“ہائیڈروجن، جو کائنات میں سب سے زیادہ وافر عنصر اور زمین کی سطح پر تیسرا سب سے زیادہ وافر عنصر ہے، کو مستقبل کی توانائی کا اہم ذریعہ تصور کیا جا رہا ہے۔”

ہائیڈروجن کی جوہری ساخت فطرت میں ہمارے ارد گرد موجود تمام عناصر میں سب سے سادہ ہے۔ جوہری شکل میں اس میں صرف ایک پروٹون اور ایک الیکٹران ہوتے ہیں۔ تاہم، عنصری شکل میں یہ ایک دو جوہری $\left(\mathrm{H_2}\right)$ مالیکیول کے طور پر موجود ہوتا ہے اور اسے ڈائی ہائیڈروجن کہا جاتا ہے۔ یہ کسی بھی دوسرے عنصر سے زیادہ مرکبات بناتا ہے۔ کیا آپ جانتے ہیں کہ توانائی سے متعلق عالمی تشویش کو ہائیڈروجن کو توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرکے بڑی حد تک دور کیا جا سکتا ہے؟ درحقیقت، ہائیڈروجن بہت زیادہ صنعتی اہمیت رکھتی ہے جیسا کہ آپ اس یونٹ میں سیکھیں گے۔

9.1 دوری جدول میں ہائیڈروجن کی پوزیشن

ہائیڈروجن دوری جدول کا پہلا عنصر ہے۔ تاہم، ماضی میں دوری جدول میں اس کی جگہ بحث کا موضوع رہی ہے۔ جیسا کہ آپ اب تک جانتے ہیں کہ دوری جدول میں عناصر ان کی الیکٹرانک ترتیب کے مطابق ترتیب دیے گئے ہیں۔

ہائیڈروجن کی الیکٹرانک ترتیب $1 s^{1}$ ہے۔ ایک طرف، اس کی الیکٹرانک ترتیب الکلی دھاتوں کی بیرونی الیکٹرانک ترتیب ($n s^{1}$) سے ملتی جلتی ہے، جو دوری جدول کے پہلے گروپ سے تعلق رکھتی ہیں۔ دوسری طرف، ہیلوجنز کی طرح ($n s^{2} n p^{5}$ ترتیب کے ساتھ جو دوری جدول کے سترہویں گروپ سے تعلق رکھتی ہے)، اس میں متعلقہ نوبل گیس ترتیب، ہیلیم $\left(1 s^{2}\right)$ تک ایک الیکٹران کی کمی ہے۔ لہذا، ہائیڈروجن کی الکلی دھاتوں سے مشابہت ہے، جو یونی پازیٹو آئن بنانے کے لیے ایک الیکٹران کھو دیتی ہیں، نیز ہیلوجنز سے بھی، جو یونی نیگیٹو آئن بنانے کے لیے ایک الیکٹران حاصل کرتی ہیں۔ الکلی دھاتوں کی طرح، ہائیڈروجن آکسائیڈز، ہیلائیڈز اور سلفائیڈز بناتی ہے۔ تاہم، الکلی دھاتوں کے برعکس، اس کی آئنائزیشن انتھالپی بہت زیادہ ہے اور یہ عام حالات میں دھاتی خصوصیات نہیں رکھتی۔ درحقیقت، آئنائزیشن انتھالپی کے لحاظ سے، ہائیڈروجن ہیلوجنز سے زیادہ مشابہت رکھتی ہے، $\Delta_{i} H$ کی $\mathrm{Li}$ ہے $520 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}, \mathrm{~F}$ ہے $1680 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ اور $\mathrm{H}$ کی ہے $1312 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$۔ ہیلوجنز کی طرح، یہ ایک دو جوہری مالیکیول بناتی ہے، عناصر کے ساتھ مل کر ہائیڈرائڈز اور بڑی تعداد میں کوویلنٹ مرکبات بناتی ہے۔ تاہم، رد عمل کی صلاحیت کے لحاظ سے، یہ ہیلوجنز کے مقابلے میں بہت کم ہے۔

اس حقیقت کے باوجود کہ ہائیڈروجن، ایک حد تک الکلی دھاتوں اور ہیلوجنز دونوں سے مشابہت رکھتی ہے، یہ ان سے مختلف بھی ہے۔ اب یہ متعلقہ سوال پیدا ہوتا ہے کہ اسے دوری جدول میں کہاں رکھا جانا چاہیے؟ ہائیڈروجن ایٹم سے الیکٹران کے ضیاع کے نتیجے میں نیوکلئس $\left(\mathrm{H}^{+}\right)$ کی $\sim 1.510^{-3} \mathrm{pm}$ سائز کا حامل ہوتا ہے۔ یہ 50 سے $200 \mathrm{pm}$ کے عام جوہری اور آئنک سائز کے مقابلے میں انتہائی چھوٹا ہے۔ نتیجتاً، $\mathrm{H}^{+}$ آزادانہ طور پر موجود نہیں ہوتا اور ہمیشہ دوسرے ایٹموں یا مالیکیولز سے وابستہ رہتا ہے۔ اس طرح، یہ رویے میں منفرد ہے اور اس لیے دوری جدول میں الگ سے بہترین طور پر رکھا گیا ہے (یونٹ 3)۔

9.2 ڈائی ہائیڈروجن، $\mathrm{H_2}$

9.2.1 موجودگی

ڈائی ہائیڈروجن کائنات میں سب سے زیادہ وافر عنصر ہے (کائنات کے کل ماس کا $70 \%$) اور شمسی ماحول میں اہم عنصر ہے۔ دیوہیکل سیارے مشتری اور زحل زیادہ تر ہائیڈروجن پر مشتمل ہیں۔ تاہم، اپنی ہلکی فطرت کی وجہ سے، یہ زمین کے ماحول میں بہت کم وافر ہے (ماس کے لحاظ سے $0.15 \%$)۔ بلاشبہ، مجموعی شکل میں یہ زمین کی پرت اور سمندروں کا $15.4 \%$ بناتی ہے۔ مجموعی شکل میں پانی کے علاوہ، یہ پودوں اور جانوروں کے بافتوں، کاربوہائیڈریٹس، پروٹینز، ہائیڈرائڈز بشمول ہائیڈروکاربن اور بہت سے دوسرے مرکبات میں پائی جاتی ہے۔

9.2.2 ہائیڈروجن کے آئسوٹوپس

ہائیڈروجن کے تین آئسوٹوپس ہیں: پروٹیم، ${ _1}^{1} \mathrm{H}$، ڈیوٹیریم، ${ _1}^{2} \mathrm{H}$ یا D اور ٹریٹیم، ${ _1}^{3} \mathrm{H}$ یا T۔ کیا آپ اندازہ لگا سکتے ہیں کہ یہ آئسوٹوپس ایک دوسرے سے کیسے مختلف ہیں؟ یہ آئسوٹوپس نیوٹرونز کی موجودگی کے لحاظ سے ایک دوسرے سے مختلف ہیں۔ عام ہائیڈروجن، پروٹیم، میں کوئی نیوٹرون نہیں ہوتا، ڈیوٹیریم (جسے بھاری ہائیڈروجن بھی کہا جاتا ہے) میں ایک ہوتا ہے اور ٹریٹیم کے نیوکلئس میں دو نیوٹرون ہوتے ہیں۔ سال 1934 میں، ایک امریکی سائنسدان، ہیرلڈ سی یوری نے بھاری عدد 2 کے ہائیڈروجن آئسوٹوپ کو جسمانی طریقوں سے الگ کرنے کے لیے نوبل انعام حاصل کیا۔

غالب شکل پروٹیم ہے۔ زمینی ہائیڈروجن میں $0.0156 \%$ ڈیوٹیریم زیادہ تر HD کی شکل میں ہوتا ہے۔ ٹریٹیم کی ارتکاز تقریباً پروٹیم کے $10^{18}$ ایٹموں پر ایک ایٹم ہے۔ ان آئسوٹوپس میں سے، صرف ٹریٹیم ریڈیو ایکٹو ہے اور کم توانائی کے $\beta^{-}$ ذرات خارج کرتا ہے ($t, 12.33$ سال)۔

جدول 9.1 ہائیڈروجن کی جوہری اور طبیعی خصوصیات

چونکہ آئسوٹوپس کی الیکٹرانک ترتیب ایک جیسی ہے، ان کی کیمیائی خصوصیات تقریباً ایک جیسی ہیں۔ فرق صرف ان کے رد عمل کی شرح میں ہے، بنیادی طور پر بانڈ ڈسوسی ایشن کی انتھالپی میں فرق کی وجہ سے (جدول 9.1)۔ تاہم، طبیعی خصوصیات میں یہ آئسوٹوپس ان کی بڑی کمیت کے فرق کی وجہ سے کافی حد تک مختلف ہیں۔

9.3 ڈائی ہائیڈروجن کی تیاری، $\mathrm{H_2}$

دھاتوں اور دھاتی ہائیڈرائڈز سے ڈائی ہائیڈروجن تیار کرنے کے لیے کئی طریقے ہیں۔

9.3.1 لیبارٹری میں ڈائی ہائیڈروجن کی تیاری

(i) یہ عام طور پر گرینیولیٹڈ زنک اور ہلکی ہائیڈروکلورک ایسڈ کے رد عمل سے تیار کی جاتی ہے۔

$\mathrm{Zn}+2 \mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+\mathrm{H_2}$

(ii) یہ زنک اور آبی الکلی کے رد عمل سے بھی تیار کی جا سکتی ہے۔

$$ \begin{aligned} & \mathrm{Zn}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \underset{\text { Sodium zincate }}{\mathrm{Na_2} \mathrm{ZnO_2}} +\mathrm{H_2} \\ \end{aligned} $$

9.3.2 ڈائی ہائیڈروجن کی تجارتی پیداوار

عام طور پر استعمال ہونے والے عمل نیچے بیان کیے گئے ہیں:

(i) پلاٹینم الیکٹروڈز کا استعمال کرتے ہوئے تیزابی پانی کے الیکٹرولیسس سے ہائیڈروجن حاصل ہوتی ہے۔

$$ 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(1) \xrightarrow[\text { Traces of acid } / \text { base }]{\text { Electrolyis }} 2 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) $$

(ii) اعلیٰ خالصیت (>99.95 %) والی ڈائی ہائیڈروجن نکل الیکٹروڈز کے درمیان گرم آبی بیریئم ہائیڈرو آکسائیڈ محلول کے الیکٹرولیسس سے حاصل کی جاتی ہے۔

(iii) یہ سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ اور کلورین کی تیاری میں ضمنی مصنوعہ کے طور پر حاصل ہوتی ہے جب برائن محلول کا الیکٹرولیسس کیا جاتا ہے۔ الیکٹرولیسس کے دوران، جو رد عمل ہوتے ہیں وہ ہیں:

اینوڈ پر: $2 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Cl_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{e}^{-}$

کیتھوڈ پر: $2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ (l) $+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})$

کل رد عمل ہے

$$ \begin{gathered} 2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \\ \downarrow \\ \mathrm{Cl_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) \end{gathered} $$

(iv) ہائیڈروکاربنز یا کوک پر بخارات کا کیمیائی عمل کار کی موجودگی میں اعلیٰ درجہ حرارت پر ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے۔

$\mathrm{C_\mathrm{n}} \mathrm{H_2 \mathrm{n} 2} \quad \mathrm{nH_2} \mathrm{O} \quad \underset{\mathrm{Ni}}{1270 \mathrm{~K}} \quad \mathrm{nCO} \quad\left(\begin{array}{lll}2 \mathrm{n} & 1\end{array}\right) \mathrm{H_2}$

مثلاً،

$\mathrm{CH_4}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \xrightarrow[N i]{1270 \mathrm{~K}} \mathrm{CO}(\mathrm{g})+3 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

$\mathrm{CO}$ اور $\mathrm{H_2}$ کے مرکب کو واٹر گیس کہا جاتا ہے۔ چونکہ $\mathrm{CO}$ اور $\mathrm{H_2}$ کا یہ مرکب میتھانول اور کئی ہائیڈروکاربنز کی ترکیب کے لیے استعمال ہوتا ہے، اسے سنتھیسس گیس یا ‘سنگاس’ بھی کہا جاتا ہے۔ آج کل ‘سنگاس’ سیوریج، ساودست، لکڑی کے سکریپ، اخبارات وغیرہ سے تیار کیا جاتا ہے۔ کوئلے سے ‘سنگاس’ تیار کرنے کے عمل کو ‘کول گیسفیکیشن’ کہا جاتا ہے۔

$\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \xrightarrow{1270 \mathrm{~K}} \mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

ڈائی ہائیڈروجن کی پیداوار کو بڑھایا جا سکتا ہے سنگاس مرکبات کے کاربن مونو آکسائیڈ کو آئرن کرومیٹ کی موجودگی میں بخارات کے ساتھ عمل کر کے۔

$\mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \xrightarrow[\text { catalyst }]{673 \mathrm{~K}} \mathrm{CO_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

اسے واٹر-گیس شفٹ ری ایکشن کہا جاتا ہے۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ کو سوڈیم آرسینائٹ محلول سے صاف کر کے ہٹا دیا جاتا ہے۔

فی الحال صنعتی ڈائی ہائیڈروجن کا $\sim 77 \%$ پیٹروکیمیکلز سے، $18 \%$ کوئلے سے، $4 \%$ آبی محلولات کے الیکٹرولیسس سے اور $1 \%$ دیگر ذرائع سے تیار کیا جاتا ہے۔

9.4 ڈائی ہائیڈروجن کی خصوصیات

9.4.1 طبیعی خصوصیات

ڈائی ہائیڈروجن ایک بے رنگ، بے بو، بے ذائقہ، آتش گیر گیس ہے۔ یہ ہوا سے ہلکی ہے اور پانی میں ناقابل حل ہے۔ اس کی دیگر طبیعی خصوصیات ڈیوٹیریم کے ساتھ جدول 9.1 میں دی گئی ہیں۔

9.4.2 کیمیائی خصوصیات

ڈائی ہائیڈروجن (اور اس معاملے میں کسی بھی مالیکیول) کے کیمیائی رویے کا تعین، بڑی حد تک، بانڈ ڈسوسی ایشن انتھالپی سے ہوتا ہے۔ $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ بانڈ ڈسوسی ایشن انتھالپی کسی بھی عنصر کے دو ایٹموں کے درمیان سنگل بانڈ کے لیے سب سے زیادہ ہے۔ آپ اس حقیقت سے کیا نتیجہ اخذ کریں گے؟ اسی عنصر کی وجہ سے ڈائی ہائیڈروجن کا اس کے ایٹموں میں dissociation صرف $\sim 0.081 \%$ ہوتا ہے تقریباً $2000 \mathrm{~K}$ پر جو بڑھ کر $95.5 \%$ ہو جاتا ہے $5000 \mathrm{~K}$ پر۔ نیز، یہ کمرے کے درجہ حرارت پر نسبتاً غیر فعال ہے کیونکہ اعلیٰ $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ بانڈ انتھالپی ہے۔ اس طرح، جوہری ہائیڈروجن اعلیٰ درجہ حرارت پر الیکٹرک آرک میں یا الٹرا وائلٹ تابکاری کے تحت پیدا ہوتی ہے۔ چونکہ اس کی orbital $1 s^{1}$ الیکٹرانک ترتیب کے ساتھ نامکمل ہے، یہ تقریباً تمام عناصر کے ساتھ مل جاتی ہے۔ یہ رد عمل مکمل کرتی ہے (i) صرف الیکٹران کے ضیاع سے $\mathrm{H}^{+}$ دینے کے لیے، (ii) ایک الیکٹران حاصل کر کے $\mathrm{H}^{-}$ بنانے کے لیے، اور (iii) الیکٹرانز شیئر کر کے ایک سنگل کوویلنٹ بانڈ بنانے کے لیے۔

ڈائی ہائیڈروجن کی کیمسٹری کو مندرجہ ذیل رد عمل سے واضح کیا جا سکتا ہے:

ہیلوجنز کے ساتھ رد عمل: یہ ہیلوجنز، $\mathrm{X_2}$ کے ساتھ رد عمل کر کے ہائیڈروجن ہیلائیڈز، $\mathrm{HX}$، $\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{X_2}(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{HX}(\mathrm{g}) \quad(\mathrm{X}=\mathrm{F}, \mathrm{Cl}, \mathrm{Br}, \mathrm{I})$ دیتی ہے۔

جبکہ فلورین کے ساتھ رد عمل اندھیرے میں بھی ہوتا ہے، آیوڈین کے ساتھ اسے کیمیائی عمل کار کی ضرورت ہوتی ہے۔

ڈائی آکسیجن کے ساتھ رد عمل: یہ ڈائی آکسیجن کے ساتھ رد عمل کر کے پانی بناتی ہے۔ رد عمل انتہائی ایکزو تھرمک ہے۔

$2 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\text { catalyst or heating }} 2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})$;

$$ \Delta H^{\ominus}=-285.9 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1} $$

ڈائی نائٹروجن کے ساتھ رد عمل: ڈائی نائٹروجن کے ساتھ یہ امونیا بناتی ہے۔

$$ \begin{aligned} & & 3 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{N_2}(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\text { 673K, 200atm }} 2 \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g}) ; \\ & & \Delta H^{\ominus}=-92.6 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1} \end{aligned} $$

یہ ہیبر عمل کے ذریعے امونیا کی تیاری کا طریقہ ہے۔

دھاتوں کے ساتھ رد عمل: بہت سی دھاتوں کے ساتھ یہ اعلیٰ درجہ حرارت پر مل کر متعلقہ ہائیڈرائڈز دیتی ہے (سیکشن 9.5)

$\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{M}(\mathrm{g}) \rightarrow 2 \mathrm{MH}(\mathrm{s})$

جہاں $\mathrm{M}$ ایک الکلی دھات ہے

دھاتی آئنز اور دھاتی آکسائیڈز کے ساتھ رد عمل: یہ آبی محلول میں کچھ دھاتی آئنز اور دھاتوں کے آکسائیڈز (آئرن سے کم فعال) کو متعلقہ دھاتوں میں کم کر دیتی ہے۔

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{Pd}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Pd}(\mathrm{s})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \\ & \mathrm{yH_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{M_\mathrm{x}} \mathrm{O_\mathrm{y}}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{xM}(\mathrm{s})+\mathrm{yH_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \end{aligned} $$

نامیاتی مرکبات کے ساتھ رد عمل: یہ کیمیائی عمل کار کی موجودگی میں بہت سے نامیاتی مرکبات کے ساتھ رد عمل کرتی ہے تجارتی اہمیت کے مفید ہائیڈروجن شدہ مصنوعات دینے کے لیے۔ مثال کے طور پر: (i) سبزیوں کے تیلوں کا ہائیڈروجنیشن نکل کو کیمیائی عمل کار کے طور پر استعمال کرتے ہوئے خوردنی چکنائیاں (مارجرین اور وناسپتی گھی) دیتا ہے۔

(ii) اولیفنز کے ہائیڈروفارمائلیشن سے ایلڈیہائیڈز حاصل ہوتے ہیں جو مزید ریڈکشن سے گزر کر الکحل دیتے ہیں۔

$$ \begin{aligned} & \mathrm{H_2}+\mathrm{CO}+\mathrm{RCH}=\mathrm{CH_2} \rightarrow \mathrm{RCH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{CHO} \\ & \mathrm{H_2}+\mathrm{RCH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{CHO} \rightarrow \mathrm{RCH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{CH_2} \mathrm{OH} \end{aligned} $$

مسئلہ 9.1

ڈائی ہائیڈروجن کے رد عمل پر تبصرہ کریں (i) کلورین، (ii) سوڈیم، اور (iii) کاپر(II) آکسائیڈ کے ساتھ۔

حل

(i) ڈائی ہائیڈروجن کلورین کو کلورائیڈ $\left(\mathrm{Cl}^{-}\right)$ آئن میں کم کرتی ہے اور خود کلورین سے آکسائڈائز ہو کر $\mathrm{H}^{+}$ آئن بناتی ہے تاکہ ہائیڈروجن کلورائیڈ بنے۔ ایک الیکٹران جوڑا $\mathrm{H}$ اور $\mathrm{Cl}$ کے درمیان شیئر کیا جاتا ہے جس سے ایک کوویلنٹ مالیکیول کی تشکیل ہوتی ہے۔

(ii) ڈائی ہائیڈروجن سوڈیم کے ذریعے کم ہو کر $\mathrm{NaH}$ بناتی ہے۔ ایک الیکٹران $\mathrm{Na}$ سے $\mathrm{H}$ میں منتقل ہوتا ہے جس سے ایک آئنک مرکب، $\mathrm{Na}^{+} \mathrm{H}^{-}$ کی تشکیل ہوتی ہے۔

(iii) ڈائی ہائیڈروجن کاپر(II) آکسائیڈ کو زیرو آکسیڈیشن اسٹیٹ میں کاپر میں کم کرتی ہے اور خود آکسائڈائز ہو کر $\mathrm{H_2} \mathrm{O}$ بناتی ہے، جو ایک کوویلنٹ مالیکیول ہے۔

9.4.3 ڈائی ہائیڈروجن کے استعمالات

• ڈائی ہائیڈروجن کا سب سے بڑا واحد استعمال امونیا کی ترکیب میں ہے جو نائٹرک ایسڈ اور نائٹروجن کھادوں کی تیاری میں استعمال ہوتا ہے۔
• ڈائی ہائیڈروجن کا استعمال پولی ان سیچوریٹڈ سبزیوں کے تیلوں جیسے سویا بین، کپاس کے بیجوں وغیرہ کے ہائیڈروجنیشن سے وناسپتی چکنائی کی تیاری میں ہوتا ہے۔
• یہ بڑے پیمانے پر نامیاتی کیمیکلز، خاص طور پر میتھانول کی تیاری میں استعمال ہوتی ہے۔

$$ \mathrm{CO}(\mathrm{g})+2 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g}) \xrightarrow[\text { catalyst }]{\text { cobalt }} \mathrm{CH_3} \mathrm{OH}(\mathrm{l}) $$

• یہ دھاتی ہائیڈرائڈز کی تیاری کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی ہے (سیکشن 9.5)
• یہ ہائیڈروجن کلورائیڈ، ایک انتہائی مفید کیمیکل، کی تیاری کے لیے استعمال ہوتی ہے۔
• دھاتیاتی عمل میں، یہ بھاری دھاتی آکسائیڈز کو دھاتوں میں کم کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔
• جوہری ہائیڈروجن اور آکسی-ہائیڈروجن ٹارچز کٹنگ اور ویلڈنگ کے مقاصد کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ جوہری ہائیڈروجن ایٹم (ڈائی ہائیڈروجن کے dissociation سے الیکٹرک آرک کی مدد سے پیدا ہونے والے) کو ویلڈ کی جانے والی سطح پر دوبارہ ملنے دیا جاتا ہے تاکہ $4000 \mathrm{~K}$ کا درجہ حرارت پیدا ہو سکے۔
• یہ خلائی تحقیق میں راکٹ ایندھن کے طور پر استعمال ہوتی ہے۔
• ڈائی ہائیڈروجن کا استعمال ایندھن سیلز میں برقی توانائی پیدا کرنے کے لیے ہوتا ہے۔ اس کے روایتی فوسل ایندھن اور برقی طاقت پر بہت سے فوائد ہیں۔ یہ کوئی آلودگی پیدا نہیں کرتی اور پٹرول اور دیگر ایندھنوں کے مقابلے میں ایندھن کی فی یونٹ ماس میں زیادہ توانائی خارج کرتی ہے۔

9.5 ہائیڈرائڈز

ڈائی ہائیڈروجن، مخصوص رد عمل کی شرائط کے تحت، تقریباً تمام عناصر کے ساتھ، سوائے نوبل گیسیز کے، مل کر بائنری مرکبات بناتی ہے، جنہیں ہائیڈرائڈز کہا جاتا ہے۔ اگر ‘$\mathrm{E}$’ کسی عنصر کا علامتی نمائندہ ہے تو ہائیڈرائڈ کو $\mathrm{EH_\mathrm{x}}$ (مثلاً، $\mathrm{MgH_2}$) یا $\mathrm{E_\mathrm{m}} \mathrm{H_\mathrm{n}}$ (مثلاً، $\mathrm{B_2} \mathrm{H_6}$) کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے۔

ہائیڈرائڈز کو تین اقسام میں درجہ بندی کیا گیا ہے:

(i) آئنک یا سالین یا نمک نما ہائیڈرائڈز

(ii) کوویلنٹ یا مالیکیولر ہائیڈرائڈز

(iii) دھاتی یا غیر اسٹوکیومیٹرک ہائیڈرائڈز

9.5.1 آئنک یا سالین ہائیڈرائڈز

یہ ڈائی ہائیڈروجن کے اسٹوکیومیٹرک مرکبات ہیں جو زیادہ تر s-بلاک عناصر کے ساتھ بنتے ہیں جو کردار میں انتہائی برقی مثبت ہوتے ہیں۔ تاہم، ہلکی دھاتی ہائیڈرائڈز جیسے $\mathrm{LiH}, \mathrm{BeH_2}$ اور $\mathrm{MgH_2}$ میں کافی کوویلنٹ کردار پایا جاتا ہے۔ درحقیقت $\mathrm{BeH_2}$ اور $\mathrm{MgH_2}$ ساختی طور پر پولیمرک ہیں۔ آئنک ہائیڈرائڈز قلمی، غیر متطیر اور ٹھوس حالت میں غیر موصل ہوتے ہیں۔ تاہم، ان کے پگھلے ہوئے مادے بجلی کی ترسیل کرتے ہیں اور الیکٹرولیسس پر اینوڈ پر ڈائی ہائیڈروجن گیس خارج کرتے ہیں، جو $\mathrm{H}^{-}$ آئن کی موجودگی کی تصدیق کرتا ہے۔

$2 \mathrm{H}^{-}($ پگھلا ہوا $) \xrightarrow{\text { anode }} \mathrm{H_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{e}^{-}$

سالین ہائیڈرائڈز پانی کے ساتھ پرتشدد رد عمل کرتے ہوئے ڈائی ہائیڈروجن گیس پیدا کرتے ہیں۔

$\mathrm{NaH}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{NaOH}(\mathrm{aq})+\mathrm{H_2}(\mathrm{~g})$

لیتھیم ہائیڈرائڈ معتدل درجہ حرارت پر $\mathrm{O_2}$ یا $\mathrm{Cl_2}$ کے ساتھ کافی غیر فعال ہے۔ اس لیے، یہ دیگر مفید ہائیڈرائڈز کی ترکیب میں استعمال ہوتا ہے، مثلاً،

$$ \begin{aligned} & 8 \mathrm{LiH}+\mathrm{Al_2} \mathrm{Cl_6} \rightarrow 2 \mathrm{LiAlH_4}+6 \mathrm{LiCl} \\ & 2 \mathrm{LiH}+\mathrm{B_2} \mathrm{H_6} \rightarrow 2 \mathrm{LiBH_4} \end{aligned} $$

9.5.2 کوویلنٹ یا مالیکیولر ہائیڈرائڈ

ڈائی ہائیڈروجن زیادہ تر $p$-بلاک عناصر کے ساتھ مالیکیولر مرکبات بناتی ہے۔ سب سے عام مثالیں $\mathrm{CH_4}, \mathrm{NH_3}, \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ اور $\mathrm{HF}$ ہیں۔ سہولت کے لیے غیر دھاتوں کے ہائیڈروجن مرکبات کو بھی ہائیڈرائڈز سمجھا گیا ہے۔ کوویلنٹ ہونے کی وجہ سے، یہ متطیر مرکبات ہیں۔

مالیکیولر ہائیڈرائڈز کو ان کی لیوس ساخت میں الیکٹرانز اور بانڈز کی رشتہ دار تعداد کے مطابق مزید درجہ بندی کیا گیا ہے:

(i) الیکٹران-ناقص، (ii) الیکٹران-عین، اور (iii) الیکٹران-زیادہ ہائیڈرائڈز۔

ایک الیکٹران-ناقص ہائیڈرائڈ، جیسا کہ نام سے ظاہر ہے، اس کی روایتی لیوس ساخت لکھنے کے لیے بہت کم الیکٹران رکھتا ہے۔ ڈائی بورین $\left(\mathrm{B_2} \mathrm{H_6}\right)$ ایک مثال ہے۔ درحقیقت گروپ 13 کے تمام عناصر الیکٹران-ناقص مرکبات بنائیں گے۔ آپ ان کے رویے سے کیا توقع کرتے ہیں؟ یہ لیوس ایسڈز کے طور پر کام کرتے ہیں یعنی، الیکٹران قبول کرنے والے۔

الیکٹران-عین مرکبات میں ان کی روایتی لیوس ساخت لکھنے کے لیے مطلوبہ تعداد میں الیکٹران ہوتے ہیں۔ گروپ 14 کے تمام عناصر ایسے مرکبات بناتے ہیں (مثلاً، $\mathrm{CH_4}$) جو جیومیٹری میں چہرہ مرکزی ہیں۔

الیکٹران-زیادہ ہائیڈرائڈز میں اضافی الیکٹران ہوتے ہیں جو تنہا جوڑے کے طور پر موجود ہوتے ہیں۔ گروپ 15-17 کے عناصر ایسے مرکبات بناتے ہیں۔ $\left(\mathrm{NH_3}\right.$ میں 1- تنہا جوڑا ہوتا ہے، $\mathrm{H_2} \mathrm{O}-2$ اور $\mathrm{HF}-3$ تنہا جوڑے)۔ آپ ایسے مرکبات کے رویے سے کیا توقع کرتے ہیں؟ یہ لیوس بیسز کے طور پر برتاؤ کریں گے یعنی، الیکٹران دینے والے۔ انتہائی برقی منفی ایٹموں جیسے $\mathrm{N}, \mathrm{O}$ اور $\mathrm{F}$ پر تنہا جوڑے کی موجودگی ہائیڈرائڈز میں مالیکیولز کے درمیان ہائیڈروجن بانڈ کی تشکیل کا باعث بنتی ہے۔ اس سے مالیکیولز کا اجتماع ہوتا ہے۔

مسئلہ 9.2

کیا آپ توقع کرتے ہیں کہ $\mathrm{N}, \mathrm{O}$ اور $\mathrm{F}$ کے ہائیڈرائڈز ان کے بعد کے گروپ ممبران کے ہائیڈرائڈز سے کم ابلتے نقطے رکھیں گے؟ وجوہات دیں۔

حل

$\mathrm{NH_3}$، $\mathrm{H_2} \mathrm{O}$ اور $\mathrm{HF}$ کی مالیکیولر ماسز کی بنیاد پر، ان کے ابلتے نقطے ان کے بعد کے گروپ ممبر ہائیڈرائڈز سے کم ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ تاہم، $\mathrm{N}, \mathrm{O}$ اور $\mathrm{F}$ کی اعلیٰ برقی منفیت کی وجہ سے، ان کے ہائیڈرائڈز میں ہائیڈروجن بانڈنگ کی مقدار کافی قابل قدر ہوگی۔ لہذا، ابلتے نقطے $\mathrm{NH_3}, \mathrm{H_2} \mathrm{O}$ اور $\mathrm{HF}$ ان کے بعد کے گروپ ممبران کے ہائیڈرائڈز سے زیادہ ہوں گے۔

9.5.3 دھاتی یا غیر اسٹوکیومیٹرک (یا انٹرسٹیشل) ہائیڈرائڈز

یہ بہت سے $d$-بلاک اور $f$-بلاک عناصر سے بنتے ہیں۔ تاہم، گروپ 7، 8 اور 9 کی دھاتیں ہائیڈرائڈ نہیں بناتیں۔ یہاں تک کہ گروپ 6 سے، صرف کرومیم $\mathrm{CrH}$ بناتا ہے۔ یہ ہائیڈرائڈز حرارت اور بجلی کی ترسیل کرتے ہیں اگرچہ ان کی والدہ دھاتوں کی طرح موثر نہیں۔ سالین ہائیڈرائڈز کے برعکس، یہ تقریباً ہمیشہ غیر اسٹوکیومیٹرک ہوتے ہیں، ہائیڈروجن میں کمی کے ساتھ۔ مثال کے طور پر، $\mathrm{LaH_2.87}, \mathrm{YbH_2.55}, \mathrm{TiH_1.5-1.8}, \mathrm{ZrH_1.3-1.75}, \mathrm{VH_0.56}, \mathrm{NiH_0.6-0.7}, \mathrm{PdH_0.6-0.8}$ وغیرہ۔ ایسے ہائیڈرائڈز میں، مستقل ترکیب کا قانون لاگو نہیں ہوتا۔

پہلے یہ خیال تھا کہ ان ہائیڈرائڈز میں، ہائیڈروجن دھاتی جالی میں خالی جگہوں پر قبضہ کر لیتی ہے جس سے اس کی قسم میں کوئی تبدیلی کیے بغیر مسخ پیدا ہوتی ہے۔ نتیجتاً، انہیں انٹرسٹیشل ہائیڈرائڈز کہا جاتا تھا۔ تاہم، حالیہ مطالعات سے پتہ چلا ہے کہ Ni، Pd، Ce اور Ac کے ہائیڈرائڈز کے علاوہ، اس قسم کے دیگر ہائیڈرائڈز کی جالی والدہ دھات سے مختلف ہوتی ہے۔ منتقلی دھاتوں پر ہائیڈروجن کے جذب کی خصوصیت بڑی تعداد میں مرکبات کی تیاری کے لیے کیمیائی تخفیف / ہائیڈروجنیشن رد عمل میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ کچھ دھاتیں (مثلاً، Pd، Pt) ہائیڈروجن کی بہت بڑی مقدار کو سما سکتی ہیں اور اس لیے، اس کے ذخیرہ کے میڈیا کے طور پر استعمال کی جا سکتی ہیں۔ اس خصوصیت میں ہائیڈروجن ذخیرہ اور توانائی کے ذریعہ کے طور پر اعلیٰ صلاحیت ہے۔

مسئلہ 9.3

کیا فاسفورس بیرونی الیکٹرانک ترتیب $3 s^{2} 3 p^{3}$ کے ساتھ $\mathrm{PH_5}$ بنا سکتا ہے؟

حل

اگرچہ فاسفورس +3 اور +5 آکسیڈیشن اسٹیٹس ظاہر کرتا ہے، یہ $\mathrm{PH_5}$ نہیں بنا سکتا۔ کچھ دیگر تحفظات کے علاوہ، ڈائی ہائیڈروجن کی اعلیٰ $\Delta_{\mathrm{a}} H$ قدر اور ہائیڈروجن کی $\Delta_{e q} H$ قدر $\mathrm{P}$ کی اعلیٰ ترین آکسیڈیشن اسٹیٹ ظاہر کرنے کے حق میں نہیں ہیں، اور نتیجتاً $\mathrm{PH_5}$ کی تشکیل کے حق میں نہیں ہیں۔

9.6 پانی

تمام جانداروں کا ایک بڑا حصہ پانی سے بنا ہے۔ انسانی جسم میں تقریباً $65 \%$ اور کچھ پودوں میں $95 \%$ تک پانی ہوتا ہے۔ یہ تمام زندگی کی شکلوں کی بقا کے لیے ایک اہم مرکب ہے۔ یہ ب