Суутек

Суутек
Атомдук катышы
Аталышы, символу, номери:	Суутек / Hydrogenium (H), 1
Атомдук массасы (молекулярдык массасы):	1,00794 а. е. м.(г/моль)
Атом радиусу:	53пм
Химиялык катышы
Коваленттик радиусу:	32пм
Иондук радиусу:	54 (−1 ) пм
Кычкылдануусу:	1,0, −1
Иондошуу энергиясы:	1311,3 кДж/моль (эВ)
Жөнөкөй заттын термодинамикалык катышы
Жыштыгы:	0,0000899 (273K (0 °C)) г/см³
Кайноо температурасы:	20,28K
Ээрүү температурасы:	14,01 K

Суутек – химиялык элемент атомдук номери 1 менен. Ал Н символу менен белгиленет. Суутек – эң жеңил жана кенен жайылган химиялык элемент. Ааламдын 75% жакын химиялык элементардык массасы суутектен курулган. Анын орто атомдук салмагы 1,00794 а. с. е. (¹H – 1,007825 а. с. е.). Жылдыздар көбүнчө суутектен жана анын плазма абалынан түзүлгөн. Табиятта жайгашкан элементардык суутек Жерде бир аз эле бар. Суутектин эң жайылган изотобу – протий (аты анда-санда колдонулат, символу ¹Н) бир протон менен жана нейтронсуз. Ион кошундуда ал терс зарядды (бул анион гидрид деп аталат жана Н^- деп жазылат) же оң зарядды Н⁺ алып алат. Суутек көпчүлүк элементер менен кошунду түзөт жана суу менен органикалык кошундуларына кирет. Ал кислоталуу-щёлочтуу химиянын көпчүлүк эригич молекулалардын арасында протон алмашуу реакциясында чоң маанилүү ролду аткарат. Эң жөнөкөй белгилүү атом болгон үчүн, суутектин атому теорияларды тизүүдө колдонулган. Мисалы, жалгыз нейтралдуу атом, Шредингер теңдемесине аналитикалык чыгаруу болгонунан, кванта механикасынын өнүгүүсүнө энергетиканы изилдөө жана суутек атомун байланыштыруу башкы ролду аткарган.

суутек спектрин текшерүү

Жасалма суутек газы (Н₂) биринчи жолу 16 кылымдын башында металлдарды күчтүү кислоталар менен аралаштырганда чыгарып алынган. 1766-81 жылдарда, Генри Кавендиш суутек газы айрым зат болушун жана ал күйгөндө сууга айланганын биринчи ачты. Бул касиет анан ага атын берген, грек тилинен «суу жасаган» деп которулган. Стандарт температура жана басуу кезинде, суутек өңү, жыты, даамы жок, металл жана уулуу эмес, өтө жалбырттоо эки атомду газ Н₂ молекулалык формуласы менен белгиленет.

Өнөр жайлык чыгаруу үчүн көбүнчө табигый газды буу менен кайта куруу же анда-санда энергия көп талап кылуучу суутек өндүрүү методдор (мисалы, суудун электролизи) колдонот. Суутектин көпчүлүгү чыгарылган жерде эле казып алынуучу отунду (мисалы, гидрокрекинг) же аммиякты иштеп чыгарууга колдонулат.

Суутек металлды морт, трубопроводтордун жана резервуарлардын дизайнын таттаал кылган үчүн металлургияда баарланат.

Водород газы өтө жалбырттоо жана 4%-75% концентрация кезинде ал абада күйөт. Водороддун күйүү энтальпиясы – 286 кДж/моль:

2 H₂(г) + O₂(г) → 2 H₂O(l) + 572 кДж (286 кДж/моль)

Суутек газы 4-74% концентрациясында аба менен жана 5-95% концентрациясында хлор менен аралаштырганда жарылыш мүмкүн. Кошунду өзүнөн өзү учкундан, ысыктан же күндүн нурларынан жарылыш мүмкүн. Водороддун өзүнөн өзү абада күйүү температурасы 500 °C. Таза суутек-кычкылтек оту кадимки эле көзгө көрүнбөгөн ультрафиолет нурларды чыгарат. Күйүаткан суутектин сызылып чыгууну табышуу үчүн жалындык температуралык детектору керек болот. Ошондой сызылып чыгуулар абдан коркунучтуу болот. Суутек күйүү жыйынтыктын үлгүсү Хинденбург дирижабльдин кыйрашы. Суутек абада калкып агып жүргөн үчүн, анын оту бат өйдө көтөрүлүүгө умтулат жана азыраак зыян углеводороддун отуна караганда учурат. Хинденбургтун үчтүн экөө пассажиры өртү баштан өткөрдү жана көпчүлүк ажалдар жыгылгандыктан же суюк отун күйүгөн үчүн болду.

Н₂ бүт кычкылдандыруу элементтер менен реакцияга кирет. Суутек бөлмө температурасында өзүнөн өзү, дүрүлдөп хлор жана фтор менен реакцияга киргенде, төмөнкү суутек галогениддер пайда болот: суутектин хлориди жана суутектин фториди. Алар потенциалдык коопту кислоталар.

Суутек атомун электронун түпкү энергетикалык деңгээлдин абалы 13,6 эВ, бул ультрофиолет фотонун 92 нм толкундун узунуна барабар баалуу.

Суутектин энергиялык дэңгээлдерин Бордун атом модели колдонуп, жетишерлик туура санап чыкса болот. Бор моделинде электрон протондун тегерегинде айланат. Электромагниттик күч элетрондор менен протондорду бир бирине тартат. Кинетикалык момент аксиомасын жаш кванта механикасында Бор дискретизация кылган үчүн, Бордун моделинде электрон белгиленген эле аралыкта протондон турат.

Таза кванта механикалык түшүндүрүү Шредингер теңдемесин же Фейнмандын интеграл траектория боюнча формуласын колдонуп, протондун тегерегиндеги электрондордун мүмкүндүк тыгыздыкгын санап чыкса болот. Эң татаал түшүндүрүүлөр атайн салыштырмалуук теориясынын жана вакуумдун поляризациясынын эффектерлерин кичинесине мүмкүндүк беришет. Кванта механикалык түшүндүрүүдө, түпкү суутек атомдун электрондун кинетикалык моменти такыр эле жок.

Алгачкы молекулалык формалар

Эки атомдуу суутектин молекуласынын 2 ар башка айланган изомерлери бар. Алар өзүнүн ядросунун салыштырмалуу айлануусу менен айырмалануу. Ортосуутек формасында эки протондун айланганы параллелдик болуп, номер 1 (½+½) кванта айланган молекула менен триплет абалга кирет. Парасуутек формасында айлануулар антипараллелдик жана номер 0 (½–½) кванта айланган молекула менен синглет абалга кирет. Стандарт температура жана басуу кезинде, суутек газында 25% пара түрү жана 75% түрү бар, бул «кадыресе форма» деп белгилүү. Ортосуутек менен парасуутектин теңдештик катышы температурага байланыштуу болот, бирок орто формасы козгоо болгондуктан жана пара формадан караганда энергияны көбүрөөк бардыктан, ал стабилдик эмес жана тазартылбайт. Эң төмөн температура кезинде, тендештик катыш жалаң эле пара формалардан түзүлөт. Таза парасуутектин суу жана газ абалдын жылуу сыйымдуулук касиети бир кыйла кадыресе формадан, өзгөчүлүк жылуу сыйымдуулук үчүн, айырмаланат. Орто/пара айырмалык башка суутек бар молекуларда же функционалдуу группаларда бар, мисалы, суу жана метилен, бирок көп эле жылуу сыйымдуулук касиетине таасир кылбайт.

Орто жана пара Н₂ ортосундагы катализдик эмес өз ара айландыруу температура менен кошо чоңоет, ошондуктан бат конденсация болгон Н₂ көп өтө энергиялык орто формалар (жай пара формага айланган) бар. Конденсация болгон Н₂ орто/пара ара катышы зор маанилүү суюк суутекти даярдаганга жана сактаганга. Орто парага айлануу экзотермик реакция болуп, бир топ чыккан жылуу суюк суутекти бууга айланта жиберелат. Орто-пара өз ара айландыруу катализаторлар, мисалы, темирдин оксиди, ативдик көмүртек, платинирдык асбест, сейрек учурай турган жер металлдар, урандын кошундулары, хромдун сесквиоксиди, же кайсы бир никельдин кошундулары, суутекти муздатууга колдонулат.

Суутек молекуласы жылдыздар аралык чөйрөдө аалам шоолалары үчүн ионизация болуп протондук молекулалык суутекке (H₃⁺) айланат. Бул кубулуш Юпитердин өйдөнкү атмосферасында дагы байкалган. Бул молекула башкаларга караганда ачык ааламда төмөн температура жана тыгыздык үчүн туруктуу болот. H₃⁺ Ааламда эң көп йон жана жылдызтар аралык чөйрөдүн химиясында эң керектүү элемент. Нейтралду үч атомду суутек Н₃ козгоо жана туруктуу эмес фомада эле бар. Молекулалык суутек ион же Н₂⁺ сейрек молекулалык система анализдик эле саналат жана функциясы математикалык эле белгилүү.

Кошундулар

Коваленттүү жана органикалык кошундулар

Н₂ стандарт шарттар кезинде өтө реактивдүү болбосо да, ал көпчүлүк элементтер менен кошундуларды түзөт. Миллиондогон углеводородтор белгилүү, бирок алар негизги суутек менен көмүртек түз реакциясынан чыккан эмес. Суутек электр терс элементер менен кошунду түзүү алат, мисалы галогендер (F, Cl, Br, I). Бул кошундуларда суутек жарым-жартылай оң заряд алат. Фтор, кычкылтек же азот менен реакцияга киргенде, суутек күчтүү ковалентсиз формада (суутектик байланыш) катышат. Бул формасы көпчүлүк органикалык молекуларга каршы. Суутек кемирек электр терс элементер менен кошунду түзүү алат, мисалы металлдар жана металлоиддер. Бул кошундуларда суутек жарым-жартылай терс заряд алат. Бул кошундулар гидрид деп аталышат.

Суутек көптөгөн кошундуларды көмүртек менен түзөт. Алар углеводород деп аталышат. Алардан да көп кошундуларды гетероатомдар менен түзөт. Алар органикалык кошундулар деп аталышат. Алардын табиятын изилдөөсү органикалык химия деп аталат жана аларды тирүү организимдин ичиндеги кызматын изилдөө биохимия деп аталат. Кээ бир аныктамалар көмүртек бар коншундулар эле органикалык болуп саналат. Бирок көпчүлүк кошундуларда суутек дагы бар жана көмүртек-суутек байланышуу бул класска атайын касиеттерин берет.

Органикалык эмес химияда гидриддер эки металлдардын ортолорун кошууга жардам берет. Бул милдети 13 элемент группасында жалпы, айрыкча бор жана алюминий кошундуларда.

Суутектин кошундулары гидрид деп аталат. «Гидрид» термины Н атому терс же аниондук табияттын алып (Н^-), электр оң элементер менен кошунду түзгөндү билдирет. 1916 жылы Гилберт Н. Льюис I жана II группа туз гидриддерде суутек анион бардыгын болжолдооду. 1920 жылы Моерс литий гидридти электролиз кылып, анодто стехиометриялык сан суутекти алып, бул теорияны дадилдеди. Суутектин электр терсин аздыгынан, I жана II металл группаларын гидриддеринен башка, бул терминдин колдонуу адашууга келтирет. BeH₂ гидриди II группанын чыгаруусу, ал полимердик. Литий алюминий гидридте AlH₄^- гидридтин ядросун Al (III) каттуу байлайт. Бүт эле элементер менен гидриддер түзүлүшсө да, мүмкүн коншундулардын саны жана түрлөрү ажыралуу, мисалы экилүү бор гидриддерин 100 ашык түрлөрү белгилүү болсо, экилүү алюминий гидридден бир эле табылган. Экилүү индий гидриди табылалек, бирок чоң комплекстери бар.

Протондор жана кислоталар

Суутек кычкылдануусу электронун жоготуп, электронсуз жана бир протондук ядро Н⁺ айланат. Ошондуктан Н⁺ протон деп аталат. Бул түрлөр кислоталарды талкуулоосунун түпү. Бренстед-Лоури теориясы боюнча кислоталар протон берүүчүлөр, негиздер протон алуучулар.

Жалгыз Н⁺ протон башка электону бар атомдарга же молекуларга туруктуу тартулган үчүн, иондук кристалдарда же эритмелерде бололбайт. Чоң температурада, атом жана молекуланын протондору электрондук булуттан алыналбайт жана ошол жерде калат. Бул кубулуш плазмалар менен байланышуу.

Ачык «сольватацияланган протон» жыйынтыгын эпитмелерде албаш үчүн, кээде кислоталык суюк эритмелерде күмөндүү жалган түрлөр азырак деп саналат, аларды «гидроксоний» (H₃O⁺) деп аташат. Бирок бул окуяда да сольватацияланган суутек катиондор кластерлерге курулуп, Н₉О₃⁺ жакын түрлөр жасалат деп болжойлонот. Башка оксондук иондор суу эритмеде башка эритүүчүлөр менен болгондо табылат.

Изотоптор

Суутекте 3 табиятта изотобу бар. Алар ¹H, ²H жана ³H. Башка, абдан туруксуз ядро (⁴H-⁷H) лабораторияда жасалган.

¹Н 99,98% ашык табылган суутек изотобу. Бул изотоптун ядросунда бир эле протон бар үчүн, аны протий деп аташат, бирок бул ат анда-санда колдонулат.

²Н водороддун башка туруктуу изотобу, дейтерий деп аталган жана бир протону жана нейтрону бар ядросу менен. Бүт ааламдагы дейтерий Чоң Жарылыштан кийин пайда болгон деп эсептешет. Дейтерий радиоктивдүү эмес жана көпте эле уулуу зыян келтирбейт. Дейтерий көп сууну катуу суу деп аташат. Дейтерий жана анын кошундулары химиялык эксперименттерде радиактивсиз белги болуп жана ¹Н ЯМР спектроскопияга эритүүчүлөрдүн ичинде колдонулат. Катуу суу нейтрондорду басаңдаганга жана атомдук реакторларда муздатканга колдонулат. Дагы дейтерий ядролук синтезге болушу мүмкүн отун.

³Н (тритий) ядросунда бир протон жана эки нейтрон бар. Ал радиоактивдүү, бета-бөлүнүүден кийин суутек-3 айланат. Ал ушунчалык радиоактивдүү бул себептен люминесцент боёкто колдонсо болот. Айнек кичине да радиацияны чыгарбайт. Биртке тритий табията, ааламдын нурлары атмосфералык газдар менен аракеттешкен үчүн, болот. Дагы тритий ядордук куралды тест кылганда чыгат. Ал ядордук синтезте, изотоп геохимияда изоиндикатор болуп жана батарейкасыз жарык кылган приборлордо колдонулат. Тритийди дагы химиялык жана биологиялык маркировка экспериментерлеринде колдонулат.

Суутек жалгыз элемент аркандай изотоп аттары менен. D жана T символдор ²Н жана ³Н ордуна колдонулат.

Ачылышы жана пайдалананышы

1671 жылы, Роберт Бойл темир таарынды менен суюк кылынган кислотанын реакциясын ачып жана баяндап жазган. Бул табылга суутек газын жасап чыгарууга башталыш берди. 1766 жылы Генри Кавендиш суутек газын өзүнчө зат болгонун биринчи ачты. Бул газды ал металл-кислота реакцыясынын ажыраттып, «флогистон» («тез от алуучу аба») деп ат койду. Анан, 1781 жылы ал бул газ күйгөндө суу пайда болгонун ачты. 1783 жылы Антуан Лавуазье, Лаплас менен Кавендиштин ачуусун кайталап, суутекти күйгүзүп сууну алган кийин, бул элементке Hydrogenium (грек тилден «суу жасаган» деп которулат) деген ат берди.

Лавуазье суутекти анын атактуу массаны сактоо экспериментинде колдонгон. Бул экспериментте буунун агыны темир менен отто жылытылган темир трубадан өтүп, өз арасында аракетишет. Темирдин анаэробдук кычкылдануусу чоң температура кезиндеги суунун протондору менен схемалык төмөнкү реакциялар менен көрсөтсө болот:

Fe + H₂O → FeO + H₂

2 Fe + 3 H₂O → Fe₂O₃ + 3 H₂

3 Fe + 4 H₂O → Fe₃O₄ + 4 H₂

Көпчүлүк металлдар, мисалы цирконий, суу менен ошондой эле реакцияга киргенде суутек чыгат.

1898 жылы Джеймс Дьюар регенеративдүү муздатуу менен өзүнүн ойлоп чыгарган нерсени, термосту колдонуп, суутекти суюк формасын алып чыккан биринчи киши болду. Эмки жылы ал катуу суутекти алып чыкты. 1931 жылы Гарольд Урей дейтерийди ачты, 1934 жылы Эрнест Резерфорд, Марк Олифант жана Пол Хартек тритийди жасап чыгарышты. 1932 жылы Урейдин группасы дейтерий көп катуу сууну ачты. 1806 жылы Франсуа Исаак де Риваз суутек менен кычкылтектин аралашында иштеген биринчи ичинен күймө кыймылдаткычты курду. 1819 жылы Эдвард Даниэль Кларк суутек газынан иштеген кандагыч түтүктү ойлоп чыгарды. 1823 жылы Дуберайнердин лампасы жана друммонддун жарыгы ойлонуп чыгарылган. 1783 жылы Жак Чарльз биринчи суутек толтурулган шарды ойлоп чыгарды. 1852 жылы Генри Гиффард биринчи суутек толо дирежабльди ойлоп чыгарды. Немец графы Фердинанд фон Цеппелин суутектен учкан катуу дерижабльдердин идеясын келтирди. Бул дирижабльдер Цеппелин деп аталышып, 1900 жылы биринчи жолу учушту. 1910 жылы дайым учуштар башталып Биринчи Дүйнөлүк Согушка чейин 35,000 пассажирди ташып бүттүү. Суутектен учкан дирижабльдер байкоо жүргүзүлүүчү платформа болуп жана бомбардировщик болуп колдонгон.

1919 жылы биринчи токтоосуз трансатлантик учууну британ дирижабль Р34 кылды. 1920 жылы дайым учуштар кайрадан башталды жана АКШда гелийдин запасынын табышы күчөтүлгөн коосуздукту камсыз кылмак, бирок АКШнын өкмөтү бул максатка газды сатканга макул болгон жок. Ошондукдан Н₂, 1937 жылы 6 майда Нью Джерсиде абада күйүп кеткен Хинденбург дирижабльда колдонгон. 1937 жылы Дейтондо, Огайо, Дейтон Паувер энд Лайт Ко биринчи суутек муздаткан турбогенераторду жүргүздү. 1977 жылы биринчи никель-суутек батарейкасы АКШнын согуш-деңиз флотунда колдонгон. Мисалы, МКС, Марс Одиссей жана Марс Глобал Сюрвейор никель-суутек батарейкалар менен жабдулган.

Анын оңой адомдук структурасы үчүн, бир протон жана электрондон турган, суутектин атому, чыккан жана кирген жарыктын спектры менен кошо, атомдук структурасын теориясынын түзүлүшүн башкысы болгон. Анын үстүнө, суутек молекуласынын жана Н₂⁺ катиондун оңойдугу химиялык байланыштын жаратылышын толук түшүнүүсүнө жардам берди.

Табиятта таралгандыгы

Суутек ааламда эң жайылган химиялык элемент. Ал 75% массасын жана 90% ашык атомдун санын түзөт. Бул элемент жылдыздарда жана газдык гигант планеталарда абдан көп бар. Н₂ молекулалык булутту жылдыздардын пайда болушу менен байляйт. Суутек жылдыздарды энергия жабдууда маанилүү ролду ойнойт.

Ааламда суутек көбүнчө атомдук жана плазмалык абалдарда табылат. Алардын касиеттери молекулалык суутектен өзгөчө. Плазма абалында, суутектин электрону менен протону бир бирине байланышкан эмес, бул көп электр өткөрүүгө жана шоолаланууга келтирет. Заряд алган бөлүкчөлөргө магнит жана электр талаалар абдан катуу таасир кылат. Мисалы, күн шамалында алар Жердин магнитосферасы менен бир бирине таасир кылып, Биркеланд тогун жана жаркыроону көтөрөт. Суутек нейтралдуу атомдук абалында жылдыз аралык чөйрөдө табылат.

Жерде, кадыресе шартта, элементардык суутек эки атомдук газ (Н₂) формасында бар болот. Бирок, суутек газы, жеңил болгон үчүн Жердин тартышынан кутул алат. Ошондуктан, суутек газы Жердин атмосферасында өтө аз. Ошого карабастан, суутек үчүнчү Жердин үстүндөгү эң жайылган элемент. Көбүнчө ал химиялык кошундулардын, углеводород же суу формаларында болот. Суутек газын бир топ бактериялар жана балырлар жасайт, жана метан формасында, суутек зар маанилүү.

Жасап чыгаруу

Н₂ химиялык жана биологиялык лабораторияларда жасалат, көбүнчө башка реакциялардын кошумча продукту болуп. Өндүрүштө каныкпаган субстрактарды гидрирование кылганга чыгарылат.

Лабораторияда

Лабораторияда Н₂ кадыресе кислоталар менен металлдар реакциясынан жасалат. Мисалы, цинк менен Кипптин прибору.

Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂

Алюминий дагы негиздер менен аралашканда Н₂ чыгат:

2 Al + 6 H₂O + 2 OH^- → 2 Al(OH)₄^- + 3 H₂

Сууну электролиз кылуу суутек чыгаруунун оңой методу. Туруктуу тогу суудан өткөндө, кычкылтек газы аноддо пайда болот жана суутек газы катоддо пайда болот. Кадыресе, суутекти чыгарганда, катод платинадан же башка инертүү металлдан жасалат. Эгерде газды күйгүзө турган болсо, күйүдө кычкылтекти колдонуу зарыл болсо, эки электрод тең инертүү металлдардан жасалат. Теоретикалык максимум таасирдүүлүгү 80-94%.

2 H₂O(суу) → 2 H₂(г) + O₂(г)

2007 жылы, сууга кошулган алюминий менен галийдин эритмеси шарик формасында, суутек чыгарууга колдогонго болгуну ачылды. Бул процесс алюминийдин кычкылдыгын дагы чыгарат, жана кымбат галийди кайрадан колдонсо болот. Ошундуктан, суутекти эми керектүү жерде эле жасаса болот, эч жактан алып келбей.

Өнөр жайда

Суутекти көп аркандай жол менен чыгарса болот, бирок углеводороддон суутеги чыгаруу эң пайдалуу жол. Өнөр жайлык суутектин массасы, кадыресе табигый газды буу реформинг кылгандан кийин чыгарылат. Чоң температурада (700–1100 °C) буу метан менен реакция кирип, көмүтек(II) оксиди жана Н₂ пайда болот.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Бул реакцияны төмөн басымда өткөрүү жакшы болот, бирок кадыресе аны күчтүү басымда (2.0 МПа) кылышат. Күчтүү басым Н₂ эң өтүмдүү продукт болгон үчүн бул реакцияны ошондой жүргүзөт. Метанол жана башка ага жакын кошундуларды чыгарганга түз колдонгон үчүн, продукт «газ синтези» деп аталган. Метандан башка углеводороддор дагы газ синтезин чыгарганга колдонот. Бул технологиянын кыйындыгы кокс же көмүтек жасоо:

CH₄ → C + 2 H₂

Ошондуктан, буу реформинги көп сууну колдонуу талап кылыт. Көмүтек кычкылын суюк газдын алмашуу реакциясынан өткөргөнден кийин, айрыкча темир кычкылын катализатор кылып колдонгондо, кошумча суутекти буудан чыгарса болот. Бул реакция кадыресе өнөр жайлууда көмүртектен кош кычкылын чыгарганга колдонот:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Башка зор маанилүү суутек чыгаруу методу толук эмес углеводородду кычкылдатууну киргизет:

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂

жана таш көмүр менен реакция алмашуу реакциянын башы болу алат:

C + H₂O → CO + H₂

Кээде суутекти бир эле өнөр жай процессинде чыгарылып жана колдонулат. Аммиак чыгаруу Хабер процессинде суутекти табигый газдан бөлүп чыгарылат. Хлорду чыгарыш үчүн рассолдун электролизи суутекти дагы чыгарат.

Сууну ажыралуу 200 ашык термохимиялык циклдары бар. Бул циклардын арасында темир кычкылын циклы, церий (IV) кычкылы-церий (III) кычкылын циклы, цинк кычкылын циклы, күкүрт-йод циклы, жез-хлор циклы, күкүрт аралашмасын циклы жана башкалар, суутек менен кычкылтекти суудан жана электр тогун колдонбой ысытуудан чыгаруу, изилдөө жана тест фазасында. Көпчүлүк лабораториялар (Францияда, Германияда, Грецияда, Японияда жана АКШда) суутекти күн энергиясынан жана суудан чыгарууга термохимиялык методдорду изилдеп жатышат.

Анаэробдук коррозия

Анаэробдук шарттарында, темир жана болот эритмеси акырындыктан суу, молекулалык суутекти азайаткан, протондордон кычкылданат. Темирдин анаэробдук коррозиясы темир гидрооксиддин пайда болошуна айланып жана кийинки реакциясы менен көрсөтсө болот:

Fe + 2 H₂O → Fe(OH)₂ + H₂

Анан, анаэробдук шартарында, темир гидрооксиди (Fe(OH)₂) суу протондору менен магнетит жана молекулалык суутекти чыгарганга кычкылдатса болот. Бул процессти Шикорр реакциясы көрсөтөт:

3 Fe(OH)₂ → Fe₃O₄ + 2 H₂O + H₂

Жакшы кристаллданган магнетит (Fe₃O₄) темир гидрооксидине (Fe(OH)₂) караганда термодинамикалык туруктуу. Бул процесс темир менен болоттун кычкылтек жок жердин астындагы сууларда жана суудагы жердин ичинде анаэробдук коррозия кезинде болот.

Геологиялык таралгандыгы: серпентизациялык реакциясы

Атмосфералык кычкылтек жок кезинде, терең геологиялык шарттарда, суутек серпентизация процессинде чыгат. Бул процесс фаялиттин (Fe₂SiO₄) кристалдык решёткасындагы бар темир силикаттын суу протондорун анаэробдук кычкылдануу кезинде болот. Кийинки реакция магнетит (Fe₃O₄), кварц (SiO₂) жана водород (H₂) пайда болгон мындай:

3 Fe₂SiO₄ + 2 H₂O → 2 Fe₃O₄ + 3 SiO₂ + 3 H₂

Бул реакция Шикорр реакциясына окшош.

Колдонулушу

Көп суутек суюк отун чыгарыш жана химиялык өнөр жайларда керек. Эң көп Н₂ казып алынуучу отундарды жана аммиякты иштеп чыгарууда колдонот. Нефтехимиялык өнөр жайлууда Н₂ гидродилкилицияда, гидродесульфирацияда жана гидрокрекингде колдонулат. Н₂ гидрирование кылган реагент болуп, каныкпаган майлардын каныккандык дэңгеелин көтөргөнгө жана метанол чыгарууга колдонот. Дагы Н₂ металлдык рудада төмөндөткөн реагент болуп колдонулат.

Суутек жакшы жерде сейрек табылган жана өтмө металлдарда, нанокристаллдык жана аморфтук металлдарда эрийт. Суутектин эригичтиги кристаллдык решётканын кирдигине жана бузулугуна байланыштуу болот. Бул касиеттери суутекти ысык палладий дисктерден өткүзүп тазалаганда пайдалуу болот. Бирок газдын бат эригичтиги металлургиялык проблема, металлдарды морт кылган, трубопроводдордун жана резервуарлардын дизайнын татаал кылган.

Н₂ физикада жана инженерияда кең колдонулат. Ал коргой турган газ болуп ширетүүчү методдарда, мисалы атомдук суутектик ширетүүдө колдонулат. Н₂ электостанцияларда электр генераторларда ротор муздаткыч болуп колдонулат. Суюк суутек криогендик издөөлөрдө, мисалы суперөткөргүч окуясында колдонулат. Суутек абадан да жеңил болгон үчүн, анын ойдө көтөргөн газ кылып дирижабльдерде колдонулган.

Эң акыркы колдонууларда, суутек жалгыз же азот менен аралаш сызылып чыгууну тапканга колдонулат. Колдонуу автомобилдик, химиялык, энергия чыгаруу, аэрокосмостук жана телекоммуникациялык өнөр жайларда табылат. Суутек уруксат берилген тамак кошумчасы (Е 949).

Суутектин сейрек изотоптору да атайын колдонуулары бар. Дейтерий (суутек-2) ядордук бөлүнүүдө нейтрондорду акырындаткыч болуп колдонулат. Дейтерийдин кошундулары химия жана биологияда изотоп эффектерин изилдөөгө колдонулат. Тритий (суутек-3) ядордук реакторларда пайда болуп, суутек бомбаларын жасап чыгарууда, биоилимдерде изотоптук ярлык болуп жана жаркырак боектордо колдонулат.

Энергия көтөрүүчүсү

Суутек энергиялык ресурс эмес, ядродук синтез соода өнөр жайларда дейтерий же тритий колдонгондон башка. Күндүн энергиясы суутекти ядродук синтез кылган үчүн чыгат, бирок Жерде бул процессти туруктуу кылыш абдан кыйын. Суутекти жерден чыккан отундардан (мисалы метан) чыгарса болот, бирок алар жаңырбаган ресурстар.

Суюк суутектин жана тыгыздалган суутек газын энергиялык тыгыздыгы көлөмүнө жөнөкөй суюк отундукуна караганда кичирек болот. Кадыресе элементардык суутек энергия жагынан келечек энергия көтөрүүчүсү болуш мүмкүн деп талкулоо жүргүзүлгөн.

Суутекти аморфтук кремнийдин жана аморфтук көмүртектин сынган байланыштарды каныкканга иштетет. Бул материалдык касиеттерин туруктуу кылганга жардам берет. Дагы суутек аркандай кычылдык материалдарга (ZnO, SnO₂, CdO, MgO, ZrO₂, HfO₂, La₂O₃, Y₂O₃, TiO₂, SrTiO₃, LaAlO₃, SiO₂, Al₂O₃, ZrSiO₄, HfSiO₄, SrZrO₃) мүмкүн электрон донору.

Суутек кээ бир анаэробик метоболизм жана микроорганизимдер иштеп чыгарат. Бул реакция темир же никель бар ферментер (гидрогеназа) менен болот. Бул ферменттер кайра карату кычкылдык кабылына келтирүү процессти суутек менен эки протон жана эки электрондун ортосунда жүргүзөт.

Суу бөлүнүү бүт фотосинтетик организимдерде жарыкка жүргүзүлөт. Бул реакцияда суу протондорго, электрондорго жана кычкылтекке ажырайт. Ошондой организимдердин арасында балыр Chlamydomonas reinhardtii жана көк-жашыл балырдар бар. Алардын карангыр реакциясында атайын хлоропластагы гидрогеназалар протон менен электрондорду суутек газына айлантат.