Najčešći element u svemiru je vodonik. Što se tiče zvijezda, on ima oblik jezgara - protona - i materijal je za termonuklearne procese. Skoro polovina Sunčeve mase se takođe sastoji od molekula H2. Njegov sadržaj u zemljine kore dostiže 0,15%, a atomi su prisutni u nafti, prirodnom gasu i vodi. Zajedno s kisikom, dušikom i ugljikom, on je organogeni element koji je dio svih živih organizama na Zemlji. U našem članku ćemo proučavati fizičke i Hemijska svojstva vodonika, odredićemo glavne oblasti njegove primene u industriji i njegov značaj u prirodi.

Položaj u Mendeljejevom periodnom sistemu hemijskih elemenata

Prvi element koji je otkrio periodni sistem je vodonik. Njegova atomska masa je 1,0079. Ima dva stabilna izotopa (procijum i deuterijum) i jedan radioaktivni izotop (tricijum). Fizička svojstva određena su mjestom nemetala u tabeli hemijskih elemenata. U normalnim uslovima, vodonik (njegova formula je H2) je gas koji je skoro 15 puta lakši od vazduha. Struktura atoma elementa je jedinstvena: sastoji se samo od jezgra i jednog elektrona. Molekula tvari je dvoatomska, čestice u njoj su povezane pomoću kovalentne nepolarna veza. Njegov energetski intenzitet je prilično visok - 431 kJ. Ovo objašnjava nisku hemijska aktivnost veze u normalnim uslovima. Elektronska formula vodonika je: H:H.

Supstanca također ima niz svojstava koja nemaju analoge među ostalim nemetalima. Pogledajmo neke od njih.

Rastvorljivost i toplotna provodljivost

Metali najbolje provode toplotu, ali im je vodonik blizak po toplotnoj provodljivosti. Objašnjenje ovog fenomena leži u veoma velikoj brzini toplotnog kretanja lakih molekula supstance, pa se u atmosferi vodika zagrejani predmet hladi 6 puta brže nego u vazduhu. Jedinjenje može biti veoma rastvorljivo u metalima; na primer, skoro 900 zapremina vodonika može se apsorbovati u jednoj zapremini paladijuma. Metali mogu ući u hemijske reakcije sa H2, u kojima se manifestuju oksidaciona svojstva vodonika. U ovom slučaju nastaju hidridi:

2Na + H 2 =2 NaH.

U ovoj reakciji, atomi elementa prihvataju elektrone od metalnih čestica, postajući anioni s jednim negativnim nabojem. Jednostavna tvar H2 u ovom slučaju je oksidacijsko sredstvo, što obično nije tipično za nju.

Vodik kao redukciono sredstvo

Ono što spaja metale i vodonik nije samo visoka toplotna provodljivost, već i sposobnost njihovih atoma u hemijskim procesima da predaju sopstvene elektrone, odnosno da oksidiraju. Na primjer, bazični oksidi reagiraju s vodikom. Redoks reakcija završava oslobađanjem čistog metala i formiranjem molekula vode:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

Interakcija tvari s kisikom pri zagrijavanju također dovodi do stvaranja molekula vode. Proces je egzoterman i praćen je oslobađanjem velika količina toplotnu energiju. Ako plinska mješavina H 2 i O 2 reaguje u omjeru 2:1, tada se naziva jer eksplodira kada se zapali:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O.

Voda je i igra vitalnu ulogu u formiranju Zemljine hidrosfere, klime i vremena. Osigurava cirkulaciju elemenata u prirodi, podržava sve životne procese organizama - stanovnika naše planete.

Interakcija sa nemetalima

Najvažnija hemijska svojstva vodonika su njegove reakcije sa nemetalnim elementima. At normalnim uslovima prilično su kemijski inertni, pa supstanca može reagirati samo s halogenima, na primjer s fluorom ili hlorom, koji su najaktivniji od svih nemetala. Tako mješavina fluora i vodonika eksplodira u mraku ili na hladnoći, a s hlorom - kada se zagrije ili na svjetlu. Reakcioni proizvodi će biti halogenidi vodonika, čije su vodene otopine poznate kao fluoridne i kloridne kiseline. C interaguje na temperaturi od 450-500 stepeni, pritisku od 30-100 mPa i u prisustvu katalizatora:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

Razmatrana hemijska svojstva vodonika imaju veliki značaj za industriju. Na primjer, možete dobiti vrijedan hemijski proizvod - amonijak. Glavna je sirovina za proizvodnju nitratne kiseline i azotnih đubriva: uree, amonijum nitrata.

Organska materija

Između ugljika i vodika dolazi do proizvodnje najjednostavnijeg ugljikovodika - metana:

C + 2H 2 = CH 4.

Supstanca je najvažnija komponenta prirodnih i koriste se kao vrijedne vrste goriva i sirovina za industriju organske sinteze.

U hemiji ugljikovih spojeva, element je dio ogromnog broja tvari: alkana, alkena, ugljikohidrata, alkohola itd. Poznate su mnoge reakcije organska jedinjenja sa H 2 molekulima. Imaju zajednički naziv - hidrogenacija ili hidrogenacija. Tako se aldehidi mogu reducirati vodonikom u alkohole, nezasićeni ugljovodonici - u alkane. Na primjer, etilen se pretvara u etan:

C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.

Hemijska svojstva vodonika, kao što je, na primjer, hidrogenacija tečnih ulja: suncokretovog, kukuruznog, repičinog, od velike su praktične važnosti. Dovodi do proizvodnje čvrste masti - svinjske masti koja se koristi u proizvodnji glicerina, sapuna, stearina i tvrdog margarina. Za poboljšanje izgled a dodaju se ukus prehrambenog proizvoda, mleko, životinjske masti, šećer i vitamini.

U našem članku proučavali smo svojstva vodika i otkrili njegovu ulogu u prirodi i ljudskom životu.

DEFINICIJA

Vodonik– prvi element periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev. Simbol - N.

Atomska masa – 1 amu. Molekul vodonika je dvoatomski – H2.

Elektronska konfiguracija atoma vodika je 1s 1. Vodonik pripada porodici s-elemenata. U svojim jedinjenjima pokazuje oksidaciona stanja -1, 0, +1. Prirodni vodonik se sastoji od dva stabilna izotopa - protijuma 1H (99,98%) i deuterijuma 2H (D) (0,015%) - i radioaktivnog izotopa tricijuma 3H (T) (količine u tragovima, poluživot - 12,5 godina).

Hemijska svojstva vodonika

U normalnim uslovima, molekularni vodonik pokazuje relativno nizak nivo reaktivnost, što se objašnjava visokom čvrstoćom veza u molekulu. Kada se zagrije, stupa u interakciju s gotovo svim jednostavnim tvarima formiranim od elemenata glavnih podgrupa (osim plemenitih plinova, B, Si, P, Al). U kemijskim reakcijama može djelovati i kao redukcijsko sredstvo (češće) i kao oksidacijsko sredstvo (rjeđe).

Vodonik eksponati svojstva redukcionog sredstva(H 2 0 -2e → 2H +) u sljedećim reakcijama:

1. Reakcije interakcije sa jednostavnim supstancama - nemetalima. Vodonik reaguje sa halogenima, štaviše, reakcija interakcije sa fluorom u normalnim uslovima, u mraku, sa eksplozijom, sa hlorom - pod osvetljenjem (ili UV zračenjem) prema lančanom mehanizmu, sa bromom i jodom samo kada se zagreju; kiseonik(mješavina kisika i vodonika u volumnom omjeru 2:1 naziva se "eksplozivni plin"), siva, nitrogen I ugljenik:

H 2 + Hal 2 = 2HHal;

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S = H 2 S (t = 150 – 300C);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

2. Reakcije interakcije sa složene supstance. Vodonik reaguje nije dovoljno sa oksidima aktivni metali , a sposoban je da reducira samo metale koji se nalaze u nizu aktivnosti desno od cinka:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O (t);

WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O (t).

Vodonik reaguje sa nemetalnim oksidima:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 – 300 atm., kat = ZnO, Cr 2 O 3).

Vodik ulazi u reakcije hidrogenacije sa organskim jedinjenjima klase cikloalkana, alkena, arena, aldehida i ketona itd. Sve ove reakcije se odvijaju zagrijavanjem, pod pritiskom, uz korištenje platine ili nikla kao katalizatora:

CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3 ;

C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12 ;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8 ;

CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3 .

Vodonik kao oksidaciono sredstvo(H 2 +2e → 2H -) se pojavljuje u reakcijama sa alkalnim i zemnoalkalni metali. U tom slučaju nastaju hidridi - kristalna jonska jedinjenja u kojima vodonik pokazuje oksidaciono stanje -1.

2Na +H 2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

Fizička svojstva vodonika

Vodonik je lagan, bezbojan gas bez mirisa, gustine u ambijentalnim uslovima. – 0,09 g/l, 14,5 puta lakši od vazduha, t ključanja = -252,8C, t pl = - 259,2C. Vodonik je slabo rastvorljiv u vodi i organskim rastvaračima, veoma je rastvorljiv u nekim metalima: niklu, paladijumu, platini.

Prema modernoj kosmohemiji, vodonik je najčešći element u svemiru. Glavni oblik postojanja vodonika u vanjski prostor– pojedinačni atomi. Vodonik je 9. najzastupljeniji element na Zemlji među svim elementima. Glavna količina vodonika na Zemlji je u vezanom stanju - u sastavu vode, nafte, prirodnog gasa, ugalj itd. Vodik se rijetko nalazi u obliku jednostavne tvari - u sastavu vulkanskih plinova.

Proizvodnja vodonika

Postoje laboratorijske i industrijske metode za proizvodnju vodonika. Laboratorijske metode uključuju interakciju metala sa kiselinama (1), kao i interakciju aluminijuma sa vodenim rastvorima alkalija (2). Među industrijske metode u proizvodnji vodonika, elektroliza vodenih rastvora alkalija i soli (3) i konverzija metana (4) igraju važnu ulogu:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Kada 23,8 g metala kalaja reaguje sa viškom hlorovodonične kiseline Vodnik je oslobođen u količini dovoljnoj da se dobije 12,8 g metala bakra Odrediti oksidacijsko stanje kalaja u rezultirajućem spoju.
Rješenje	Na osnovu elektronska struktura atoma kalaja (...5s 2 5p 2), možemo zaključiti da kalaj karakterišu dva oksidaciona stanja - +2, +4. Na osnovu toga kreiramo jednadžbe za moguće reakcije: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3). Nađimo količinu bakrene supstance: v(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 12,8/64 = 0,2 mol. Prema jednačini 3, količina vodonikove supstance: v(H 2) = v(Cu) = 0,2 mol. Znajući masu kalaja, nalazimo njegovu količinu supstance: v(Sn) = m(Sn)/M(Sn) = 23,8/119 = 0,2 mol. Uporedimo količine kalaja i vodonika prema jednadžbi 1 i 2 i prema uslovima zadatka: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (jednačina 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (jednačina 2); v(Sn): v(H 2) = 0,2:0,2 = 1:1 (problemski uvjet). Prema tome, kositar reaguje sa hlorovodoničnom kiselinom prema jednačini 1 i oksidaciono stanje kositra je +2.
Odgovori	Oksidacijsko stanje kalaja je +2.

PRIMJER 2

Vježbajte	Gas oslobođen djelovanjem 2,0 g cinka na 18,7 ml 14,6% hlorovodonične kiseline (gustina rastvora 1,07 g/ml) propušten je zagrevanjem preko 4,0 g bakar (II) oksida. Kolika je masa dobivene čvrste smjese?
Rješenje	Kada cink reaguje sa hlorovodoničnom kiselinom, oslobađa se vodik: Zn + 2HCl = ZnSl 2 + H 2 (1), koji, kada se zagrije, reducira bakrov(II) oksid u bakar(2): CuO + H 2 = Cu + H 2 O. Nađimo količine tvari u prvoj reakciji: m (rastvor HCl) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 g; v(HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. Cink je u nedostatku, pa je količina vodonika koja se oslobađa iznosi: v(H 2) = v(Zn) = 0,031 mol. U drugoj reakciji vodonika nedostaje jer: v(SuO) = 4,0/80 = 0,05 mol. Kao rezultat reakcije, 0,031 mol CuO će se pretvoriti u 0,031 mol Cu, a gubitak mase će biti: m(SuO) – m(Su) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 g. Masa čvrste mješavine CuO i Cu nakon prolaska vodonika bit će: 4,0-0,5 = 3,5 g.
Odgovori	Masa čvrste mešavine CuO i Cu je 3,5 g.

Vodonik je prvi element u Periodni sistem hemijskih elemenata, ima atomski broj 1 i relativan atomska masa 1.0079. Koja su fizička svojstva vodonika?

Fizička svojstva vodonika

U prevodu s latinskog, vodonik znači "rađanje vode". Davne 1766. godine engleski naučnik G. Cavendish sakupio je "zapaljivi vazduh" koji se oslobađa kada kiseline deluju na metale i počeo da proučava njegova svojstva. Godine 1787, A. Lavoisier je definisao ovaj "zapaljivi vazduh" kao novi hemijski element, koji je dio vode.

Rice. 1. A. Lavoisier.

Vodik ima 2 stabilna izotopa - protij i deuterijum, kao i jedan radioaktivni - tricijum, čija je količina na našoj planeti vrlo mala.

Vodonik je najzastupljeniji element u svemiru. Sunce i većina zvijezda imaju vodonik kao glavni element. Ovaj gas se takođe nalazi u vodi, nafti i prirodnom gasu. Ukupni sadržaj vodonika na Zemlji je 1%.

Rice. 2. Formula vodonika.

Atom ove supstance sadrži jezgro i jedan elektron. Kada vodonik izgubi elektron, on formira pozitivno nabijen ion, odnosno pokazuje metalna svojstva. Ali atom vodonika je sposoban ne samo da izgubi, već i dobije elektron. Po tome je vrlo sličan halogenima. Dakle, vodonik u periodnom sistemu pripada obema grupama I i VII. Nemetalna svojstva vodonika su izraženija.

Molekul vodonika sastoji se od dva atoma povezana kovalentnom vezom

U normalnim uslovima, vodonik je bezbojni gasoviti element bez mirisa i ukusa. 14 puta je lakši od vazduha, a tačka ključanja je -252,8 stepeni Celzijusa.

Tabela “Fizička svojstva vodonika”

Osim fizička svojstva Vodonik takođe ima niz hemijskih svojstava. Vodik, kada se zagrije ili pod utjecajem katalizatora, reagira s metalima i nemetalima, sumporom, selenom, telurom, a također može reducirati okside mnogih metala.

Proizvodnja vodonika

Od industrijskih metoda za proizvodnju vodika (osim elektrolize vodenih otopina soli) treba napomenuti sljedeće:

• propuštanje vodene pare kroz vrući ugalj na temperaturi od 1000 stepeni:

• konverzija metana vodenom parom na temperaturi od 900 stepeni:

CH 4 +2H 2 O=CO 2 +4H 2

Generalizirajuća shema "VODIK"

I. Vodonik je hemijski element

a) Pozicija u PSHE

• serijski broj br. 1
• period 1
• grupa I (glavna podgrupa “A”)
• relativna masa Ar(H)=1
• Latinski naziv Hydrogenium (rađanje vode)

b) Rasprostranjenost vodonika u prirodi

Vodonik je hemijski element.	U zemljinoj kori(litosfera i hidrosfera) – 1% po težini (10. mjesto među svim elementima)
	ATMOSFERA - 0,0001% po broju atoma
	Najčešći element u svemiru – 92% svih atoma (glavni komponenta zvijezde i međuzvjezdani plin)

Vodonik je hemikalija element	U vezama	H 2 O - voda(11% po težini)
		CH 4 – gas metan(25% po težini)
		Organska materija (nafta, zapaljivi prirodni gasovi i dr.) U životinjskim i biljnim organizmima(odnosno u sastav proteina, nukleinske kiseline, masti, ugljikohidrati i dr.) U ljudskom tijelu u prosjeku sadrži oko 7 kilograma vodonika.

c) Valencija vodonika u jedinjenjima

II. Vodik je jednostavna supstanca (H2)

Potvrda

1. Laboratorij (Kipp aparat) A) Interakcija metala sa kiselinama: Zn+ 2HCl = ZnCl 2 + H 2 sol B) Interakcija aktivnih metala sa vodom: 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 baza

2. Industrija · Elektroliza vode email struja 2H 2 O =2H 2 + O 2 · Od prirodnog gasa t,Ni CH 4 + 2H 2 O=4H 2 +CO 2

Pronalaženje vodonika u prirodi.

Vodik je rasprostranjen u prirodi, njegov sadržaj u zemljinoj kori (litosferi i hidrosferi) iznosi 1% po masi i 16% po broju atoma. Vodonik je deo najzastupljenije supstance na Zemlji - vode (11,19% masenog udela vodonika), u sastavu jedinjenja koja čine ugalj, naftu, prirodne gasove, glinu, kao i životinjske i biljne organizme (tj. sastav proteina, nukleinskih kiselina, masti, ugljikohidrata i dr.). Vodik je izuzetno rijedak u slobodnom stanju; nalazi se u malim količinama u vulkanskim i drugim prirodnim plinovima. Manje količine slobodnog vodonika (0,0001% po broju atoma) su prisutne u atmosferi. U svemiru blizu Zemlje, vodonik u obliku toka protona formira unutrašnji (“protonski”) radijacijski pojas Zemlje. U svemiru, vodonik je najzastupljeniji element. U obliku plazme, čini oko polovinu mase Sunca i većine zvijezda, najveći dio plinova međuzvjezdanog medija i plinovitih maglina. Vodonik je prisutan u atmosferi brojnih planeta i kometa u obliku slobodnog H2, metana CH4, amonijaka NH3, vode H2O i radikala. U obliku struje protona, vodonik je dio korpuskularnog zračenja Sunca i kosmičkih zraka.

Postoje tri izotopa vodonika:
a) laki vodonik - protij,
b) teški vodonik – deuterijum (D),
c) superteški vodonik – tricijum (T).

Tricij je nestabilan (radioaktivan) izotop, tako da se u prirodi praktički ne nalazi. Deuterijum je stabilan, ali je veoma mali: 0,015% (od mase celog zemaljskog vodonika).

Valencija vodonika u jedinjenjima

U jedinjenjima, vodonik pokazuje valenciju I.

Fizička svojstva vodonika

Prosta supstanca vodonik (H 2) je gas, lakši od vazduha, bezbojan, bez mirisa, bez ukusa, tačka ključanja = – 253 0 C, vodonik je nerastvorljiv u vodi, zapaljiv. Vodik se može prikupiti istiskivanjem zraka iz epruvete ili vode. U tom slučaju, epruveta mora biti okrenuta naopako.

Proizvodnja vodonika

U laboratoriji se kao rezultat reakcije proizvodi vodik

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Umjesto cinka možete koristiti željezo, aluminij i neke druge metale, a umjesto sumporne kiseline možete koristiti neke druge razrijeđene kiseline. Dobijeni vodonik se sakuplja u epruveti istiskivanjem vode (vidi sliku 10.2 b) ili jednostavno u obrnutoj tikvici (slika 10.2 a).

U industriji, vodik se proizvodi u velikim količinama iz prirodnog plina (uglavnom metana) reakcijom s vodenom parom na 800 °C u prisustvu nikalnog katalizatora:

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 (t, Ni)

ili tretirati ugalj na visokoj temperaturi vodenom parom:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2. (t)

Čisti vodonik se dobija iz vode njenom razgradnjom strujni udar(podložno elektrolizi):

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (elektroliza).

Karakteristike s-elemenata

Blok s-elemenata uključuje 13 elemenata kojima je zajednička izgradnja vanjskog energetskog nivoa u njihovim atomima s-podnivoa.

Iako su vodonik i helijum klasifikovani kao s-elementi, zbog specifične prirode njihovih svojstava, treba ih razmatrati odvojeno. Vodonik, natrijum, kalijum, magnezijum, kalcijum su vitalni elementi.

Jedinjenja s-elemenata pokazuju opšte obrasce u svojim svojstvima, što se objašnjava sličnošću elektronske strukture njihovih atoma. Svi spoljašnji elektroni su valentni elektroni i učestvuju u formiranju hemijskih veza. Stoga je maksimalno oksidaciono stanje ovih elemenata u jedinjenjima jednako broj elektrona u vanjskom sloju i prema tome je jednak broju grupe u kojoj se element nalazi. Oksidacijsko stanje metala s-elemenata je uvijek pozitivno. Još jedna karakteristika je da nakon što se elektroni vanjskog sloja razdvoje, ostaje jon s ljuskom plemenitog plina. Prilikom povećanja serijski broj elementa, atomskog radijusa, energija jonizacije opada (sa 5,39 eV y Li na 3,83 eV y Fr), a redukciona aktivnost elemenata raste.

Velika većina jedinjenja s-elemenata je bezbojna (za razliku od jedinjenja d-elemenata), budući da je prelazak d-elektrona iz niskog nivoi energije do viših nivoa energije.

Jedinjenja elemenata grupa IA - IIA su tipične soli, u vodenom rastvoru gotovo potpuno disociraju na ione i nisu podložni katjonskoj hidrolizi (osim soli Be 2+ i Mg 2+).

jonski kovalentni hidrogen hidrid

Kompleksacija nije tipična za jone s-elemenata. Kristalni kompleksi s - elemenata sa ligandima H 2 O-kristalni hidrati poznati su od davnina, na primjer: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-boraks, KAl (SO 4) 2 12H 2 O-stipsa. Molekule vode u kristalnim hidratima su grupisane oko kationa, ali ponekad u potpunosti okružuju anion. Zbog malog naboja jona i velikog radijusa jona, alkalni metali su najmanje skloni formiranju kompleksa, uključujući akva komplekse. Kao agens za stvaranje kompleksa u kompleksna jedinjenja Litijum, berilijum i magnezijum joni su niske stabilnosti.

Vodonik. Hemijska svojstva vodonika

Vodonik je najlakši s-element. Njegovo elektronska konfiguracija u osnovnom stanju 1S 1. Atom vodonika sastoji se od jednog protona i jednog elektrona. Posebnost vodonika je u tome što se njegov valentni elektron nalazi direktno u sferi djelovanja atomskog jezgra. Vodonik nema srednji elektronski sloj, tako da se vodonik ne može smatrati elektronskim analogom alkalnih metala.

Kao i alkalni metali, vodonik je redukciono sredstvo i pokazuje oksidaciono stanje od +1. Spektri vodonika su slični spektrima alkalnih metala. Ono što vodik čini sličnim alkalnim metalima je njegova sposobnost da proizvodi hidratizirani, pozitivno nabijeni H+ jon u otopinama.

Poput halogena, atomu vodika nedostaje jedan elektron. Ovo određuje postojanje H-hidridnog jona.

Osim toga, kao i atomi halogena, atomi vodonika se odlikuju visokom energijom jonizacije (1312 kJ/mol). Dakle, vodonik zauzima posebnu poziciju u periodnom sistemu elemenata.

Vodonik je najzastupljeniji element u svemiru, koji čini polovinu mase Sunca i većine zvijezda.

Na Suncu i drugim planetama vodonik je u atomskom stanju, u međuzvjezdanom mediju u obliku djelomično joniziranih dvoatomskih molekula.

Vodonik ima tri izotopa; protij 1 H, deuterijum 2 D i tricijum 3 T, a tricijum je radioaktivni izotop.

Molekule vodika odlikuju se visokom čvrstoćom i niskom polarizabilnošću, malom veličinom i malom masom, te imaju veliku pokretljivost. Stoga, vodonik ima vrlo niske temperature topljenje (-259,2 o C) i ključanje (-252,8 o C). Zbog visoke energije disocijacije (436 kJ/mol), raspadanje molekula na atome se dešava na temperaturama iznad 2000 o C. Vodonik je bezbojan gas, bez mirisa i ukusa. Ima malu gustinu - 8,99·10 -5 g/cm Pri veoma visokim pritiscima vodonik prelazi u metalno stanje. Vjeruje se da na udaljenim planetama Solarni sistem- Na Jupiteru i Saturnu vodonik je u metalnom stanju. Postoji pretpostavka da sastav Zemljinog jezgra uključuje i metalni vodonik, gdje se nalazi pod ultravisokim pritiskom koji stvara Zemljin omotač.

Hemijska svojstva. Na sobnoj temperaturi molekularni vodonik reaguje samo sa fluorom, kada je zračen svetlošću - sa hlorom i bromom, a kada se zagreva sa O 2, S, Se, N 2, C, I 2.

Reakcije vodika s kisikom i halogenima odvijaju se po radikalnom mehanizmu.

Interakcija s hlorom je primjer nerazgranate reakcije kada se ozrači svjetlošću (fotohemijska aktivacija) ili kada se zagrije (termalna aktivacija).

Sl+ H2 = HCl + H (razvoj lanca)

H+ Cl 2 = HCl + Cl

Eksplozija detonirajućeg plina - smjese vodika i kisika - primjer je procesa razgranatog lanca, kada pokretanje lanca uključuje ne jednu, već nekoliko faza:

H 2 + O 2 = 2OH

H+ O 2 = OH+O

O+ H 2 = OH+ H

OH + H 2 = H 2 O + H

Proces eksplozije se može izbjeći ako radite s čistim vodonikom.

Budući da je vodonik karakteriziran pozitivnim (+1) i negativnim (-1) oksidacijskim stanjem, vodik može pokazati i redukcijska i oksidirajuća svojstva.

Redukciona svojstva vodika manifestiraju se u interakciji s nemetalima:

H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g),

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g),

Ove reakcije se odvijaju uz oslobađanje velike količine topline, što ukazuje na visoku energiju (snagu) H-Cl, H-O veza. Stoga vodik pokazuje redukcijska svojstva prema mnogim oksidima i halogenidima, na primjer:

Ovo je osnova za korištenje vodika kao redukcijskog sredstva za dobivanje jednostavne supstance od halogenih oksida.

Još jači reduktor je atomski vodonik. Nastaje iz molekularnog pražnjenja elektrona pod uslovima niskog pritiska.

Vodik ima visoku redukcijsku aktivnost u trenutku oslobađanja tokom interakcije metala sa kiselinom. Ovaj vodonik reducira CrCl 3 u CrCl 2:

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^

Interakcija vodika sa dušikovim oksidom (II) je važna:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Koristi se u sistemima za prečišćavanje za proizvodnju azotne kiseline.

Kao oksidant, vodik stupa u interakciju s aktivnim metalima:

U ovom slučaju, vodik se ponaša kao halogen, formirajući slično halogenidima hidridi.

Hidridi s-elemenata I grupe imaju jonsku strukturu tipa NaCl. Hemijski, jonski hidridi se ponašaju kao bazična jedinjenja.

Kovalentni hidridi uključuju hidride nemetalnih elemenata koji su manje elektronegativni od samog vodonika, na primjer, hidride sastava SiH 4, BH 3, CH 4. Po hemijskoj prirodi, hidridi nemetala su kisela jedinjenja.

Karakteristična karakteristika hidrolize hidrida je oslobađanje vodika; reakcija se odvija redoks mehanizmom.

Osnovni hidrid

Acid hidrid

Zbog oslobađanja vodika, hidroliza se odvija potpuno i nepovratno (?H<0, ?S>0). U ovom slučaju bazični hidridi formiraju alkalije, a kiseli hidridi kiselinu.

Standardni potencijal sistema je B. Dakle, H jon je jak redukcioni agens.

U laboratoriji, vodik se proizvodi reakcijom cinka sa 20% sumporne kiseline u Kipp aparatu.

Tehnički cink često sadrži male nečistoće arsena i antimona, koje se redukuju vodonikom u trenutku oslobađanja u otrovne gasove: arsin SbH 3 i stabin SbH Ovaj vodonik vas može otrovati. Sa hemijski čistim cinkom, reakcija se odvija sporo zbog prenapona i ne može se postići dobra struja vodonika. Brzina ove reakcije se povećava dodavanjem kristala bakar sulfata; reakcija se ubrzava stvaranjem Cu-Zn galvanskog para.

Čistiji vodik nastaje djelovanjem lužine na silicij ili aluminij kada se zagrije:

U industriji se čisti vodonik proizvodi elektrolizom vode koja sadrži elektrolite (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2).

Velike količine vodonika proizvode se kao nusproizvod tokom elektrolize vodeni rastvor natrijum hlorid sa dijafragmom koja razdvaja katodni i anodni prostor,

Najveća količina vodika se dobija gasifikacijom čvrstog goriva (antracita) pregrijanom vodenom parom:

Ili konverzijom prirodnog plina (metana) pregrijanom parom:

Dobivena smjesa (sintetski plin) se koristi u proizvodnji mnogih organskih spojeva. Prinos vodonika može se povećati propuštanjem sintetskog gasa preko katalizatora, koji pretvara CO u CO 2 .

Aplikacija. Velika količina vodika se troši u sintezi amonijaka. Za proizvodnju hlorovodonika i hlorovodonične kiseline, za hidrogenaciju biljnih masti, za redukciju metala (Mo, W, Fe) iz oksida. Vodonik-kiseonički plamen koristi se za zavarivanje, rezanje i topljenje metala.

Kao raketno gorivo koristi se tečni vodonik. Vodonično gorivo je ekološki prihvatljivo i energetski intenzivniji od benzina, tako da u budućnosti može zamijeniti naftne derivate. Već nekoliko stotina automobila u svijetu pokreće vodonik. Problemi energije vodika su povezani sa skladištenjem i transportom vodonika. Vodonik se skladišti u podzemnim tankerima u tečnom stanju pod pritiskom od 100 atm. Prevoz velikih količina tečnog vodonika predstavlja ozbiljne rizike.