2. Một số tính chất cơ bản của hydrogen
Những thông số về nguyên tử khối, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi hay trạng thái thiên nhiên của hydrogen (đồng vị protium) chúng ta có thể tham khảo tại Table sau (Source: Periodic Table version 3.8)
2.1. Cấu tạo nguyên tử
Hydrogen là nguyên tố có cấu tạo nguyên tử đơn giản nhất, đồng vị protium được tạo nên bởi 1 proton (cấu thành hạt nhân nguyên tử) và 1 electron chuyển động xung quanh hạt nhân. Nguyên tử có dạng hình cầu, với bán kính nguyên tử rH ~ 5.10-11 m. Với cấu tạo đơn giản như vậy nên hydrogen là đối tượng được ưu tiên hàng đầu của các nhà khoa học khi tiến hành những khảo sát ban đầu về cấu tạo nguyên tử của các nguyên tố. Có thể nói rằng, những nghiên cứu về cấu trúc của hydrogen chính là những lí thuyết tiên phong cho sự phát triển của các thuyết cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học trong một thế kỉ qua.
(Lưu ý: Từ nay những bài viết nếu không đề cập rõ đến các đồng vị khác như deuterium hoặc tritium thì chúng ta ngầm hiểu rằng đồng vị đang được nói đến ở đây là protium)
Hình 1.2. Mô hình cấu tạo nguyên tử hydrogen.
[1] Tuy có cấu tạo đơn giản nhưng tính chất của hydrogen rất phức tạp. Nó vừa giống các kim loại kiềm, vừa giống các halogen. Giống với các kim loại kiềm, hydrogen có mức oxi hóa + 1 (khi mất electron 1s), có phổ nguyên tử đơn giản và có khả năng thay thế các kim loại này trong các hợp chất. Mặt khác nó giống với các halogen, hydrogen có mức oxi hóa - 1 (khi kết hợp thêm 1 electron để có lớp vỏ khí hiếm helium). Nó tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử H2, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp (xemTable đã dẫn ở trên). Tuy nhiên, tính chất của hydrogen và các halogen có nhiều điểm khác biệt. Ví dụ: Thế ion hóa (IH) của hydrogen cao hơn thế ion hóa thứ nhất (I1(X)) của các halogen rất nhiều. Chính vì những lí do như vậy nên có thể sắp xếp hydrogen vào phân nhóm IA hoặc phân nhóm VIIA của bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Tuy nhiên, vì sự tồn tại phổ biến của ion H+ (thể hiện tính chất khá giống kim loại kiềm của hydrogen) và vị trí thứ nhất của hydrogen nên người ta ưu tiên xếp hydrogen vào phân nhóm IA.
2.2. Ion H+ (proton)
Ion H+ có dạng hình cầu, bán kính xấp xỉ 0, 88 fermi (fm) - Ion này có bán kính rất nhỏ nên khả năng gây phân cực của nó rất lớn, do đó nó dễ tạo được liên kết cộng hóa trị với các nguyên tố không-kim loại (non-metal), ví dụ như trong các hợp chất: H-Cl, H-OH, H-NH2, ... Chính vì tính chất gây phân cực lớn nên các hợp chất của hydrogen (với số oxi hóa của H là + 1) không có bản chất ion thuần túy mà thường là liên kết cộng hóa trị phân cực.
Năng lượng ion hóa của hydrogen khá cao: H ----> H+ + e- IH = 1312 kJ.mol-1, do đó khả năng tồn tại của ion H+ dưới điều kiện bình thường là gần như không thể. Tuy nhiên, trong các dung môi như nước (có khả năng solvate tốt) thì ion hydrogen có thể tồn tại được dưới dạng hệ ngưng tụ (ví dụ ion oxonium H3O+).
theo:http://www.olympiavn.org