Лекция 29

Водород. вода

Конспект на лекцията:

вода. Химически и физични свойства

Ролята на водорода и водата в природата

Водородът като химичен елемент

Водородът е единственият елемент периодичната таблицаД. И. Менделеев, чието местоположение е двусмислено. Неговият химически символ е написан два пъти в периодичната таблица: както в IA, така и в VIIA групи. Това се обяснява с факта, че водородът има редица свойства, които го обединяват както с алкални метали, така и с халогени (Таблица 14).

Таблица 14

Сравнение на свойствата на водорода със свойствата на алкалните метали и халогените

Прилики с алкални метали Прилика с халогени
На външно енергийно ниво водородните атоми съдържат един електрон. Водородът е s елемент Преди завършването на външното и единствено ниво на водородните атоми, подобно на халогенните атоми, липсва един електрон
Водородът проявява редуциращи свойства. В резултат на окисление водородът получава степента на окисление, която най-често се среща в неговите съединения +1 Водородът, подобно на халогените, в съединения с алкални и алкалоземни метали има степен на окисление -1, което потвърждава неговите окислителни свойства.
Предполага се, че в космоса съществува твърд водород с метална кристална решетка. Подобно на флуора и хлора, водородът е газ при нормални условия. Неговите молекули, подобно на халогенните молекули, са двуатомни и се образуват чрез ковалентна неполярна връзка

В природата водородът съществува под формата на три изотопа с масови числа 1, 2 и 3: протий 1 1 H, деутерий 2 1 D и тритий 3 1 T. Първите два са стабилни изотопи, а третият е радиоактивен. Протиумът преобладава в естествената смес от изотопи. Количествените съотношения между изотопите H: D: T са 1: 1,46 · 10 -5: 4,00 · 10 -15.

Съединенията на водородните изотопи се различават по свойства едно от друго. Например точките на кипене и замръзване на леката протиева вода (H 2 O) са съответно равни на – 100 o C и 0 o C, а на деутериевата вода (D 2 O) – 101,4 o C и 3,8 o C. Скоростта на реакцията включва леката вода е по-висока от тежката вода.



Във Вселената водородът е най-често срещаният елемент – той представлява около 75% от масата на Вселената или над 90% от всички нейни атоми. Водородът е част от водата в нейната най-важна геоложка обвивка на Земята – хидросферата.

Водородът образува заедно с въглерода всички органични вещества, т.е. той е част от живата обвивка на Земята - биосферата. IN земната кора- литосфера - масовото съдържание на водород е само 0,88%, т.е. заема 9-то място сред всички елементи. Въздушната обвивка на Земята - атмосферата съдържа по-малко от една милионна част от общия обем, който е делът на молекулярния водород. Среща се само в горните слоеве на атмосферата.

Производство и използване на водород

Водородът е получен за първи път през 16 век от средновековния лекар и алхимик Парацелз, чрез потапяне на желязна плоча в сярна киселина, а през 1766 г. английският химик Хенри Кавендиш доказва, че водородът се получава не само при взаимодействието на желязото със сярната киселина, но и на други метали с други киселини. Кавендиш описва за първи път и свойствата на водорода.

IN лаборатория условия се получава водород:

1. Взаимодействие на метали с киселина:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Взаимодействие на алкални и алкалоземни метали с вода

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

IN индустрия се получава водород по следните начини:

1. Електролиза водни разтворисоли, киселини и основи.Най-често използваният разтвор е готварската сол:

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

2. Редукция на водни пари с горещ кокс:

C + H 2 O → t CO + H 2

Получената смес от въглероден окис и водород се нарича воден газ (синтезен газ),и се използва широко за синтеза на различни химически продукти (амоняк, метанол и др.). За да се отдели водородът от водния газ, въглеродният оксид се превръща във въглероден диоксид при нагряване с водна пара:

CO + H 2 → t CO 2 + H 2

3. Отопление на метанв присъствието на водни пари и кислород. Този метод в момента е основният:

2CH 4 + O 2 + 2H 2 O → t 2CO 2 + 6H 2

Водородът се използва широко за:

1. промишлен синтез на амоняк и хлороводород;

2. получаване на метанол и синтетично течно гориво като част от синтезния газ (2 обема водород и 1 обем CO);

3. хидроочистване и хидрокрекинг на нефтени фракции;

4. хидрогениране на течни мазнини;

5. рязане и заваряване на метали;

6. получаване на волфрам, молибден и рений от техните оксиди;

7. космически двигатели като гориво.

8. в термо ядрени реакториВодородните изотопи се използват като гориво.

Физически и Химични свойстваводород

Водородът е газ без цвят, вкус и мирис. Плътност при бр. 0,09 g/l (14 пъти по-лек от въздуха). Водородът е слабо разтворим във вода (само 2 обема газ на 100 обема вода), но се абсорбира добре от d-метали - никел, платина, паладий (в един обем паладий се разтварят до 900 обема водород).

IN химична реакцияВодородът проявява както редуциращи, така и окислителни свойства. Най-често водородът действа като редуциращ агент.

1. Взаимодействие с неметали. Водородът образува летливи водородни съединения с неметали (виж Лекция 25).

С халогенискоростта и условията на реакцията варират от флуор до йод: с флуор водородът реагира експлозивно дори на тъмно, с хлор реакцията протича съвсем спокойно с малко облъчване със светлина, с бром и йод реакциите са обратими и се появяват само при нагряване:

H 2 + F 2 → 2HF

H 2 + Cl 2 → hν 2HCl

H 2 + I 2 → t 2HI

С кислороди серен водород реагират с леко нагряване. Нарича се смес от кислород и водород в съотношение 1:2 експлозивен газ:

H 2 + O 2 → t H 2 O

H 2 + S → t H 2 S

С азот, фосфор и въглеродреакцията протича при нагряване, високо кръвно наляганеи при наличие на катализатор. Реакциите са обратими:

3H 2 + N 2 → кат., p, t2NH 3

2H 2 + 3P → кат., p, t3PH 3

H 2 + C → cat., p, t CH 4

2. Взаимодействие със сложни вещества.При високи температури водородът редуцира металите от техните оксиди:

CuO + H 2 → t Cu + H 2 O

3. При взаимодействие с алкални и алкалоземни металиВодородът проявява окислителни свойства:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

4. Взаимодействие с органични вещества.Водородът активно взаимодейства с много органични вещества; такива реакции се наричат ​​реакции на хидрогениране. Такива реакции ще бъдат разгледани по-подробно в част III на сборника „Органична химия“.

  • История на откриването на водорода

    Ако това е най-разпространеният химичен елемент на Земята, тогава водородът е най-разпространеният елемент в цялата Вселена. Нашата (и други звезди) се състои от около половината водород, а що се отнася до междузвездния газ, той се състои от 90% водородни атоми. Този химичен елемент също заема значително място на Земята, тъй като заедно с кислорода е част от водата, а самото му име „водород“ идва от две старогръцки думи: „вода“ и „раждане“. В допълнение към водата в повечето присъства водород органична материяи клетки, без него, както и без кислород, самият живот би бил немислим.

    История на откриването на водорода

    Първият сред учените, който забеляза водорода, беше великият алхимик и лекар от Средновековието Теофраст Парацелз. В своите алхимични експерименти, с надеждата да намери „философския камък“, чрез смесване с киселини, Парацелз получава някакъв неизвестен преди това запалим газ. Вярно е, че никога не е било възможно да се отдели този газ от въздуха.

    Само век и половина след Парацелз френският химик Лемери успява да отдели водорода от въздуха и да докаже неговата запалимост. Вярно е, че Лемъри никога не е разбрал, че газът, който е получил, е чист водород. Успоредно с това руският учен Ломоносов също се занимава с подобни химически експерименти, но истинският пробив в изследването на водорода е направен от английския химик Хенри Кавендиш, който с право се счита за откривател на водорода.

    През 1766 г. Кавендиш успява да получи чист водород, който той нарича „горим въздух“. Още 20 години по-късно талантливият френски химик Антоан Лавоазие успя да синтезира вода и да изолира от нея този много „запалим въздух“ - водород. И между другото, Лавоазие предложи името на водорода - "Hydrogenium", известен също като "водород".

    Антоан Лавоазие със съпругата си, която му помага да провежда химически експерименти, включително синтеза на водород.

    В основата на подредбата химически елементив периодичната таблица на Менделеев се крие тяхното атомно тегло, изчислено спрямо атомното тегло на водорода. Тоест, с други думи, водородът и неговото атомно тегло е крайъгълният камък на периодичната таблица, опорната точка, на базата на която великият химик създава своята система. Ето защо не е изненадващо, че водородът заема почетно първо място в периодичната таблица.

    Освен това водородът има следните характеристики:

    • Атомната маса на водорода е 1,00795.
    • Водородът има три изотопа, всеки от които има индивидуални свойства.
    • Водородът е лек елемент с ниска плътност.
    • Водородът има редуциращи и окислителни свойства.
    • Когато влезе в контакт с метали, водородът приема техния електрон и се превръща в окислител. Такива съединения се наричат ​​хидрати.

    Водородът е газ, молекулата му се състои от два атома.

    Ето как изглежда схематично една водородна молекула.

    Молекулярният водород, образуван от такива двуатомни молекули, експлодира, когато се постави до горяща клечка. По време на експлозия молекулата на водорода се разпада на атоми, които се превръщат в ядра на хелий. Точно това се случва на Слънцето и другите звезди - поради непрекъснатото разпадане на молекулите на водорода, нашата звезда изгаря и ни топли с топлината си.

    Физични свойства на водорода

    Водородът има следните физични свойства:

    • Точката на кипене на водорода е 252,76 °C;
    • И при температура от 259,14 °C вече започва да се топи.
    • Водородът е слабо разтворим във вода.
    • Чистият водород е много опасно експлозивно и запалимо вещество.
    • Водородът е 14,5 пъти по-лек от въздуха.

    Химични свойства на водорода

    Тъй като водородът може да бъде в различни ситуацииКакто окислител, така и редуциращ агент, той се използва за извършване на реакции и синтези.

    Окислителните свойства на водорода взаимодействат с активни (обикновено алкални и алкалоземни) метали, резултатът от тези взаимодействия е образуването на хидриди - солеподобни съединения. Въпреки това, хидриди се образуват и при реакциите на водород с малко активни метали.

    Редукционните свойства на водорода имат способността да редуцират металите до прости вещества от техните оксиди, в индустрията това се нарича хидрогенотермия.

    Как да получите водород?

    Сред индустриалните средства за производство на водород са:

    • газификация на въглища,
    • парно реформиране на метан,
    • електролиза.

    В лабораторията може да се получи водород:

    • по време на хидролиза на метални хидриди,
    • когато алкални и алкалоземни метали реагират с вода,
    • когато разредените киселини взаимодействат с активните метали.

    Приложения на водорода

    Тъй като водородът е 14 пъти по-лек от въздуха, той стари временате бяха пълнени с Балонии дирижабли. Но след поредица от бедствия, които се случиха с дирижабли, дизайнерите трябваше да търсят заместител на водорода (не забравяйте, че чистият водород е експлозивно вещество и най-малката искра беше достатъчна, за да предизвика експлозия).

    Експлозията на дирижабъла Хинденбург през 1937 г., причината за експлозията беше точно запалването на водород (поради късо съединение), на който летеше този огромен дирижабъл.

    Следователно, за подобни самолетвместо водород те започнаха да използват хелий, който също е по-лек от въздуха; получаването на хелий е по-трудоемко, но не е толкова експлозивен, колкото водорода.

    Водородът се използва и за почистване различни видовегорива, особено тези на базата на нефт и петролни продукти.

    Водород, видео

    И накрая, образователно видео по темата на нашата статия.


    • В периодичната таблица той има своя специфична позиция, която отразява свойствата, които проявява и говори за него електронна структура. Но сред всички тях има един специален атом, който заема две клетки едновременно. Разположен е в две напълно противоположни по свойства групи елементи. Това е водород. Такива характеристики го правят уникален.

    Водородът не е просто елемент, но и просто вещество, както и компонентмного сложни съединения, биогенен и органогенен елемент. Затова нека разгледаме неговите характеристики и свойства по-подробно.

    Водородът като химичен елемент

    Водородът е елемент от първа група на главната подгрупа, както и седма група на 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 таблица.

    1. Атомният номер на водорода е 1, броят на електроните е същият и съответно броят на протоните е същият. Атомна маса - 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.
    2. Фактът, че съдържа само един електрон на външната си повърхност, му позволява успешно да проявява както окислителни, така и редуциращи свойства. Освен това, след като отдаде електрон, той остава със свободна орбитала, която участва в образуването химически връзкиспоред донорно-акцепторния механизъм.
    3. Водородът е силен редуциращ агент. Следователно основното му място се счита за първа група от основната подгрупа, където той оглавява най-активните метали - алкалните.
    4. Въпреки това, когато взаимодейства със силни редуциращи агенти, като метали, той може да бъде и окислител, приемайки електрон. Тези съединения се наричат ​​хидриди. По този признак той оглавява подгрупата на халогените, с които е сходен.
    5. Поради много малката си атомна маса, водородът се счита за най-лекия елемент. Освен това плътността му също е много ниска, така че е и еталон за лекота.

    По този начин е очевидно, че водородният атом е напълно уникален елемент, 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. Нейната емпирична формула ще бъде написана като H2, а нейната графична формула ще бъде написана чрез една сигма връзка H-H. Механизмът на образуване на връзка между атомите е ковалентен неполярен.

    1. Парен реформинг на метан.
    2. Газификация на въглища - процесът включва нагряване на въглища до 1000 0 C, което води до образуването на водород и високовъглеродни въглища.
    3. Електролиза. Този методможе да се използва само за водни разтвори на различни соли, тъй като стопилките не водят до изпускане на вода в катода.

    Лабораторни методи за получаване на водород:

    1. Хидролиза на метални хидриди.
    2. Ефектът на разредените киселини върху активните метали и средната активност.
    3. Взаимодействие на алкални и алкалоземни метали с вода.

    За да съберете произведения водород, трябва да държите епруветката с главата надолу. В крайна сметка този газ не може да се събира по същия начин, както напр. въглероден двуокис. Това е водород, той е много по-лек от въздуха. Изпарява се бързо и в големи количества експлодира при смесване с въздух. Следователно епруветката трябва да се обърне. 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 пляскането е глухо и тихо, това означава, че 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. Към днешна дата обаче приложението му в тази област е ограничено. Това се дължи на зле обмислени 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 производство 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 големи количества и на минимална цена.

    Има няколко основни области, в които се използва газът, който разглеждаме.

    1. Химически синтези. Хидрогенирането се използва за производството на сапуни, маргарини и пластмаси. С участието на водород се синтезират метанол и амоняк, както и други съединения.
    2. В хранително-вкусовата промишленост - като добавка E949.
    3. Авиационна индустрия (ракетна наука, самолетостроене).
    4. Електроенергетика.
    5. Метеорология.
    6. Екологично гориво.

    Очевидно водородът е толкова важен, колкото и изобилен в природата. Различните съединения, които образува, играят още по-голяма роля.

    Водородни съединения

    Това са сложни вещества, съдържащи водородни атоми. Има няколко основни вида такива вещества.

    1. Халогеноводороди. Обща формула- 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. Освен това, както органични, така и неорганични. Хлороводородът е съединение с емпирична формула HCL и е едно от най-големите произвеждани у нас годишно. Водородните халиди също включват йодид, флуороводород и бромоводород. Всички те образуват съответните киселини.
    2. Летливи Почти всички от тях са доста отровни газове. Например сероводород, метан, силан, фосфин и други. В същото време те са много запалими.
    3. Хидридите са съединения с метали. Те принадлежат към класа на солите.
    4. Хидроксиди: основи, киселини и амфотерни съединения. Те задължително съдържат водородни атоми, един или повече. Пример: NaOH, K 2, H 2 SO 4 и др.
    5. Водороден хидроксид. Това съединение е по-известно като вода. Друго име е водороден оксид. Емпиричната формула изглежда така - H 2 O.
    6. Водороден прекис. Това е силен окислител, чиято формула е H 2 O 2.
    7. Многобройни органични съединения: въглеводороди, протеини, мазнини, липиди, витамини, хормони, етерични масла и др.

    Очевидно е, че разнообразието от съединения на разглеждания елемент е много голямо. Това още веднъж потвърждава нейното високо значение както за природата и хората, така и за всички живи същества.

    - това 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 с ковалентни полярни връзки. Водната молекула е дипол, това обяснява много от свойствата, които проявява. По-специално, той е универсален разтворител.

    Точно на водна средаПротичат почти всички химични процеси. Вътрешните реакции на пластичния и енергийния метаболизъм в живите организми също се извършват с помощта на водороден оксид.

    Водата с право се смята за най-важното вещество на планетата. Известно е, че нито един жив организъм не може да живее без него. На Земята може да съществува в три агрегатни състояния:

    • течност;
    • газ (пара);
    • твърд (лед).

    В зависимост от изотопа на водорода, включен в молекулата, се разграничават три вида вода.

    1. Светлина или протиум. Изотоп с масово число 1. Формула - H 2 O. Това е обичайната форма, която използват всички организми.
    2. Деутерий или тежък, формулата му е D 2 O. Съдържа изотопа 2 H.
    3. Супер тежък или тритий. Формулата изглежда като T 3 O, изотоп - 3 H.

    Запасите от прясна протиева вода на планетата са много важни. В много страни вече има недостиг от него. Разработват се методи за обработка на солена вода за производство на питейна вода.

    Водородният прекис е универсално средство

    Това съединение, както беше споменато по-горе, е отличен окислител. Но със силни представители той може да се държи и като реставратор. 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 дезинфекция. Доказано е обаче, че това увеличава времето за заздравяване на раната.

    Водородният прекис се използва и в ракетното гориво, в промишлеността за дезинфекция и избелване и като пенообразувател за производството на подходящи материали (пяна, например). Освен това пероксидът помага за почистване на аквариуми, избелване на косата и избелване на зъбите. Въпреки това, той причинява увреждане на тъканите, така че не се препоръчва от специалисти за тези цели.

    МИНСКИ КОЛЕЖ ПО ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙН НА ЛЕКАТА ПРОМИШЛЕНОСТ

    Есе

    дисциплина: Химия

    Тема: „Водород и неговите съединения“

    Подготвен от:Студент 1 курс 343 групи

    Вискуп Елена

    Проверено:Алябиева Н.В.

    Минск 2009 г

    Структурата на водородния атом в периодичната таблица

    Състояния на окисление

    Разпространение в природата

    Водородът като просто вещество

    Водородни съединения

    Библиография


    Структурата на водородния атом в периодичната таблица

    Първият елемент от периодичната таблица (1-ви период, пореден номер 1). Той няма пълна аналогия с други химични елементи и не принадлежи към никоя група, поради което в таблиците условно е поставен в група IA и/или група VIIA.

    Водородният атом е най-малкият и най-лекият от атомите на всички елементи. Електронната формула на атома е 1s 1. Обичайната форма на съществуване на елемент в свободно състояние е двуатомна молекула.

    Състояния на окисление

    Водородният атом в съединения с повече електроотрицателни елементи проявява степен на окисление +1, например HF, H 2 O и т.н. А в съединения с метални хидриди степента на окисление на водородния атом е -1, например NaH, CaH 2 и т.н. Той има стойност на електроотрицателност, междинна между типичните метали и неметали. Способен да редуцира каталитично много органични съединения в органични разтворители като оцетна киселина или алкохол: ненаситени съединения до наситени, някои натриеви съединения до амоняк или амини.

    Разпространение в природата

    Естественият водород се състои от два стабилни изотопа - протий 1 H, деутерий 2 H и тритий 3 H. Деутерият иначе се обозначава като D, а тритият като T. Възможни са различни комбинации, например NT, HD, TD, H 2, D 2 , Т2. Водородът е по-често срещан в природата под формата на различни съединения със сяра (H 2 S), кислород (под формата на вода), въглерод, азот и хлор. По-рядко под формата на съединения с фосфор, йод, бром и други елементи. Влиза в състава на всички растителни и животински организми, нефт, изкопаеми въглища, природен газ, редица минерали и скали. В свободно състояние се среща много рядко в малки количества - във вулканични газове и продукти от разлагане на органични остатъци. Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената (около 75%). Той е съставна част на Слънцето и повечето звезди, както и на планетите Юпитер и Сатурн, които са съставени главно от водород. На някои планети водородът може да съществува в твърда форма.

    Водородът като просто вещество

    Молекулата на водорода се състои от два атома, свързани с ковалентна неполярна връзка. Физични свойства- газ без цвят и мирис. Той се разпространява по-бързо от другите газове в космоса, преминава през малки пори и при високи температури прониква относително лесно в стоманата и други материали. Има висока топлопроводимост.

    Химични свойства. В нормално състояние при ниски температури е неактивен, реагира с флуор и хлор без нагряване (при наличие на светлина).

    H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HCl

    Той взаимодейства по-активно с неметалите, отколкото с металите.

    Когато взаимодейства с различни вещества, той може да проявява както окислителни, така и редуциращи свойства.


    Водородни съединения

    Едно от водородните съединения са халогените. Те се образуват, когато водородът се комбинира с елементи от група VIIA. HF, HCl, HBr и HI са безцветни газове, силно разтворими във вода.

    Cl2 + H2OHClO + HCI; HClO-хлорна вода

    Тъй като HBr и HI са типични редуциращи агенти, те не могат да бъдат получени чрез обменна реакция като HCl.

    CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF

    Водата е най-често срещаното водородно съединение в природата.

    2H 2 + O 2 = 2H 2 O

    Няма нито цвят, нито вкус, нито мирис. Много слаб електролит, но реагира активно с много метали и неметали, основни и киселинни оксиди.

    2H 2 O + 2Na = 2NaOH + H 2

    H 2 O + BaO = Ba(OH) 2

    3H 2 O + P 2 O 5 = 2H 3 PO 4

    Тежката вода (D 2 O) е изотопна разновидност на водата. Разтворимостта на веществата в тежка вода е много по-малка, отколкото в обикновена вода. Тежката вода е отровна, защото забавя биологичните процеси в живите организми. Натрупва се в остатъка от електролизата при многократна електролиза на вода. Използва се като охладител и модератор на неутрони в ядрени реактори.

    Хидридите са взаимодействието на водород с метали (при високи температури) или неметали, които са по-малко електроотрицателни от водорода.

    Si + 2H 2 = SiH 4

    Самият водород е открит през първата половина на 16 век. Парацелз. През 1776 г. Г. Кавендиш за първи път изследва свойствата му, през 1783-1787 г. А. Лавоазие показа, че водородът е част от водата, включи го в списъка на химичните елементи и предложи името "водород".


    Библиография

    1. М.Б. Волович, О.Ф. Кабардин, Р.А. Лидин, Л.Ю. Аликберова, В.С. Рохлов, В.Б. Пятунин, Ю.А. Симагин, С.В. Симонович/Наръчник за ученици/Москва „АСТ-ПРЕС КНИГА” 2003г.

    2. И.Л. Кнуняц / Химическа енциклопедия / Москва “Съветска енциклопедия” 1988 г.

    3. Т.Е. Шиманович / Химия 11 / Минск “Народна асвета” 2008 г.

    4. Ф. Котън, Дж. Уилкинсън/Модерн неорганична химия/ Москва “Мир” 1969 г

    Водород. Свойства, производство, приложение.

    Историческа справка

    Водородът е първият елемент на PSHE D.I. Менделеев.

    Руското наименование на водорода показва, че той "ражда вода"; латински" хидрогений" означава едно и също нещо.

    Отделянето на запалим газ по време на взаимодействието на определени метали с киселини е наблюдавано за първи път 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 установява, че когато металите взаимодействат с разредени киселини, се отделя известен „запалим въздух“. Наблюдавайки изгарянето на водород във въздуха, Кавендиш установява, че в резултат се появява 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. при разлагането на водата под въздействието на електрически ток се отделя водород.

    Разпространение в природата

    Водородът е основният елемент на космоса. Например, Слънцето се състои от водород 70% от масата си. Във Вселената има няколко десетки хиляди пъти повече водородни атоми, отколкото всички атоми на всички метали взети заедно.

    IN земна атмосфераима и малко водород във формата просто вещество– газ със състав Н2. 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-разпространената на нашата планета сложно вещество. Нефтът, природният газ, много минерали и скали съдържат водород, свързан в молекули. Водородът е част от всички органични вещества.

    Характеристики на елемента водород.

    Водородът има двойна природа, поради което 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 е способен да загуби електрон и да се превърне в Н + катион и в това е подобен на алкалните метали.

    • Водородният атом може също да добави електрон, като по този начин образува Н - анион; 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 °С се втечнява, при t= –259 °С се втвърдява. Молекулите на водорода са толкова малки, че могат бавно да дифундират през много материали - гума, стъкло, метали, които се използват за пречистване на водорода от други газове.

    Известни са 3 изотопа на водорода: - протий, - деутерий, - тритий. Основната част от естествения водород е протият. Деутерият е част от тежката вода, която е обогатена с повърхността на водатаокеан. 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 ковалентна неполярна връзка. Енергията на свързване в молекулата на водорода е 436 kJ/mol, което обяснява ниската химическа активност на молекулния водород.


    1. Взаимодействие с халогени. При обикновени температури водородът реагира само с флуор:
    H2 + F2 = 2HF.

    С хлор - само на светлина, образувайки хлороводород; с бром реакцията протича по-малко енергично; с йод не протича докрай дори при високи температури.


    1. Взаимодействие с кислород – при нагряване, при запалване реакцията протича с експлозия: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
    Водородът изгаря в кислород, освобождавайки голямо количествотоплина. Температурата на водородно-кислородния пламък е 2800 °C.

    Смес от 1 част кислород и 2 части водород е „експлозивна смес“ и е най-експлозивната.


    1. Взаимодействие със сярата - при нагряване H 2 + S = H 2 S.

    2. Взаимодействие с азот. При топлина, високо налягане и в присъствието на катализатор:
    3H 2 + N 2 = 2NH 3.

    1. Взаимодействие с азотен оксид (II). Използва се в почистващи системи по време на производството азотна киселина: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.

    2. Взаимодействие с метални оксиди. Водородът е добър редуциращ агент, той редуцира много метали от техните оксиди: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

    3. Атомарният водород е силен редуциращ агент. Образува се от молекулно при електрически разряд при условия на ниско налягане. Има висока редуцираща активност водород в момента на освобождаване, образуван при редукция на метал с киселина.

    4. 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;
    Ca + H 2 = CaH 2.

    Производство на водород

    В лабораторията:


    1. Взаимодействие на метал с разредени разтвори на сярна и солна киселина,
    Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2.

    1. Взаимодействие на алуминий или силиций с водни разтвори на основи:
    2Al + 2NaOH + 10H 2 O = 2Na + 3H 2;

    Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2.

    В индустрията:


    1. Електролиза на водни разтвори на натриев и калиев хлорид или електролиза на вода в присъствието на хидроксиди:
    2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH;

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


    1. Метод на преобразуване. Първо, водният газ се получава чрез преминаване на водна пара през горещ кокс при 1000 °C:
    C + H 2 O = CO + H 2.

    След това въглеродният оксид (II) се окислява до въглероден оксид (IV) чрез преминаване на смес от воден газ с излишък от водна пара върху Fe 2 O 3 катализатор, нагрят до 400–450 ° C:

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

    Полученият въглероден окис (IV) се абсорбира от водата и 50% от индустриалния водород се произвежда по този начин.


    1. Конверсия на метан: CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2.
    Реакцията протича в присъствието на никелов катализатор при 800 °C.

    1. Термично разлагане на метан при 1200 °C: CH 4 = C + 2H 2.

    2. Дълбоко охлаждане (до -196 °C) на коксовия газ. При тази температура всички газообразни вещества с изключение на водорода кондензират.
    Приложения на водорода

    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 изкуствено течно гориво, за хидрогениране на мазнини.