1 примена на хемиски својства за производство на водород. Каква супстанца е водородот? Хемиски и физички својства на водородот. Кратки информации за отворање на елемент

Водородот е првиот елемент во периодниот систем хемиски елементи, има атомски број 1 и релативна атомска маса 1,0079. Што се физички својстваводород?

Физички својства на водородот

Во превод од латински, водород значи „раѓање вода“. Во далечната 1766 година, англискиот научник Г. Во 1787 година, А. Лавоазие го идентификувал овој „запалив воздух“ како нов хемиски елемент кој е дел од водата.

Ориз. 1. А. Лавоазие.

Водородот има 2 стабилни изотопи - протиум и деутериум, како и радиоактивен - тритиум, чија количина на нашата планета е многу мала.

Водородот е најзастапениот елемент во вселената. Сонцето и повеќето ѕвезди имаат водород како главен елемент. Овој гас се наоѓа и во водата, нафтата и природниот гас. Вкупната содржина на водород на Земјата е 1%.

Ориз. 2. Формула на водород.

Атомот на оваа супстанца содржи јадро и еден електрон. Кога водородот губи електрон, тој формира позитивно наелектризиран јон, односно покажува метални својства. Но, атомот на водород е способен не само да изгуби, туку и да добие електрон. Во ова е многу слично на халогените. Според тоа, водородот во периодниот систем припаѓа на двете групи I и VII. Неметалните својства на водородот се поизразени.

Молекулата на водород се состои од два атома поврзани со ковалентна врска

Во нормални услови, водородот е безбоен гасовит елемент кој е без мирис и вкус. Тој е 14 пати полесен од воздухот, а неговата точка на вриење е -252,8 степени Целзиусови.

Табела „Физички својства на водородот“

Покрај физичките својства, водородот има и голем број хемиски својства. Водородот, кога се загрева или под влијание на катализатори, реагира со метали и неметали, сулфур, селен, телуриум, а исто така може да ги намали оксидите на многу метали.

Производство на водород

Од индустриски методи за производство на водород (освен електролиза водени растворисоли) треба да се забележи следново:

• поминување на водена пареа низ врел јаглен на температура од 1000 степени:

• конверзија на метан со водена пареа на температура од 900 степени:

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

Водородот е гас, тој е на прво место во периодниот систем. Името на овој елемент, широко распространето во природата, од латински е преведено како „генерирање вода“. Па што физички и Хемиски својстваводород дали знаеме?

Водород: општи информации

Во нормални услови, водородот нема вкус, мирис, нема боја.

Ориз. 1. Формула на водород.

Бидејќи атомот има едно електронско ниво на енергија, кое може да содржи најмногу два електрони, тогаш за стабилна состојба атомот може или да прифати еден електрон (состојба на оксидација -1) или да се откаже од еден електрон (состојба на оксидација +1), покажувајќи постојана валентност I Затоа симболот за елементот водород се става не само во групата IA (главната подгрупа од групата I) заедно со алкалните метали, туку и во групата VIIA (главната подгрупа од групата VII) заедно со халогените . На халогените атоми, исто така, им недостасува еден електрон пред полнењето надворешно ниво, и тие, како водородот, се неметали. Водородни експонати позитивен степеноксидација во соединенија каде што е поврзана со повеќе електронегативни неметални елементи и негативна оксидациска состојба во соединенија со метали.

Ориз. 2. Локација на водород во периодниот систем.

Водородот има три изотопи, од кои секој има свое име: протиум, деутериум, тритиум. Количината на второто на Земјата е занемарлива.

Хемиски својства на водородот

Во едноставната супстанција H2, врската меѓу атомите е силна (енергија на врската 436 kJ/mol), затоа активноста на молекуларниот водород е мала. Во нормални услови, тој реагира само со многу реактивни метали, а единствениот неметал со кој водородот реагира е флуорот:

F 2 + H 2 = 2HF (водород флуорид)

Водородот реагира со други едноставни (метали и неметали) и сложени (оксиди, неодредени органски соединенија) супстанции или при зрачење и зголемена температура, или во присуство на катализатор.

Водородот гори во кислород, ослободувајќи значителна количина на топлина:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Мешавина од водород и кислород (2 тома водород и 1 волумен кислород) силно експлодира кога се запали и затоа се нарекува детонирачки гас. Кога работите со водород, мора да се почитуваат безбедносните прописи.

Ориз. 3. Експлозивен гас.

Во присуство на катализатори, гасот може да реагира со азот:

3H 2 +N 2 =2NH 3

– оваа реакција при покачени температури и притисоци произведува амонијак во индустријата.

На високи температури, водородот е способен да реагира со сулфур, селен и телуриум. а при интеракција со алкални и земноалкални металисе формираат хидриди: 4.3. Вкупно добиени оценки: 186.

Водородот бил откриен во втората половина на 18 век од англискиот научник од областа на физиката и хемијата Г. Кевендиш. Успеал да ја изолира супстанцијата во чиста состојба, почнал да ја проучува и ги опишал нејзините својства.

Ова е приказна за откривањето на водородот. За време на експериментите, истражувачот утврдил дека се работи за запалив гас, чие согорување во воздухот произведува вода. Ова доведе до утврдување на квалитативниот состав на водата.

Што е водород

Францускиот хемичар А. Лавоазие прв го објавил водородот како едноставна супстанција во 1784 година, бидејќи утврдил дека неговата молекула содржи атоми од ист тип.

Името на хемискиот елемент на латински звучи како хидрогениум (читај „хидрогениум“), што значи „давање вода“. Името се однесува на реакцијата на согорување што произведува вода.

Карактеристики на водородот

Ознаката на водород беше доделена на овој хемиски елемент од Н. Менделеев. сериски број, сместувајќи го во главната подгрупа од првата група и првиот период и условно во главната подгрупа од седмата група.

Атомската тежина (атомска маса) на водородот е 1,00797. Молекуларната тежина на H2 е 2 а. д. Моларна масанумерички еднаква на него.

Тој е претставен со три изотопи кои имаат посебно име: најчест протиум (H), тежок деутериум (D), радиоактивен тритиум (Т).

Тоа е првиот елемент што може целосно да се подели на изотопи на едноставен начин. Се заснова на големата разлика во масата на изотопи. Процесот првпат беше спроведен во 1933 година. Ова се објаснува со фактот дека само во 1932 година бил откриен изотоп со маса 2.

Физички својства

ВО нормални условиЕдноставната супстанција водород во форма на диатомски молекули е гас, безбоен, без вкус и мирис. Малку растворлив во вода и други растворувачи.

Температура на кристализација - 259,2 o C, точка на вриење - 252,8 o C.Дијаметарот на молекулите на водородот е толку мал што тие имаат способност полека да се дифузираат низ голем број материјали (гума, стакло, метали). Ова својство се користи кога е неопходно да се прочисти водородот од гасовити нечистотии. Кога н. u. водородот има густина од 0,09 kg/m3.

Дали е можно да се трансформира водородот во метал по аналогија со елементите лоцирани во првата група? Научниците открија дека водородот, во услови кога притисокот се приближува до 2 милиони атмосфери, почнува да апсорбира инфрацрвени зраци, што укажува на поларизација на молекулите на супстанцијата. Можеби, при уште повисоки притисоци, водородот ќе стане метал.

Ова е интересно:постои претпоставка дека на џиновските планети, Јупитер и Сатурн, водородот се наоѓа во форма на метал. Се претпоставува дека металниот цврст водород е присутен и во јадрото на земјата, поради ултра високиот притисок што го создава земјината обвивка.

Хемиски својства

И едноставни и комплексни супстанции. Но, ниската активност на водородот треба да се зголеми со создавање соодветни услови - зголемување на температурата, користење катализатори итн.

Кога се загреваат, едноставните супстанции како што се кислород (O 2), хлор (Cl 2), азот (N 2), сулфур (S) реагираат со водород.

Ако запалите чист водород на крајот од цевката за излез на гас во воздух, тој ќе изгори рамномерно, но едвај забележливо. Ако ја ставите цевката за излез на гас во атмосфера со чист кислород, тогаш согорувањето ќе продолжи со формирање на капки вода на ѕидовите на садот, како резултат на реакцијата:

Согорувањето на водата е придружено со ослободување на голема количина топлина. Тоа е реакција на егзотермна соединение во која водородот се оксидира со кислород за да се формира оксидот H 2 O. Тоа е исто така редокс реакција во која водородот се оксидира и кислородот се намалува.

Реакцијата со Cl 2 се случува слично за да се формира водород хлорид.

Интеракцијата на азот со водород бара висока температура и висок притисок, како и присуство на катализатор. Резултатот е амонијак.

Како резултат на реакцијата со сулфур, се формира водород сулфид, чиешто препознавање го олеснува карактеристичниот мирис на расипани јајца.

Состојбата на оксидација на водородот во овие реакции е +1, а во хидридите опишани подолу - 1.

Кога се реагира со некои метали, се формираат хидриди, на пример, натриум хидрид - NaH. Некои од овие сложени соединенија се користат како гориво за ракети, како и за термонуклеарна енергија.

Водородот реагира и со супстанции од комплексната категорија. На пример, со бакар (II) оксид, формула CuO. За да се спроведе реакцијата, бакарниот водород се пренесува преку загреан прашкаст бакар (II) оксид. За време на интеракцијата, реагенсот ја менува својата боја и станува црвено-кафеава, а капките вода се таложат на студените ѕидови на епрувета.

Водородот се оксидира за време на реакцијата, формирајќи вода, а бакарот се редуцира од оксид во едноставна супстанција (Cu).

Области на употреба

Водородот има големо значењеза луѓето и се користи во различни области:

1. ВО хемиско производство– тоа се суровини, во другите индустрии – гориво. Петрохемиските и нафтените претпријатија не можат без водород.
2. Во електроенергетската индустрија, оваа едноставна супстанција делува како средство за ладење.
3. Во црната и обоената металургија, водородот ја игра улогата на редукционо средство.
4. Ова помага да се создаде инертна средина при пакувањето на производите.
5. Фармацевтска индустрија - користи водород како реагенс во производството на водород пероксид.
6. Метеоролошките балони се полни со овој лесен гас.
7. Овој елемент е познат и како редуктор на гориво за ракетни мотори.

Научниците едногласно предвидуваат дека водородното гориво ќе го преземе водството во енергетскиот сектор.

Прием во индустријата

Во индустријата, водородот се произведува со електролиза, кој е подложен на хлориди или хидроксиди на алкалните метали растворени во вода. Исто така, со овој метод е можно да се добие водород директно од вода.

За овие цели се користи конверзија на кокс или метан со водена пареа. Распаѓањето на метанот на покачени температури, исто така, произведува водород. Се користи и втечнување на гасот на кокс печката со фракциона метода индустриско производствоводород.

Добиени во лабораторија

Во лабораторија, Kipp апарат се користи за производство на водород.

Реагенсите се хлороводородна киселина или сулфурна киселинаи цинк. Реакцијата произведува водород.

Пронаоѓање на водород во природата

Водородот е почест од кој било друг елемент во Универзумот. Најголемиот дел од ѕвездите, вклучувајќи го и Сонцето, и другите космички тела е водород.

ВО земјината коратоа е само 0,15%. Присутен е во многу минерали, сите органска материјаах, а исто така и во водата што покрива 3/4 од површината на нашата планета.

Во горните слоеви на атмосферата може да се најдат траги од чист водород. Се наоѓа и во голем број запаливи природни гасови.

Гасовитиот водород е најмалку густ, а течниот водород е најгустата супстанција на нашата планета. Со помош на водород, можете да го промените темброт на гласот ако го вдишувате и зборувате додека издишувате.

Во срцето на дејството на најмоќните хидрогенска бомбалежи разделувањето на најлесниот атом.

Во периодниот систем има своја специфична позиција, која ги одразува својствата што ги покажува и зборува за неа електронска структура. Сепак, меѓу сите нив има еден посебен атом кој зафаќа две ќелии одеднаш. Сместено е во две групи елементи кои се сосема спротивни по своите својства. Ова е водород. Ваквите карактеристики го прават уникатен.

Водородот не е само елемент, туку и едноставна супстанција, како и компонентамногу сложени соединенија, биогени и органогени елементи. Затоа, да ги разгледаме неговите карактеристики и својства подетално.

Водородот како хемиски елемент

Водородот е елемент од првата група од главната подгрупа, како и седмата група од главната подгрупа во првиот помал период. Овој период се состои од само два атома: хелиум и елементот што го разгледуваме. Да ги опишеме главните карактеристики на положбата на водородот во периодниот систем.

1. Атомскиот број на водородот е 1, бројот на електрони е ист и, соодветно, бројот на протони е ист. Атомска маса - 1,00795. Постојат три изотопи на овој елемент со масени броеви 1, 2, 3. Сепак, својствата на секој од нив се многу различни, бидејќи зголемувањето на масата дури и за еден за водородот е веднаш двојно.
2. Фактот што содржи само еден електрон на неговата надворешна површина му овозможува успешно да покажува и оксидирачки и редуцирачки својства. Покрај тоа, по дарувањето на електрон, тој останува со слободна орбитала, која учествува во формирањето на хемиските врски според механизмот донор-акцептор.
3. Водородот е силен редукционен агенс. Затоа, неговото главно место се смета за првата група од главната подгрупа, каде што тој раководи најмногу активни метали- алкална.
4. Меѓутоа, при интеракција со силни редукциони агенси, како што се металите, може да биде и оксидирачки агенс, прифаќајќи електрон. Овие соединенија се нарекуваат хидриди. Според оваа карактеристика, тој е на чело на подгрупата халогени со која е сличен.
5. Благодарение на многу мал атомска маса, водородот се смета за најлесниот елемент. Покрај тоа, неговата густина е исто така многу мала, па затоа е и репер за леснотија.

Така, очигледно е дека водородниот атом е сосема уникатен елемент, за разлика од сите други елементи. Следствено, неговите својства се исто така посебни, а формираните едноставни и сложени супстанции се многу важни. Ајде да ги разгледаме понатаму.

Едноставна супстанција

Ако зборуваме за овој елемент како молекула, тогаш мора да кажеме дека е дијатомски. Односно, водородот (проста супстанција) е гас. Неговата емпириска формула ќе биде напишана како H 2, а нејзината графичка формула ќе биде напишана со помош на сингл сигма H-H врска. Механизмот на формирање на врски помеѓу атомите е ковалентен неполарен.

1. Реформирање на метан со пареа.
2. Гасификација на јаглен - процесот вклучува загревање на јаглен до 1000 0 C, што резултира со формирање на водород и јаглен со висока содржина на јаглерод.
3. Електролиза. Овој методможе да се користи само за водени раствори на различни соли, бидејќи топењето не доведува до испуштање вода во катодата.

Лабораториски методи за производство на водород:

1. Хидролиза на метални хидриди.
2. Ефектот на разредените киселини врз активните метали и средната активност.
3. Интеракција на алкалните и земноалкалните метали со вода.

За да го соберете произведениот водород, мора да ја држите епрувета наопаку. На крајот на краиштата, овој гас не може да се собере на ист начин како, на пример, јаглерод диоксидот. Ова е водород, тој е многу полесен од воздухот. Брзо испарува, а во големи количини експлодира кога се меша со воздух. Затоа, епрувета треба да се преврти. Откако ќе го наполните, мора да се затвори со гумен затворач.

За да ја проверите чистотата на собраниот водород, треба да донесете запалено кибрит до вратот. Ако плескањето е досадно и тивко, тоа значи дека гасот е чист, со минимални воздушни нечистотии. Ако е гласно и свирка, тоа е валкано, со голем дел од странски компоненти.

Области на употреба

Кога водородот се согорува, толку многу се ослободува голем број наенергија (топлина), дека овој гас се смета за најпрофитабилно гориво. Покрај тоа, тој е еколошки. Сепак, до денес неговата примена во оваа област е ограничена. Ова се должи на лошо замислените и нерешени проблеми со синтетизирање на чист водород, кој би бил погоден за употреба како гориво во реактори, мотори и преносливи уреди, како и котли за греење во станбени простории.

На крајот на краиштата, методите за производство на овој гас се прилично скапи, па затоа прво е неопходно да се развие посебен метод на синтеза. Оној што ќе ви овозможи да го добиете производот во големи количини и со минимални трошоци.

Постојат неколку главни области во кои се користи гасот што го разгледуваме.

1. Хемиски синтези. Хидрогенизацијата се користи за производство на сапуни, маргарини и пластика. Со учество на водород, метанол и амонијак, како и други соединенија, се синтетизираат.
2. ВО Прехранбена индустрија- како додаток E949.
3. Воздухопловна индустрија (ракетна наука, производство на авиони).
4. Електроенергетската индустрија.
5. Метеорологија.
6. Еколошко гориво.

Очигледно, водородот е исто толку важен колку што е изобилен во природата. Различните соединенија што ги формира играат уште поголема улога.

Водородни соединенија

Ова се сложени супстанции кои содржат атоми на водород. Постојат неколку главни типови на такви супстанции.

1. Водородни халиди. Општата формула е HHal. Од особено значење меѓу нив е водород хлоридот. Тоа е гас кој се раствора во вода и формира раствор на хлороводородна киселина. Оваа киселина е широко користена во речиси сите хемиски синтези. Покрај тоа, и органски и неоргански. Водород хлоридот е соединение со емпириска формула HCL и е едно од најголемите што се произведуваат во нашата земја годишно. Водородни халиди, исто така, вклучуваат водород јодид, водород флуорид и водород бромид. Сите тие ги формираат соодветните киселини.
2. Испарливи Речиси сите се доста отровни гасови. На пример, водород сулфид, метан, силин, фосфин и други. Во исто време, тие се многу запаливи.
3. Хидридите се соединенија со метали. Тие припаѓаат на класата на соли.
4. Хидроксиди: бази, киселини и амфотерични соединенија. Тие нужно содржат атоми на водород, еден или повеќе. Пример: NaOH, K 2, H 2 SO 4 и други.
5. Водород хидроксид. Ова соединение е подобро познато како вода. Друго име е водород оксид. Емпириската формула изгледа вака - H 2 O.
6. Хидроген пероксид. Ова е силно оксидирачко средство, чија формула е H 2 O 2.
7. Бројни органски соединенија: јаглеводороди, протеини, масти, липиди, витамини, хормони, есенцијални маслаи други.

Очигледно е дека разновидноста на соединенијата на елементот што го разгледуваме е многу голема. Ова уште еднаш го потврдува неговото високо значење за природата и луѓето, како и за сите живи суштества.

- ова е најдобриот растворувач

Како што споменавме погоре, заедничкото име за оваа супстанца е вода. Се состои од два атоми на водород и еден кислород, споени заедно со ковалентни врски поларни врски. Молекулата на водата е дипол, ова објаснува многу од својствата што ги покажува. Особено, тоа е универзален растворувач.

Во водната средина се случуваат речиси сите хемиски процеси. Внатрешни реакции на пластика и енергетскиот метаболизамво живите организми, исто така, се врши со користење на водород оксид.

Водата со право се смета за најважната супстанција на планетата. Познато е дека ниту еден жив организам не може да живее без него. На Земјата може да постои во три состојби на агрегација:

• течност;
• гас (пареа);
• цврст (мраз).

Во зависност од изотопот на водородот вклучен во молекулата, се разликуваат три вида вода.

1. Светло или протиум. Изотоп со масен број 1. Формула - H 2 O. Ова е вообичаената форма што ја користат сите организми.
2. Деутериум или тежок, неговата формула е D 2 O. Содржи изотоп 2 H.
3. Супер тежок или тритиум. Формулата изгледа како T 3 O, изотоп - 3 H.

Резервите на свежа протиум вода на планетата се многу важни. Веќе има недостиг од него во многу земји. Се развиваат методи за третман на солена вода за производство на вода за пиење.

Водород пероксид е универзален лек

Ова соединение, како што е споменато погоре, е одличен оксидирачки агенс. Меѓутоа, со силни претставници може да се однесува и како реставратор. Покрај тоа, има изразен бактерицидно дејство.

Друго име на оваа врска- пероксид. Во оваа форма се користи во медицината. 3% раствор на кристален хидрат на предметното соединение е медицински лек кој се користи за лекување на мали рани со цел нивна дезинфекција. Сепак, докажано е дека тоа го зголемува времето на заздравување на раната.

Водород пероксид се користи и во ракетното гориво, во индустријата за дезинфекција и белење и како средство за пенење за производство на соодветни материјали (на пример пена). Дополнително, пероксидот помага во чистење на аквариумите, избелување на косата и избелување на забите. Сепак, предизвикува штета на ткивата, па затоа не се препорачува од специјалисти за овие цели.