Hydro là nguyên tố hóa học có ký hiệu H và số nguyên tử 1,[1][2] đồng thời là nguyên tố nhẹ nhất và nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn.[3] Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, hydro là khí không màu, không mùi, không vị và dễ cháy.[3][4] Cấu tạo của nguyên tử hydro là đơn giản nhất trong số mọi nguyên tố, chỉ gồm một hạt nhân (thường là một proton) và một electron.[2][3] Trong điều kiện thông thường, trạng thái ổn định của hydro là hydro phân tử (dihydro, H2),[5] hydro nguyên tử chỉ tồn tại ở nhiệt độ rất cao.[6] Mặc dù có cấu hình electron đơn giản 1s1, hydro sở hữu nhiều tính chất hóa học và tạo thành hợp chất với gần như mọi nguyên tố khác.[7]
Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ và phổ biến thứ ba trên Trái đất, sau oxy và silic.[8][2] Ở phần vũ trụ quan sát thấy, 90% số nguyên tử là nguyên tử hydro.[9][10] Hydro là nhiên liệu của phản ứng nhiệt hạch sơ cấp trong hầu hết các ngôi sao mà ở đó bốn nguyên tử hydro hợp thành một nguyên tử heli: 4H → 1He, giải phóng lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt và ánh sáng.[11] Hydro tồn tại trên Trái đất chủ yếu dưới dạng hợp chất, tiêu biểu là nước và hydrocarbon.[3] Trong khí quyển, nồng độ hydro là rất thấp bởi nó rất nhẹ nên trọng lực của Trái đất không đủ để giữ lại.[12][13] Đa phần hydro từng ở trong khí quyển đã thoát vào không gian.[13] Hydro tự do ở dạng khí chỉ có lượng đáng kể trong khí núi lửa và khí tự nhiên.[3][12] Trong cơ thể người, hydro chiếm gần hai phần ba số lượng nguyên tử.[9]
Hydro khá trơ ở nhiệt độ phòng nhưng phản ứng mãnh liệt ở nhiệt độ cao với nhiều kim loại và phi kim.[4] Hydro cháy trong không khí hoặc oxy, sinh ra nước: 2H2 + O2 → 2H2O[11][14] với nhiệt độ có thể tới 3.000 °C.[15] Nguyên tử hydro có thể nhận 1 electron để trở thành anion H− với cấu hình của heli 1s2 hoặc mất 1 electron trở thành proton H+.[4] Số oxy hóa của hydro thường là −1 khi kết hợp với kim loại (như trong NaH và AlH3) và +1 khi kết hợp với phi kim (như H2O và HCl).[16] Tính chất của hydro biến đổi từ anion H− là base mạnh đến cation H+ là acid mạnh.[7][9]
Hydro có ba đồng vị là proti (hydro-1 hay 1H), deuteri (hydro-2, 2H), và cuối cùng triti (hydro-3, 3H) là đồng vị phóng xạ.[17] Proti chỉ có một proton, một electron và phổ biến áp đảo, chiếm tới khoảng 99,9%.[3][18] Deuteri có thêm một neutron trong hạt nhân, cũng là đồng vị bền và chiếm tỷ lệ 0,0156% trong tự nhiên.[19] Hợp chất D2O được gọi là nước nặng và dùng để điều tiết trong lò phản ứng hạt nhân.[20][21] Triti có một proton, hai neutron, một electron và rất hiếm,[18] cứ 1021 nguyên tử hydro thì mới có một nguyên tử triti.[7] Triti không bền và nó phân rã cho ra một đồng vị bền, hiếm gặp của heli, kèm theo bức xạ beta năng lượng thấp: 3H → 3He + β−.[20][21] Sự khác biệt đáng kể giữa các đồng vị nằm ở khối lượng hạt nhân dẫn đến khác biệt về tính chất hóa học, cùng spin hạt nhân.[22]
Tham khảo
- ↑ Enghag 2004, tr. 215.
- ↑ a b c Newton 2010, tr. 251.
- ↑ a b c d e f Fichtner & Idrissova 2009, tr. 271.
- ↑ a b c Greenwood & Earnshaw 1997, tr. 43.
- ↑ Shriver et al. 2014, tr. 296.
- ↑ Chang & Overby 2018, tr. 954.
- ↑ a b c Shriver et al. 2014, tr. 297.
- ↑ Greenwood & Earnshaw 1997, tr. 32.
- ↑ a b c Grochala 2015.
- ↑ Enghag 2004, tr. 225.
- ↑ a b Newton 2010, tr. 253.
- ↑ a b Enghag 2004, tr. 226.
- ↑ a b Newton 2010, tr. 254.
- ↑ Chang & Overby 2018, tr. 958.
- ↑ Fichtner & Idrissova 2009, tr. 274.
- ↑ Shriver et al. 2014, tr. 298.
- ↑ Shriver et al. 2014, tr. 297; Newton 2010, tr. 255; Enghag 2004, tr. 230−231.
- ↑ a b Newton 2010, tr. 255.
- ↑ Newton 2010, tr. 255; Fichtner & Idrissova 2009; Greenwood & Earnshaw 1997, tr. 34.
- ↑ a b Shriver et al. 2014, tr. 302.
- ↑ a b Fichtner & Idrissova 2009, tr. 272.
- ↑ Shriver et al. 2014, tr. 297, 302.
Tạp chí
- Grochala, Wojciech (ngày 20 tháng 2 năm 2015), "First there was hydrogen", Nature Chemistry, 7 (3): 264, doi:10.1038/nchem.2186, PMID 25698337, S2CID 205294092
Sách
- Greenwood, N. N.; Earnshaw, A., bt. (1997), Chemistry of the Elements (lxb. 2), Elsevier, doi:10.1016/C2009-0-30414-6, ISBN 978-0-7506-3365-9
- Enghag, Per (2004), Encyclopedia of the Elements, Wiley, doi:10.1002/9783527612338, ISBN 978-3-527-61233-8
- Newton, David E. (2010), Chemical Elements (lxb. 2), Gale, ISBN 978-1-4144-7608-7
- Ball, Michael; Wietschel, Martin, bt. (2009), The Hydrogen Economy: Opportunities and Challenges, Cambridge University Press, doi:10.1017/CBO9780511635359, ISBN 978-0-511-63535-9
- Fichtner, Maximilian; Idrissova, Farikha, "Chapter 9", Fundamental properties of hydrogen, tr. 271–276, doi:10.1017/CBO9780511635359.010
- Shriver, Duward; Weller, Mark; Overton, Tina; Rourke, Jonathan; Armstrong, Fraser (2014), Inorganic Chemistry (lxb. 6), W. H. Freeman, ISBN 978-1-4292-9906-0
- Chang, Raymond; Overby, Jason (2018), Chemistry (lxb. 13), McGraw-Hill Education, ISBN 978-1-259-91115-6
