Structura si proprietăți fizice hidrogen Hidrogenul este un gaz biatomic H2. Nu are nici culoare, nici miros. Acesta este cel mai ușor gaz. Datorită acestei proprietăți, a fost folosit în baloane, dirijabile și dispozitive similare, dar utilizarea pe scară largă a hidrogenului în aceste scopuri este îngreunată de explozivitatea acestuia atunci când este amestecat cu aer.

Moleculele de hidrogen sunt nepolare și foarte mici, așa că există puține interacțiuni între ele. În acest sens, are puncte de topire foarte scăzute (-259°C) și puncte de fierbere (-253°C). Hidrogenul este practic insolubil în apă.

Hidrogenul are 3 izotopi: 1H obișnuit, deuteriu 2H sau D și tritiu radioactiv 3H sau T. Izotopii grei ai hidrogenului sunt unici prin faptul că sunt de 2 sau chiar de 3 ori mai grei decât hidrogenul obișnuit! De aceea, înlocuirea hidrogenului obișnuit cu deuteriu sau tritiu afectează în mod semnificativ proprietățile substanței (de exemplu, punctele de fierbere ale hidrogenului obișnuit H2 și deuteriului D2 diferă cu 3,2 grade). Interacțiunea hidrogenului cu substanțe simple Hidrogenul este un nemetal cu electronegativitate medie. Prin urmare, are atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare.

Proprietățile oxidante ale hidrogenului se manifestă în reacții cu metale tipice - elemente ale principalelor subgrupe ale grupelor I-II ale tabelului periodic. Cele mai active metale (alcaline și alcalino-pământoase) când sunt încălzite cu hidrogen dau hidruri - substanțe solide asemănătoare sărurilor care conțin rețea cristalină ion hidrură H-. 2Na + H2 = 2NaH ; Ca + H2 = CaH2 Proprietățile reducătoare ale hidrogenului se manifestă în reacții cu nemetale mai tipice decât hidrogenul: 1) Interacțiunea cu halogenii H2 + F2 = 2HF

Interacțiunea cu analogii de fluor - clor, brom, iod - se desfășoară în mod similar. Pe măsură ce activitatea halogenului scade, intensitatea reacției scade. Reacția cu fluorul are loc exploziv în condiții normale, reacția cu clorul necesită lumină sau încălzire, iar reacția cu iod are loc numai cu încălzire puternică și este reversibilă. 2) Interacțiunea cu oxigenul 2H2 + O2 = 2H2O Reacția are loc cu o degajare mare de căldură, uneori cu o explozie. 3) Interacțiunea cu sulful H2 + S = H2S Sulful este un nemetal mult mai puțin activ decât oxigenul, iar interacțiunea cu hidrogenul are loc calm.b 4) Interacțiunea cu azotul 3H2 + N2↔ 2NH3 Reacția este reversibilă și are loc într-o măsură vizibilă numai în prezența unui catalizator, atunci când este încălzit și sub presiune. Produsul se numește amoniac. 5) Interacțiunea cu carbonul C + 2H2↔ CH4 Reacția are loc în arc electric sau la temperaturi foarte ridicate. Alte hidrocarburi sunt, de asemenea, formate ca produse secundare. 3. Interacțiunea hidrogenului cu substanțe complexe Hidrogenul prezintă și proprietăți reducătoare în reacțiile cu substanțe complexe: 1) Reducerea oxizilor metalici aflați în seria tensiunii electrochimice în dreapta aluminiului, precum și a oxizilor nemetalici: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; CuO + H2 Cu + H2O Hidrogenul este utilizat ca agent reducător pentru extragerea metalelor din minereurile oxidice. Reacțiile apar la încălzire 2) Adăugarea la substanțe organice nesaturate; С2Н4 + Н2(t;p)→ С2Н6 Reacțiile au loc în prezența unui catalizator și sub presiune. Nu ne vom referi deocamdată la alte reacții ale hidrogenului. 4. Producția de hidrogenÎn industrie, hidrogenul se obține prin prelucrarea materiilor prime hidrocarburi – naturale și gaz asociat, coca, etc. Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:


1) Interacțiunea metalelor care se află în seria tensiunii electrochimice a metalelor la stânga hidrogenului cu acizii. Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Mg + 2HCl = MgCl2 + H22) Interacțiunea metalelor din seria tensiunii electrochimice a metalelor din stânga magneziului cu apa rece . Acest lucru produce, de asemenea, alcalii.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Metalul, situat în seria tensiunii electrochimice a metalelor din stânga manganului, este capabil să înlocuiască hidrogenul din apă în anumite condiții (magneziu - din apă fierbinte, aluminiu - cu condiția ca pelicula de oxid să fie îndepărtată). de la suprafata).

Mg + 2H20 Mg(OH)2 + H2

Metalul, situat în seria de tensiune electrochimică a metalelor din stânga cobaltului, este capabil să înlocuiască hidrogenul din vaporii de apă. Acest lucru produce, de asemenea, un oxid.

3Fe + 4H2Ovapor Fe3O4 + 4H23) Interacțiunea metalelor ai căror hidroxizi sunt amfoteri cu soluții alcaline.

Metalele ai căror hidroxizi sunt amfoteri înlocuiesc hidrogenul din soluțiile alcaline. Trebuie să cunoașteți 2 astfel de metale - aluminiu și zinc:

2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na + + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

În acest caz, se formează săruri complexe - hidroxoaluminați și hidroxoaluminați.

Toate metodele enumerate până acum se bazează pe același proces - oxidarea unui metal cu un atom de hidrogen în starea de oxidare +1:

М0 + nН+ = Мn+ + n/2 H2

4) Interacțiunea hidrurilor metalice active cu apa:

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

Acest proces se bazează pe interacțiunea hidrogenului în starea de oxidare -1 cu hidrogenul în starea de oxidare +1:

5) Electroliza solutii apoase alcaline, acizi, unele săruri:

2H2O 2H2 + O2

5. Compuși cu hidrogenÎn acest tabel din stânga, celulele elementelor care formează compuși ionici cu hidrogen - hidruri - sunt evidențiate cu o umbră ușoară. Aceste substanțe conțin ionul hidrură H-. Sunt substanțe solide, incolore, asemănătoare sării și reacționează cu apa pentru a elibera hidrogen.

Elementele principalelor subgrupe ale grupelor IV-VII formează compuși cu hidrogen structura moleculara. Uneori sunt numite și hidruri, dar acest lucru este incorect. Nu conțin un ion hidrură, sunt formați din molecule. De regulă, cei mai simpli compuși cu hidrogen ai acestor elemente sunt gaze incolore. Excepțiile sunt apa, care este un lichid, și fluorura de hidrogen, care este un gaz la temperatura camerei, dar este lichid în condiții normale.

Celulele întunecate indică elemente care formează compuși cu hidrogen care prezintă proprietăți acide.

Celulele întunecate cu cruce indică elemente care formează compuși cu hidrogen care prezintă proprietăți de bază.

=================================================================================

29). caracteristici generale proprietățile elementelor subgrupului principal 7gr. Clor. Proprietăți de Lore. Acid clorhidric. Subgrupul de halogeni include fluor, clor, brom, iod și astatin (astatina este un element radioactiv, puțin studiat). Acestea sunt elementele p din grupa VII din tabelul periodic al lui D.I. Mendeleev. La nivelul energetic exterior, atomii lor au 7 electroni ns2np5. Aceasta explică caracterul comun al proprietăților lor.

Ei adaugă cu ușurință câte un electron fiecare, prezentând o stare de oxidare de -1. Halogenii au acest grad de oxidare în compușii cu hidrogen și metale.

Cu toate acestea, atomii de halogen, pe lângă fluor, pot prezenta și stări de oxidare pozitive: +1, +3, +5, +7. Valorile posibile ale stărilor de oxidare sunt explicate prin structura electronică, care pentru atomii de fluor poate fi reprezentată prin diagramă

Fiind cel mai electronegativ element, fluorul poate accepta doar un electron pe subnivel 2p. Are un electron nepereche, deci fluorul este doar monovalent, iar starea de oxidare este întotdeauna -1.

Structura electronică a atomului de clor este exprimată prin diagrama: Atomul de clor are un electron nepereche în subnivelul 3p și starea normală (neexcitată) a clorului este monovalentă. Dar, din moment ce clorul se află în a treia perioadă, are încă cinci orbitali ai subnivelului 3d, care pot găzdui 10 electroni.

Fluorul nu are orbitali liberi, ceea ce înseamnă că în timpul reacțiilor chimice nu există nicio separare a electronilor perechi în atom. Prin urmare, atunci când se iau în considerare proprietățile halogenilor, este întotdeauna necesar să se ia în considerare caracteristicile fluorului și compușilor.

Soluțiile apoase de compuși cu hidrogen ai halogenilor sunt acizi: HF - fluorhidric (fluoric), HCl - clorhidric (clorhidric), HBr - bromhidric, HI - iodhidric.

Clorul (lat.Chlorum), Cl, element chimic din grupa VII a sistemului periodic al lui Mendeleev, număr atomic 17, masa atomică 35,453; aparține familiei halogenului. În condiții normale (0°C, 0,1 Mn/m2 sau 1 kgf/cm2) este un gaz galben-verzui cu un miros puternic iritant. Clorul natural este format din doi izotopi stabili: 35Cl (75,77%) și 37Cl (24,23%).

Proprietățile chimice ale clorului. Extern configuratie electronica atomul Cl 3s2Зр5. În conformitate cu aceasta, clorul din compuși prezintă stări de oxidare de -1, +1, +3, +4, +5, +6 și +7. Raza covalentă a atomului este de 0,99 Å, raza ionică a lui Cl- este de 1,82 Å, afinitatea electronică a atomului de clor este de 3,65 eV, iar energia de ionizare este de 12,97 eV.

Din punct de vedere chimic, clorul este foarte activ, se combină direct cu aproape toate metalele (cu unele doar în prezența umezelii sau la încălzire) și cu nemetale (cu excepția carbonului, azotului, oxigenului, gazelor inerte), formând clorurile corespunzătoare, reacţionează cu mulți compuși, înlocuiește hidrogenul în hidrocarburile saturate și se alătură compușilor nesaturați. Clorul înlocuiește bromul și iodul din compușii lor cu hidrogen și metale; Dintre compușii clorului cu aceste elemente, acesta este înlocuit cu fluor. Metalele alcaline în prezența urmelor de umiditate reacţionează cu clorul cu aprindere, majoritatea metalelor reacţionează cu clorul uscat doar când este încălzit, formând PCl3, iar cu clorarea suplimentară; Sulful cu clor când este încălzit dă S2Cl2, SCl2 și alte SnClm. Arsenicul, antimoniul, bismutul, stronțiul, telurul interacționează puternic cu Clorul. Un amestec de clor și hidrogen arde cu o flacără incoloră sau galben-verde pentru a forma acid clorhidric (aceasta reacţie în lanţ). Cu oxigen, Clorul formează oxizi: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, precum și hipocloriți (săruri ale acidului hipocloros), cloriți, clorați și perclorați. Toate compușii oxigenului clorul formează amestecuri explozive cu substanţe uşor oxidabile. Clorul din apă se hidrolizează, formând acizi hipocloros și clorhidric: Cl2 + H2O = HClO + HCl. La clorurarea soluțiilor apoase de alcaline la rece se formează hipocloriți și cloruri: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, iar la încălzire se formează clorați. Clorarea hidroxidului de calciu uscat produce înălbitor. Când amoniacul reacţionează cu clorul, se formează triclorura de azot. La clorinarea compușilor organici, clorul fie înlocuiește hidrogenul, fie unește legături multiple, formând diferiți compuși organici care conțin clor. Clorul formează compuși interhalogeni cu alți halogeni. Fluorurile ClF, ClF3, ClF3 sunt foarte reactive; de exemplu, într-o atmosferă de ClF3, vata de sticlă se aprinde spontan. Compuși cunoscuți ai clorului cu oxigen și fluor sunt oxifluorurile de clor: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 și perclorat de fluor FClO4. Acid clorhidric (acid clorhidric, acid clorhidric, acid clorhidric) - HCI, o soluție de acid clorhidric în apă; acid monoprotic puternic. Incolor (acidul clorhidric tehnic este gălbui din cauza impurităților de Fe, Cl2 etc.), „fumat” în aer, lichid caustic. Concentrația maximă la 20 °C este de 38% din greutate. Săruri acid clorhidric se numesc cloruri.

Interacțiunea cu agenţi oxidanţi puternici(permanganat de potasiu, dioxid de mangan) cu eliberare de clor gazos:

Reacția cu amoniacul pentru a forma un fum alb gros format din cristale minuscule de clorură de amoniu:

Reacție calitativă asupra acidului clorhidric și a sărurilor sale este interacțiunea acestuia cu nitratul de argint, care formează un precipitat coagulat de clorură de argint, insolubil în acid azotic:

===============================================================================

Hidrogenul este un gaz; este pe primul loc în Tabelul Periodic. Numele acestui element, răspândit în natură, este tradus din latină ca „generator de apă”. Deci ce fizic și proprietăți chimice hidrogen stim noi?

Hidrogen: informații generale

În condiții normale, hidrogenul nu are gust, miros, nu are culoare.

Orez. 1. Formula hidrogenului.

Deoarece un atom are un nivel de energie electronică, care poate conține maximum doi electroni, atunci pentru o stare stabilă atomul poate fie să accepte un electron (starea de oxidare -1), fie să renunțe la un electron (starea de oxidare +1), prezentând o valență constantă I De aceea simbolul elementului hidrogen este plasat nu numai în grupa IA (subgrupul principal al grupului I) împreună cu metalele alcaline, ci și în grupul VIIA (subgrupul principal al grupului VII) împreună cu halogenii. . De asemenea, atomilor de halogen le lipsește un electron pentru a umple nivelul exterior și ei, ca și hidrogenul, sunt nemetale. Exponate de hidrogen grad pozitiv oxidarea în compuși unde este asociată cu mai multe elemente nemetalice electronegative și grad negativ oxidare – în compuși cu metale.

Orez. 2. Localizarea hidrogenului în tabelul periodic.

Hidrogenul are trei izotopi, fiecare având propriul nume: protiu, deuteriu, tritiu. Cantitatea acestora din urmă pe Pământ este neglijabilă.

Proprietățile chimice ale hidrogenului

În substanța simplă H2, legătura dintre atomi este puternică (energia de legătură 436 kJ/mol), prin urmare activitatea hidrogenului molecular este scăzută. În condiții normale, interacționează doar cu foarte metale active, iar singurul nemetal cu care hidrogenul reacționează este fluorul:

F2 +H2 =2HF (fluorura de hidrogen)

Hidrogenul reacționează cu alte substanțe simple (metale și nemetale) și complexe (oxizi, compuși organici nespecificați), fie la iradiere și la creșterea temperaturii, fie în prezența unui catalizator.

Hidrogenul arde în oxigen, eliberând o cantitate semnificativă de căldură:

2H2 +O2 = 2H2O

Un amestec de hidrogen și oxigen (2 volume de hidrogen și 1 volum de oxigen) explodează violent atunci când este aprins și, prin urmare, este numit gaz detonant. Când lucrați cu hidrogen, trebuie respectate regulile de siguranță.

Orez. 3. Gaz exploziv.

În prezența catalizatorilor, gazul poate reacționa cu azotul:

3H2+N2=2NH3

– această reacție la temperaturi și presiuni ridicate produce amoniac în industrie.

La temperaturi ridicate, hidrogenul este capabil să reacționeze cu sulful, seleniul și telurul. iar la interacţiunea cu metale alcaline şi alcalino-pământoase are loc formarea hidrurilor: 4.3. Evaluări totale primite: 186.

În tabelul periodic are propria sa poziție specifică, care reflectă proprietățile pe care le prezintă și vorbește despre ea structura electronica. Cu toate acestea, printre toate există un atom special care ocupă două celule simultan. Este situat în două grupuri de elemente care sunt complet opuse în proprietățile lor. Acesta este hidrogen. Astfel de caracteristici îl fac unic.

Hidrogenul nu este doar un element, ci și o substanță simplă, precum și componentă mulți compuși complecși, element biogen și organogen. Prin urmare, să luăm în considerare caracteristicile și proprietățile sale mai detaliat.

Hidrogenul ca element chimic

Hidrogenul este un element din primul grup al subgrupului principal, precum și al șaptelea grup al subgrupului principal în prima perioadă minoră. Această perioadă este formată din doar doi atomi: heliu și elementul pe care îl luăm în considerare. Să descriem principalele caracteristici ale poziției hidrogenului în tabelul periodic.

  1. Numărul atomic al hidrogenului este 1, numărul de electroni este același și, în consecință, numărul de protoni este același. Masa atomică - 1,00795. Există trei izotopi ai acestui element cu numere de masă 1, 2, 3. Cu toate acestea, proprietățile fiecăruia dintre ei sunt foarte diferite, deoarece o creștere a masei chiar și cu unul pentru hidrogen este imediat dublă.
  2. Faptul că conține doar un electron pe suprafața sa exterioară îi permite să prezinte cu succes atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare. În plus, după ce a donat un electron, acesta rămâne într-un orbital liber, care participă la formarea legăturilor chimice conform mecanismului donor-acceptor.
  3. Hidrogenul este un agent reducător puternic. Prin urmare, locul său principal este considerat a fi primul grup al subgrupului principal, unde conduce cele mai active metale - alcaline.
  4. Cu toate acestea, atunci când interacționează cu agenți reducători puternici, cum ar fi metalele, poate fi și un agent oxidant, acceptând un electron. Acești compuși se numesc hidruri. Conform acestei caracteristici, conduce subgrupul de halogeni cu care este similar.
  5. Datorită masei sale atomice foarte mici, hidrogenul este considerat cel mai ușor element. În plus, densitatea sa este, de asemenea, foarte mică, deci este și un etalon pentru ușurință.

Astfel, este evident că atomul de hidrogen este un element complet unic, spre deosebire de toate celelalte elemente. În consecință, proprietățile sale sunt și ele deosebite, iar cele rezultate sunt simple și substanțe complexe foarte important. Să le luăm în considerare mai departe.

Substanță simplă

Dacă vorbim despre acest element ca moleculă, atunci trebuie să spunem că este diatomic. Adică hidrogenul (o substanță simplă) este un gaz. Formula sa empirică va fi scrisă ca H2, iar formula sa grafică va fi scrisă printr-o singură relație sigma H-H. Mecanismul de formare a legăturilor între atomi este covalent nepolar.

  1. Reformarea metanului cu abur.
  2. Gazeificarea cărbunelui - procesul presupune încălzirea cărbunelui la 1000 0 C, rezultând formarea hidrogenului și a cărbunelui cu conținut ridicat de carbon.
  3. Electroliză. Această metodă poate fi folosit numai pentru soluții apoase de diferite săruri, deoarece topiturile nu conduc la o descărcare de apă la catod.

Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:

  1. Hidroliza hidrururilor metalice.
  2. Efectul acizilor diluați asupra metalelor active și asupra activității medii.
  3. Interacțiunea metalelor alcaline și alcalino-pământoase cu apa.

Pentru a colecta hidrogenul produs, trebuie să țineți eprubeta cu susul în jos. La urma urmei, acest gaz nu poate fi colectat în același mod ca, de exemplu, dioxid de carbon. Acesta este hidrogen, este mult mai ușor decât aerul. Se evaporă rapid, iar în cantități mari explodează atunci când este amestecat cu aer. Prin urmare, eprubeta ar trebui să fie inversată. După umplere, acesta trebuie închis cu un dop de cauciuc.

Pentru a verifica puritatea hidrogenului colectat, ar trebui să aduceți un chibrit aprins la gât. Dacă bataia este plictisitoare și liniștită, înseamnă că gazul este curat, cu impurități minime ale aerului. Dacă este zgomotos și șuiera, este murdar, cu o mare proporție de componente străine.

Domenii de utilizare

Când hidrogenul este ars, se eliberează atât de mult număr mare energie (căldură), că acest gaz este considerat cel mai profitabil combustibil. În plus, este prietenos cu mediul. Cu toate acestea, până în prezent, aplicarea sa în acest domeniu este limitată. Acest lucru se datorează problemelor prost concepute și nerezolvate de sinteză a hidrogenului pur, care ar fi potrivit pentru utilizare ca combustibil în reactoare, motoare și dispozitive portabile, precum și în cazanele de încălzire rezidențiale.

La urma urmei, metodele de producere a acestui gaz sunt destul de costisitoare, așa că mai întâi este necesar să se dezvolte o metodă specială de sinteză. Una care vă va permite să obțineți produsul în volume mari și la costuri minime.

Există mai multe domenii principale în care gazul pe care îl luăm în considerare este utilizat.

  1. Sinteze chimice. Hidrogenarea este folosită pentru a produce săpunuri, margarine și materiale plastice. Cu participarea hidrogenului, metanolul și amoniacul, precum și alți compuși, sunt sintetizați.
  2. În industria alimentară - ca aditiv E949.
  3. Industria aviației (știința rachetelor, producția de avioane).
  4. Industria energiei electrice.
  5. Meteorologie.
  6. Combustibil ecologic.

Evident, hidrogenul este la fel de important, pe atât de abundent în natură. Diferiții compuși pe care îi formează joacă un rol și mai mare.

Compuși cu hidrogen

Acestea sunt substanțe complexe care conțin atomi de hidrogen. Există mai multe tipuri principale de astfel de substanțe.

  1. Halogenuri de hidrogen. Formula generala- HHal. Printre acestea, o importanță deosebită este clorura de hidrogen. Este un gaz care se dizolvă în apă pentru a forma o soluție de acid clorhidric. Acest acid este utilizat pe scară largă în aproape toate sintezele chimice. Mai mult, atât organice cât și anorganice. Clorura de hidrogen este un compus cu formula empirică HCL și este unul dintre cele mai mari produse anual în țara noastră. Halogenurile de hidrogen includ, de asemenea, iodură de hidrogen, fluorură de hidrogen și bromură de hidrogen. Toate formează acizii corespunzători.
  2. Volatile Aproape toate sunt gaze destul de otrăvitoare. De exemplu, hidrogen sulfurat, metan, silan, fosfină și altele. În același timp, sunt foarte inflamabile.
  3. Hidrurile sunt compuși cu metale. Ele aparțin clasei sărurilor.
  4. Hidroxizi: baze, acizi și compuși amfoteri. Ele conțin neapărat atomi de hidrogen, unul sau mai mulți. Exemplu: NaOH, K2, H2SO4 şi altele.
  5. Hidroxid de hidrogen. Acest compus este mai bine cunoscut sub numele de apă. Un alt nume este oxid de hidrogen. Formula empirică arată astfel - H 2 O.
  6. Peroxid de hidrogen. Acesta este un agent oxidant puternic, a cărui formulă este H 2 O 2.
  7. numeroși compuși organici: hidrocarburi, proteine, grasimi, lipide, vitamine, hormoni, uleiuri esentiale si altele.

Este evident că varietatea de compuși ai elementului pe care îl luăm în considerare este foarte mare. Acest lucru confirmă încă o dată importanța sa ridicată pentru natură și oameni, precum și pentru toate ființele vii.

- acesta este cel mai bun solvent

După cum am menționat mai sus, numele comun pentru această substanță este apă. Este format din doi atomi de hidrogen și unul de oxigen, legați prin legături polare covalente. Molecula de apă este un dipol, asta explică multe dintre proprietățile pe care le prezintă. În special, este un solvent universal.

Este în mediu acvatic Aproape toate procesele chimice au loc. Reacțiile interne ale metabolismului plastic și energetic la organismele vii sunt, de asemenea, efectuate folosind oxid de hidrogen.

Apa este considerată pe bună dreptate cea mai importantă substanță de pe planetă. Se știe că niciun organism viu nu poate trăi fără el. Pe Pământ poate exista în trei stări de agregare:

  • lichid;
  • gaz (abur);
  • solid (gheață).

În funcție de izotopul hidrogenului inclus în moleculă, se disting trei tipuri de apă.

  1. Lumină sau protium. Un izotop cu număr de masă 1. Formula - H 2 O. Aceasta este forma obișnuită pe care o folosesc toate organismele.
  2. Deuteriu sau greu, formula sa este D 2 O. Contine izotopul 2 H.
  3. Super grele sau tritiu. Formula arată ca T 3 O, izotop - 3 H.

Rezervele de apă proaspătă protium de pe planetă sunt foarte importante. Există deja o lipsă de ea în multe țări. Se dezvoltă metode de tratare a apei sărate pentru a produce apă potabilă.

Peroxidul de hidrogen este un remediu universal

Acest compus, așa cum sa menționat mai sus, este un excelent agent de oxidare. Cu toate acestea, cu reprezentanți puternici se poate comporta și ca un restaurator. În plus, are un efect bactericid pronunțat.

Un alt nume pentru acest compus este peroxid. În această formă este utilizat în medicină. O soluție de hidrat cristalin de 3% a compusului în cauză este un medicament medical care este utilizat pentru tratarea rănilor mici în scopul dezinfectării acestora. Cu toate acestea, s-a dovedit că acest lucru crește timpul de vindecare a rănii.

Peroxidul de hidrogen este, de asemenea, utilizat în combustibilul pentru rachete, în industrie pentru dezinfecție și albire și ca agent de spumare pentru producerea de materiale adecvate (spumă, de exemplu). În plus, peroxidul ajută la curățarea acvariilor, la albirea părului și la albirea dinților. Cu toate acestea, dăunează țesuturilor, așa că nu este recomandat de specialiști în aceste scopuri.

Să ne uităm la ce este hidrogenul. Proprietățile chimice și producția acestui nemetal sunt studiate la cursul de chimie anorganică de la școală. Acest element este cel care conduce tabel periodic Mendeleev și, prin urmare, merită o descriere detaliată.

Informații scurte despre deschiderea unui element

Înainte de a analiza proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului, să aflăm cum a fost găsit acest element important.

Chimiștii care au lucrat în secolele al XVI-lea și al XVII-lea au menționat în mod repetat în scrierile lor gazul inflamabil care se eliberează atunci când acizii sunt expuși la metale active. În a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, G. Cavendish a reușit să colecteze și să analizeze acest gaz, dându-i numele de „gaz combustibil”.

Proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului nu au fost studiate în acel moment. Abia la sfârşitul secolului al XVIII-lea A. Lavoisier a putut stabili prin analiză că acest gaz putea fi obţinut prin analiza apei. Puțin mai târziu, el a început să numească noul element hidrogen, care s-a tradus înseamnă „a naște apă”. Hidrogenul își datorează numele modern rusesc lui M. F. Solovyov.

Fiind în natură

Proprietățile chimice ale hidrogenului pot fi analizate numai pe baza apariției acestuia în natură. Acest element este prezent în hidro- și litosferă și face parte și din minerale: gaze naturale și asociate, turbă, petrol, cărbune, șisturi bituminoase. Este greu de imaginat un adult care nu ar ști că hidrogenul este parte integrantă apă.

În plus, acest nemetal se găsește în corpurile animalelor sub formă de acizi nucleici, proteine, carbohidrați și grăsimi. Pe planeta noastră, acest element se găsește în formă liberă destul de rar, poate doar în gazele naturale și vulcanice.

Sub formă de plasmă, hidrogenul reprezintă aproximativ jumătate din masa stelelor și a Soarelui și face, de asemenea, parte din gazul interstelar. De exemplu, sub formă liberă, precum și sub formă de metan și amoniac, acest nemetal este prezent în comete și chiar în unele planete.

Proprietăți fizice

Înainte de a lua în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului, observăm că în condiții normale este o substanță gazoasă mai ușoară decât aerul, având mai multe forme izotopice. Este aproape insolubil în apă și are o conductivitate termică ridicată. Protium, care are un număr de masă de 1, este considerată forma sa cea mai ușoară. Tritiu, care are proprietăți radioactive, se formează în natură din azotul atmosferic atunci când neuronii sunt expuși la razele UV.

Caracteristicile structurii moleculei

Pentru a lua în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului și reacțiile caracteristice acestuia, să ne oprim asupra caracteristicilor structurii sale. Această moleculă diatomică conține o legătură chimică covalentă nepolară. Formarea hidrogenului atomic este posibilă prin interacțiunea metalelor active cu soluțiile acide. Dar în această formă, acest non-metal poate exista doar pentru o perioadă scurtă de timp, se recombină aproape imediat într-o formă moleculară.

Proprietăți chimice

Să luăm în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului. În majoritatea compușilor pe care îi formează acest element chimic, acesta prezintă o stare de oxidare de +1, ceea ce îl face similar cu metalele active (alcaline). Principalele proprietăți chimice ale hidrogenului care îl caracterizează ca metal:

  • interacțiunea cu oxigenul pentru a forma apă;
  • reacție cu halogeni, însoțită de formarea de halogenuri de hidrogen;
  • producând hidrogen sulfurat prin combinare cu sulf.

Mai jos este ecuația pentru reacțiile care caracterizează proprietățile chimice ale hidrogenului. Vă rugăm să rețineți că ca nemetal (cu stare de oxidare -1) acționează numai în reacție cu metalele active, formând hidruri corespunzătoare cu acestea.

Hidrogenul la temperaturi obișnuite reacționează inactiv cu alte substanțe, astfel încât majoritatea reacțiilor apar numai după preîncălzire.

Să aruncăm o privire mai atentă la unele dintre interacțiunile chimice ale elementului care conduce tabelul periodic elemente chimice Mendeleev.

Reacția de formare a apei este însoțită de eliberarea a 285,937 kJ de energie. La temperaturi ridicate (mai mult de 550 de grade Celsius), acest proces este însoțit de o explozie puternică.

Printre acele proprietăți chimice ale hidrogenului gazos care și-au găsit aplicații semnificative în industrie, este de interes interacțiunea acestuia cu oxizii metalici. Prin hidrogenarea catalitică, în industria modernă, oxizii metalici sunt prelucrați, de exemplu, metalul pur este izolat din sol de fier (oxid de fier mixt). Această metodă permite reciclarea eficientă a fierului vechi.

Sinteza amoniacului, care implică interacțiunea hidrogenului cu azotul din aer, este, de asemenea, solicitată în industria chimică modernă. Printre condiţiile pentru aceasta interacțiune chimică Observați presiunea și temperatura.

Concluzie

Este hidrogenul care este o substanță chimică slab activă în condiții normale. Pe măsură ce temperatura crește, activitatea sa crește semnificativ. Această substanță este solicitată în sinteza organică. De exemplu, prin hidrogenare, cetonele pot fi reduse la alcooli secundari, iar aldehidele pot fi transformate în alcooli primari. În plus, prin hidrogenare este posibilă transformarea hidrocarburilor nesaturate din clasa etilenei și acetilenei în compuși saturați din seria metanului. Hidrogenul este considerat pe bună dreptate o substanță simplă solicitată în producția chimică modernă.

  • Denumire - H (Hidrogen);
  • Nume latin - Hydrogenium;
  • Perioada - I;
  • Grupa - 1 (Ia);
  • Masa atomică - 1,00794;
  • Numărul atomic - 1;
  • Raza atomică = 53 pm;
  • Raza covalentă = 32 pm;
  • Distribuția electronilor - 1s 1;
  • temperatura de topire = -259,14°C;
  • punctul de fierbere = -252,87°C;
  • Electronegativitatea (după Pauling/după Alpred și Rochow) = 2,02/-;
  • Stare de oxidare: +1; 0; -1;
  • Densitatea (nr.) = 0,0000899 g/cm3;
  • Volumul molar = 14,1 cm3/mol.

Compuși binari ai hidrogenului cu oxigenul:

Hidrogenul („dând naștere apei”) a fost descoperit de omul de știință englez G. Cavendish în 1766. Este cel mai simplu element din natură - un atom de hidrogen are un nucleu și un electron, motiv pentru care hidrogenul este cel mai abundent element din Univers (reprezentând mai mult de jumătate din masa majorității stelelor).

Despre hidrogen putem spune că „bobina este mică, dar scumpă”. În ciuda „simplităţii” sale, hidrogenul furnizează energie tuturor fiinţelor vii de pe Pământ - pe Soare are loc o reacţie termonucleară continuă în care se formează un atom de heliu din patru atomi de hidrogen, acest proces este însoţit de eliberarea unei cantităţi colosale de energie. (pentru mai multe detalii, vezi Fuziunea nucleară).

ÎN scoarta terestra fracție de masă hidrogenul este de numai 0,15%. Între timp, numărul copleșitor (95%) dintre toate cele cunoscute pe Pământ chimicale conţin unul sau mai mulţi atomi de hidrogen.

În compușii cu nemetale (HCl, H 2 O, CH 4 ...), hidrogenul cedează singurul său electron unor elemente mai electronegative, prezentând o stare de oxidare de +1 (mai des), formând doar legături covalente(Vezi Legătura covalentă).

În compușii cu metale (NaH, CaH 2 ...), hidrogenul, dimpotrivă, acceptă un alt electron în singurul său orbital s, încercând astfel să-și completeze stratul electronic, prezentând o stare de oxidare de -1 (mai rar), formând adesea o legătură ionică (vezi legătura ionică), deoarece diferența de electronegativitate a atomului de hidrogen și a atomului de metal poate fi destul de mare.

H 2

În stare gazoasă, hidrogenul există sub formă de molecule diatomice, formând o legătură covalentă nepolară.

Moleculele de hidrogen au:

  • mobilitate mare;
  • putere mare;
  • polarizabilitate scăzută;
  • dimensiuni și greutate mici.

Proprietățile hidrogenului gazos:

  • cel mai ușor gaz din natură, incolor și inodor;
  • slab solubil în apă și solvenți organici;
  • se dizolvă în cantități mici în metale lichide și solide (în special platină și paladiu);
  • dificil de lichefiat (datorită polarizabilității sale scăzute);
  • are cea mai mare conductivitate termică dintre toate gazele cunoscute;
  • când este încălzit, reacţionează cu multe nemetale, prezentând proprietăţile unui agent reducător;
  • la temperatura camerei reacţionează cu fluor (se produce o explozie): H 2 + F 2 = 2HF;
  • reacţionează cu metalele pentru a forma hidruri, prezentând proprietăţi oxidante: H 2 + Ca = CaH 2 ;

În compuși, hidrogenul își prezintă proprietățile sale reducătoare mult mai puternic decât proprietățile sale de oxidare. Hidrogenul este cel mai puternic agent reducător după cărbune, aluminiu și calciu. Proprietățile reducătoare ale hidrogenului sunt utilizate pe scară largă în industrie pentru producerea de metale și nemetale ( substanțe simple) din oxizi şi galide.

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Reacții ale hidrogenului cu substanțe simple

Hidrogenul acceptă un electron, jucând un rol agent reducător, în reacții:

  • Cu oxigen(la aprindere sau în prezența unui catalizator), în raport de 2:1 (hidrogen:oxigen) se formează un gaz detonant exploziv: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
  • Cu gri(când este încălzit la 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
  • Cu clor(atunci când este aprins sau iradiat cu raze UV): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
  • Cu fluor: H20 +F2 = 2H +1 F
  • Cu azot(atunci când este încălzit în prezența catalizatorilor sau la presiune înaltă): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Hidrogenul donează un electron, jucând un rol agent oxidant, în reacții cu alcalinŞi alcalino-pământos metale pentru a forma hidruri metalice - compuși ionici asemănătoare sărurilor care conțin ioni de hidrură de H - acestea sunt substanțe cristaline albe instabile.

Ca+H2 = CaH2-1 2Na+H20 = 2NaH-1

Nu este tipic ca hidrogenul să prezinte o stare de oxidare de -1. Când reacţionează cu apa, hidrurile se descompun, reducând apa la hidrogen. Reacția hidrurii de calciu cu apa este următoarea:

CaH2-1 +2H2 +10 = 2H20 +Ca(OH)2

Reacții ale hidrogenului cu substanțe complexe

  • la temperaturi ridicate, hidrogenul reduce mulți oxizi de metal: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
  • alcoolul metilic se obține prin reacția hidrogenului cu monoxidul de carbon (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
  • În reacțiile de hidrogenare, hidrogenul reacționează cu multe substanțe organice.

Ecuațiile reacțiilor chimice ale hidrogenului și compușilor săi sunt discutate mai detaliat pe pagina „Hidrogen și compușii săi - ecuații ale reacțiilor chimice care implică hidrogen”.

Aplicații ale hidrogenului

  • în energia nucleară se folosesc izotopi de hidrogen - deuteriu și tritiu;
  • în industria chimică, hidrogenul este folosit pentru sinteza multora materie organică, amoniac, acid clorhidric;
  • în industria alimentară, hidrogenul este utilizat la producerea grăsimilor solide prin hidrogenarea uleiurilor vegetale;
  • pentru sudarea și tăierea metalelor se folosește temperatura ridicată de ardere a hidrogenului în oxigen (2600°C);
  • în producerea unor metale, hidrogenul este utilizat ca agent reducător (vezi mai sus);
  • Deoarece hidrogenul este un gaz ușor, este folosit în aeronautică ca umplutură baloane, baloane, dirijabile;
  • Hidrogenul este folosit ca combustibil amestecat cu CO.

ÎN în ultima vreme Oamenii de știință acordă destul de multă atenție căutării de surse alternative de energie regenerabilă. Una dintre zonele promițătoare este energia „hidrogenului”, în care hidrogenul este folosit drept combustibil, al cărui produs de ardere este apa obișnuită.

Metode de producere a hidrogenului

Metode industriale de producere a hidrogenului:

  • conversia metanului (reducerea catalitică a vaporilor de apă) cu vapori de apă la temperatură ridicată (800°C) pe un catalizator de nichel: CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2;
  • conversia monoxidului de carbon cu vapori de apă (t=500°C) pe un catalizator Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
  • descompunerea termică a metanului: CH4 = C + 2H2;
  • gazeificarea combustibililor solizi (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
  • electroliza apei (o metodă foarte costisitoare care produce hidrogen foarte pur): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:

  • acţiune asupra metalelor (de obicei zinc) cu acid clorhidric sau sulfuric diluat: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H2S04 = ZnS04 + H2;
  • interacțiunea vaporilor de apă cu pilitura fierbinte de fier: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.