ‫عند تفاعل الهيدروجين مع الكبريت يكون التفاعل متوازنا ( انعكاسيا )‪.‬‬ ‫‪H2 + S‬‬ ‫‪H2S + 4.8.k.cal‬‬ ‫عند تفاعل الهيدروجين مع النيتروجين يكون التفاعل متوازنا (انعكاسيا )‪.‬‬ ‫‪3H2 + N2‬‬ ‫‪2NH3 + 22.k.cal‬‬ ‫‪8‬‬  ‫‪.4‬مع الفلزات ‪:‬‬ ‫يتفاعل الهيدروجين مع الفلزات القلوية والقلوية األرﺿية عند درجة حرارة تتراوح ما بين ‪ 150‬و ‪º700‬م‬ ‫وتحصل بذلك على هيدريدات الفلزات مثل ‪ LiH ˛ NaH‬وهي مركبات أيونية وتتفكك بالحرارة كما أنها‬ ‫تتحلل بالماء مطلقة الهيدروجين ‪.‬‬ ‫‪CaH2 + 2H2O‬‬ ‫‪Ca(OH)2 + 2H2‬‬ ‫‪ZnH2 + 2H2O‬‬ ‫‪Zn(OH)2 + 2H2‬‬ ‫‪ -5‬يختزل الهيدروجين االكاسيد مشكال الماء‬ ‫‪NiO + H2‬‬ ‫‪Ni + H2O‬‬ ‫‪CoO + H2‬‬ ‫‪Co + H2O‬‬ ‫‪CuO + H2‬‬ ‫‪Cu + H2O‬‬ ‫‪9‬‬  ‫‪ -6‬مع المركبات الكربونية‬ ‫‪CO2 + H2‬‬ ‫‪CO + H2O - 10 K.cal‬‬ ‫‪CO+ 3H2‬‬ ‫‪CH4 + H2O‬‬ ‫‪CH3COOH + 2H2‬‬ ‫‪CH3 CH2 OH + H2O‬‬ ‫‪45 C‬‬ ‫‪CO + 2H2‬‬ ‫‪CH3 OH‬‬ ‫‪ZnO‬‬ ‫‪ -7‬يحول المركبات الغير مشبعة الى مركبات مشبعة‬ ‫‪10‬‬  ‫‪ -8‬يختزل االلديهيدات الى كحوالت اولية‬ ‫‪RCHO + H2‬‬ ‫‪RCH2OH‬‬ ‫‪ -9‬يحول المركبات النتروجينية الى االمونيا او االمينات‬ ‫‪N2O + 3H2‬‬ ‫‪N2H4 + H2O‬‬ ‫‪11‬‬  ‫الهيدريدات‪:‬‬ ‫يطلق هذا االسم بصورة عامة على المركبات المتكونة من اتحاد الهيدروجين مع أي عنصر من عناصر الجدول الدوري اال‬ ‫اننا لو اردنا ان نكون دقيقين لوجب ان نطلق هذا االسم على المركبات المتكونة من اتحاد الهيدروجين مع العناصر األقل‬ ‫كهروسالبية من الهيدروجين فقط ‪.‬تقسم الهيدريدات الى ثالث أصناف اعتماد على نوع االصرة في كل منها‪.‬‬ ‫اوال ‪ -:‬الهيدريدات االيونية‬ ‫تشمل الهيدريدات المتكونة من اتحاد الهيدروجين في درجات الحرارة العالية مع العناصر ذات الكهروسالبية المنخفضة‬ ‫)‪ ( IA, IIA‬فيما عدا فلزي المغنسيوم والبرليوم تتصف هذه الهيدريدات بوجود ايون )‪(H1-‬‬ ‫وهي فلزات الزمرتين‬ ‫فيها ونستطيع اثبات وجودة بإجراء التحليل الكهربائي لمنصهر الهيدريد حيث يتولد غاز الهيدروجين عند االنود ( القطب‬ ‫الموجب ) يفضل استعمال ‪ LiH‬نظرا الن هيدريدات باقي الفلزات القلوية تكون اقل استقرار في درجات الحرارة العالية‬ ‫الالزمة لصهرها حيث ان االستقرار الحراري لهذه الهيدريدات يقل تدريجيا من ‪ LiH‬وحتى ‪ CsH‬كما وان االستقرار‬ ‫لهيدريدات فلزات االتربة القلوية يتناقص تدريجيا من ‪ CaH2‬الى‪. BaH2‬‬ ‫‪12‬‬ ‫للهيدريدات االيونية الخواص المميزة للمركبات االيونية فدرجات انصهارها وغليانها عالية ومنصهراتها موصله جيدة‬ ‫للكهربائية كما ان الفلزات القلوية بنية بلورية تشابه بنية كلوريد الصوديوم اما هيدريدات االتربة القلوية فبنيتها‬ ‫البلورية اكثر تعقيدا‪.‬تتحلل الهيدريدات االيونية مائيا مولدة الهيدروجين والهيدروكسيد ‪ ،‬ايضا فعاليتها تزداد بزيادة‬ ‫العدد الذري للعنصر بالنسبة لعناصر المجموعة الواحدة وتقل هذه الفعالية لعناصر الدورة الواحدة ( لذلك هيدريدات‬ ‫الزمرة االولى اكثر فعالية من هيدريدات الزمرة الثانية)‪.‬‬ ‫تحلل الهيدريدات االيونية مائيا مولدة الهيدروجين والهيدروكسيد‬ ‫‪LiH + H2O‬‬ ‫‪LiOH + H2‬‬ ‫تسلك سلوك عوامل مختزله قوية في درجات الحرارة العالية فيختزل هيدريد الصوديوم مثال أوكسيد الحديد ‪Fe2O4‬‬ ‫الى فلز الحديد ويختزل أيضا ثاني أوكسيد الكاربون الى فورمات الصوديوم‬ ‫‪13‬‬  ‫ثانيا ‪ -:‬الهيدريدات التساهمية‬ ‫تتكون نتيجة ارتباط الهيدروجين مع العناصر ذات الكهروسالبية العالية ‪.‬تكون عناصر الزمر (‪ )7 , 6 , 5 , 4‬هيدريدات غير‬ ‫متبلورة يظهر العنصر في كل منها التكافؤ المميز لزمرته ‪.‬وتكون غالبيتها ( عدا الماء وبعض الهيدريدات األخرى ) غازية في‬ ‫الظروف االعتيادية ‪.‬تقسم الهيدريدات التساهمية الى قسمين‪:‬‬ ‫‪.1‬مجموعة الكاربون والنتروجين واالوكسجين والفلور مثل ‪ CH4‬و ‪ HCl‬والتي يرتبط فيها العنصر بالهيدروجين بواسطة‬ ‫اصرة مزدوج الكتروني اعتيادية‪.‬‬ ‫‪.2‬الصنف الثاني يشمل مركبات مجموعة البورون مثل ‪ B2H6‬الذي ليس له الكترونات تكافؤية كافية لتكوين اواصر المزدوج‬ ‫االلكتروني مع جميع ذرات الهيدروجين ويطلق عليها بالمركبات الناقصة الكترونيا ‪.‬‬ ‫تحضر الهيدريدات التساهمية بطرق متعددة منها ‪:‬‬ ‫‪H2O , NH3 , HF‬‬ ‫أ‪ -‬االتحاد المباشر مع العناصر كما في‬ ‫‪14‬‬ ‫ب‪ -‬اختزال الهاليد او االوكسيد بواسطة هيدريد ايوني او هيدريد معقد‪ ,‬كما في تحضير‪AsH2 , SiH4‬‬ ‫ج‪ -‬التحلل المائي لسبيكة تحتوي على عنصر فعال مثل‪:‬‬ ‫ان جميع الهيدريدات التساهمية هي عوامل مختزلة وتتفاعل بشدة مع االوكسجين والهالوجينات‪.‬‬ ‫‪15‬‬  ‫ثالثا ‪ -:‬الهيدريدات الخاللية‬ ‫تتفاعل جميع الفلزات االنتقالية مع الهيدروجين تحت ظروف مختلفة لتكوين هيدريدات خاللية ( اي ترتيب ذرات الفلز بحيث‬ ‫يحتل الهيدروجين المواقع الخاللية في بنية الفلز) ‪.‬‬ ‫جميعها تقريبا تكون بشكل ثنائي مثل ‪ ScH2‬و ‪ YH2‬و ‪ TiH2‬ويكون بعضها بشكل ثالثي مثل ‪ CeH3‬ويمكن تحضير‬ ‫الحرارة‪.‬‬ ‫ودرجة‬ ‫الضغط‬ ‫تغير‬ ‫بواسطة‬ ‫الهيدروجين‬ ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫بنسب‬ ‫النوع‬ ‫هذا‬ ‫هيدريدات‬ ‫تشابة الهيدريدات الخاللية في خواصها الفلزات المتكونة منها فهي غير متطايرة ولها صفات فلزية بينما تكون كثافة الهيدريد‬ ‫اقل من كثافة الفلز نظرا الن امتصاص الهيدروجين يولد تمدد في حجم الشبكة البلورية ‪.‬تكون فلزات الالنثانات االكثر قاعدية‬ ‫هيدريدات خاللية صغير نسبيا ايضا مثل ‪ LaH2‬و‪ PrH2‬اال ان حرارة تكوين هذه الهيدريدات مقاربة لحرارة تكوين‬ ‫الهيدريدات االيونية‪.‬‬ ‫‪16‬‬  ‫أكاسيد الهيدروجين‬ ‫اوال‪ -:‬الماء )‪(H2O‬‬ ‫تتكون جزيئة الماء من اتحاد ذرتي هيدروجين بذرة اوكسجين واحدة حيث تتجه المدارات االربعة المهجنة في ذرة االوكسجين‬ ‫من نوع ‪ SP3‬الى اركان الشكل الهرمي المنتظم ) ‪ (Tetrahedral‬حيث ان اثنان من هذه المدارات تكون مشغولة بزوج من‬ ‫االلكترونات المنفردة الغير متداخلة في االواصر واالثنان الباقية مع ذرتي الهيدروجين وتكون الزاوية بين كل مدار واالخر‬ ‫‪ 104.5‬درجة وذلك نتيجة للتنافر الشديد بين المدارات المحتوية على االلكترونات غير المرتبطة وتلك التي تحتوي على‬ ‫الكترونات مرتبطة ) ‪. (bonding electron‬يتجمد الماء عند درجة ‪ 0‬مئوي ويغلي عند ‪ 100‬مئوي ‪.‬وبسبب وجود فرق كبير‬ ‫في السالبية الكهربائية بين االوكسجين والهيدروجين فيحدث استقطاب إللكترونات االواصر بين الذرتين في جزيئة الماء مما‬ ‫يؤدي الى ظهور شحنات جزئية على ذرات جزيئة الماء ‪ ,‬ان هذا االستقطاب يؤدي الى ظهور ما يعرف باألصرة الهيدروجينية‬ ‫) ‪ (Hydrogen Bond‬والتي تعمل فيها ذرة الهيدروجين كقنطرة بين ذرتي اوكسجين اعلى في الكثافة االلكترونية ويؤدي‬ ‫ذلك الشكل الى ما يسمى بالتجمع الجزيئي للماء )‪. (Molecular Association‬‬ ‫‪17‬‬ ‫تعتمد هذه التجمعات على درجة الحرارة وذلك لتحطم االواصر الهيدروجينية بارتفاع درجة الحرارة وبالتالي يقل‬ ‫عدد الجزيئات الموجودة في هذه التجمعات وبالعكس فان انخفاض درجة الحرارة يؤدي الى زيادة درجة التجمع‬ ‫وترتبط جزيئات اكثر باألصرة الهيدروجينية مما يؤدي الى انخفاض في حجم الماء الجزيئي (زيادة كثافة الماء )‬ ‫ويستمر انخفاض حجم الماء مع انخفاض درجة الحرارة الى ان تصل الكثافة الى النهاية العظمى ‪.‬‬ ‫ان استمرار االنخفاض في درجة الحرارة ( اقل من ‪ 4‬م‪ ) 0‬يبدء الحجم بالزيادة مرة اخرى ( تقل الكثافة ) وتدل‬ ‫هذه الزيادة في الحجم الى حدوث تغير في تركيب وترتيب الجزيئات ‪.‬ومن خالل دراسة بلورات الثلج تبين ان هذه‬ ‫البلورات تكون مجتمعة بحيث تحاط كل ذرة اوكسجين بأربع ذرات من الهيدروجين موزعة على شكل هرمي يرتبط‬ ‫هيدروجينية‪.‬‬ ‫بأواصر‬ ‫االخرى‬ ‫االثنان‬ ‫وترتبط‬ ‫تساهمية‬ ‫بأواصر‬ ‫منها‬ ‫اثنان‬ ‫يشمل هذا التركيب على فراغات كبيرة ففي درجات الحرارة المنخفضة (اقل من ‪4‬م‪)0‬تتحول التجمعات الجزيئية‬ ‫الخطية )‪ (Linear Association‬الى تجمعات هرمية )‪ ( Tetrahedral‬تتميز بكبر حجم الجزئي مقارنة‬ ‫بالتجمعات الخطية وهذا هو السبب وراء كبر كثافة الثلج بالمقارنة مع الماء السائل‪.‬‬ ‫‪18‬‬  ‫ثانيا ‪ -:‬فوق االوكسيد ( بيروكسيد الهيدروجين ) ‪H2O2‬‬ ‫اثبتت التحاليل الكمية والوصفية التي قام بها )‪ (Thenard‬ان الرمز الجزيئي لبيروكسيد الهيدروجين‬ ‫هو ‪. H2O2‬يتكون بيروكسيد الهيدروجين اثناء تفاعل االوكسجين مع الهيدروجين لتكوين الماء ويعتقد‬ ‫انه يتكون اوال ثم يتفكك معطيا الماء‪.‬‬ ‫انواع االواصر التي يكونها الهيدروجين‬ ‫تعتمد كيمياء الهيدروجين على ثالث عمليات الكترونية‪:‬‬ ‫‪ -1‬فقدان الكترون التكافؤ‪ :‬يمكن ان تفقد ذرة الهيدروجين الكترون التكافؤ مكونة ايون الهيدروجين )‪ H1+‬البروتون)‬ ‫حجمة صغير جدا )‪ (r = 1.5x10-13 cm‬مقارنة مع الحجوم الذرية مع شحنة موجبة مما يجعلة ذو خاصية فريدة في‬ ‫التاثير على السحابة االلكترونية المحيطة بالذرات االخرى ‪ ,‬لذا فهو اليوجد بصورة مفردة دائما يتحد مع غيرة من‬ ‫الذرات او الجزيئات‪.‬‬ ‫‪19‬‬ ‫‪ -2‬اكتساب الكترون ‪ :‬يمكن لذرة الهيدروجين ان تكتسب الكترون فيصبح لها الترتيب ‪1s2 :‬وتكون ايون الهيدريد )‪ (H1-‬حيث‬ ‫يوجد هذا االيون في الهيدريدات الملحية‪.‬‬ ‫‪ -3‬تكوين اصرة تساهمية ‪ :‬تحتوي اغلب مركبات الهيدروجين على اصرة تساهمية ومن اهم المركبات هي مركبات الهيدروجين‬ ‫مع الكاربون تليها مركباته مع العناصر الالفلزية او العناصر التي لها خواص فلزية ﺿعيفة ‪.‬يؤثر الترتيب االلكتروني وعدد‬ ‫التناسق في الجزيئة ككل على الخواص الكيميائية ويتضح ذلك من سلوك الهيدريدات التساهمية التالية ‪OH2 , CH4 , NH3 ,‬‬ ‫‪. BH3, HF,‬‬ ‫عند امتالء اوربتاالت ‪ BH3‬يكون ذلك سبب وراء وجودة بصيغة دايمر )‪ (dimer‬وهو نفس السبب الذي يجعله يسلك سلوك‬ ‫حامض لويس ‪ ,‬في حين ان الميثان ‪ CH4‬الممتلئ االوربتاالت باإللكترونات التساهمية يكون متعادال وغير فعال كيميائيا اما‬ ‫االمونيا التي تحتوي على زوج منفرد من االلكترونات فتعمل كقاعدة ‪ ,‬بينما يسلك الماء مرة سلوك قاعدة ﺿعيفة ومرة اخرى‬ ‫سلوك حامض ﺿعيف ‪ ,‬بينما يسلك فلوريد الهيدروجين حامض قوي‪.‬‬ ‫‪20‬‬  ‫‪ -4‬خواص أصريه فريدة ‪ :‬ان طبيعة البروتون بشحنة نووية عارية من االغلفة االلكترونية ادت الى اشكال مختلفة من الفعالية‬ ‫الكيميائية ينفرد ويختص بها الهيدروجين منها‪:‬‬ ‫أ‪ -‬تكوين مركبات عديدة مع الفلزات وهي غالبا من النوع غير المتزن كيميائيا‪.‬‬ ‫ب‪ -‬يكوين اواصر بمثابة جسور هيدروجينية وتتكون هذه الجسور في المركبات التي فيها نقص الكتروني‪.‬‬ ‫ج ‪ -‬االصرة الهيدروجينية ‪ :‬يطلق هذا االصطالح على االواصر الثانوية الضعيفة نسبيا بين الهيدروجين المرتبط بذرة عنصر ذات‬ ‫سالبيه كهربائية عالية وبين ذرة اخرى ذات سالبيه كهربائية مرتفعة ايضا وتحتوي على زوج او اكثر من االزواج المنفردة من‬ ‫االلكترونات التي تمكنها من ان تسلك كقاعدة ‪.‬ترجع اهمية هذه االواصر الى االهمية القصوى لها في الماء والمحاليل المائية‬ ‫والمذيبات الهيدروكسيلية وبصورة عامة الفصائل التي تحتوي على )‪ (OH‬لذلك فهي مهمة في االنظمة البايلوجية وخاصة‬ ‫االحماض النووية‪.‬‬ ‫االصرة الهيدروجينية عبارة عن تفاعل يتضمن ذرة هيدروجين تقع بين زوج من الذرات األخرى التي لها صلة عالية باإللكترونات‬ ‫مثل النيتروجين أو األكسجين أو الفلور‪.‬إنه عامل جذب إلكتروستاتيكي بين مجموعتين قطبيتين‪.‬يحدث هذا عندما ترتبط ذرة‬ ‫الهيدروجين (‪ )H‬بذرة عالية الكهروسالبية مثل النيتروجين (‪ )N‬أو األكسجين (‪ )O‬أو الفلور (‪. )F‬‬ ‫‪21‬‬  ‫ما هي شروط الترابط الهيدروجيني؟‬ ‫في الجزيء ‪ ،‬عندما ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة عالية الكهروسالبية‪ ،‬فإنها تجذب زوجا مشتركا من اإللكترونات أكثر‬ ‫وبالتالي تصبح هذه النهاية للجزيئات سالبة قليال بينما يصبح الطرف اآلخر موجبا قليال‪.‬يجذب الطرف السالب لجزيء‬ ‫واحد الطرف الموجب لآلخر ونتيجة لذلك ‪ ،‬تتشكل اصرة ﺿعيفة بينهما‪.‬تسمى باالصرة الهيدروجينية‪.‬‬ ‫نتيجة للرابط الهيدروجيني ‪ ،‬تربط ذرة الهيدروجين الذرتين في وقت واحد ‪ ،‬واحدة بأصرة تساهمية واألخرى برابطة‬ ‫هيدروجينية‪.‬‬ ‫‪22‬‬  ‫آثار الروابط الهيدروجينية على العناصر‬ ‫التجميع‬ ‫توجد جزيئات األحماض الكربوكسيلية على شكل ثنائى بسبب االصرة الهيدروجينية‪.‬تم العثور على الكتل الجزيئية لهذه‬ ‫المركبات لتكون ﺿعف تلك المحسوبة من صيغتها البسيطة‪.‬‬ ‫التفكك‬ ‫في محلول مائي ‪ ،‬يتفكك ‪ HF‬ويعطي أيون ثنائي فلوريد بدال من أيون الفلوريد‪.‬هذا بسبب الترابط الهيدروجيني في ‪.HF‬ال‬ ‫تشكل جزيئات ‪ HCl‬و ‪ HBr‬و ‪HI‬اصرة هيدروجينية‪.‬‬ ‫أمثلة على الروابط الهيدروجينية‪:‬‬ ‫أ) الروابط الهيدروجينية في فلوريد الهيدروجين‬ ‫يشكل الفلور الذي يحتوي على أعلى قيمة للكهروسالبية أقوى رابطة هيدروجينية‪.‬‬ ‫‪23‬‬  ‫ب) الروابط الهيدروجينية في الماء‬ ‫يحتوي جزيء الماء على ذرة أوكسجين عالية الكهرسلبية مرتبطة بذرة الهيدروجين‪.‬تجذب ذرة األوكسجين‬ ‫زوج اإللكترونات المشترك أكثر وتصبح هذه النهاية للجزيء سالبة بينما تصبح ذرات الهيدروجين موجبة‪.‬‬ ‫ج) الروابط الهيدروجينية في األمونيا‬ ‫يحتوي على ذرة نيتروجين عالية الكهروسالبية مرتبطة بذرات الهيدروجين‪.‬‬ ‫‪24‬‬  ‫د) الروابط الهيدروجينية في الكحول وحمض الكربوكسيل‬ ‫الكحول هو نوع من الجزيئات العضوية التي تحتوي على مجموعة ‪.OH-‬عادة ‪ ،‬إذا كان أي جزيء يحتوي على ذرة‬ ‫الهيدروجين متصال إما باألوكسجين أو النيتروجين مباشرة ‪ ،‬فإن االصرة الهيدروجينية تتشكل بسهولة‪.‬‬ ‫هـ) الروابط الهيدروجينية في البوليمرات‬ ‫يعتبر الترابط الهيدروجيني عامال مهما في تحديد الهياكل والخصائص ثالثية األبعاد التي تكتسبها‬ ‫البروتينات االصطناعية والطبيعية‪.‬تلعب الروابط الهيدروجينية أيضا دورا مهما في تحديد بنية السليلوز‬ ‫وكذلك البوليمرات المشتقة مثل القطن أو الكتان‪.‬‬ ‫‪25‬‬  ‫أنواع االواصر الهيدروجينية‬ ‫‪.1‬االواصر البينية‬ ‫عندما يحدث التأصر الهيدروجيني بين جزيئات مختلفة من نفس المركبات أو مركبات مختلفة ‪ ،‬فإنه يسمى التأصر‬ ‫الهيدروجيني بين الجزيئات‪.‬‬ ‫على سبيل المثال ‪ -‬الرابطة الهيدروجينية في الماء والكحول واألمونيا وما إلى ذلك‪.‬‬ ‫‪.2‬االصرة الضمنية‬ ‫تسمى الرابطة الهيدروجينية التي تحدث داخل الجزيء نفسه االصرة الهيدروجينية الضمنية‪.‬‬ ‫مثل االصرة المتكونة في جزيئة ‪Ortho-nitrophenol‬‬ ‫‪26‬‬  ‫الحوامض الحاوية على ايون الهيدروجين‬ ‫حسب تعريف برونشتد للحامض هو الفصيل الذي له القابلية على المشاركة بزوج من االلكترونات وهو على هيئة بروتون‬ ‫لذلك فأن قوة وﺿعف اي حامض تعتمد على مدى قابليته على وهب البرتون في المحيط الموجود فيه وشحنة نواة الذرة‬ ‫المركزية (كلما زادت الشحنة تزداد قوة الحامض) ونصف قطر الذرة المركزية (كلما كانت قليلة كانت الحامضية اعلى)‬ ‫ووجود المجاميع االوكسجينية التي تزيد من حامضية المركب‪.‬‬ ‫وعلى هذا االساس فقد قسمت الحوامض الى ما يلي ‪:‬‬ ‫‪.1‬حوامض قوية مثل حامض ‪ HCl‬و ‪.HNO3‬‬ ‫‪.2‬حوامض متوسطة القوة مثل ‪ H2SO4‬و ‪ H3PO4‬والتي يكون تأينها على مراحل‪.‬‬ ‫‪.3‬حوامض ﺿعيفة مثل حامض الكاربونيك ‪ H2CO3‬والبوريك ‪ H3BO3‬والحوامض الكاربوكسيلية التي يكون تأينها‬ ‫غير تام مثل حامض الخليك ‪. CH3COOH‬‬ ‫‪27‬‬  ‫استخدامات الهيدروجين ‪:‬‬ ‫‪.1‬في تحضيركلوريد الهيدروجين ‪ HCl‬وفي صناعة النشادر ‪. NH3‬‬ ‫‪.2‬في تحويل الكربون الى هيدروكربونات ‪.‬‬ ‫‪.3‬تحويل الزيوت الى دهون‪.‬‬ ‫‪.4‬تحضير الكحول الميثيلي ‪ CH3OH‬من أول أكسيد الكربون ‪. CO‬‬ ‫‪.5‬يستخدم في صناعة القنبلة الهيدروجينية‪.‬‬ ‫‪.6‬يستخدم لهب الهيدروجين الذري في صهر ولحام المعادن التي تنصهر عند درجات الحرارة العالية ‪.‬‬ ‫‪.7‬تحضير بعض الفلزات باختزال مركباتها‪.‬‬ ‫‪28‬‬