Παραγωγή υδρογόνου

Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους κλάδους: στη σύνθεση υδροχλωρίου, η αμμωνία (η αμμωνία χρησιμοποιείται περαιτέρω για την παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων), στην παραγωγή ανιλίνης και βαφής, όταν ανακτάται από μεταλλεύματα μη σιδηρούχων μετάλλων. Στη βιομηχανία τροφίμων, χρησιμοποιείται για την παραγωγή υποκατάστατων ζωικών λιπών (μαργαρίνες). Σε σχέση με το προαναφερθέν θέμα είναι η παραγωγή υδρογόνου σε βιομηχανικές συνθήκες.

Αυτό το αέριο θεωρείται ως μελλοντικός φορέας ενέργειας επειδή είναι ανανεώσιμο, δεν εκπέμπει «αέριο θερμοκηπίου» CO2 κατά την καύση, δίνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα βάρους στη διαδικασία καύσης και μετατρέπεται εύκολα σε ηλεκτρισμό κυψελών καυσίμου.

Υπό εργαστηριακές συνθήκες, το υδρογόνο συνήθως λαμβάνεται με μείωση από μέταλλα, τα οποία στέκονται προς τα αριστερά στην ηλεκτροχημική σειρά τάσεων, από νερό και οξέα:
Zn + 1HCl = ZnCl2 + Η2 ↑: ΔΗ <0
2Na + 2HOH = 2ΝaΟΗ + Η2 ↑: ΔΗ <0.

Στη βιομηχανία, η παραγωγή υδρογόνου συμβαίνει κυρίως με την επεξεργασία φυσικών και συναφών αερίων.

1. Μετατροπή του μεθανίου. Η διαδικασία συνίσταται στην αλληλεπίδραση του μεθανίου με υδρατμούς στους 800 - 900 ° C: CH4 + H2O = CO ↑ + 3H2 ↑; ΔH> 0. Επιπλέον, χρησιμοποιείται η διαδικασία μερικής οξείδωσης υδρογονανθράκων με οξυγόνο παρουσία υδρατμών: 3CH4 + O2 + H20 = 3CO + 7H . Αυτές οι μέθοδοι θα χάσουν τελικά τη σημασία τους, καθώς τα αποθέματα υδρογονανθράκων εξαντλούνται.

2. Το βιοϋδρογόνο μπορεί να ληφθεί από φύκια σε βιοαντιδραστήρα. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990 ανακαλύφθηκε ότι εάν τα φύκια στερήθηκαν θείου, θα μεταπηδήσουν από την παραγωγή οξυγόνου, δηλ. Την κανονική φωτοσύνθεση, στην παραγωγή υδρογόνου. Το βιοϋδρογόνο μπορεί επίσης να παραχθεί σε βιοαντιδραστήρες, χρησιμοποιώντας, εκτός από τα άλγη, και τα οικιακά απορρίμματα. Η διαδικασία οφείλεται σε βακτήρια που απορροφούν τον υδρογονάνθρακα και παράγουν υδρογόνο και CO2.

3. Βαθιά ψύξη του αερίου οπτανθρακοποίησης. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας οπτανθρακοποίησης άνθρακα λαμβάνονται τρία κλάσματα: στερεό - οπτάνθρακας, πίσσα υγρού - άνθρακα - και αέρια, που περιέχει, εκτός από τους υδρογονάνθρακες, μοριακό υδρογόνο (περίπου 60%). Αυτό το κλάσμα υποβάλλεται σε πολύ βαθιά ψύξη, αφού υποβληθεί σε κατεργασία με ειδική ουσία, πράγμα που καθιστά δυνατή τη διαχωρισμό του υδρογόνου από τις ακαθαρσίες.

4. Παραγωγή υδρογόνου από νερό με ηλεκτρόλυση είναι η μέθοδος που δίνει το καθαρότερο υδρογόνο: 2H2O → ηλεκτρόλυση → 2H2 + O.

5. Μετατροπή άνθρακα. Κατ 'αρχάς, παράγεται αέριο ύδωρ, όταν οι υδρατμοί διέρχονται μέσω ενός θερμού κωκ: C + H20 = CO ↑ + H2 ↑. ΔH> 0, το οποίο στη συνέχεια διοχετεύεται σε μίγμα με υδρατμούς πάνω από καταλύτη θερμαινόμενο στους 400 ± 500 ° C με Fe2O . Υπάρχει αλληλεπίδραση μονοξειδίου του άνθρακα (II) και υδρατμών: CO + H 2 O + (H 2) = CO 2 + 2H 2 ↑; ΔH> 0.

6. Παραγωγή υδρογόνου με μετατροπή του μονοξειδίου του άνθρακα (CO), με βάση μια μοναδική αντίδραση που χρησιμοποιεί φωτοσυνθετικά μωβ βακτήρια (μονοκύτταροι μικροοργανισμοί με ένα ιδιαίτερο κόκκινο ή ροζ χρώμα που σχετίζεται με την παρουσία φωτοσυνθετικών χρωστικών). Αυτά τα βακτήρια εκκρίνουν υδρογόνο ως αποτέλεσμα της αντίδρασης μετατροπής: CO + H 2 O → C02 + H .

Ο σχηματισμός υδρογόνου προέρχεται από το νερό, η αντίδραση δεν απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες και φωτισμό. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία δωματίου στο σκοτάδι.

Σημαντική βιομηχανική σημασία στις μέρες μας είναι η εξέλιξη του υδρογόνου από τα αέρια που σχηματίζονται κατά την επεξεργασία του πετρελαίου.

Ωστόσο, πολλοί δεν γνωρίζουν ότι είναι δυνατή η παραγωγή υδρογόνου στο σπίτι. Για τους σκοπούς αυτούς, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει την αντίδραση ενός διαλύματος αλκαλίων και αλουμινίου. Πάρτε ένα γυάλινο μπουκάλι μισού λίτρου, ένα πώμα με μια τρύπα, ένα σωλήνα αερίου, 10 g θειικού χαλκού, 20 g αλάτι, 10 g αλουμινίου, 200 g νερό, ένα μπαλόνι.

Παρασκευάζουμε ένα διάλυμα θειικού χαλκού: για 100 g νερού προσθέτουμε 10 g θειικού χαλκού.

Παρασκευάζουμε την άλμη: για 100 γραμμάρια νερού προσθέτουμε 20 γραμμάρια αλατιού.

Τα διαλύματα αναμιγνύονται. Προσθέστε το προκύπτον μίγμα σε αλουμίνιο. Αφού εμφανιστεί το λευκό εναιώρημα στη φιάλη, προσαρμόζουμε μια σφαίρα στο σωλήνα και την γεμίζουμε με το υδρογόνο που έχει εξελιχθεί.

Δώστε προσοχή! Αυτή η εμπειρία θα πρέπει να διεξάγεται μόνο στην ύπαιθρο. Είναι απαραίτητο να ελέγχεται η θερμοκρασία, καθώς η αντίδραση συμβαίνει με την απελευθέρωση θερμότητας και μπορεί να ξεφύγει από τον έλεγχο.

Πρέπει επίσης να υπενθυμίσουμε ότι το υδρογόνο, αν αναμειχθεί με τον αέρα, σχηματίζει ένα εκρηκτικό μίγμα, το οποίο ονομάζεται τρανταχτό αέριο (δύο μέρη υδρογόνου και ένα μέρος οξυγόνου). Εάν ένα τέτοιο μείγμα πυροδοτηθεί, θα εκραγεί.