Vodik zavzema posebno mesto v periodnem sistemu kemični elementi DI. Mendelejev. Po številki valenčni elektroni, sposobnost tvorbe hidratacijskega iona H + v raztopinah je podobna alkalijske kovine, in ga je treba uvrstiti v skupino I. Glede na število elektronov, potrebnih za dokončanje zunanjega elektronska lupina, vrednost ionizacijske energije, sposobnost izkazovanja negativnega oksidacijskega stanja, majhna atomski polmer je treba vstaviti vodik VII skupina periodni sistem. Tako je umestitev vodika v eno ali drugo skupino periodnega sistema v veliki meri poljubna, v večini primerov pa je uvrščen v skupino VII.
Elektronska formula vodika 1 s 1. Edini valenčni elektron je neposredno v območju delovanja atomsko jedro. Preprostost elektronska konfiguracija vodik ne pomeni tega Kemijske lastnosti tega elementa so preprosti. Nasprotno pa se kemija vodika v mnogih pogledih razlikuje od kemije drugih elementov. Vodik v svojih spojinah je sposoben pokazati oksidacijska stanja +1 in –1.
Obstaja veliko metod za pridobivanje vodika. V laboratoriju se pridobiva z reakcijo nekaterih kovin s kislinami, na primer:
Vodik se lahko proizvaja z elektrolizo vodne raztopinežveplovo kislino ali alkalije. V tem primeru se na katodi pojavi proces evolucije vodika, na anodi pa kisik.
V industriji se vodik proizvaja predvsem iz zemeljskih in povezanih plinov, produktov uplinjanja goriva in koksarniškega plina.
Enostavna snov vodik (H 2) je vnetljiv plin, brez barve in vonja. Vrelišče –252,8 °C. Vodik je 14,5-krat lažji od zraka in rahlo topen v vodi.
Molekula vodika je stabilna in ima veliko moč. Zaradi visoka energija disociacija (435 kJ/mol) pride do razgradnje molekul H 2 na atome v opaznejši meri šele pri temperaturah nad 2000 °C.
Za vodik, pozitivno in negativna stopnja oksidacijo, zato vodik v kemijskih reakcijah lahko izkazuje tako oksidativne kot obnovitvene lastnosti. V primerih, ko vodik deluje kot oksidant, se obnaša kot halogeni in tvori hidride, podobne halidom ( hidridi poimenujte skupino kemičnih spojin vodika s kovinami in elementi, ki so manj elektronegativni od njega):
Glede na oksidativno aktivnost je vodik bistveno slabši od halogenov. Zato imajo samo alkalije in alkalijski hidridi ionski značaj. zemeljsko alkalijske kovine. Tako ionski kot tudi kompleksni hidridi so na primer močni reducenti. Široko se uporabljajo v kemičnih sintezah.
V večini reakcij se vodik obnaša kot redukcijsko sredstvo. pri normalne razmere Vodik ne reagira s kisikom, vendar ob vžigu reakcija poteka z eksplozijo:
Mešanica dveh volumnov vodika z enim volumnom kisika se imenuje detonacijski plin. Pri nadzorovanem zgorevanju pride do sproščanja velika količina toplote, temperatura plamena vodik-kisik pa doseže 3000 °C.
Reakcija s halogeni poteka na različne načine, odvisno od narave halogena:
S takim fluoridom reakcija poteka s pokom celo z nizke temperature Oh. Pri kloru na svetlobi pride do reakcije tudi eksplozivno. Pri bromu je reakcija veliko počasnejša, pri jodu pa ne doseže konca niti pri visokih temperaturah. Mehanizem teh reakcij je radikalen.
Pri povišanih temperaturah vodik komunicira z elementi skupine VI - žveplom, selenom, telurijem, na primer:
Zelo pomembna je reakcija vodika z dušikom. Ta reakcija je reverzibilna. Če želite premakniti ravnovesje v smeri tvorbe amoniaka, uporabite visok krvni pritisk. V industriji ta proces poteka pri temperaturi 450–500 °C v prisotnosti različnih katalizatorjev:
Vodik reducira številne kovine iz oksidov, na primer:
Ta reakcija se uporablja za pridobivanje nekaterih čistih kovin.
Veliko vlogo igrajo reakcije hidrogeniranja organskih spojin, ki se pogosto uporabljajo tako v laboratorijski praksi kot v industriji. organska sinteza.
Zmanjšanje naravni viri ogljikovodiki, onesnaževanje okolju produkti zgorevanja goriva povečujejo zanimanje za vodik kot okolju prijazno gorivo. Vodik bo verjetno igral pomembno vlogo v energetskem sektorju prihodnosti.
Trenutno se vodik pogosto uporablja v industriji za sintezo amoniaka, metanola, hidrogeniranje trdnih in tekočih goriv, v organski sintezi, za varjenje in rezanje kovin itd.
Voda H 2 O, vodikov oksid, je najpomembnejša kemična spojina. V normalnih pogojih je voda brezbarvna tekočina, brez vonja in okusa. Voda je najpogostejša snov na površju Zemlje. IN Človeško telo vsebuje 63–68 % vode.
Fizikalne lastnosti vode so v mnogih pogledih nenavadne. V normalnih pogojih zračni tlak voda vre pri 100 °C. Zmrzišče čiste vode je 0 °C. Za razliko od drugih tekočin se gostota vode pri ohlajanju ne povečuje monotono, ampak ima največ pri +4 °C. Toplotna kapaciteta vode je zelo velika in znaša 418 kJ/mol·K. Toplotna kapaciteta ledu pri 0 °C je 2,038 kJ/mol·K. Toplota taljenja ledu je nenormalno visoka. Električna prevodnost vode je zelo nizka. Nenormalno fizične lastnosti vode pojasnjuje njegovo zgradbo. Vezni kot H–O–H je 104,5°. Molekula vode je popačen tetraeder, na dveh točkah katerega sta atoma vodika, drugi dve pa sta zasedeni z orbitali osamljenih parov elektronov atoma kisika, ki ne sodelujeta pri tvorbi kemičnih vezi.
Voda je stabilna spojina, njena razgradnja na kisik in vodik poteka le pod vplivom konstante električni tok ali pri temperaturi približno 2000 °C:
Voda neposredno interagira s kovinami v območju standardnih elektronskih potencialov do vodika. Odvisno od narave kovine so lahko reakcijski produkti ustrezni hidroksidi in oksidi. Hitrost reakcije se glede na naravo kovine spreminja tudi v širokih mejah. Tako natrij reagira z vodo že pri sobni temperaturi, reakcijo spremlja sproščanje velike količine toplote; železo reagira z vodo pri temperaturi 800 °C:
Vodik je poseben element, ki zaseda dve celici hkrati v periodnem sistemu Mendelejeva. Nahaja se v dveh skupinah elementov, ki imajo nasprotne lastnosti, zaradi te lastnosti pa je edinstven. Vodik je preprosta snov in sestavni del veliko kompleksne spojine, je organogen in biogeni element. Vredno je, da se podrobno seznanite z njegovimi glavnimi lastnostmi in lastnostmi.
Vodik v periodnem sistemu Mendelejeva
Glavne lastnosti vodika so navedene v:
- serijska številka element - 1 (enako število protonov in elektronov);
- atomska masa je 1,00795;
- vodik ima tri izotope, od katerih ima vsak posebne lastnosti;
- Zaradi vsebnosti samo enega elektrona je vodik sposoben reducirati in oksidativne lastnosti, po oddaji elektrona ima vodik prosto orbitalo, ki sodeluje pri tvorbi kemičnih vezi po donorsko-akceptorskem mehanizmu;
- vodik je lahek element z nizko gostoto;
- vodik je močno redukcijsko sredstvo, odpira skupino alkalijskih kovin v prvi skupini glavna podskupina;
- ko vodik reagira s kovinami in drugimi močnimi redukcijskimi sredstvi, sprejme njihov elektron in postane oksidant. Take spojine imenujemo hidridi. Po tej lastnosti spada vodik pogojno v skupino halogenov (v tabeli je podan nad fluorom v oklepaju), s katerimi je podoben.
Vodik kot enostavna snov
Vodik je plin, katerega molekula je sestavljena iz dveh. To snov je leta 1766 odkril britanski znanstvenik Henry Cavendish. Dokazal je, da je vodik plin, ki ob reakciji s kisikom eksplodira. Po študiju vodika so kemiki ugotovili, da je ta snov najlažja od vseh znanih človeku.
Drugi znanstvenik, Lavoisier, je elementu dal ime "hidrogenij", kar v prevodu iz latinščine pomeni "roditi vodo". Leta 1781 je Henry Cavendish dokazal, da je voda kombinacija kisika in vodika. Z drugimi besedami, voda je produkt reakcije vodika s kisikom. Vnetljive lastnosti vodika so poznali starodavni znanstveniki: ustrezne zapise je zapustil Paracelsus, ki je živel v 16. stoletju.
Molekularni vodik je nastali produkt naravno pogosta v naravi plinasta spojina, ki je sestavljen iz dveh atomov in ko je predstavljen goreč drobec. Molekula vodika lahko razpade na atome, ki se spremenijo v helijeva jedra, saj so sposobni sodelovati pri jedrske reakcije. Takšni procesi se redno dogajajo v vesolju in na Soncu.
Vodik in njegove fizikalne lastnosti
Vodik ima naslednje fizikalne parametre:
- vre pri -252,76 °C;
- tali se pri -259,14 °C; *v navedenih temperaturnih mejah je vodik tekočina brez vonja in barve;
- Vodik je rahlo topen v vodi;
- vodik lahko teoretično preide v kovinsko stanje, če je na voljo posebni pogoji(nizke temperature in visok tlak);
- čisti vodik je eksplozivna in vnetljiva snov;
- vodik lahko difundira skozi debelino kovin, zato se v njih dobro raztopi;
- vodik je 14,5-krat lažji od zraka;
- Pri visokem tlaku lahko dobimo snegu podobne kristale trdnega vodika.
Kemijske lastnosti vodika
Laboratorijske metode:
- interakcija razredčenih kislin z aktivne kovine in kovine vmesne dejavnosti;
- hidroliza kovinskih hidridov;
- reakcija alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin z vodo.
Vodikove spojine:
Vodikovi halogenidi; hlapljivo vodikove spojine nekovine; hidridi; hidroksidi; vodikov hidroksid (voda); vodikov peroksid; organske spojine (beljakovine, maščobe, ogljikovodiki, vitamini, lipidi, eterična olja, hormoni). Kliknite za ogled varnih poskusov za preučevanje lastnosti beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov.
Če želite zbrati proizvedeni vodik, morate epruveto držati na glavo. Vodika ni mogoče zbirati kot ogljikov dioksid, ker je veliko lažji od zraka. Vodik hitro izhlapi, v mešanici z zrakom (ali v večjih akumulacijah) pa eksplodira. Zato je treba epruveto obrniti. Takoj po polnjenju se tuba zapre z gumijastim zamaškom.
Če želite preveriti čistost vodika, morate prižgano vžigalico približati vratu epruvete. Če se pojavi dolgočasen in tih pok, je plin čist in primesi zraka minimalne. Če je vata glasna in žvižga, je plin v epruveti umazan in vsebuje velik delež tujih sestavin.
Pozor! Ne poskušajte sami ponoviti teh poskusov!
Najbolj znana in najbolj raziskana kisikova spojina je njen oksid H 2 O - voda. Čista voda je brezbarvna, prozorna tekočina, brez vonja in okusa. V debelem sloju ima modrikasto-zelenkasto barvo.
Voda obstaja v treh agregatna stanja: v trdnem stanju - led, v tekočini in plinu - vodna para.
Od vseh tekočih in trdnih snovi ima voda največ specifično toplotno kapaciteto. Zaradi tega dejstva je voda hranilnik toplote v različnih organizmih.
Pri normalnem tlaku je tališče ledu 0 0 C (273 0 K), vrelišče vode +100 0 C (373 0 K). To je nenormalno visoke vrednosti. Pri T 0 +4 0 C ima voda nizko gostoto 1 g/ml. Nad ali pod to temperaturo je gostota vode manjša od 1 g/ml. Ta lastnost loči vodo od vseh drugih snovi, katerih gostota narašča z zmanjševanjem t0. Ko voda preide iz tekočega stanja v trdno stanje, pride do povečanja volumna: od vsakih 92 volumnov tekoča voda Nastane 100 volumnov ledu. Ko se prostornina povečuje, se gostota zmanjšuje, zato je led lažji od vode in vedno plava na površini.
Študije zgradbe vode so pokazale, da je molekula vode zgrajena kot trikotnik, na vrhu katerega je elektronegativni atom kisika, na vogalih baz pa je vodik. Vezni kot je 104,27. Molekula vode je polarna - elektronska gostota je premaknjena proti atomu kisika. Takšna polarna molekula lahko medsebojno deluje z drugo molekulo, da tvori bolj zapletene agregate, tako z dipolnimi interakcijami kot s tvorbo vodikovih vezi. Ta pojav imenujemo vodna asociacija. Povezanost vodnih molekul je v glavnem določena s tvorbo vodikovih vezi med njimi. Molekulska masa voda v stanju pare je enaka 18 in ustreza njeni najpreprostejša formula– H 2 O. V drugih primerih je molekulska masa vode večkratnik osemnajstkrat (18).
Polarnost in majhna velikost molekule pomenita, da ima močne vlažilne lastnosti.
Dielektrična konstanta voda je tako velika (81), da ima močan ionizirajoči učinek na v njej raztopljene snovi, kar povzroči disociacijo kislin, soli in baz.
Molekula vode se lahko pridruži razni ioni, ki tvori hidrate. Za te spojine je značilno specifično trenje, ki spominja na kompleksne spojine.
Eden najpomembnejših adicijskih produktov je hidronijev ion – H 3 O, ki nastane zaradi adicije iona H + na osamljeni elektronski par kisikovega atoma.
Zaradi tega dodatka nastali hidronijev ion pridobi naboj +1.
H + + H 2 O H 3 O +
Ta proces je možen v sistemih, ki vsebujejo snovi, ki absorbirajo vodikove ione.
Voda, tako v mrazu kot pri segrevanju, aktivno sodeluje z mnogimi kovinami v vrsti aktivnosti do vodika. V teh reakcijah nastanejo ustrezni oksidi ali hidroksidi in vodik se izpodrine:
2 Fe + 3 HOH = Fe 2 O 3 + 3 H 2
2 Na + 2 HOH = 2 NaOH + H 2
Ca + 2 HOH = Ca (OH) 2 + H
Voda se precej aktivno pridruži glavni in kislinski oksidi, ki tvori ustrezne hidrokside:
CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 – baza
P 2 O 5 + 3 H 2 O = 2 H 3 PO 4 – kislina
Voda, ki je dodana v teh primerih, se imenuje konstitucionalna (v nasprotju s kristalizacijsko vodo v kristalnih hidratih).
Voda reagira s halogeni, v tem primeru nastane mešanica kislin:
H2 + HOH HCl + HClO
večina pomembna lastnina voda je njena sposobnost raztapljanja.
Voda je najpogostejše topilo v naravi in tehnologiji. Večina kemičnih reakcij poteka v vodi. Morda pa so najpomembnejši biološki in biokemični procesi, ki potekajo v rastlinskih in živalskih organizmih s sodelovanjem beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov in drugih snovi v vodno okolje telo.
Druga spojina vodika s kisikom je vodikov peroksid H 2 O 2.
Strukturna formula H – O – O – H, molekulska masa – 34.
latinsko ime Hydrogenii peroxidum.
To snov je leta 1818 odkril francoski znanstvenik Louis-Jacques Thénard, ki je proučeval učinke različnih mineralne kisline za barijev peroksid (BaO 2). V naravi vodikov peroksid nastaja med procesom oksidacije. Najbolj priročno in na sodoben način pridobivanje H 2 O 2 je elektrolitska metoda, ki se uporablja v industriji. Kot začetni materiali uporabite žveplovo kislino ali amonijev sulfat.
Sodobne fizikalno-kemijske metode so pokazale, da sta oba atoma kisika v vodikovem peroksidu neposredno povezana drug z drugim z nepolarno kovalentna vez. vezi med atomi vodika in kisika (zaradi izpodrivanja skupnih elektronov proti kisiku) so polarne. Zato je tudi molekula H 2 O 2 polarna. Med molekulami H 2 O 2 nastane vodikova vez, kar privede do njihove povezave z energijo vezi O – O 210 kJ, kar je bistveno manj od energije vezi H – O (470 kJ).
Raztopina vodikovega peroksida– prozorna, brezbarvna tekočina, brez vonja ali s šibkim specifičnim vonjem, rahlo kisle reakcije. Hitro razpade pod vplivom svetlobe, pri segrevanju, ob stiku z alkalijami, oksidacijskimi in redukcijskimi snovmi, pri čemer se sprošča kisik. Poteče reakcija: H 2 O 2 = H 2 O + O
Nizka stabilnost molekul H 2 O 2 je posledica krhkosti O – O vezi.
Shranjujte v temnih steklenih posodah in na hladnem. Ko na kožo nanesemo koncentrirane raztopine vodikovega peroksida, nastanejo opekline, opečeno mesto boli.
UPORABA: v medicini se 3% raztopina vodikovega peroksida uporablja kot hemostatsko sredstvo, razkužilo in deodorant za pranje in izpiranje pri stomatitisu, vnetem grlu, ginekoloških boleznih itd.
Ob stiku z encimom katalazo (iz krvi, gnoja, tkiv) atomski kisik deluje v trenutku sproščanja. Učinek H 2 O 2 je kratkotrajen. Vrednost zdravila je v tem, da so njegovi produkti razgradnje neškodljivi za tkiva.
HIDROPERIT je kompleksna spojina vodikovega peroksida in sečnine. Vsebnost vodikovega peroksida je približno 35%. Uporablja se kot antiseptik namesto vodikovega peroksida.
Ena glavnih kemijskih lastnosti H 2 O 2 so njegove redoks lastnosti. Oksidacijsko stanje kisika v H 2 O 2 je -1, tj. ima vmesno vrednost med oksidacijskim stanjem kisika v vodi (-2) in v molekularni kisik(0). Zato ima vodikov peroksid tako lastnosti oksidanta kot reducenta, tj. kaže redoks dvojnost. Opozoriti je treba, da so oksidativne lastnosti H 2 O 2 veliko bolj izrazite kot redukcijske lastnosti in se kažejo v kislem, alkalnem in nevtralnem okolju. Na primer:
2 KI + H 2 SO 4 + H 2 O 2 = I 2 + K 2 SO 4 + 2 H 2 O
2 I - - 2ē → I 2 0 1 – v-l
H 2 O 2 + 2 H + + 2ē → 2 H 2 O 1 – ok
2 I - + H 2 O 2 + 2 H + → I 2 + 2 H 2 O
Pod vplivom močnih oksidantov H 2 O 2 kaže redukcijske lastnosti:
2 KMnO 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + 5 O 2 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O
MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn +2 + 4 H 2 O 2 – ok
H 2 O 2 - 2ē → O 2 + 2 H + 5 – in-l
2 MnO 4 - + 5 H 2 O 2 + 16 H + → 2 Mn +2 + 8 H 2 O + 5 O 2 + 10 H +
Sklepi:
1. Kisik je najpogostejši element na Zemlji.
V naravi se kisik pojavlja v dveh alotropske modifikacije: O 2 – dioksigen ali »navaden kisik« in O 3 – trikisik (ozon).
2.Alotropija- tvorba različnih enostavnih snovi z enim elementom.
3. Alotropske modifikacije kisika: kisik in ozon.
4.Kombinacije kisika z vodikom - voda in vodikov peroksid .
5.Voda obstaja v treh agregatnih stanjih: trdno - led, tekoče in plinasto - vodna para.
6. Pri T 0 +4 0 C ima voda gostoto enako 1 g/ml.
7. Molekula vode je zgrajena kot trikotnik, na vrhu katerega je elektronegativni atom kisika, na vogalih baz pa je vodik.
8. Vezni kot je 104,27
9. Molekula vode je polarna – elektronska gostota je pomaknjena proti atomu kisika.
12. Žveplo. Značilnosti žvepla glede na njegov položaj v periodnem sistemu, z vidika teorije zgradbe atoma, možna oksidacijska stanja, fizikalne lastnosti, razširjenost v naravi, biološko vlogo, metode priprave, kemijske lastnosti. . Uporaba žvepla in njegovih spojin v medicini in narodnem gospodarstvu.
ŽVEPLO:
A) bivanje v naravi
B) biološka vloga
B) medicinska uporaba
Žveplo je v naravi zelo razširjeno in ga najdemo tako v prostem stanju (nativno žveplo) kot v obliki spojin - FeSe (pirit), CuS, Ag 2 S, PbS, CaSO 4 itd. Je del različnih spojin, ki jih vsebuje naravni premog, olja in zemeljski plini.
Žveplo je eden od elementov, ki ima pomembno Za življenjskih procesov, Ker je del beljakovin. Vsebnost žvepla v človeškem telesu je 0,25%. Del aminokislin: cistein, glutation, metionin itd.
Posebno veliko žvepla je v beljakovinah dlake, rogov in volne. Poleg tega je žveplo sestavni del biološkega aktivne snovi telo: vitamini in hormoni (npr. insulin).
Žveplo najdemo v obliki spojin v živčnega tkiva, v hrustancu, kosteh in žolču. Sodeluje v redoks procesih telesa.
S pomanjkanjem žvepla v telesu opazimo krhkost in krhkost kosti ter izpadanje las.
Žveplo najdemo v kosmuljah, grozdju, jabolkih, zelju, čebuli, rži, grahu, ječmenu, ajdi in pšenici.
Rekorderji: grah 190, soja 244%.
Vodik je v drugi polovici 18. stoletja odkril angleški znanstvenik s področja fizike in kemije G. Cavendish. Uspelo mu je izolirati snov v njenem čistem stanju, začel jo je preučevati in opisal njene lastnosti.
To je zgodba o odkritju vodika. Med poskusi je raziskovalec ugotovil, da gre za vnetljiv plin, pri zgorevanju katerega v zraku nastane voda. To je vodilo do definicije kakovostna sestava vodo.
Kaj je vodik
Bil je prvi, ki je vodik razglasil za preprosto snov francoski kemik A. Lavoisier leta 1784, ker je ugotovil, da njegova molekula vsebuje atome iste vrste.
Ime kemičnega elementa v latinščini zveni kot hidrogenij (beri "hidrogenij"), kar pomeni "vododajalec". Ime se nanaša na reakcijo zgorevanja, ki proizvaja vodo.
Značilnosti vodika
Oznaka vodika N. Mendelejev je temu kemijskemu elementu dodelil prvo atomsko številko in ga uvrstil v glavno podskupino prve skupine in prvega obdobja ter pogojno v glavno podskupino sedme skupine.
Atomska teža (atomska masa) vodika je 1,00797. Molekulska masa H2 je 2 a. e. Molska masaštevilčno enaka temu.
Predstavljen s tremi izotopi, ki imajo posebno ime: najpogostejši protij (H), težki devterij (D), radioaktivni tritij (T).
Je prvi element, ki ga je mogoče popolnoma ločiti na izotope na preprost način. Temelji na veliki razliki v masi izotopov. Postopek je bil prvič izveden leta 1933. To je razloženo z dejstvom, da je bil šele leta 1932 odkrit izotop z maso 2.
Fizične lastnosti
V normalnih pogojih je preprosta snov vodik v obliki dvoatomnih molekul plin, brez barve, okusa in vonja. Rahlo topen v vodi in drugih topilih.
Temperatura kristalizacije - 259,2 o C, vrelišče - 252,8 o C. Premer vodikovih molekul je tako majhen, da imajo sposobnost počasne difuzije skozi številne materiale (gumo, steklo, kovine). Ta lastnost se uporablja, ko je treba vodik očistiti iz plinastih nečistoč. Ko je n. u. vodik ima gostoto 0,09 kg/m3.
Ali je mogoče vodik pretvoriti v kovino po analogiji z elementi, ki se nahajajo v prvi skupini? Znanstveniki so ugotovili, da vodik pod pogoji, ko se tlak približa 2 milijonom atmosfer, začne absorbirati infrardeče žarke, kar kaže na polarizacijo molekul snovi. Morda še z več visoki pritiski, bo vodik postal kovina.
To je zanimivo: obstaja domneva, da se na velikanskih planetih, Jupitru in Saturnu, vodik nahaja v obliki kovine. Predpostavlja se, da sestava zemeljsko jedro Prisoten je tudi kovinski trdni vodik, zahvaljujoč ultra visokemu tlaku, ki ga ustvarja zemeljski plašč.
Kemijske lastnosti
Tako preproste kot kompleksne snovi vstopijo v kemijsko interakcijo z vodikom. Toda nizko aktivnost vodika je treba povečati z ustvarjanjem ustreznih pogojev - zvišanjem temperature, uporabo katalizatorjev itd.
Pri segrevanju enostavne snovi, kot so kisik (O 2), klor (Cl 2), dušik (N 2), žveplo (S), reagirajo z vodikom.
Če prižgete čisti vodik na koncu izhodne cevi za plin v zraku, bo gorel enakomerno, a komaj opazno. Če postavite cev za odvod plina v ozračje čisti kisik, potem se bo gorenje nadaljevalo s tvorbo vodnih kapljic na stenah posode, kar je posledica reakcije:
Zgorevanje vode spremlja sproščanje velike količine toplote. Je eksotermna sestavljena reakcija, pri kateri vodik oksidira kisik, da nastane oksid H 2 O. Je tudi redoks reakcija, pri kateri vodik oksidira in kisik reducira.
Reakcija s Cl 2 poteka podobno kot tvorba vodikovega klorida.
Za izvedbo interakcije dušika z vodikom je potrebno toplota in povečan pritisk ter prisotnost katalizatorja. Rezultat je amoniak.
Kot posledica reakcije z žveplom nastane vodikov sulfid, katerega prepoznavanje olajša značilen vonj po gnilih jajcih.
Oksidacijsko stanje vodika v teh reakcijah je +1, v spodaj opisanih hidridih pa – 1.
Pri reakciji z nekaterimi kovinami nastanejo hidridi, na primer natrijev hidrid - NaH. Nekatere od teh kompleksnih spojin se uporabljajo kot gorivo za rakete, pa tudi v termonuklearni energiji.
Vodik reagira tudi s snovmi iz kategorije kompleksov. Na primer z bakrovim (II) oksidom, formula CuO. Za izvedbo reakcije se bakrov vodik spusti preko segretega praškastega bakrovega (II) oksida. Med interakcijo reagent spremeni barvo in postane rdeče-rjav, kapljice vode pa se usedejo na hladne stene epruvete.
Vodik med reakcijo oksidira, pri čemer nastane voda, baker pa se reducira iz oksida v preprosto snov (Cu).
Področja uporabe
Vodik ima velik pomen za ljudi in se uporablja na različnih področjih:
- V kemični proizvodnji so to surovine, v drugih industrijah pa gorivo. Petrokemična podjetja in podjetja za rafiniranje nafte ne morejo brez vodika.
- V elektroenergetiki ta preprosta snov deluje kot hladilno sredstvo.
- V črni in barvni metalurgiji igra vodik vlogo reducenta.
- To pomaga ustvariti inertno okolje pri pakiranju izdelkov.
- Farmacevtska industrija - uporablja vodik kot reagent pri proizvodnji vodikovega peroksida.
- Vremenski baloni so napolnjeni s tem svetlobnim plinom.
- Ta element je znan tudi kot reduktor goriva za raketne motorje.
Znanstveniki soglasno napovedujejo, da bo vodikovo gorivo prevzelo vodilno vlogo v energetskem sektorju.
Prejem v industriji
V industriji se vodik proizvaja z elektrolizo, ki je izpostavljena kloridom ali hidroksidom alkalijskih kovin, raztopljenih v vodi. S to metodo je mogoče pridobiti vodik tudi neposredno iz vode.
Za te namene se uporablja pretvorba koksa ali metana z vodno paro. Pri razgradnji metana pri povišanih temperaturah nastaja tudi vodik. Uporablja se tudi za utekočinjanje koksarniškega plina po frakcijski metodi industrijske proizvodnje vodik.
Pridobljeno v laboratoriju
V laboratoriju se za pridobivanje vodika uporablja Kippov aparat.
Reagenti so klorovodikova kislina oz žveplova kislina in cink. Pri reakciji nastane vodik.
Iskanje vodika v naravi
Vodik je pogostejši kot kateri koli drug element v vesolju. Večina zvezd, vključno s Soncem in drugimi kozmična telesa tvori vodik.
IN zemeljska skorja je le 0,15 %. Prisoten je v številnih mineralih, vseh organska snov, pa tudi v vodi, ki pokriva 3/4 površine našega planeta.
IN zgornje plasti Ozračje lahko zazna sledi vodika v njegovi čisti obliki. Najdemo ga tudi v številnih vnetljivih naravnih plinih.
Plinasti vodik je najmanj gosta, tekoči vodik pa najgostejša snov na našem planetu. S pomočjo vodika lahko spremenite tember svojega glasu, če ga vdihnete in govorite ob izdihu.
V središču dogajanja najmočnejših vodikova bomba leži cepitev najlažjega atoma.
Poglejmo, kaj je vodik. Kemijske lastnosti in proizvodnja te nekovine se preučujejo v šolskem tečaju anorganske kemije. Ta element je tisti, ki vodi periodni sistem Mendelejeva, zato si zasluži podroben opis.
Kratka informacija o odpiranju elementa
Preden si ogledamo fizikalne in kemijske lastnosti vodika, poglejmo, kako so našli ta pomemben element.
Kemiki, ki so delali v šestnajstem in sedemnajstem stoletju, so v svojih spisih večkrat omenili vnetljiv plin, ki se sprošča, ko so kisline izpostavljene aktivnim kovinam. V drugi polovici osemnajstega stoletja je G. Cavendish uspel zbrati in analizirati ta plin, ki mu je dal ime "vnetljiv plin".
Fizikalne in kemijske lastnosti vodika takrat niso bile preučene. Šele ob koncu osemnajstega stoletja je A. Lavoisier z analizo lahko ugotovil, da je ta plin mogoče dobiti z analizo vode. Malo kasneje je novi element začel imenovati hidrogen, kar v prevodu pomeni "roditi vodo". Vodik dolguje svoje sodobno rusko ime M. F. Solovjovu.
Biti v naravi
Kemijske lastnosti vodika je mogoče analizirati le na podlagi njegovega pojavljanja v naravi. Ta element je prisoten v hidro- in litosferi, prav tako pa je del mineralov: zemeljskega in povezanega plina, šote, nafte, premoga, oljnega skrilavca. Težko si je predstavljati odraslega, ki ne bi vedel, da je vodik sestavni del vode.
Poleg tega se ta nekovina nahaja v živalskih organizmih v obliki nukleinska kislina, beljakovine, ogljikovi hidrati, maščobe. Na našem planetu ta element V prosti obliki ga najdemo precej redko, morda le v naravnem in vulkanskem plinu.
Vodik v obliki plazme predstavlja približno polovico mase zvezd in Sonca, je pa tudi del medzvezdnega plina. Na primer, v prosti obliki, pa tudi v obliki metana in amoniaka, je ta nekovina prisotna v kometih in celo na nekaterih planetih.
Fizične lastnosti
Preden razmislimo o kemijskih lastnostih vodika, omenimo, da je v normalnih pogojih plinasta snov lažji od zraka in imajo več izotopskih oblik. Je skoraj netopen v vodi, ima visoka toplotna prevodnost. Procij, ki ima masno število 1, velja za najlažjo obliko. Tritij, ki ima radioaktivne lastnosti, nastane v naravi iz atmosferskega dušika, ko so nevroni izpostavljeni UV žarkom.
Značilnosti strukture molekule
Da bi razmislili o kemijskih lastnostih vodika in reakcijah, ki so zanj značilne, se osredotočimo na značilnosti njegove strukture. V tem dvoatomna molekula kovalentna nepolarna kemična vez. izobraževanje atomski vodik možno z interakcijo aktivnih kovin s kislinskimi raztopinami. Toda v tej obliki lahko ta nekovina obstaja le kratek čas; skoraj takoj se rekombinira v molekularno obliko.
Kemijske lastnosti
Oglejmo si kemijske lastnosti vodika. V večini spojin, ki jih tvori ta kemični element, ima oksidacijsko stanje +1, zaradi česar je podoben aktivnim (alkalijskim) kovinam. Glavne kemijske lastnosti vodika, ki ga označujejo kot kovino:
- interakcija s kisikom, da nastane voda;
- reakcija s halogeni, ki jo spremlja tvorba halogenovodika;
- proizvajajo vodikov sulfid z združevanjem z žveplom.
Spodaj je enačba za reakcije, ki označujejo kemijske lastnosti vodika. Upoštevajte, da kot nekovina (z oksidacijskim stanjem -1) deluje le v reakciji z aktivnimi kovinami in z njimi tvori ustrezne hidride.
Zato vodik pri običajnih temperaturah ne deluje aktivno z drugimi snovmi večina reakcije se izvajajo šele po predgretju.
Oglejmo si podrobneje nekatere kemijske interakcije elementa, ki vodi Mendelejev periodični sistem kemičnih elementov.
Reakcijo nastajanja vode spremlja sproščanje 285,937 kJ energije. Pri povišanih temperaturah (več kot 550 stopinj Celzija) ta proces spremlja močna eksplozija.
Med tistimi kemijskimi lastnostmi vodikovega plina, ki so našli pomembno uporabo v industriji, je zanimiva njegova interakcija s kovinskimi oksidi. S katalitičnim hidrogeniranjem je v moderna industrija izvajajo predelavo kovinskih oksidov, na primer čista kovina se loči od železovega kamna (mešani železov oksid). Ta metoda omogoča vodenje učinkovito obdelavo odpadna kovina
Sinteza amoniaka, ki vključuje interakcijo vodika z zračnim dušikom, je prav tako povprašena v sodobnem času kemična industrija. Med pogoji za to kemična interakcija Upoštevajte tlak in temperaturo.
Zaključek
Vodik je tisti, ki je neaktiven kemična v normalnih pogojih. Ko se temperatura dvigne, se njegova aktivnost znatno poveča. Ta snov je v povpraševanju v organski sintezi. Na primer, hidrogeniranje lahko reducira ketone v sekundarne alkohole in pretvori aldehide v primarne alkohole. Poleg tega je mogoče s hidrogeniranjem pretvoriti nenasičene ogljikovodike iz razreda etilena in acetilena v nasičene spojine serije metana. Vodik upravičeno velja za preprosto snov, ki jo povprašuje sodobna kemična proizvodnja.
