В периодичната система той има свое специфично положение, което отразява свойствата, които проявява и говори за неговата електронна структура. Но сред всички има един специален атом, който заема две клетки едновременно. Разположен е в две групи елементи, които са напълно противоположни по своите проявени свойства. Това е водород. Тези характеристики го правят уникален.
Водородът е не само елемент, но и просто вещество, както и неразделна част от много сложни съединения, биогенен и органогенен елемент. Затова разглеждаме неговите характеристики и свойства по-подробно.
Водородът като химичен елемент
Водородът е елемент от първа група на главната подгрупа, както и седма група от главната подгрупа в първия малък период. Този период се състои само от два атома: хелий и елементът, който разглеждаме. Нека опишем основните характеристики на позицията на водорода в периодичната система.
- Поредният номер на водорода е 1, броят на електроните е същият, съответно броят на протоните е същият. Атомната маса е 1,00795. Има три изотопа на този елемент с масови числа 1, 2, 3. Свойствата на всеки от тях обаче са много различни, тъй като увеличаването на масата дори с един за водорода веднага се удвоява.
- Фактът, че съдържа само един електрон от външната страна, му позволява успешно да проявява както окислителни, така и редуциращи свойства. Освен това, след освобождаването на електрона, той остава свободна орбитала, която участва в образуването химически връзкиспоред донорно-акцепторния механизъм.
- Водородът е силен редуциращ агент. Следователно, първата група от основната подгрупа се счита за нейното основно място, където води най-активните метали - алкални.
- Въпреки това, когато взаимодейства със силни редуциращи агенти, като например метали, той може да бъде и окислител, приемащ електрон. Тези съединения се наричат хидриди. На тази основа той оглавява подгрупата на халогените, с които е сходен.
- Благодарение на много малък атомна масаВодородът се счита за най-лекия елемент. В допълнение, неговата плътност също е много ниска, така че е и еталон за лекота.
По този начин е очевидно, че водородният атом е напълно уникален, за разлика от всички други елементи. Следователно свойствата му също са специални, а образуваните прости и сложни вещества са много важни. Нека ги разгледаме по-нататък.
просто вещество
Ако говорим за този елемент като молекула, тогава трябва да кажем, че той е двуатомен. Тоест водородът (просто вещество) е газ. Емпиричната му формула ще бъде записана като Н 2, а графичната - чрез единична сигма връзка Н-Н. Механизмът на образуване на връзка между атомите е ковалентен неполярен.
- Парно преобразуване на метан.
- Газификация на въглища - процесът включва нагряване на въглища до 1000 0 C, което води до образуването на водород и високовъглеродни въглища.
- Електролиза. Този метод може да се използва само за водни разтвориразлични соли, тъй като стопилките не водят до изпускане на вода в катода.
Лабораторни методи за получаване на водород:
- Хидролиза на метални хидриди.
- Действието на разредени киселини върху активни метали и средна активност.
- Взаимодействие на алкални и алкалоземни метали с вода.
За да съберете получения водород, е необходимо да държите епруветката обърната надолу. В края на краищата този газ не може да се събира по същия начин, както например въглеродният диоксид. Това е водород, той е много по-лек от въздуха. Изпарява се бързо и експлодира, когато се смеси с въздух в големи количества. Следователно тръбата трябва да бъде обърната. След като се напълни, трябва да се затвори с гумена запушалка.
За да проверите чистотата на събрания водород, трябва да поднесете запалена кибритена клечка към врата. Ако памукът е глух и тих, тогава газът е чист, с минимални въздушни примеси. Ако е силен и свирещ, значи е мръсен, с голям дял чужди компоненти.
Области на използване
При изгаряне на водород се отделя толкова голямо количество енергия (топлина), че този газ се счита за най-рентабилното гориво. Освен това е екологично чист. Използването му в тази област обаче в момента е ограничено. Това се дължи на зле замислените и нерешени проблеми за синтезиране на чист водород, който би бил подходящ за използване като гориво в реактори, двигатели и преносими устройства, както и котли за битово отопление.
В крайна сметка методите за получаване на този газ са доста скъпи, така че първо е необходимо да се разработи специален метод за синтез. Такава, която ще ви позволи да получите продукта в голям обем и на минимална цена.
Има няколко основни области, в които се използва газът, който разглеждаме.
- Химически синтези. Въз основа на хидрогениране се получават сапуни, маргарини и пластмаси. С участието на водород се синтезират метанол и амоняк, както и други съединения.
- В хранително-вкусовата промишленост - като добавка E949.
- Авиационна индустрия (ракетостроене, самолетостроене).
- Енергетика.
- Метеорология.
- Гориво от екологичен тип.
Очевидно водородът е толкова важен, колкото и изобилен в природата. Още по-голяма роля играят различните образувани от него съединения.
Водородни съединения
Това са сложни вещества, съдържащи водородни атоми. Има няколко основни вида такива вещества.
- Халогеноводороди. Общата формула е HHal. От особено значение сред тях е хлороводородът. Това е газ, който се разтваря във вода, за да образува разтвор на солна киселина. Тази киселина се използва широко в почти всички химически синтези. И както органични, така и неорганични. Хлороводородът е съединение, което има емпиричната формула HCL и е едно от най-големите по годишен добив у нас. Водородните халиди също включват йодид, флуороводород и бромоводород. Всички те образуват съответните киселини.
- Летливи Почти всички от тях са доста отровни газове. Например сероводород, метан, силан, фосфин и други. Те обаче са много запалими.
- Хидридите са съединения с метали. Те принадлежат към класа на солите.
- Хидроксиди: основи, киселини и амфотерни съединения. Техният състав задължително включва водородни атоми, един или повече. Пример: NaOH, K 2 , H 2 SO 4 и др.
- Водороден хидроксид. Това съединение е по-известно като вода. Друго име за водороден оксид. Емпиричната формула изглежда така - H 2 O.
- Водороден прекис. Това е най-силният окислител, чиято формула е H 2 O 2.
- Множество органични съединения: въглеводороди, протеини, мазнини, липиди, витамини, хормони, етерични маслаи други.
Очевидно разнообразието от съединения на елемента, който разглеждаме, е много голямо. Това още веднъж потвърждава нейното високо значение както за природата и човека, така и за всички живи същества.
е най-добрият разтворител
Както бе споменато по-горе, общото име за това вещество е вода. Състои се от два водородни атома и един кислород, свързани помежду си с ковалентни полярни връзки. Водната молекула е дипол, което обяснява много от нейните свойства. По-специално, фактът, че е универсален разтворител.
Именно във водната среда протичат почти всички химични процеси. Вътрешните реакции на пластичния и енергиен метаболизъм в живите организми също се извършват с помощта на водороден оксид.
Водата се смята за най-важното вещество на планетата. Известно е, че нито един жив организъм не може да живее без него. На Земята той може да съществува в три състояния на агрегиране:
- течност;
- газ (пара);
- твърд (лед).
В зависимост от изотопа на водорода, който е част от молекулата, има три вида вода.
- Светлина или протиум. Изотоп с масово число 1. Формулата е H 2 O. Това е обичайната форма, която използват всички организми.
- Деутерий или тежък, формулата му е D 2 O. Съдържа изотопа 2 H.
- Супер тежък или тритий. Формулата изглежда като T 3 O, изотопът е 3 H.
Запасите от прясна протиева вода на планетата са много важни. Вече липсва в много страни. Разработват се методи за обработка на солена вода с цел получаване на питейна вода.
Водородният прекис е универсално средство
Това съединение, както беше споменато по-горе, е отличен окислител. Но при силни представители може да се държи и като редуктор. В допълнение, той има подчертан бактерициден ефект.
Друго име за това съединение е пероксид. Именно в тази форма се използва в медицината. 3% разтвор на кристален хидрат на въпросното съединение е медицинско лекарство, което се използва за лечение на малки рани с цел тяхното обеззаразяване. Доказано е обаче, че в този случай заздравяването на рани с течение на времето се увеличава.
Водородният пероксид се използва и в ракетното гориво, в промишлеността за дезинфекция и избелване, като пенообразувател за производството на подходящи материали (пяна например). В допълнение, пероксидът помага за почистване на аквариуми, избелване на косата и избелване на зъбите. Но в същото време уврежда тъканите, поради което не се препоръчва от специалисти за тази цел.
Водородът е газ, той е на първо място в периодичната система. Името на този широко разпространен в природата елемент в превод от латински означава „раждащ вода“. И така, какви физически и Химични свойствапознаваме ли водорода?
Водород: обща информация
При нормални условияВодородът няма нито вкус, нито мирис, нито цвят.
Ориз. 1. Формулата на водорода.
Тъй като атомът има едно енергийно електронно ниво, което може да съдържа максимум два електрона, тогава за стабилно състояние атомът може или да приеме един електрон (степен на окисление -1), или да дари един електрон (степен на окисление +1), показвайки a постоянна валентност I Ето защо символът на елемента водород се поставя не само в група IA (главната подгрупа на I група) заедно с алкалните метали, но и в група VIIA (главната подгрупа на VII група) заедно с халогените. Халогенните атоми също нямат един електрон, за да запълнят външното ниво, и те, подобно на водорода, са неметали. Водородът проявява положителна степен на окисление в съединения, където е свързан с по-електроотрицателни неметални елементи, и отрицателна степен на окисление в съединения с метали.
Ориз. 2. Местоположение на водорода в периодичната система.
Водородът има три изотопа, всеки от които има собствено име: протий, деутерий, тритий. Количеството на последните на Земята е нищожно.
Химични свойства на водорода
В просто вещество H 2 връзката между атомите е силна (енергията на свързване е 436 kJ / mol), така че активността на молекулярния водород е ниска. При нормални условия той взаимодейства само с много активни метали и единственият неметал, с който реагира водородът, е флуорът:
F 2 + H 2 \u003d 2HF (флуороводород)
Водородът реагира с други прости (метали и неметали) и сложни (оксиди, неопределени органични съединения) вещества или чрез облъчване и повишаване на температурата, или в присъствието на катализатор.
Водородът изгаря в кислород с отделяне на значително количество топлина:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Смес от водород и кислород (2 обема водород и 1 обем кислород) избухва силно при запалване и затова се нарича детониращ газ. При работа с водород трябва да се спазват правилата за безопасност.
Ориз. 3. Експлозивен газ.
В присъствието на катализатори газът може да реагира с азот:
3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3
- чрез тази реакция при повишени температури и налягания се получава амоняк в промишлеността.
При високи температури водородът може да реагира със сяра, селен и телур. и при взаимодействие с алкални и алкалоземни метали се образуват хидриди: 4.3. Общо получени оценки: 186.
Промишлените методи за получаване на прости вещества зависят от формата, в която съответният елемент се намира в природата, тоест каква може да бъде суровината за неговото производство. И така, кислородът, който е наличен в свободно състояние, се получава по физически начин - чрез изолиране от течния въздух. Почти целият водород е под формата на съединения, така че за получаването му се използват химични методи. По-специално могат да се използват реакции на разлагане. Един от начините за получаване на водород е реакцията на разлагане на водата чрез електрически ток.
Основен индустриален начинпроизводство на водород - реакцията с вода на метан, който е част от природния газ. Извършва се при висока температура (лесно е да се провери, че когато метанът преминава дори през вряща вода, не настъпва реакция):
CH 4 + 2H 2 0 \u003d CO 2 + 4H 2 - 165 kJ
В лабораторията за получаване на прости вещества не се използват непременно естествени суровини, но се избират тези първоначални вещества, от които е по-лесно да се изолира необходимото вещество. Например в лабораторията кислородът не се получава от въздуха. Същото важи и за производството на водород. Един от лабораторните методи за производство на водород, който понякога се използва в промишлеността, е разлагането на водата чрез електрически ток.
Водородът обикновено се произвежда в лабораторията чрез взаимодействие на цинк със солна киселина.
В индустрията
1.Електролиза на водни разтвори на соли:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2
2.Прекарване на водна пара над горещ кокспри приблизително 1000°C:
H 2 O + C ⇄ H 2 + CO
3.От природен газ.
Конверсия с пара: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Кислородно каталитично окисление: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2
4. Крекинг и реформинг на въглеводороди в процеса на рафиниране на нефт.
В лабораторията
1.Действие на разредени киселини върху метали.За провеждане на такава реакция най-често се използват цинк и солна киселина:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2
2.Взаимодействие на калций с вода:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3.Хидролиза на хидриди:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
4.Действието на алкали върху цинк или алуминий:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5.С помощта на електролиза.По време на електролизата на водни разтвори на основи или киселини на катода се отделя водород, например:
2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O
- Биореактор за производство на водород
Физични свойства
Газообразният водород може да съществува в две форми (модификации) - под формата на орто - и пара-водород.
В ортоводородната молекула (т.р. −259.10 °C, t bp. −252.56 °C) ядрените спинове са насочени еднакво (успоредно), докато в параводорода (т.р. −259.32 °C, t bp −252.89 °C) - противоположно един към друг (антипаралелни).
Алотропните форми на водорода могат да бъдат разделени чрез адсорбция върху активен въглен при температура течен азот. При много ниски температури равновесието между ортоводород и параводород е почти изцяло изместено към последния. При 80 K съотношението на страните е приблизително 1:1. Десорбираният параводород се превръща в ортоводород при нагряване до образуване на равновесна смес при стайна температура (орто-пара: 75:25). Без катализатор трансформацията протича бавно, което прави възможно изследването на свойствата на отделните алотропни форми. Молекулата на водорода е двуатомна - H₂. При нормални условия той е газ без цвят, мирис и вкус. Водородът е най-лекият газ, плътността му е многократно по-малка от тази на въздуха. Очевидно е, че колкото по-малка е масата на молекулите, толкова по-висока е тяхната скорост при същата температура. Като най-леки, водородните молекули се движат по-бързо от молекулите на всеки друг газ и по този начин могат да пренасят топлина от едно тяло към друго по-бързо. От това следва, че водородът има най-висока топлопроводимост сред газообразните вещества. Неговата топлопроводимост е около седем пъти по-висока от тази на въздуха.
Химични свойства
Молекулите на водорода H₂ са доста силни и за да може водородът да реагира, трябва да се изразходва много енергия: H 2 \u003d 2H - 432 kJ Следователно при обикновени температури водородът реагира само с много активни метали, например с калций, образувайки калциев хидрид: Ca + H 2 \u003d CaH 2 и с единствения неметал - флуор, образувайки флуороводород: F 2 + H 2 \u003d 2HF С повечето метали и неметали водородът реагира при повишени температури или под други влияния, като например осветление. Той може да „отнеме“ кислород от някои оксиди, например: CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 0 Написаното уравнение отразява реакцията на редукция. Редакционните реакции се наричат процеси, в резултат на които кислородът се отнема от съединението; Веществата, които отнемат кислорода, се наричат редуциращи агенти (самите те се окисляват). Освен това ще бъде дадено друго определение на понятията "окисление" и "редукция". И това определение, исторически първото, запазва значението си и в днешно време, особено в органична химия. Реакцията на редукция е противоположна на реакцията на окисление. И двете реакции винаги протичат едновременно като един процес: когато едно вещество се окислява (редуцира), другото задължително се редуцира (окислява) едновременно.
N 2 + 3H 2 → 2 NH 3
Форми с халогени водородни халогениди:
F 2 + H 2 → 2 HF, реакцията протича с експлозия на тъмно и при всяка температура, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, реакцията протича с експлозия, само на светлина.
Взаимодейства със сажди при силно нагряване:
C + 2H 2 → CH 4
Взаимодействие с алкални и алкалоземни метали
Водородът се образува с активни метали хидриди:
Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2
хидриди- солени, твърди вещества, лесно хидролизирани:
CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2
Взаимодействие с метални оксиди (обикновено d-елементи)
Оксидите се редуцират до метали:
CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O
Хидрогениране на органични съединения
Под действието на водород върху ненаситени въглеводороди в присъствието на никелов катализатор и повишена температура протича реакцията хидрогениране:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3
Водородът редуцира алдехидите до алкохоли:
CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.
Геохимия на водорода
Водородът е основният строителен материал на Вселената. Това е най-често срещаният елемент и всички елементи се образуват от него в резултат на термоядрени и ядрени реакции.
Свободният водород Н 2 е сравнително рядък в земните газове, но под формата на вода играе изключително важна роля в геохимичните процеси.
Водородът може да присъства в минералите под формата на амониев йон, хидроксилен йон и кристална вода.
В атмосферата водородът се произвежда непрекъснато в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Той мигрира към горните слоеве на атмосферата и излиза в космоса.
Приложение
- Водородна енергия
Атомен водород се използва за заваряване с атомен водород.
В хранително-вкусовата промишленост водородът е регистриран като хранителна добавка E949като опаковъчен газ.
Характеристики на циркулацията
Водородът, когато се смеси с въздуха, образува експлозивна смес - така нареченият детониращ газ. Този газ е най-експлозивен, когато обемното съотношение на водород и кислород е 2:1, или водород и въздух е приблизително 2:5, тъй като въздухът съдържа приблизително 21% кислород. Водородът също е запалим. Течният водород може да причини тежко измръзване, ако влезе в контакт с кожата.
Експлозивни концентрации на водород с кислород възникват от 4% до 96% обемни. При смесване с въздух от 4% до 75 (74)% обемни.
Използване на водород
В химическата промишленост водородът се използва при производството на амоняк, сапун и пластмаси. В хранително-вкусовата промишленост се използва водород от течност растителни масланаправете маргарин. Водородът е много лек и винаги се издига във въздуха. Веднъж дирижабли и Балониизпълнен с водород. Но през 30-те години. 20-ти век имаше няколко ужасни инцидента, когато дирижаблите избухнаха и изгоряха. В наши дни дирижаблите се пълнят с хелиев газ. Водородът се използва и като ракетно гориво. Един ден водородът може да се използва широко като гориво за автомобили и камиони. Водородните двигатели не замърсяват околната среда и отделят само водни пари (самото производство на водород обаче води до известно замърсяване на околната среда). Нашето Слънце се състои предимно от водород. Слънчевата топлина и светлина са резултат от освобождаването на ядрена енергия по време на сливането на водородните ядра.
Използване на водород като гориво (икономическа ефективност)
Най-важната характеристика на веществата, използвани като гориво, е тяхната топлина на изгаряне. От курса на общата химия е известно, че реакцията на взаимодействие на водород с кислород протича с отделянето на топлина. Ако вземем 1 mol H 2 (2 g) и 0,5 mol O 2 (16 g) при стандартни условияи инициира реакция, след това според уравнението
H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O
след приключване на реакцията се образува 1 mol H 2 O (18 g) с освобождаване на енергия от 285,8 kJ / mol (за сравнение: топлината на изгаряне на ацетилена е 1300 kJ / mol, пропанът - 2200 kJ / mol) . 1 m³ водород тежи 89,8 g (44,9 mol). Следователно, за да се получи 1 m³ водород, ще бъдат изразходвани 12832,4 kJ енергия. Като вземем предвид факта, че 1 kWh = 3600 kJ, получаваме 3,56 kWh електроенергия. Познавайки тарифата за 1 kWh електроенергия и цената на 1 m³ газ, можем да заключим, че е препоръчително да преминете към водородно гориво.
Например експериментален модел Honda FCX от 3-то поколение със 156-литров резервоар за водород (съдържащ 3,12 кг водород при налягане 25 MPa) изминава 355 км. Съответно от 3,12 kg H2 се получават 123,8 kWh. На 100 км разходът на енергия ще бъде 36,97 kWh. Познавайки цената на електроенергията, цената на газта или бензина, тяхното потребление за автомобил на 100 км, е лесно да се изчисли отрицателният икономически ефект от преминаването на автомобили към водородно гориво. Да кажем (Русия 2008 г.), 10 цента за kWh електроенергия води до факта, че 1 m³ водород води до цена от 35,6 цента, а като се вземе предвид ефективността на разграждане на водата от 40-45 цента, същото количество kWh от изгаряне на бензин струва 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 цента/l=34 цента на дребно, докато за водорода изчислихме идеалния вариант, без да отчитаме транспорта, амортизацията на оборудването и др. За метан с енергия на изгаряне от около 39 MJ на m³, резултатът ще бъде два до четири пъти по-нисък поради разликата в цената (1m³ за Украйна струва $179, а за Европа $350). Тоест еквивалентното количество метан ще струва 10-20 цента.
Не бива обаче да забравяме, че когато изгаряме водород, получаваме чиста вода, от която той е извлечен. Тоест имаме възобновяема складодържателенергия без вреда за околната среда, за разлика от газта или бензина, които са първични източници на енергия.
Php на линия 377 Предупреждение: изискване (http://www..php): не успя да отвори поток: не може да бъде намерена подходяща обвивка в /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php на линия 377 Фатално грешка: изисква (): Неуспешно отваряне изисква "http://www..php" (include_path="..php на линия 377
Водород. Свойства, получаване, приложение.История справка
Водородът е първият елемент на PSCE D.I. Менделеев.
Руското наименование на водорода показва, че той "ражда вода"; латински" хидрогений" означава същото.
За първи път отделянето на горим газ при взаимодействието на определени метали с киселини е наблюдавано от Робърт Бойл и неговите съвременници през първата половина на 16 век.
Но водородът е открит едва през 1766 г. от английския химик Хенри Кавендиш, който открива, че когато металите взаимодействат с разредени киселини, се отделя определен „запалим въздух“. Наблюдавайки изгарянето на водород във въздуха, Кавендиш установява, че резултатът е вода. Това беше през 1782 г.
През 1783 г. френският химик Антоан-Лоран Лавоазие изолира водород чрез разлагане на вода с горещо желязо. През 1789 г. водородът е изолиран от разлагането на водата под действието на електрически ток.
Разпространение в природата
Водородът е основният елемент на космоса. Например Слънцето се състои от 70% от масата си водород. Във Вселената има няколко десетки хиляди пъти повече водородни атоми, отколкото всички атоми на всички метали взети заедно.Има и известно количество водород в земната атмосфера под формата просто вещество- газов състав Н 2 . Водородът е много по-лек от въздуха и затова се намира в горните слоеве на атмосферата.
Но на Земята има много повече свързан водород: в крайна сметка той е част от водата, най-често срещаното сложно вещество на нашата планета. Водородът, свързан в молекули, съдържа както нефт, така и природен газ, много минерали и скали. Водородът е съставна част на всички органични вещества.
Характеристики на елемента водород.
Водородът има двойна природа, поради тази причина в някои случаи водородът се поставя в подгрупата на алкалните метали, а в други - в подгрупата на халогените.
Електронна конфигурация 1s 1 . Водородният атом се състои от един протон и един електрон.
Водородният атом може да загуби електрон и да се превърне в Н + катион и в това е подобен на алкалните метали.
Водородният атом може също да прикрепи електрон, като по този начин образува анион H - , в това отношение водородът е подобен на халогените.
Винаги едновалентен в съединенията
CO: +1 и -1.
Физични свойства на водорода
Водородът е газ, без цвят, вкус и мирис. 14,5 пъти по-лек от въздуха. Слабо разтворим във вода. Има висока топлопроводимост. При t= -253 °C се втечнява, при t= -259 °C се втвърдява. Молекулите на водорода са толкова малки, че могат бавно да дифундират през много материали – гума, стъкло, метали, което се използва при пречистването на водорода от други газове.Известни са три изотопа на водорода: - протий, - деутерий, - тритий. Основната част от естествения водород е протият. Деутерият е част от тежката вода, която обогатява повърхностните води на океана. Тритият е радиоактивен изотоп.
Химични свойства на водорода
Водородът е неметал и има молекулярна структура. Молекулата на водорода се състои от два атома, свързани с неполярна ковалентна връзка. Енергията на свързване в молекулата на водорода е 436 kJ/mol, което обяснява ниската химическа активност на молекулния водород.
Взаимодействие с халогени. При нормална температура водородът реагира само с флуор:
С хлор - само на светлина, образувайки хлороводород, с бром реакцията протича по-малко енергично, с йод не достига до края дори при високи температури.
Взаимодействие с кислород при нагряване, при запалване реакцията протича с експлозия: 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O.
Смес от 1 част кислород и 2 части водород е "експлозивна смес", най-експлозивната.
Взаимодействие със сярата - при нагряване H 2 + S = H 2 S.
взаимодействие с азот. При нагряване, при високо налягане и в присъствието на катализатор:
Взаимодействие с азотен оксид (II). Използва се в системи за пречистване при производството на азотна киселина: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.
Взаимодействие с метални оксиди. Водородът е добър редуциращ агент, той възстановява много метали от техните оксиди: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Атомарният водород е силен редуциращ агент. Образува се от молекули в електрически разряд при условия на ниско налягане. Има висока възстановителна активност водород в момента на освобождаванеобразува се, когато метал се редуцира с киселина.
Взаимодействие с активни метали . При високи температури се свързва с алкални и алкалоземни метали и образува бели кристални вещества - метални хидриди, проявяващи свойствата на окислител: 2Na + H 2 = 2NaH;
Получаване на водород
В лабораторията:
Взаимодействието на метал с разредени разтвори на сярна и солна киселина,
Взаимодействието на алуминий или силиций с водни разтвори на основи:
Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2.
В индустрията:
Електролиза на водни разтвори на натриев и калиев хлорид или електролиза на вода в присъствието на хидроксиди:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2.
метод на преобразуване. Първо, водният газ се получава чрез преминаване на водна пара през горещ кокс при 1000 ° C:
След това въглеродният оксид (II) се окислява до въглероден оксид (IV) чрез преминаване на смес от воден газ с излишък от водни пари върху Fe 2 O 3 катализатор, нагрят до 400–450 ° С:
CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2.
Полученият въглероден окис (IV) се абсорбира от водата, като по този начин се получават 50% от индустриалния водород.
Конверсия на метан: CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2.
Термично разлагане на метан при 1200 °C: CH 4 = C + 2H 2 .
Дълбоко охлаждане (до -196 °С) на коксовия газ. При тази температура всички газообразни вещества, с изключение на водорода, кондензират.
Използването на водород се основава на неговите физични и химични свойства:
като лек газ се използва за пълнене на балони (смесен с хелий);
кислородно-водороден пламък се използва за получаване на високи температури при заваряване на метали;
като редуциращ агент се използва за получаване на метали (молибден, волфрам и др.) от техните оксиди;
за производство на амоняк и изкуствени течни горива, за хидрогениране на мазнини.
Химични свойства на водорода
При нормални условия молекулярният водород е относително неактивен, свързвайки се директно само с най-активните неметали (с флуор, а на светлина и с хлор). Въпреки това, когато се нагрява, той реагира с много елементи.
Водородът реагира с прости и сложни вещества:
- Взаимодействие на водород с метали води до образуването сложни вещества- хидриди, в химичните формули на които металният атом винаги е на първо място:
При висока температура водородът реагира директно с някои метали(алкални, алкалоземни и други), образуващи бели кристални вещества - метални хидриди (Li H, Na H, KH, CaH 2 и др.):
H 2 + 2Li = 2LiH
Металните хидриди лесно се разлагат от вода с образуването на съответните алкали и водород:
Sa H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2
- Когато водородът взаимодейства с неметали образуват се летливи водородни съединения. AT химична формулалетливо водородно съединение, водородният атом може да бъде или на първо, или на второ място, в зависимост от местоположението в PSCE (вижте табелата в слайда):1). С кислородВодородът образува вода:
Видео "Изгаряне на водород"
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q
При обикновени температури реакцията протича изключително бавно, над 550 ° C - с експлозия (смес от 2 обема Н2 и 1 обем О2 се нарича експлозивен газ)
.
Видео "Експлозия на експлозивен газ"
Видео "Приготвяне и експлозия на експлозивна смес"
2). С халогениВодородът образува водородни халиди, например:
H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl
Водородът експлодира с флуор (дори на тъмно и при -252°C), реагира с хлор и бром само при осветяване или нагряване, а с йод само при нагряване.
3). С азотВодородът реагира с образуването на амоняк:
ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3
само на катализатор и при повишени температури и налягания.
четири). При нагряване водородът реагира бурно със сяра:
H 2 + S \u003d H 2 S (сероводород),
много по-трудно със селен и телур.
5). с чист въглеродВодородът може да реагира без катализатор само при високи температури:
2H 2 + C (аморфен) = CH 4 (метан)
- Водородът влиза в реакция на заместване с метални оксиди , докато в продуктите се образува вода и металът се редуцира. Водород - проявява свойствата на редуциращ агент:
Използва се водород за възстановяване на много метали, тъй като отнема кислород от техните оксиди:
Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O и др.
Приложение на водорода
Видео "Използване на водород"
В момента водородът се произвежда в огромни количества. Много голяма част от него се използва при синтеза на амоняк, хидрогенирането на мазнини и хидрогенирането на въглища, масла и въглеводороди. В допълнение, водородът се използва за синтеза на солна киселина, метилов алкохол, циановодородна киселина, при заваряване и коване на метали, както и в производството на лампи с нажежаема жичка и скъпоценни камъни. Водородът се продава в бутилки под налягане над 150 атм. Те са боядисани в тъмно зелено и са снабдени с червен надпис "Водород".
Водородът се използва за превръщане на течни мазнини в твърди мазнини (хидрогениране), за производство на течни горива чрез хидрогениране на въглища и мазут. В металургията водородът се използва като редуциращ агент за оксиди или хлориди за получаване на метали и неметали (германий, силиций, галий, цирконий, хафний, молибден, волфрам и др.).
Практическото приложение на водорода е разнообразно: обикновено се пълни с балони, в химическата промишленост служи като суровина за производството на много много важни продукти (амоняк и др.), В хранително-вкусовата промишленост - за производството на твърди мазнини от растителни масла и др. Висока температура (до 2600 °C), получена при изгаряне на водород в кислород, се използва за топене на огнеупорни метали, кварц и др. Течният водород е едно от най-ефективните реактивни горива. Годишното световно потребление на водород надхвърля 1 милион тона.
СИМУЛАТОРИ
номер 2. Водород
ЗАДАЧИ ЗА ЗАТКРОЙВАНЕ
Задача номер 1Съставете уравненията за реакциите на взаимодействие на водород със следните вещества: F 2, Ca, Al 2 O 3, живачен оксид (II), волфрамов оксид (VI). Наименувайте продуктите на реакцията, посочете видовете реакции.
Задача номер 2
Извършете трансформациите по схемата:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2
Задача номер 3.
Изчислете масата на водата, която може да се получи чрез изгаряне на 8 g водород?
