हाइड्रोजन (Hydrogen)

• प्रयोगशाला तैयारी: एक फ्लैट-तले वाले वुल्फ के फ्लास्क में रखे गए दानेदार जिंक पर थीस्ल फ़नल के माध्यम से पतला हाइड्रोक्लोरिक एसिड (या पतला सल्फ्यूरिक एसिड) जोड़कर हाइड्रोजन गैस तैयार की जाती है:

$$\mathbf{\text{Zn (s)} + 2\text{HCl (aq)} \to \text{ZnCl}_2\text{ (aq)} + \text{H}_2\text{ (g)} \uparrow}$$

• दानेदार जिंक क्यों? शुद्ध जिंक धातु रासायनिक रूप से अप्रतिक्रियाशील होती है और पतला एसिड के साथ बहुत धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करती है। दानेदार जस्ता में सूक्ष्म तांबे की अशुद्धियाँ होती हैं जो स्थानीय इलेक्ट्रोकेमिकल जोड़े बनाती हैं, जो हाइड्रोजन गैस के तेजी से विकास में तेजी लाने के लिए प्राकृतिक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करती हैं।

• पतला नाइट्रिक एसिड ($\text{HNO}_3$) एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है।
• जैसे ही जिंक की सतह पर हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है, नाइट्रिक एसिड तुरंत हाइड्रोजन को पानी में ऑक्सीकरण कर देता है ($\text{H}_2\text{O}$).
• इस प्रक्रिया में, नाइट्रिक एसिड स्वयं नाइट्रोजन के जहरीले ऑक्साइड (जैसे नाइट्रिक ऑक्साइड $\text{NO}$ या नाइट्रोजन डाइऑक्साइड $\text{NO}_2$) में बदल जाता है।
• इसलिए, कोई भी मुक्त हाइड्रोजन गैस एकत्र नहीं की जा सकती है।

• संग्रह की विधि: हाइड्रोजन गैस को वायवीय गर्त में पानी के नीचे की ओर विस्थापन द्वारा पानी के ऊपर एकत्र किया जाता है।
• दो कारण:
1. पानी में घुलनशीलता:हाइड्रोजन पानी में लगभग पूरी तरह से अघुलनशील है, इसलिए एकत्रित गैस में से कोई भी गर्त में नहीं घुलता या नष्ट नहीं होता है।
2. हवा में विस्फोट का खतरा: हालांकि हाइड्रोजन हवा की तुलना में बहुत हल्का है, इसे हवा के नीचे की ओर विस्थापन द्वारा एकत्र नहीं किया जा सकता क्योंकि यह वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ तुरंत मिलकर एक हिंसक विस्फोटक मिश्रण बनाता है।

• अवलोकन: हाइड्रोजन गैस एक हल्की नीली लौ के साथ जलती है और साथ में एक विशिष्ट तेज "POP" ध्वनि होती है।
• पानी की छोटी-छोटी बूंदें टेस्ट ट्यूब की ठंडी भीतरी दीवारों पर संघनित हो जाती हैं।
• रासायनिक समीकरण:

$$\mathbf{2\text{H}_2\text{ (g)} + \text{O}_2\text{ (g)} \to 2\text{H}_2\text{O (l)} + \text{Heat}}$$

• रासायनिक समीकरण:

$$\mathbf{\text{CuO (s) [black]} + \text{H}_2\text{ (g)} \xrightarrow{\Delta} \text{Cu (s) [reddish-brown]} + \text{H}_2\text{O (g)}}$$

• रंग परिवर्तन: कॉपर (II) ऑक्साइड का जेट काला पाउडर शुद्ध तांबे के चमकदार लाल-भूरे धात्विक पाउडर में बदल जाता है.
• हाइड्रोजन तांबे से ऑक्सीजन निकालकर एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है ऑक्साइड.

• हाइड्रोजनीकरण: धातु उत्प्रेरक की उपस्थिति में तरल कार्बनिक यौगिकों के असंतृप्त दोहरे बंधनों में हाइड्रोजन गैस का रासायनिक योग।
• वनस्पति घी का निर्माण:
तरल पॉलीअनसेचुरेटेड वनस्पति तेल (जैसे मूंगफली तेल या बिनौला तेल) को एक आटोक्लेव में लगभग $200^{\circ}\text{C}$ तक गर्म किया जाता है।
शुष्क हाइड्रोजन सूक्ष्म रूप से विभाजित निकल (नी) उत्प्रेरक की उपस्थिति में तरल के माध्यम से गैस को बुलबुला किया जाता है।
असंतृप्त तरल तेल के अणु हाइड्रोजन को अवशोषित करते हैं और पूरी तरह से संतृप्त हो जाते हैं, ठंडा होने पर ठोस वनस्पति घी में जम जाते हैं।

1. चरण 1 (जल गैस का उत्पादन): अत्यधिक गर्म भाप को $1000^{\circ}\text{C}$:
   

$$\text{C} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{1000^{\circ}\text{C}} [\text{CO} + \text{H}_2]\text{ (Water Gas)} - \text{Heat}$$

2 पर सफेद-गर्म कोक के ऊपर एक लंबी भट्टी के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है। चरण 2 (कार्बन मोनोऑक्साइड का उत्प्रेरक ऑक्सीकरण): जल गैस को अतिरिक्त भाप के साथ मिलाया जाता है और गर्म आयरन (III) ऑक्साइड ($\text{Fe}_2\text{O}_3$) को क्रोमियम ऑक्साइड ($\text{Cr}_2\text{O}_3$) प्रमोटर के साथ $450^{\circ}\text{C}$ पर पारित किया जाता है:

$$[\text{CO} + \text{H}_2] + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{Fe}_2\text{O}_3, 450^{\circ}\text{C}} \text{CO}_2 + 2\text{H}_2 + \text{Heat}$$

$\text{CO}_2$ दबाव वाले पानी में घुल जाता है, जिससे शुद्ध हाइड्रोजन गैस निकलती है।

• यदि थीस्ल फ़नल का निचला भाग फ्लास्क के वायु स्थान में एसिड सतह के ऊपर स्थित होता, तो नव उत्पन्न हाइड्रोजन गैस सीधे कमरे के माध्यम से पीछे की ओर निकल जाती थीस्ल फ़नल.
• तने को एसिड के नीचे डुबाने से एक तरल एयरलॉक बनता है, जो विस्तारित हाइड्रोजन गैस को डिलीवरी ट्यूब के माध्यम से पानी के कुंड तक विशेष रूप से आगे बढ़ने के लिए मजबूर करता है।