menu_bookRBSE · रसायन विज्ञान (Chemistry) · अध्याय 9

हाइड्रोजन

Hydrogen

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Hydrogen description
Image: Hydrogen description by Rii'jeg'fkep'c / Wikimedia Commons, source, CC BY-SA 4.0

हाइड्रोजन (Hydrogen)

एक नज़र में:

हाइड्रोजन सबसे हल्का, सबसे सरल और ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है, जिसकी परमाणु संख्या 1 है। इसकी खोज, भौतिक व रासायनिक गुण, तैयारियाँ, उपयोग व यौगिकों का अध्ययन इस अध्याय में किया गया है।

Hydrogen is the lightest, simplest, and the most abundant element in the universe with atomic number 1. This chapter covers its discovery, physical and chemical properties, preparations, uses, and compounds.

📌 अध्याय का परिचय (Chapter Introduction)

हाइड्रोजन, आवर्त सारणी का सबसे पहला तत्व है तथा इसका प्रतीक 'H' है। यह केवल एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन से बना है। हाइड्रोजन का अध्ययन न केवल इसकी विशेषताओं के कारण महत्वपूर्ण है, बल्कि इसके बहुपरकारी उपयोगों के कारण भी विज्ञान के क्षेत्र में इसका विशेष स्थान है।

Hydrogen is the first element in the periodic table with the symbol 'H'. It consists of only one proton and one electron. Its study is important due to its unique characteristics and versatile uses.

📖 मुख्य विषय (Major Topics)

1. हाइड्रोजन की खोज एवं इतिहास

Discovery and History of Hydrogen

हाइड्रोजन की खोज (Discovery): हाइड्रोजन गैस को पहली बार 1766 में हेनरी कैवेंडिश ने धातुओं और अम्लों की अभिक्रिया से निकाला, जिसे उन्होंने 'ज्वलनशील वायु' (inflammable air) कहा। 1781 में, लैवॉयज़ियर ने इसे 'हाइड्रोजन' नाम दिया, जिसका अर्थ 'जल उत्पादक' (water producer) है।

Henry Cavendish first prepared hydrogen gas in 1766 by reacting metals with acids. Antoine Lavoisier named it 'hydrogen', meaning 'water producer', in 1781.

2. हाइड्रोजन की आइसोटोपिक प्रकृति

Isotopic Nature of Hydrogen

आइसोटोप्स (Isotopes): हाइड्रोजन के तीन प्राकृतिक आइसोटोप्स होते हैं:

  1. प्रोटियम (Protium, \(_1^1H\)): 99.98%
  2. ड्यूटेरियम (Deuterium, \(_1^2H\) या D): 0.0156%
  3. ट्राइटियम (Tritium, \(_1^3H\) या T): अत्यंत दुर्लभ व रेडियोधर्मी

Hydrogen exists as three isotopes: Protium (99.98%), Deuterium (0.0156%), and Tritium (extremely rare and radioactive).

तालिका: हाइड्रोजन के आइसोटोप्स | आइसोटोप | प्रतीक | द्रव्यमान संख्या | इलेक्ट्रॉन्स | न्यूट्रॉन्स | प्राकृतिक उपस्थिति (%) | |----------|--------|------------------|--------------|-------------|------------------------| | प्रोटियम | \(_1^1H\) | 1 | 1 | 0 | 99.98 | | ड्यूटेरियम| \(_1^2H\) | 2 | 1 | 1 | 0.0156 | | ट्राइटियम| \(_1^3H\) | 3 | 1 | 2 | अत्यल्प (trace) |

3. हाइड्रोजन की प्राकृतिक उपस्थिति

Natural Occurrence of Hydrogen

  • ब्रह्मांड में 75% द्रव्यमान हाइड्रोजन का है।
  • पृथ्वी पर हाइड्रोजन मुक्त रूप में कम, यौगिकों (जैसे जल, हाइड्रोकार्बन) में अधिक पाया जाता है।

About 75% of the universe’s mass is hydrogen. On Earth, it is mostly found in combined forms like water and hydrocarbons.

4. हाइड्रोजन की भौतिक एवं रासायनिक गुणधर्म

Physical and Chemical Properties of Hydrogen

भौतिक गुण (Physical Properties)

  • रंगहीन, गंधहीन, स्वादहीन गैस
  • सबसे हल्का तत्व; घनत्व - 0.0899 g/L (0°C, 1 atm)
  • जल में अघुलनशील (insoluble)
  • ऊष्मा और विद्युत का कुचालक (poor conductor)

रासायनिक गुण (Chemical Properties)

  1. दहनशीलता (Combustibility):

हाइड्रोजन वायु में नीली लौ के साथ जलता है – \[ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g) \]

Hydrogen burns in air with a pale blue flame to form water.

  1. हेलोजन के साथ अभिक्रिया (Reaction with Halogens):

\[ H_2 + Cl_2 \xrightarrow{\text{Sunlight}} 2HCl \]

With halogens like chlorine, forms hydrogen halides.

  1. धातुओं के साथ अभिक्रिया (Reaction with Metals):

कुछ सक्रिय धातुएँ (जैसे Na, K, Ca) के साथ हाइड्राइड बनाता है – \[ 2Na + H_2 \rightarrow 2NaH \]

Forms metal hydrides with reactive metals.

  1. अधातुओं के साथ अभिक्रिया (Reaction with Non-metals):

\[ N_2 + 3H_2 \xrightarrow{Fe, 450^\circ C, 200 atm} 2NH_3 \]

With nitrogen to form ammonia in Haber process.

5. हाइड्रोजन की तैयारी के तरीके

Methods of Preparation of Hydrogen

(A) प्रयोगशाला विधि (Laboratory Method)

धातु + अम्ल → हाइड्रोजन

Lab preparation by reaction of metals with acids.

उदाहरण (Example): \[ Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow \]

आवश्यकता:

  • पतला HCl या H_2SO_4
  • जिंक, आयरन या एल्यूमिनियम

Use dilute HCl or H_2SO_4 with metals like zinc, iron, or aluminium.

प्रयोगशाला सेट-अप:

  • वर्टिकल कांच की बोतल (Woulfe’s bottle)
  • डिलीवरी ट्यूब
  • जल में गैस संग्रह

Vertical glass bottle, delivery tube, and hydrogen collected over water.

(B) वाणिज्यिक विधियाँ (Commercial Methods)

  1. जल गैस विधि (Water gas method):

\[ C + H_2O (g) \xrightarrow{1000^\circ C} CO + H_2 \]

Passing steam over red-hot coke.

  1. हैबर विधि (Haber’s process):

\[ N_2 + 3H_2 \xrightarrow{Fe, 450^\circ C, 200 atm} 2NH_3 \]

For production of ammonia, hydrogen required is made from water gas or electrolysis.

  1. इलेक्ट्रोलिसिस (Electrolysis of Water):

\[ 2H_2O(l) \xrightarrow{\text{Electric current}} 2H_2(g) + O_2(g) \]

Passing electricity through acidified water yields hydrogen at cathode.

6. हाइड्रोजन का संग्रहण एवं शुद्धिकरण

Storage and Purification of Hydrogen

  • हाइड्रोजन गैस को पानी के ऊपर संग्रहित किया जाता है क्योंकि यह जल में अघुलनशील है।

Hydrogen is collected over water as it is insoluble in water.

  • अशुद्धियों (जैसे CO_2, O_2, H_2S आदि) को हटाने हेतु उपयुक्त अवशोषक (absorbents) जैसे NaOH, pyrogallic acid आदि का प्रयोग।

Impurities removed by passing through suitable absorbents.

7. हाइड्रोजन के प्रकार

Types of Hydrogen

(A) ऑर्थो और पैरा हाइड्रोजन (Ortho and Para Hydrogen)

  • हाइड्रोजन अणु (H_2) में दो न्यूक्लियस (प्रोटॉन) की स्पिन दिशा पर आधारित दो प्रकार –
  1. ऑर्थो-हाइड्रोजन (Ortho) – समान दिशा
  2. पैरा-हाइड्रोजन (Para) – विपरीत दिशा

Based on nuclear spin, ortho (parallel spin) and para (anti-parallel spin).

  • सामान्य ताप पर 75% ऑर्थो और 25% पैरा हाइड्रोजन पाया जाता है।

At room temperature, 75% ortho and 25% para.

8. हाइड्रोजन की संरचना व स्थिति

Position and Structure of Hydrogen

आवर्त सारणी में स्थिति (Position in Periodic Table):

  • समूह-1 (क्षारीय धातुएँ) में रखा गया, परन्तु इसकी कुछ गुणधर्म समूह-17 (हैलोजन) से मिलते हैं।

Hydrogen placed in group 1 but shares some properties with group 17.

संरचना (Structure):

  • एक प्रोटॉन (nucleus) व एक इलेक्ट्रॉन
  • इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था – 1s¹

One proton, one electron, electronic configuration: 1s¹.

9. हाइड्रोजन के यौगिक

Compounds of Hydrogen

(A) जल (Water, H₂O)

  • रंगहीन, गंधहीन द्रव
  • जीवन का आधार
  • ध्रुवीय अणु (Polar molecule)
  • हाइड्रोजन बंधन (Hydrogen bonding) के कारण असाधारण गुणधर्म
  • अम्लीय व क्षारीय प्रकृति
  • घुलनशीलता: सर्वाधिक घुलनशील विलायक
  • pH = 7 (शुद्ध जल)
  • घनत्व (4°C पर): 1 g/cm³

(B) हाइड्रोजन पेरॉक्साइड (Hydrogen Peroxide, H₂O₂)

  • रंगहीन, हल्का नीला तरल
  • ऑक्सीकारक व अपचायक दोनों
  • उपयोग: बालों को रंगने, रोगाणुनाशक (antiseptic), ब्लीचिंग एजेंट

\[ 2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \]

(C) हाइड्राइड्स (Hydrides)

  • धातु + हाइड्रोजन → हाइड्राइड
  • आयनिक (NaH), अणुक (NH₃, CH₄), समष्टिगत (TiH₂)

Metal hydrides: ionic, covalent, and interstitial.

10. हाइड्रोजन के उपयोग

Uses of Hydrogen

  1. अमोनिया निर्माण (Haber process)
  2. वसा का हाइड्रोजनीकरण
  3. रॉकेट ईंधन
  4. धातु अयस्कों का अपचयन
  5. वेल्डिंग (oxy-hydrogen torch)
  6. सॉल्वेंट, शीतलन आदि
  7. पेट्रोलियम के रिफाइनिंग
  8. जल का निर्माण
  9. हाइड्रोजन पेरॉक्साइड, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल आदि निर्माण
  10. पर्यावरण मित्र ईंधन (Clean fuel)

11. जल की असामान्य विशेषताएँ

Anomalous Properties of Water

  • उच्च क्वथनांक, उच्च हिमांक
  • उच्च विशिष्ट ऊष्मा
  • उच्च ऊष्मा वाष्पीकरण
  • उच्च सतह तनाव
  • अपवर्तक गुण
  • घनत्व – 4°C पर अधिकतम

12. जल का कठोरता

Hardness of Water

कठोर जल (Hard Water): ऐसा जल, जिसमें Ca²⁺ या Mg²⁺ के घुलनशील लवण होते हैं, जो साबुन के साथ झाग नहीं बनाते।

Hard water contains soluble salts of calcium and magnesium, does not lather easily with soap.

प्रकार:

  1. अस्थायी कठोरता (Temporary): बाइकार्बोनेट्स के कारण
  2. स्थायी कठोरता (Permanent): सल्फेट्स/क्लोराइड्स के कारण

कठोरता दूर करने के तरीके:

  • अस्थायी – उबालना, क्लार्क विधि
  • स्थायी – आयन विनिमय, सोडियम कार्बोनेट, कैल्गन विधि

13. भारी जल (Heavy Water, D₂O)

  • ड्यूटेरियम ऑक्साइड (\(_1^2H_2O\) या D₂O)
  • सामान्य जल से भारी
  • न्यूक्लियर रिएक्टरों में मंदक (moderator)
  • रासायनिक अभिक्रियाओं के अध्ययन में उपयोग

14. हाइड्रोजन ऊर्जा

Hydrogen as a Fuel and Energy Source

  • भविष्य का स्वच्छ ईंधन (fuel of the future)
  • जल का इलेक्ट्रोलिसिस, सौर हाइड्रोजन उत्पादन
  • हाइड्रोजन सेल (Hydrogen fuel cell) – विद्युत उत्पादन

\[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + \text{ऊर्जा} \]

🧠 महत्वपूर्ण बिंदु (Important Points)

  1. हाइड्रोजन सबसे हल्का एवं ब्रह्मांड का सबसे प्रचुर तत्व है।

Hydrogen is the lightest and most abundant element.

  1. हाइड्रोजन के तीन आइसोटोप्स हैं – प्रोटियम, ड्यूटेरियम, ट्राइटियम।

Three isotopes: Protium, Deuterium, Tritium.

  1. जल में हाइड्रोजन अघुलनशील है।

Hydrogen is insoluble in water.

  1. हाइड्रोजन ज्वलनशील है और जलकर जल बनाता है।

Hydrogen is flammable and forms water on combustion.

  1. प्रयोगशाला में जिंक व पतला अम्ल अभिक्रिया से प्राप्त।

Lab preparation: Zinc + dilute acid.

  1. हाइड्रोजन पेरॉक्साइड एक महत्वपूर्ण ऑक्सीकारक है।

Hydrogen peroxide is an important oxidizing agent.

  1. जल में हाइड्रोजन बंधन के कारण असाधारण गुणधर्म होते हैं।

Water’s anomalous properties are due to hydrogen bonding.

  1. भारी जल (D₂O) न्यूक्लियर रिएक्टरों में मंदक के रूप में प्रयोग होता है।

Heavy water is used as moderator.

  1. हाइड्रोजन का उपयोग अमोनिया, वसा हाइड्रोजनीकरण, वेल्डिंग आदि में होता है।

Uses: ammonia synthesis, fat hydrogenation, welding.

  1. हाइड्रोजन भविष्य का पर्यावरण-अनुकूल ईंधन है।

Hydrogen is future clean fuel.

⚠️ सामान्य गलतियाँ (Common Mistakes)

| क्रमांक | हिंदी में गलती (Mistake in Hindi) | सुधार (Correction) | English Explanation | |--------|----------------------------------|---------------------|---------------------| | 1 | हाइड्रोजन का रंग नीला है | हाइड्रोजन रंगहीन है | Hydrogen is colorless, not blue. | | 2 | जल में हाइड्रोजन घुल जाता है | हाइड्रोजन अघुलनशील | Hydrogen is insoluble in water. | | 3 | हाइड्रोजन जलने पर अम्ल बनाता है | जल बनाता है | Forms water, not acid. | | 4 | भारी जल सामान्य जल जैसा ही है | दोनों में भौतिक गुण भिन्न | Heavy water has different physical properties. | | 5 | हाइड्रोजन गैस वायु से भारी है | सबसे हल्की गैस है | Hydrogen is the lightest gas. | | 6 | हाइड्रोजन केवल एक प्रकार का होता है | तीन आइसोटोप होते हैं | Three isotopes exist. | | 7 | हाइड्रोजन का कोई उपयोग नहीं | कई उपयोग हैं | Hydrogen has many uses. | | 8 | हाइड्राइड केवल धातुओं के बनते हैं | अधातु हाइड्राइड भी होते हैं | Non-metals also form hydrides. | | 9 | कठोरता केवल एक प्रकार की होती है | अस्थायी और स्थायी दोनों होती है | Two types: temporary & permanent. | | 10 | हाइड्रोजन का कोई यौगिक नहीं होता | कई यौगिक बनाता है | Forms many compounds. |

📝 RBSE परीक्षा प्रश्न (RBSE Exam Questions)

1-मार्क प्रश्न (1-Mark Questions)

  1. हाइड्रोजन का प्रतीक क्या है?

What is the symbol of hydrogen?

  1. हाइड्रोजन के कितने आइसोटोप्स होते हैं?

How many isotopes does hydrogen have?

  1. जल का रासायनिक सूत्र लिखिए।

Write the chemical formula of water.

  1. भारी जल का एक उपयोग लिखिए।

Mention one use of heavy water.

  1. हाइड्रोजन का क्वथनांक कितना है?

What is the boiling point of hydrogen?

2-मार्क प्रश्न (2-Mark Questions)

  1. हाइड्रोजन तैयार करने की दो विधियाँ लिखिए।

Write two methods of preparing hydrogen.

  1. हाइड्रोजन गैस का संग्रह जल के ऊपर क्यों किया जाता है?

Why is hydrogen gas collected over water?

  1. हाइड्रोजन के दो रासायनिक गुण लिखिए।

Mention any two chemical properties of hydrogen.

  1. जल की असामान्य विशेषता समझाइए।

Explain any one anomalous property of water.

  1. हाइड्रोजन के दो उपयोग लिखिए।

Name two uses of hydrogen.

5-मार्क प्रश्न (5-Mark Questions)

  1. हाइड्रोजन के आइसोटोप्स का वर्णन कीजिए।

Describe the isotopes of hydrogen.

  1. हाइड्रोजन की भौतिक एवं रासायनिक गुणधर्म विस्तार से लिखिए।

Write in detail about physical and chemical properties of hydrogen.

  1. जल की कठोरता क्या है? इसे दूर करने की विधियाँ समझाइए।

What is water hardness? Explain its types and methods of removal.

  1. हाइड्रोजन पेरॉक्साइड की संरचना, गुणधर्म एवं उपयोग लिखिए।

Give structure, properties and uses of hydrogen peroxide.

  1. हाइड्रोजन के औद्योगिक उपयोगों का वर्णन कीजिए।

Describe industrial uses of hydrogen.

अध्याय का सारांश (Summary of the Chapter)

  • हाइड्रोजन सबसे हल्का, सबसे सरल एवं सबसे प्रचुर तत्व है।
  • इसके तीन आइसोटोप्स होते हैं – प्रोटियम, ड्यूटेरियम, ट्राइटियम।
  • यह रंगहीन, गंधहीन, ज्वलनशील गैस है।
  • जल, हाइड्रोजन पेरॉक्साइड, हाइड्राइड्स जैसे अनेक यौगिक बनाता है।
  • प्रयोगशाला, वाणिज्यिक व इलेक्ट्रोलिसिस से तैयार किया जा सकता है।
  • हाइड्रोजन का उपयोग अमोनिया, वसा हाइड्रोजनीकरण, रॉकेट ईंधन, वेल्डिंग आदि में होता है।
  • जल के असामान्य गुण, कठोरता, भारी जल के उपयोग, तथा भविष्य के पर्यावरण-अनुकूल ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का महत्व है।

नोट: परीक्षा के लिए सभी प्रमुख बिंदुओं, रासायनिक अभिक्रियाओं, प्रमुख यौगिकों के गुणधर्म एवं उपयोगों का विशेष अध्ययन करें।

Note: For exams, focus on all key points, chemical reactions, properties and uses of important compounds.

मुख्य बिंदु (Key Points)

  • हाइड्रोजन आवर्त सारणी का पहला तत्व है और इसका परमाणु क्रमांक 1 है।
  • सामान्य परिस्थितियों में यह द्विपरमाणुक अणु (H₂) के रूप में पाया जाता है।
  • हाइड्रोजन ब्रह्मांड का सबसे हल्का और प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है।
  • इसे विभिन्न विधियों से तैयार किया जा सकता है, जैसे धातुओं की अम्लों से अभिक्रिया, जल का विद्युत अपघटन, और हाइड्रोकार्बनों की भाप सुधारन।
  • हाइड्रोजन के तीन समस्थानिक होते हैं: प्रोटियम (¹H), ड्यूटेरियम (²H), और ट्राइटियम (³H)।
  • यह अन्य तत्वों के साथ आयनिक और सहसंयोजक दोनों प्रकार के यौगिक बनाता है।
  • हाइड्रोजन का उपयोग हैबर प्रक्रिया द्वारा अमोनिया के संश्लेषण में किया जाता है।
  • यह धातुकर्म प्रक्रियाओं में अपचायक के रूप में कार्य करता है।
  • हाइड्रोजन ईंधन को पर्यावरण अनुकूल और स्वच्छ ऊर्जा स्रोत माना जाता है।
  • अद्यजात (नवजात) हाइड्रोजन, आणविक हाइड्रोजन की तुलना में अधिक अभिक्रियाशील होता है।
  • हाइड्राइड्स, हाइड्रोजन के अन्य तत्वों के साथ बने यौगिक होते हैं, जिन्हें आयनिक, सहसंयोजक और धात्विक हाइड्राइड्स में वर्गीकृत किया जाता है।
  • भारी जल (D₂O) का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में मंदक के रूप में किया जाता है।

Key Points

  • Hydrogen is the first element in the periodic table and has the atomic number 1.
  • It exists as a diatomic molecule (H₂) under normal conditions.
  • Hydrogen is the lightest and most abundant element in the universe.
  • It can be prepared by various methods such as reaction of metals with acids, electrolysis of water, and steam reforming of hydrocarbons.
  • Hydrogen shows three isotopes: protium (¹H), deuterium (²H), and tritium (³H).
  • It forms both ionic and covalent compounds with other elements.
  • Hydrogen is used in the synthesis of ammonia by the Haber process.
  • It acts as a reducing agent in metallurgical processes.
  • Hydrogen fuel is considered an eco-friendly and clean energy source.
  • Nascent hydrogen is more reactive than molecular hydrogen.
  • Hydrides are compounds of hydrogen with other elements, classified as ionic, covalent, and metallic hydrides.
  • Heavy water (D₂O) is used as a moderator in nuclear reactors.

इंटरैक्टिव अभ्यास (MCQ)

प्राकृतिक रूप में हाइड्रोजन का सबसे प्रचुर समस्थानिक कौन सा है?

हाइड्रोजन गैस का आणविक सूत्र क्या है?

निम्नलिखित में से कौन सा हाइड्रोजन की विशेषता है?

जब हाइड्रोजन ऑक्सीजन में जलती है, तो कौन सा यौगिक बनता है?

निम्नलिखित में से कौन हाइड्रोजन का समस्थानिक नहीं है?

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हाइड्रोजन (Hydrogen) एक नज़र में: हाइड्रोजन सबसे हल्का, सबसे सरल और ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है, जिसकी परमाणु संख्या 1 है। इसकी…

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