Индустриските методи за производство на едноставни материи зависат од формата во која се наоѓа соодветниот елемент во природата, односно што може да биде суровина за неговото производство. Така, кислородот, кој е достапен во слободна состојба, се добива физички - со одвојување од течен воздух. Речиси целиот водород е во форма на соединенија, па за да го добијат користат хемиски методи. Особено, може да се користат реакции на распаѓање. Еден начин за производство на водород е преку распаѓање на водата со електрична струја.

Основни индустриски методпроизводство на водород - реакција на метанот, кој е дел од природниот гас, со вода. Се изведува на висока температура (лесно е да се потврди дека при поминување на метан дури и низ вода што врие, не се јавува реакција):

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

Во лабораторија, за да се добијат едноставни материи, тие не мора да користат природни суровини, туку ги избираат оние почетни материјали од кои е полесно да се изолира потребната материја. На пример, во лабораторија, кислородот не се добива од воздухот. Истото важи и за производството на водород. Еден од лабораториските методи за производство на водород, кој понекогаш се користи во индустријата, е разградувањето на водата со електрична струја.

Вообичаено, водородот се произведува во лабораторија со реакција на цинк со хлороводородна киселина.

Во индустријата

1.Електролиза водени растворисоли:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Поминување на водена пареа преку топла коксна температури околу 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Од природен гас.

Конверзија на пареа: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Каталитичка оксидација со кислород: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Пукнување и реформирање на јаглеводороди за време на рафинирање на нафта.

Во лабораторијата

1.Ефектот на разредените киселини врз металите.За да се спроведе оваа реакција, најчесто се користат цинк и хлороводородна киселина:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Интеракција на калциум со вода:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Хидролиза на хидриди:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Ефект на алкалите на цинк или алуминиум:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Користење на електролиза.При електролиза на водени раствори на алкалии или киселини, водородот се ослободува на катодата, на пример:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

  • Биореактор за производство на водород

Физички својства

Водородниот гас може да постои во две форми (модификации) - во форма на орто - и пара-водород.

Во молекула на ортоводород (mp. −259,10 °C, bp −252,56 °C) нуклеарните вртежи се насочени идентично (паралелно), а во параводородот (mp. −259,32 °C, bp. точка на вриење -252,89 °C) - спротивни едни на други (антипаралелни).

Алотропните форми на водород може да се одвојат со адсорпција на активниот јаглерод на температура на течен азот. При многу ниски температури, рамнотежата помеѓу ортоводородот и параводородот е речиси целосно поместена кон второто. На 80 K односот на формите е приближно 1:1. Кога се загрева, десорбираниот параводород се трансформира во ортоводород додека не се формира рамнотежа на собна температурамешавини (орто-пара: 75:25). Без катализатор, трансформацијата се случува бавно, што овозможува да се проучат својствата на поединечните алотропни форми. Молекулата на водородот е дијатомска - H2. Во нормални услови, тој е безбоен, без мирис и без вкус гас. Водородот е најлесниот гас, неговата густина е многу пати помала од густината на воздухот. Очигледно, колку е помала масата на молекулите, толку е поголема нивната брзина на иста температура. Како најлесните молекули, молекулите на водородот се движат побрзо од молекулите на кој било друг гас и на тој начин можат побрзо да ја пренесат топлината од едно тело на друго. Оттука произлегува дека водородот има најголема топлинска спроводливост меѓу гасните материи. Неговата топлинска спроводливост е приближно седум пати повисока од топлинската спроводливост на воздухот.

Хемиски својства

Молекулите на водородот H2 се доста силни, а за водородот да реагира, мора да се потроши многу енергија: H 2 = 2H - 432 kJ Затоа, на обични температури, водородот реагира само со многу активни метали, на пример, со калциум, формирајќи калциум хидрид: Ca + H 2 = CaH 2 и со единствениот неметал - флуор, формирајќи водород флуорид: F 2 + H 2 = 2HF Со повеќето метали и неметали, водородот реагира на покачени температури или под други влијанија, на пример кога е осветлено. Може да го „одземе“ кислородот од некои оксиди, на пример: CuO + H 2 = Cu + H 2 0 Пишаната равенка ја одразува реакцијата на редукција. Редукционите реакции се процеси во кои кислородот се отстранува од соединението; Супстанциите кои одземаат кислород се нарекуваат редукциони агенси (тие самите оксидираат). Понатаму, ќе биде дадена друга дефиниција за концептите „оксидација“ и „намалување“. А оваа дефиниција, историски првиот, останува важен и денес, особено во органската хемија. Редукцијата е спротивна на реакцијата на оксидација. И двете од овие реакции секогаш се случуваат истовремено како еден процес: кога една супстанција се оксидира (намалува), редукцијата (оксидацијата) на друга нужно се случува истовремено.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Форми со халогени водородни халиди:

F 2 + H 2 → 2 HF, реакцијата се јавува експлозивно во темница и на која било температура, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, реакцијата се јавува експлозивно, само на светлина.

Тоа е во интеракција со саѓи при висока топлина:

C + 2H 2 → CH 4

Интеракција со алкални и земноалкални метали

Водородот се формира со активни метали хидриди:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Хидриди- налик на сол, цврсти материи, лесно се хидролизираат:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Интеракција со метални оксиди (обично d-елементи)

Оксидите се редуцираат на 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

Хидрогенизација на органски соединенија

Кога водородот делува на незаситените јаглеводороди во присуство на никел катализатор и на покачени температури, се јавува реакција хидрогенизација:

CH 2 = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Водородот ги редуцира алдехидите во алкохоли:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Геохемија на водород

Водород - основен градежен материјалуниверзум. Тој е најчестиот елемент, а сите елементи се формираат од него како резултат на термонуклеарни и нуклеарни реакции.

Слободниот водород H2 е релативно редок кај копнените гасови, но во форма на вода зазема исклучително важен дел во геохемиските процеси.

Водородот може да биде присутен во минералите во форма на амониум јон, хидроксил јон и кристална вода.

Во атмосферата, водородот континуирано се произведува како резултат на распаѓањето на водата со сончевото зрачење. Мигрира во горната атмосфера и бега во вселената.

Апликација

  • Водородна енергија

Атомскиот водород се користи за атомско водородно заварување.

ВО Прехранбена индустријаводородот е регистриран како адитиви за храна E949, како гас за пакување.

Карактеристики на лекување

Водородот, кога се меша со воздухот, формира експлозивна смеса - таканаречен детонирачки гас. Овој гас е најексплозивен кога односот на волуменот на водородот и кислородот е 2:1, или водородот и воздухот е приближно 2:5, бидејќи воздухот содржи приближно 21% кислород. Водородот е исто така опасност од пожар. Течниот водород може да предизвика сериозни смрзнатини ако дојде во контакт со кожата.

Експлозивните концентрации на водород и кислород се јавуваат од 4% до 96% по волумен. Кога се меша со воздух од 4% до 75(74)% по волумен.

Употреба на водород

Во хемиската индустрија, водородот се користи за производство на амонијак, сапун и пластика. Во прехранбената индустрија, маргаринот се прави од течни растителни масла користејќи водород. Водородот е многу лесен и секогаш се крева во воздухот. Некогаш, воздушни бродови и Балониисполнет со водород. Но, во 30-тите. XX век Се случија неколку страшни катастрофи кога експлодираа и изгореа воздушни бродови. Во денешно време, воздушните бродови се полни со гас хелиум. Водородот се користи и како ракетно гориво. Еден ден, водородот може широко да се користи како гориво за автомобили и камиони. Водородните мотори не загадуваат животната срединаи испуштаат само водена пареа (иако самото производство на водород доведува до одредено загадување на животната средина). Нашето Сонце главно е направено од водород. Сончевата топлина и светлина се резултат на ослободување на нуклеарна енергија од фузија на водородни јадра.

Користење на водород како гориво (исплатливо)

Најважната карактеристика на супстанциите што се користат како гориво е нивната топлина на согорување. Од курсот општа хемијаПознато е дека реакцијата помеѓу водородот и кислородот се случува со ослободување на топлина. Ако под стандардни услови земеме 1 mol H 2 (2 g) и 0,5 mol O 2 (16 g) и ја возбудиме реакцијата, тогаш според равенката

H 2 + 0,5 O 2 = H 2 O

по завршување на реакцијата, се формира 1 mol H 2 O (18 g) со ослободување на енергија 285,8 kJ/mol (за споредба: топлината на согорувањето на ацетилен е 1300 kJ/mol, пропан - 2200 kJ/mol) . 1 m³ водород тежи 89,8 g (44,9 mol). Затоа, за производство на 1 m³ водород, ќе се потрошат 12832,4 kJ енергија. Земајќи го во предвид фактот дека 1 kWh = 3600 kJ, добиваме 3,56 kWh електрична енергија. Знаејќи ја тарифата за 1 kWh електрична енергија и цената на 1 m³ гас, можеме да заклучиме дека е препорачливо да се префрли на водородно гориво.

На пример, експерименталниот модел на Honda FCX од третата генерација со резервоар за водород од 156 литри (содржи 3,12 kg водород под притисок од 25 MPa) поминува 355 km. Според тоа, од 3,12 kg H2 се добиваат 123,8 kWh. На 100 km потрошувачката на енергија ќе биде 36,97 kWh. Знаејќи ги трошоците за електрична енергија, трошоците за гас или бензин и нивната потрошувачка за автомобил на 100 км, лесно е да се пресмета негативниот економски ефект од префрлањето на автомобилите на водородно гориво. Да речеме (Русија 2008), 10 центи по kWh електрична енергија доведува до фактот дека 1 m³ водород доведува до цена од 35,6 центи, а земајќи ја предвид ефикасноста на распаѓање на водата од 40-45 центи, исто толку kWh од согорување на бензин чини 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 центи/l=34 центи по малопродажни цени, додека за водород ја пресметавме идеалната опција, без да се земе предвид транспортот, амортизацијата на опремата итн. За метан со енергија на согорување од околу 39 MJ на m³ резултатот ќе биде два до четири пати помал поради разликата во цената (1 m³ за Украина чини 179 долари, а за Европа 350 долари). Односно, еквивалентно количество метан ќе чини 10-20 центи.

Сепак, не треба да заборавиме дека кога го согоруваме водородот, добиваме чиста вода од која е извлечен. Односно имаме обновлива акумулаторенергија без штета на животната средина, за разлика од гасот или бензинот, кои се примарни извори на енергија.

Php на линија 377 Предупредување: бара (http://www..php): не успеа да се отвори протокот: не може да се најде соодветна обвивка во /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php на линијата 377 Fatal грешка: бара (): Потребно е неуспешно отворање „http://www..php“ (include_path="..php на линија 377

Водородот е едноставна супстанција H2 (диводород, дипротиум, лесен водород).

Кратко карактеристика на водород:

  • Неметал.
  • Безбоен гас, тешко се втечнува.
  • Слабо растворлив во вода.
  • Подобро се раствора во органски растворувачи.
  • Хемисорпција од метали: железо, никел, платина, паладиум.
  • Силен редуцирачки агенс.
  • Во интеракција (на високи температури) со неметали, метали, метални оксиди.
  • Атомскиот водород H0, добиен од термичкото распаѓање на H2, има најголема редуцирачка способност.
  • Изотопи на водород:
    • 1 H - протиум
    • 2 H - деутериум (D)
    • 3H - тритиум (Т)
  • Релативна молекуларна тежина = 2,016
  • Релативна густина на цврст водород (t=-260°C) = 0,08667
  • Релативна густина на течен водород (t=-253°C) = 0,07108
  • Прекумерен притисок (бр.с.) = 0,08988 g/l
  • температура на топење = -259,19°C
  • точка на вриење = -252,87°C
  • Волуметриски коефициент на растворливост во водород:
    • (t=0°C) = 2,15;
    • (t=20°C) = 1,82;
    • (t=60°C) = 1,60;

1. Термичко распаѓање на водород(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Интеракција на водородот со неметали:

  • H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
  • H 2 +Cl 2 = 2HCl (кога гори или е изложено на светлина на собна температура):
    • Cl 2 = 2Cl 0
    • Cl 0 + H 2 = HCl + H 0
    • H 0 + Cl 2 = HCl + Cl 0
  • H2 +Br2 = 2HBr (t=350-500°C, платина катализатор)
  • H 2 + I 2 = 2HI (t = 350-500 ° C, платина катализатор)
  • H 2 + O 2 = 2H 2 O:
    • H 2 + O 2 = 2OH 0
    • OH 0 + H 2 = H 2 O + H 0
    • H 0 + O 2 = OH 0 + O 0
    • O 0 +H 2 = OH 0 +H 0
  • H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
  • 3H 2 +N 2 = 2NH 3 (t=500°C, железен катализатор)
  • 2H2 +C(кокс) = CH4 (t=600°C, платина катализатор)
  • H 2 + 2C (кокс) = C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
  • H 2 + 2C (кокс) + N 2 = 2HCN (t повеќе од 1800°C)

3. Интеракција на водородот со комплексни супстанции:

  • 4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (t повеќе од 570°C)
  • H 2 + Ag 2 SO 4 = 2Ag + H 2 SO 4 (t повеќе од 200 ° C)
  • 4H2 +2Na2SO4 = Na2S + 4H2O (t = 550-600°C, катализатор Fe2O3)
  • 3H 2 +2BCl 3 = 2B+6HCl (t = 800-1200°C)
  • H2 +2EuCl3 = 2EuCl2 +2HCl (t = 270°C)
  • 4H 2 +CO 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 ° C, CuO 2 катализатор)
  • H 2 + CaC 2 = Ca + C 2 H 2 (t над 2200 ° C)
  • H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t до 0°C, раствор)

4. Учество на водород во редокс реакции:

  • 2H 0 (Zn, дил. HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
  • 8H 0 (Al, конк. KOH) + KNO 3 = NH 3 + KOH + 2H 2 O
  • 2H 0 (Zn, дил. HCl) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
  • 2H 0 (Al) + NaOH (конк.) + Ag 2 S = 2Ag ↓ + H 2 O + NaHS
  • 2H 0 (Zn, дил. H 2 SO 4) + C 2 N 2 = 2HCN

Водородни соединенија

D2 - дидеутериум:

  • Тежок водород.
  • Безбоен гас, тешко се втечнува.
  • Дидеутериумот е содржан во природниот водород на 0,012-0,016% (по тежина).
  • Во гасната мешавина од дидеутериум и протиум, размената на изотоп се случува на високи температури.
  • Малку растворлив во обична и тешка вода.
  • Со обична вода, размената на изотоп е занемарлива.
  • Хемиски својствасличен на лесен водород, но дидеутериумот е помалку реактивен.
  • Релативна молекуларна тежина = 4,028
  • Релативна густина на течен дидеутериум (t=-253°C) = 0,17
  • температура на топење = -254,5°C
  • точка на вриење = -249,49°C

Т 2 - дитрициум:

  • Супертежок водород.
  • Безбоен радиоактивен гас.
  • Полуживот 12,34 години.
  • Во природата, дитрициумот се формира како резултат на бомбардирање на јадра од 14 N од неутрони од космичко зрачење; траги од дитрициум се пронајдени во природните води.
  • Дитрициумот се произведува во нуклеарен реактор со бомбардирање на литиум со бавни неутрони.
  • Релативна молекуларна тежина = 6,032
  • температура на топење = -252,52°C
  • точка на вриење = -248,12°C

HD - деутериум водород:

  • Безбоен гас.
  • Не се раствора во вода.
  • Хемиски својства слични на H2.
  • Релативна молекуларна тежина = 3,022
  • Релативна густина на цврст деутериум водород (t=-257°C) = 0,146
  • Прекумерен притисок (бр.с.) = 0,135 g/l
  • температура на топење = -256,5°C
  • точка на вриење = -251,02°C

Водородни оксиди

H 2 O - вода:

  • Безбојна течност.
  • Според изотопскиот состав на кислородот, водата се состои од H 2 16 O со нечистотии H 2 18 O и H 2 17 O
  • Според водородниот изотопски состав, водата се состои од 1 H 2 O со мешавина на HDO.
  • Течната вода се подложува на протолиза (H 3 O + и OH -):
    • H 3 O + (оксониум катјон) е најмногу силна киселинаво воден раствор;
    • OH - (хидроксиден јон) е најсилната база во воден раствор;
    • Водата е најслабиот конјугатен протолит.
  • Со многу супстанции, водата формира кристални хидрати.
  • Водата е хемиски активна супстанција.
  • Водата е универзален течен растворувач за неоргански соединенија.
  • Релативна молекуларна тежина на водата = 18,02
  • Релативна густина на цврста вода (мраз) (t=0°C) = 0,917
  • Релативна густина на течна вода:
    • (t=0°C) = 0,999841
    • (t=20°C) = 0,998203
    • (t=25°C) = 0,997044
    • (t=50°C) = 0,97180
    • (t=100°C) = 0,95835
  • густина (n.s.) = 0,8652 g/l
  • точка на топење = 0°C
  • точка на вриење = 100°C
  • Јонски производ на вода (25°C) = 1,008·10 -14

1. Термичко распаѓање на водата:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (над 1000°C)

D 2 O - деутериум оксид:

  • Тешка вода.
  • Безбојна хигроскопска течност.
  • Вискозитетот е поголем од оној на водата.
  • Се меша со обична вода во неограничени количини.
  • Изотопската размена произведува полутешка вода HDO.
  • Моќта на растворувач е помала од онаа на обичната вода.
  • Хемиските својства на деутериум оксидот се слични на хемиските својства на водата, но сите реакции се одвиваат побавно.
  • Тешка вода е присутна во природна вода(масен сооднос со обична вода 1:5500).
  • Деутериум оксид се добива со повторена електролиза на природна вода, во која тешката вода се акумулира во остатоците од електролитот.
  • Релативна молекуларна тежина на тешка вода = 20,03
  • Релативна густина на течна тешка вода (t=11,6°C) = 1,1071
  • Релативна густина на течна тешка вода (t=25°C) = 1,1042
  • температура на топење = 3,813°C
  • точка на вриење = 101,43°C

T 2 O - тритиум оксид:

  • Супер тешка вода.
  • Безбојна течност.
  • Вискозитетот е поголем, а моќта на растворање е помала од онаа на обичната и тешката вода.
  • Се меша со обична и тешка вода во неограничени количини.
  • Изотопската размена со обична и тешка вода доведува до формирање на HTO, DTO.
  • Хемиските својства на супертешката вода се слични на хемиските својства на водата, но сите реакции се одвиваат уште побавно отколку во тешката вода.
  • Траги од тритиум оксид се наоѓаат во природната вода и атмосферата.
  • Супертешка вода се добива со поминување на тритиум преку врел бакар оксид CuO.
  • Релативна молекуларна тежина на супертешка вода = 22,03
  • точка на топење = 4,5°C

Водородот (H) е многу лесен хемиски елемент, со содржина од 0,9% по маса во Земјината кора и 11,19% во вода.

Карактеристики на водородот

Тој е прв меѓу гасовите по леснотија. На нормални условибез вкус, без боја и апсолутно без мирис. Кога ќе влезе во термосферата, лета во вселената поради малата тежина.

Во целиот универзум, тој е најбројниот хемиски елемент (75% од вкупната маса на супстанции). Толку многу ѕвезди вселенасе состои целосно од него. На пример, Сонцето. Неговата главна компонента е водород. А топлината и светлината се резултат на ослободување на енергија кога јадрата на материјалот се спојуваат. Исто така во вселената има цели облаци од неговите молекули со различни големини, густини и температури.

Физички својства

Високата температура и притисок значително ги менуваат неговите квалитети, но во нормални услови тоа:

Има висока топлинска спроводливост во споредба со другите гасови,

Нетоксичен и слабо растворлив во вода,

Со густина од 0,0899 g/l на 0°C и 1 atm.,

Се претвора во течност на температура од -252,8°C

Станува тешко на -259,1°C.,

Специфична топлина на согорување 120.9.106 J/kg.

Да се ​​трансформира во течна или цврста состојба, висок притисок и многу ниски температури. Во течна состојба, тој е течен и лесен.

Хемиски својства

Под притисок и при ладење (-252,87 степени C), водородот добива течна состојба, што е полесна по тежина од кој било аналог. Во него зазема помалку простор отколку во гасовита форма.

Тоа е типичен неметал. Во лабораториите, тој се произведува со реакција на метали (како цинк или железо) со разредени киселини. Во нормални услови тој е неактивен и реагира само со активни неметали. Водородот може да го оддели кислородот од оксидите и да ги намали металите од соединенијата. Тој и неговите мешавини формираат водородни врски со одредени елементи.

Гасот е високо растворлив во етанол и во многу метали, особено во паладиум. Среброто не го раствора. Водородот може да се оксидира при согорување во кислород или воздух и при интеракција со халогени.

Кога се соединува со кислород, се формира вода. Ако температурата е нормална, тогаш реакцијата се одвива бавно, ако е над 550°C, експлодира (се претвора во детонирачки гас).

Пронаоѓање на водород во природата

Иако на нашата планета има многу водород, не е лесно да се најде во чиста форма. Малку може да се најде за време на вулкански ерупции, за време на производството на нафта и каде органската материја се распаѓа.

Повеќе од половина од вкупната количина е во составот со вода. Вклучено е и во структурата на нафта, разни глини, запаливи гасови, животни и растенија (присуството во секоја жива клетка е 50% по бројот на атоми).

Циклус на водород во природата

Секоја година, колосална количина (милијарди тони) растителни остатоци се распаѓаат во водните тела и почвата, а ова распаѓање ослободува огромна маса на водород во атмосферата. Се ослободува и при секоја ферментација предизвикана од бактерии, согорување и заедно со кислородот учествува во водниот циклус.

Апликации за водород

Елементот активно го користи човештвото во неговите активности, така што научивме да го добиеме на индустриско ниво за:

Метеорологија, хемиско производство;

Производство на маргарин;

Како ракетно гориво (течен водород);

Електроенергетска индустрија за ладење на електрични генератори;

Заварување и сечење метали.

Многу водород се користи во производството на синтетички бензин (за подобрување на квалитетот на горивото со низок квалитет), амонијак, водород хлорид, алкохоли и други материјали. Нуклеарната енергија активно ги користи своите изотопи.

Лекот „водород пероксид“ е широко користен во металургијата, електронската индустрија, производството на целулоза и хартија, за избелување на ленени и памучни ткаенини, за производство на бои за коса и козметика, полимери и во медицината за третман на рани.

„Експлозивната“ природа на овој гас може да стане смртоносно оружје - хидрогенска бомба. Неговата експлозија е придружена со ослободување на огромно количество радиоактивни материи и е деструктивна за сите живи суштества.

Контактот со течен водород и кожа може да предизвика тешки и болни смрзнатини.

Предавање 29

Водород. Вода

Преглед на предавање:

Вода. Хемиски и физички својства

Улогата на водородот и водата во природата

Водородот како хемиски елемент

Водородот е единствениот елемент периодниот системД.И. Менделеев, чија локација е двосмислена. Неговиот хемиски симболво периодниот систем се евидентира двапати: и во IA и VIIA групите. Ова се објаснува со фактот дека водородот има голем број на својства кои го обединуваат и со алкалните метали и со халогените (Табела 14).

Табела 14

Споредување на својствата на водородот со својствата алкални металии халогени

Сличности со алкалните метали Сличност со халогените
Од надвор ниво на енергијаАтомите на водород содржат еден електрон. Водородот е елемент Пред завршувањето на надворешното и единствено ниво, на атомите на водород, како и на халогените, им недостасува еден електрон
Водородот покажува редуцирачки својства. Како резултат на оксидацијата, водородот ја добива оксидационата состојба која најчесто се наоѓа во неговите соединенија +1 Водородот, како и халогените, во соединенијата со алкалните и земноалкалните метали има оксидациона состојба од -1, што ги потврдува неговите оксидирачки својства.
Се претпоставува дека во вселената постои цврст водород со метална кристална решетка. Како и флуорот и хлорот, водородот е гас во нормални услови. Неговите молекули, како и халогените молекули, се двоатомски и формирани преку ковалентна неполарна врска

Во природата, водородот постои во форма на три изотопи со масени броеви 1, 2 и 3: протиум 1 1 H, деутериум 2 1 D и тритиум 3 1 T. Првите два се стабилни изотопи, а третиот е радиоактивен. Протиумот преовладува во природната мешавина на изотопи. Квантитативните односи помеѓу изотопите H: D: T се 1: 1,46 10 -5: 4,00 10 -15.

Соединенијата на водородните изотопи се разликуваат по својствата едни од други. На пример, точките на вриење и замрзнување на лесната протиумска вода (H 2 O) се соодветно еднакви на – 100 o C и 0 o C, а водата од деутериум (D 2 O) – 101,4 o C и 3,8 o C. Стапката на реакција која вклучува лесната вода е повисока од тешката вода.



Во Универзумот, водородот е најчестиот елемент - сочинува околу 75% од масата на Универзумот или над 90% од сите негови атоми. Водородот е дел од водата во нејзината најважна геолошка обвивка на Земјата - хидросферата.

Водородот заедно со јаглеродот ги формира сите органски материи, односно е дел од живата обвивка на Земјата - биосферата. ВО земјината кора- литосфера - масовната содржина на водород е само 0,88%, односно се наоѓа на 9-то место меѓу сите елементи. Воздушен пликЗемјината атмосфера содржи помалку од милионити дел од вкупниот волумен што му се припишува на молекуларниот водород. Го има само во горниот дел на атмосферата.

Производство и употреба на водород

Водородот првпат бил добиен во 16 век од средновековниот лекар и алхемичар Парацелзус, со потопување на железна плоча во сулфурна киселина, а во 1766 година, англискиот хемичар Хенри Кевендиш докажал дека водородот се произведува не само од интеракцијата на железо со сулфурна киселина, туку и други метали со други киселини. Кевендиш, исто така, за прв пат ги опишал својствата на водородот.

ВО лабораторија услови, се добива водород:

1. Интеракција на метали со киселина:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Интеракција на алкалните и земноалкалните метали со вода

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

ВО индустријата Водородот се добива на следниве начини:

1. Електролиза на водени раствори на соли, киселини и алкалии.Најчесто користен раствор е кујнска сол:

2NaCl + 2H 2 O →ел. струја H 2 + Cl 2 + NaOH

2. Намалување на водена пареа со топла кокс:

C + H 2 O → t CO + H 2

Добиената мешавина од јаглерод моноксид и водород се нарекува воден гас (синтезен гас),и широко се користи за синтеза на различни хемиски производи (амонијак, метанол и др.). За да се одвои водородот од воден гас, јаглерод моноксидот се претвора во јаглерод диоксид кога се загрева со водена пареа:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. Греење на метанво присуство на водена пареа и кислород. Овој метод во моментов е главниот:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

Водородот широко се користи за:

1. индустриска синтеза на амонијак и водород хлорид;

2. добивање метанол и синтетичко течно гориво како дел од синтезниот гас (2 тома водород и 1 волумен CO);

3. хидротретирање и хидрокрекирање на нафтени фракции;

4. хидрогенизација на течни масти;

5. сечење и заварување на метали;

6. добивање на волфрам, молибден и рениум од нивните оксиди;

7. вселенски мотори како гориво.

8. Во термонуклеарните реактори, водородните изотопи се користат како гориво.

Физички и хемиски својства на водородот

Водородот е гас без боја, вкус и мирис. Густина на бр. 0,09 g/l (14 пати полесни од воздухот). Водородот е слабо растворлив во вода (само 2 тома гас на 100 волумени вода), но добро се апсорбира од d-метали - никел, платина, паладиум (до 900 волумени водород се раствораат во еден волумен на паладиум).

ВО хемиски реакцииВодородот покажува и намалувачки и оксидирачки својства. Најчесто, водородот делува како редуцирачки агенс.

1. Интеракција со неметали. Водородот формира испарливи водородни соединенија со неметали (види Предавање 25).

Со халогенибрзината и условите на реакцијата варираат од флуор до јод: со флуор, водородот реагира експлозивно дури и во темница, со хлорот реакцијата се одвива сосема мирно со мало зрачење со светлина, со бром и јод реакциите се реверзибилни и се случуваат само кога се загреваат:

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + I 2 → t 2HI

Со кислорода сулфурниот водород реагира со благо загревање. Мешавина од кислород и водород во сооднос 1:2 се нарекува експлозивен гас:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

Со азот, фосфор и јаглеродреакцијата се случува под топлина, покачен притисок и во присуство на катализатор. Реакциите се реверзибилни:

3H 2 + N 2 → мачка, стр, t2NH 3

2H 2 + 3P → мачка, стр, t3PH 3

H 2 + C → кат., стр, t CH 4

2. Интеракција со сложени супстанции.На високи температури, водородот ги редуцира металите од нивните оксиди:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. На интеракција со алкални и земноалкални металиВодородот покажува оксидирачки својства:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. Интеракција со органски материи. Водородот активно комуницира со многу органски супстанции; таквите реакции се нарекуваат реакции на хидрогенизација. Ваквите реакции подетално ќе бидат разгледани во Дел III од збирката „Органска хемија“.

Кога почнуваме да ги разгледуваме хемиските и физичките својства на водородот, треба да се забележи дека во својата вообичаена состојба, овој хемиски елемент е во гасовита форма. Безбоен водороден гас е без мирис и вкус. За прв пат овој хемиски елемент го добил името водород откако научникот А. Лавоазие извршил експерименти со вода, како резултат на кои светската наука дознала дека водата е повеќекомпонентна течност која содржи водород. Овој настан се случи во 1787 година, но долго пред овој датум, водородот им беше познат на научниците под името „запалив гас“.

Водород во природата

Според научниците, водородот е содржан во земјината кора и во водата (приближно 11,2% од вкупниот волумен на вода). Овој гас е дел од многу минерали кои човештвото ги извлекува од утробата на земјата со векови. Некои од својствата на водородот се карактеристични за нафтата, природните гасови и глината, како и за животинските и растителните организми. Но, во својата чиста форма, односно не комбинирана со други хемиски елементи од периодниот систем, овој гас е исклучително редок во природата. Овој гас може да дојде на површината на земјата за време на вулкански ерупции. Слободниот водород е присутен во атмосферата во занемарливи количини.

Хемиски својства на водородот

Бидејќи хемиските својства на водородот се хетерогени, овој хемиски елемент припаѓа и на групата I на системот Менделеев и на групата VII од системот. Како член на првата група, водородот во суштина е алкален метал кој има состојба на оксидација од +1 во повеќето соединенија во кои се наоѓа. Истата валентност е карактеристична за натриумот и другите алкални метали. Поради овие хемиски својства, водородот се смета за елемент сличен на овие метали.

Ако зборуваме за метални хидриди, тогаш водородниот јон има негативна валентност - неговата состојба на оксидација е -1. Na+H- е изграден според истата шема како и Na+Cl- хлоридот. Овој факт е причина да се додели водородот на групата VII од периодичниот систем. Водородот, кој е во состојба на молекула, под услов да е во обична средина, е неактивен и може да се комбинира исклучиво со неметали кои се поактивни за него. Овие метали вклучуваат флуор; во присуство на светлина, водородот се комбинира со хлорот. Ако водородот се загрева, тој станува поактивен, реагирајќи со многу елементи од периодниот систем на Менделеев.

Атомскиот водород покажува поактивни хемиски својства од молекуларниот водород. Молекулите на кислород формираат вода - H2 + 1/2O2 = H2O. Кога водородот е во интеракција со халогени, се формираат водородни халиди H2 + Cl2 = 2HCl, а водородот влегува во оваа реакција во отсуство на светлина и при прилично високи негативни температури - до - 252 ° C. Хемиските својства на водородот овозможуваат да се користи за редукција на многу метали, бидејќи кога реагира, водородот апсорбира кислород од металните оксиди, на пример, CuO + H2 = Cu + H2O. Водородот учествува во формирањето на амонијак преку интеракција со азот во реакцијата ZH2 + N2 = 2NH3, но под услов да се користи катализатор и да се зголеми температурата и притисокот.

Енергична реакција се јавува кога водородот реагира со сулфур во реакцијата H2 + S = H2S, што резултира со водород сулфид. Интеракцијата на водородот со телуриум и селен е малку помалку активна. Ако нема катализатор, тогаш тој реагира со чист јаглерод, водород само под услов да се создадат високи температури. 2H2 + C (аморфен) = CH4 (метан). За време на активноста на водородот со некои алкали и други метали, се добиваат хидриди, на пример, H2 + 2Li = 2LiH.

Физички својства на водородот

Водородот е многу лесен хемиски. Така барем велат научниците овој момент, нема полесна супстанција од водородот. Неговата маса е 14,4 пати полесна од воздухот, густината е 0,0899 g/l на 0°C. На температури од -259,1°C, водородот е способен да се топи - ова е многу критична температура, која не е типична за трансформација на повеќето хемиски соединенијаод една во друга држава. Само елемент како што е хелиумот ги надминува физичките својства на водородот во овој поглед. Втечнувањето на водородот е тешко, бидејќи неговата критична температура е (-240°C). Водородот е гасот што најмногу спроведува топлина познат на човештвото. Сите својства опишани погоре се најзначајни физички својстваводород, кои луѓето ги користат за специфични цели. Исто така, овие својства се најрелевантни за современата наука.