S-elementide iseloomustus

S-elementide plokk sisaldab 13 elementi, millele on omane välise energiataseme s-alamtaseme kogunemine nende aatomitesse.

Kuigi vesinik ja heelium on nende omaduste eripära tõttu klassifitseeritud s-elementideks, tuleks neid käsitleda eraldi. Vesinik, naatrium, kaalium, magneesium, kaltsium on elutähtsad elemendid.

S-elementide ühenditel on omadustes ühised mustrid, mis on seletatav sarnasusega elektrooniline struktuur nende aatomid. Kõik välised elektronid on valentsid ja osalevad keemiliste sidemete moodustamises. Seetõttu on nende elementide maksimaalne oksüdatsiooniaste ühendites number elektronid väliskihis ja on vastavalt võrdne selle rühma arvuga, milles see element asub. S-elemendi metallide oksüdatsiooniaste on alati positiivne. Omapära on ka see, et peale väliskihi elektronide eraldumist jääb alles väärisgaasi kestaga ioon. Elemendi seerianumbri, aatomraadiuse suurenemisega väheneb ionisatsioonienergia (5,39 eV y Li-lt 3,83 eV y Fr-ni) ja elementide redutseeriv aktiivsus suureneb.

Valdav enamus s-elementide ühendeid on värvitud (erinevalt d-elementide ühenditest), kuna välistatud on d-elektronide üleminek madalalt energiatasemelt kõrgemale energiatasemele, mis põhjustab värvuse.

Rühmade IA - IIA elementide ühendid on tüüpilised soolad, vesilahuses dissotsieeruvad nad peaaegu täielikult ioonideks ega allu katioonide hüdrolüüsile (välja arvatud Be 2+ ja Mg 2+ soolad).

vesinikhüdriid ioonne kovalentne

S-elementide ioonide puhul ei ole komplekside moodustumine tüüpiline. S - elementide kristalsed kompleksid ligandidega H 2 O-kristallilised hüdraadid on tuntud juba iidsetest aegadest, näiteks: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-booraks, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-maarjas. Kristallilistes hüdraatides olevad veemolekulid on rühmitatud katiooni ümber, kuid mõnikord ümbritsevad aniooni täielikult. Iooni väikese laengu ja iooni suure raadiuse tõttu on leelismetallid kõige vähem altid komplekside, sealhulgas vesikomplekside tekkele. kompleksimoodustajatena komplekssed ühendid liitiumi, berülliumi ja magneesiumi ioonid toimivad madala stabiilsusena.

Vesinik. Vesiniku keemilised omadused

Vesinik on kõige kergem s-element. Selle elektrooniline konfiguratsioon põhiolekus on 1S 1 . Vesinikuaatom koosneb ühest prootonist ja ühest elektronist. Vesiniku eripära on see, et selle valentselektron asub otse toimesfääris aatomituum. Vesinikul puudub vahepealne elektronkiht, mistõttu vesinikku ei saa pidada leelismetallide elektrooniliseks analoogiks.

Nagu leelismetallid, on ka vesinik redutseerija ja selle oksüdatsiooniaste on +1. Vesiniku spektrid on sarnased leelismetallide spektritega. Niisiis leelismetallid vesinikku toob lähemale selle võime anda lahustes hüdraatunud positiivselt laetud iooni H +.

Nagu halogeenil, puudub ka vesinikuaatomil üks elektron. See on hüdriidiooni H- olemasolu põhjus.

Lisaks on vesinikuaatomitele sarnaselt halogeeniaatomitele iseloomulik kõrge ionisatsioonienergia (1312 kJ/mol). Seega on vesinikul elementide perioodilises tabelis eriline koht.

Vesinik on universumi kõige levinum element, moodustades kuni poole päikese ja enamiku tähtede massist.

Päikesel ja teistel planeetidel on vesinik aatomi olekus, tähtedevahelises keskkonnas osaliselt ioniseeritud kaheaatomiliste molekulide kujul.

Vesinikul on kolm isotoopi; protium 1 H, deuteerium 2 D ja triitium 3 T, kusjuures triitium on radioaktiivne isotoop.

Vesinikumolekulid eristuvad suure tugevuse ja vähese polariseeritavuse, väikese suuruse ja väikese massi poolest ning neil on suur liikuvus. Seetõttu on vesinikul väga madal sulamistemperatuur (-259,2 o C) ja keemistemperatuur (-252,8 o C). Sest kõrge energia dissotsiatsioon (436 kJ / mol) toimub molekulide lagunemine aatomiteks temperatuuril üle 2000 ° C. Vesinik on värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas. Sellel on madal tihedus - 8,99·10 -5 g/cm Väga kõrgel rõhul läheb vesinik metallilisse olekusse. Arvatakse, et kaugetel planeetidel Päikesesüsteem- Jupiter ja Saturn, vesinik on metallilises olekus. On oletatud, et maakera tuuma koostis sisaldab ka metallilist vesinikku, kus see on maa vahevöö tekitatud ülikõrgel rõhul.

Keemilised omadused. Toatemperatuuril reageerib molekulaarne vesinik ainult fluoriga, valgusega kiiritamisel - kloori ja broomiga, kuumutamisel O 2, S, Se, N 2, C, I 2-ga.

Vesiniku reaktsioonid hapniku ja halogeenidega kulgevad vastavalt radikaalmehhanismile.

Koostoime klooriga on näide hargnemata reaktsioonist valguse kiiritamisel (fotokeemiline aktiveerimine), kuumutamisel (termiline aktiveerimine).

Cl + H2 \u003d HCl + H (ahela arendamine)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

Plahvatusohtliku gaasi - vesiniku-hapniku segu - plahvatus on näide hargnenud ahelaga protsessist, kui algatatud ahel ei sisalda mitte ühte, vaid mitut etappi:

H2 + O2 \u003d 2OH

H + O 2 \u003d OH + O

O + H2 \u003d OH + H

OH + H 2 \u003d H 2 O + H

Plahvatusohtlikku protsessi saab vältida puhta vesinikuga töötades.

Kuna vesinikku iseloomustavad positiivsed (+1) ja negatiivsed (-1) oksüdatsiooniastmed, võib vesinikul olla nii redutseerivaid kui ka oksüdeerivaid omadusi.

Vesiniku redutseerivad omadused ilmnevad koostoimel mittemetallidega:

H2 (g) + Cl2 (g) \u003d 2HCl (g),

2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2O (g),

Need reaktsioonid kulgevad suure koguse soojuse vabanemisega, mis näitab H-Cl, H-O sidemete suurt energiat (tugevust). Seetõttu on vesinikul redutseerivad omadused paljude oksiidide, halogeniidide suhtes, näiteks:

See on aluseks vesiniku kasutamisele redutseerijana halogeniidoksiididest lihtsate ainete saamiseks.

Veelgi tugevam redutseerija on aatomvesinik. See moodustub molekulaarsest elektronlahendusest madala rõhu tingimustes.

Vesinikul on metalli ja happe koostoimel vabanemise hetkel kõrge redutseeriv aktiivsus. Selline vesinik redutseerib CrCl3 CrCl2-ks:

2CrCl3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl2 + 2ZnCl2 + H2^

Vesiniku ja lämmastikoksiidi (II) koostoime on oluline:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Kasutatakse puhastussüsteemides lämmastikhappe tootmisel.

Oksüdeeriva ainena interakteerub vesinik aktiivsete metallidega:

Sel juhul käitub vesinik nagu halogeen, moodustades sarnaseid halogeniide hüdriidid.

I rühma s-elementide hüdriididel on NaCl tüüpi ioonne struktuur. Keemiliselt käituvad ioonhüdriidid nagu aluselised ühendid.

Kovalentsed hõlmavad mittemetalliliste elementide hüdriide, mis on vähem elektronegatiivsed kui vesinik ise, näiteks hüdriidid koostisega SiH 4, BH 3, CH 4. Kõrval keemiline olemus Mittemetallihüdriidid on happelised ühendid.

Hüdriidide hüdrolüüsi iseloomulik tunnus on vesiniku vabanemine, reaktsioon kulgeb redoksmehhanismi järgi.

Põhihüdriid

happehüdriid

Vesiniku vabanemise tõttu toimub hüdrolüüs täielikult ja pöördumatult (?Н<0, ?S>0). Sel juhul moodustavad aluselised hüdriidid leelise ja happelised happed.

Süsteemi standardpotentsiaal on B. Seetõttu on H-ioon tugev redutseerija.

Laboris saadakse vesinikku Kippi aparaadis tsingi reageerimisel 20% väävelhappega.

Tehniline tsink sisaldab sageli väikeseid arseeni ja antimoni lisandeid, mis redutseeritakse vesiniku toimel mürgisteks gaasideks vabanemisel: arsiin SbH 3 ja stabüün SbH Selline vesinik võib olla mürgine. Keemiliselt puhta tsingiga kulgeb reaktsioon ülepinge tõttu aeglaselt ja head vesinikuvoolu ei ole võimalik saada. Selle reaktsiooni kiirust suurendatakse vasksulfaadi kristallide lisamisega, reaktsiooni kiirendab galvaanilise Cu-Zn paari moodustumine.

Räni või alumiiniumi leelise toimel kuumutamisel moodustub rohkem puhast vesinikku:

Tööstuses saadakse puhast vesinikku elektrolüüte (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2) sisaldava vee elektrolüüsil.

Elektrolüüsi käigus tekib kõrvalsaadusena suur hulk vesinikku vesilahus naatriumkloriid, mille diafragma eraldab katoodi ja anoodi ruumi,

Suurim kogus vesinikku saadakse tahke kütuse (antratsiidi) gaasistamisel ülekuumendatud auruga:

Või maagaasi (metaani) muundamine ülekuumendatud auruga:

Saadud segu (sünteesgaas) kasutatakse paljude tootmisel orgaanilised ühendid. Vesiniku saagist saab suurendada, juhtides sünteesgaasi üle katalüsaatori, samal ajal kui CO muundatakse CO 2 -ks.

Rakendus. Ammoniaagi sünteesil kulub suur hulk vesinikku. vesinikkloriidi tootmiseks ja vesinikkloriidhappest, taimsete rasvade hüdrogeenimiseks, metallide (Mo, W, Fe) regenereerimiseks oksiididest. Vesinik-hapniku leeke kasutatakse metallide keevitamiseks, lõikamiseks ja sulatamiseks.

Raketikütusena kasutatakse vedelat vesinikku. Vesinikkütus on keskkonnasõbralik ja energiamahukam kui bensiin, nii et see võib tulevikus asendada naftasaadusi. Juba praegu sõidab maailmas mitusada autot vesinikuga. Vesinikuenergia probleemid on seotud vesiniku ladustamise ja transpordiga. Vesinikku hoitakse maa-alustes tankerites vedelas olekus rõhul 100 atm. Saatmine suured hulgad vedel vesinik kujutab endast tõsist ohtu.

Vaatame, mis on vesinik. Selle mittemetalli keemilisi omadusi ja tootmist uuritakse koolis anorgaanilise keemia kursusel. See on see element, mis juhib perioodiline süsteem Mendelejev ja väärib seetõttu üksikasjalikku kirjeldust.

Lühike teave elemendi avamise kohta

Enne vesiniku füüsikaliste ja keemiliste omaduste kaalumist uurime, kuidas see oluline element leiti.

Kuueteistkümnendal ja seitsmeteistkümnendal sajandil töötanud keemikud mainisid oma kirjutistes korduvalt põlevat gaasi, mis eraldub hapete kokkupuutel aktiivsete metallidega. Kaheksateistkümnenda sajandi teisel poolel õnnestus G. Cavendishil seda gaasi koguda ja analüüsida, andes sellele nimetuse "põlev gaas".

Vesiniku füüsikalisi ja keemilisi omadusi sel ajal ei uuritud. Alles 18. sajandi lõpus suutis A. Lavoisier analüüsiga kindlaks teha, et seda gaasi on võimalik saada vee analüüsimisel. Veidi hiljem hakkas ta uut elementi kutsuma vesinikuks, mis tähendab "vee sünnitamist". Vesinik võlgneb oma kaasaegse vene nime M. F. Solovjovile.

Looduses olemine

Vesiniku keemilisi omadusi saab analüüsida ainult selle arvukuse põhjal looduses. Seda elementi leidub hüdro- ja litosfääris ning see kuulub ka mineraalide hulka: maagaas ja sellega seotud gaas, turvas, nafta, kivisüsi, põlevkivi. Raske on ette kujutada täiskasvanut, kes ei teaks, et vesinik on vee lahutamatu osa.

Lisaks leidub seda mittemetalli loomorganismides kujul nukleiinhapped, valgud, süsivesikud, rasvad. Meie planeedil leidub seda elementi vabas vormis üsna harva, võib-olla ainult looduslikus ja vulkaanilises gaasis.

Plasma kujul moodustab vesinik umbes poole tähtede ja Päikese massist ning on ka osa tähtedevahelisest gaasist. Näiteks vabas vormis, aga ka metaani, ammoniaagi kujul leidub seda mittemetalli komeetides ja isegi mõnel planeedil.

Füüsikalised omadused

Enne vesiniku keemiliste omaduste kaalumist märgime, et kell normaalsetes tingimustes see on õhust kergem gaasiline aine, millel on mitu isotoopivormi. See on vees peaaegu lahustumatu ja sellel on kõrge soojusjuhtivus. Protium, mille massiarv on 1, peetakse selle kõige kergemaks vormiks. Radioaktiivsete omadustega triitium tekib looduses atmosfääri lämmastikust, kui neuronid seda UV-kiirtega kokku puutuvad.

Molekuli struktuuri tunnused

Vesiniku keemiliste omaduste ja sellele iseloomulike reaktsioonide käsitlemiseks peatume selle struktuuri omadustel. Sellel kaheaatomilisel molekulil on kovalentne mittepolaarne keemiline side. Aatomi vesiniku moodustumine on võimalik siis, kui aktiivsed metallid interakteeruvad happelahustega. Kuid sellisel kujul on see mittemetall võimeline eksisteerima vaid ebaolulise ajaperioodi, peaaegu koheselt rekombineerub see molekulaarseks vormiks.

Keemilised omadused

Mõelge vesiniku keemilistele omadustele. Enamikus ühendites, mida see keemiline element moodustab, on selle oksüdatsiooniaste +1, mis muudab selle sarnaseks aktiivsete (leelis)metallidega. Vesiniku peamised keemilised omadused, iseloomustades seda metallina:

• koostoime hapnikuga, moodustades vett;
• reaktsioon halogeenidega, millega kaasneb vesinikhalogeniidi moodustumine;
• väävliga kombineerimisel vesiniksulfiidi tootmine.

Allpool on reaktsioonivõrrand, mis iseloomustab vesiniku keemilisi omadusi. Juhime tähelepanu asjaolule, et mittemetallina (oksüdatsiooniastmega -1) toimib ta ainult reaktsioonis aktiivsete metallidega, moodustades nendega vastavad hüdriidid.

Tavatemperatuuril vesinik ei interakteeru aktiivselt teiste ainetega, seetõttu viiakse enamik reaktsioone läbi alles pärast eelkuumutamist.

Vaatleme üksikasjalikumalt perioodilisustabelit juhtiva elemendi mõningaid keemilisi koostoimeid keemilised elemendid Mendelejev.

Vee moodustumise reaktsiooniga kaasneb 285,937 kJ energia vabanemine. Kõrgendatud temperatuuril (üle 550 kraadi Celsiuse järgi) kaasneb selle protsessiga tugev plahvatus.

Nende hulgas keemilised omadused gaasiline vesinik, mis on leidnud märkimisväärset rakendust tööstuses, pakub huvi selle koostoime metallioksiididega. Metalloksiide töödeldakse tänapäevases tööstuses just katalüütilise hüdrogeenimise teel, näiteks eraldatakse rauakivist puhas metall (segatud raudoksiid). See meetod võimaldab vanametalli tõhusat töötlemist.

Kaasaegses keemiatööstuses on nõutud ka ammoniaagi süntees, mis hõlmab vesiniku koostoimet atmosfäärilämmastikuga. Selle keemilise interaktsiooni esinemise tingimuste hulgas märgime rõhku ja temperatuuri.

Järeldus

Vesinik on kõige vähem aktiivne kemikaal normaalsetes tingimustes. Kui temperatuur tõuseb, suureneb selle aktiivsus oluliselt. See aine on orgaanilises sünteesis nõutud. Näiteks hüdrogeenimise teel saab ketoonid redutseerida sekundaarseteks alkoholideks ja aldehüüde primaarseteks alkoholideks. Lisaks saab hüdrogeenimise teel etüleeni ja atsetüleeni klasside küllastumata süsivesinikke muundada metaani seeria küllastunud ühenditeks. Vesinikku peetakse tänapäevases keemiatootmises õigustatult lihtsaks nõudluseks.

• Nimetus - H (vesinik);
• Ladinakeelne nimetus - Hydrogenium;
• Periood - I;
• rühm - 1 (Ia);
• Aatommass - 1,00794;
• Aatomarv - 1;
• Aatomi raadius = 53 pm;
• Kovalentne raadius = 32 pm;
• Elektronide jaotus - 1s 1;
• sulamistemperatuur = -259,14 °C;
• keemistemperatuur = -252,87 °C;
• Elektronegatiivsus (Paulingi järgi / Alpredi ja Rochovi järgi) \u003d 2,02 / -;
• Oksüdatsiooniaste: +1; 0; -1;
• Tihedus (n.a.) \u003d 0,0000899 g / cm 3;
• Molaarmaht = 14,1 cm 3 / mol.

Vesiniku binaarsed ühendid hapnikuga:

Vesiniku ("vee sünnitamine") avastas inglise teadlane G. Cavendish 1766. aastal. See on looduses kõige lihtsam element – ​​vesinikuaatomil on tuum ja üks elektron, ilmselt seetõttu on vesinik universumis kõige levinum element (enam kui pool enamiku tähtede massist).

Vesiniku kohta võime öelda, et "pool on väike, kuid kallis". Hoolimata oma "lihtsusest" annab vesinik energiat kõigile Maal elavatele olenditele – seal on pidev termotuumareaktsioon mille käigus moodustub neljast vesinikuaatomist üks heeliumiaatom, kaasneb selle protsessiga kolossaalse energiahulga vabanemine (vt lähemalt Tuumasüntees).

IN maakoor vesiniku massiosa on ainult 0,15%. Vahepeal valdav enamus (95%) kõigist Maal teadaolevatest keemilised ained sisaldavad ühte või mitut vesinikuaatomit.

Mittemetallidega ühendites (HCl, H 2 O, CH 4 ...) loovutab vesinik oma ainsa elektroni rohkematele elektronegatiivsetele elementidele, mille oksüdatsiooniaste on +1 (sagedamini), moodustades ainult kovalentseid sidemeid (vt Kovalentne). võlakiri).

Metallidega ühendites (NaH, CaH 2 ...) võtab vesinik seevastu oma ainsal s-orbitaalil veel ühe elektroni, püüdes seega täita oma elektronkihti, näidates oksüdatsiooniastet -1 (harvemini). , moodustades sagedamini ioonse sideme (vt Ioonside), kuna vesinikuaatomi ja metalliaatomi elektronegatiivsuse erinevus võib olla üsna suur.

H2

Gaasilises olekus on vesinik kaheaatomiliste molekulide kujul, moodustades mittepolaarse kovalentse sideme.

Vesiniku molekulidel on:

• suur liikuvus;
• suur tugevus;
• madal polariseeritavus;
• väike suurus ja kaal.

Gaasilise vesiniku omadused:

• looduses kõige kergem gaas, värvitu ja lõhnatu;
• vees ja orgaanilistes lahustites halvasti lahustuv;
• lahustub väikestes kogustes vedelates ja tahketes metallides (eriti plaatinas ja pallaadiumis);
• raskesti vedeldatav (madala polariseeritavuse tõttu);
• on kõigist teadaolevatest gaasidest kõrgeima soojusjuhtivusega;
• kuumutamisel reageerib see paljude mittemetallidega, näidates redutseeriva aine omadusi;
• toatemperatuuril reageerib fluoriga (toimub plahvatus): H 2 + F 2 = 2HF;
• reageerib metallidega, moodustades hüdriide, millel on oksüdeerivad omadused: H 2 + Ca = CaH 2;

Ühendites avaldab vesinik oma redutseerivaid omadusi palju tugevamini kui oksüdeerivad. Vesinik on kivisöe, alumiiniumi ja kaltsiumi järel tugevaim redutseerija. Vesiniku redutseerivaid omadusi kasutatakse laialdaselt tööstuses metallide ja mittemetallide (lihtainete) saamiseks oksiididest ja galliididest.

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O

Vesiniku reaktsioonid lihtainetega

Vesinik võtab vastu elektroni, mängides rolli redutseerija, reaktsioonides:

• Koos hapnikku(süütamisel või katalüsaatori juuresolekul) tekib vahekorras 2:1 (vesinik:hapnik) plahvatusohtlik detoneeriv gaas: 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 kJ
• Koos hall(kuumutamisel temperatuurini 150–300 °C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Koos kloor(süttimisel või UV-kiirgusega kiiritamisel): H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• Koos fluor: H20 + F2 \u003d 2H +1 F
• Koos lämmastik(kuumutamisel katalüsaatorite juuresolekul või kõrgel rõhul): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Vesinik loovutab elektroni, mängides rolli oksüdeeriv aine, reaktsioonides aluseline Ja leelismuld metallid metallihüdriidide moodustamiseks – soolataolised ioonühendid, mis sisaldavad hüdriidiioone H – on ebastabiilsed valge värvusega kristalsed ained.

Ca + H 2 \u003d CaH 2 -1 2Na + H 2 0 \u003d 2NaH -1

On haruldane, et vesiniku oksüdatsiooniaste on -1. Veega reageerides lagunevad hüdriidid, redutseerides vee vesinikuks. Kaltsiumhüdriidi reaktsioon veega on järgmine:

CaH 2 -1 + 2H 2 +1 0 \u003d 2H 2 0 + Ca (OH) 2

Vesiniku reaktsioonid keeruliste ainetega

• kõrgel temperatuuril redutseerib vesinik paljusid metallioksiide: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• metüülalkohol saadakse vesiniku ja süsinikmonooksiidi (II) reaktsiooni tulemusena: 2H 2 + CO → CH 3 OH
• hüdrogeenimisreaktsioonides reageerib vesinik paljude orgaaniliste ainetega.

Täpsemad võrrandid keemilised reaktsioonid vesinikust ja selle ühenditest on juttu leheküljel "Vesinik ja selle ühendid – vesinikku kaasavate keemiliste reaktsioonide võrrandid".

Vesiniku rakendamine

• tuumaenergeetikas kasutatakse vesiniku isotoope - deuteeriumi ja triitiumi;
• keemiatööstuses kasutatakse vesinikku paljude sünteesiks orgaaniline aine, ammoniaak, vesinikkloriid;
• toiduainetööstuses kasutatakse vesinikku tahkete rasvade tootmisel taimeõlide hüdrogeenimise teel;
• metallide keevitamiseks ja lõikamiseks kasutatakse vesiniku kõrget põlemistemperatuuri hapnikus (2600 ° C);
• osade metallide tootmisel kasutatakse redutseerijana vesinikku (vt eespool);
• kuna vesinik on kerge gaas, kasutatakse seda aeronautikas õhupallide, õhupallide, õhulaevade täiteainena;
• Kütusena kasutatakse vesinikku segatuna CO-ga.

Viimastel aastatel on teadlased pööranud palju tähelepanu otsingutele alternatiivsed allikad taastuv energia. Üheks perspektiivikaks valdkonnaks on "vesiniku" energia, mille puhul kasutatakse kütusena vesinikku, mille põlemissaaduseks on tavaline vesi.

Vesiniku tootmise meetodid

Tööstuslikud meetodid vesiniku tootmiseks:

• metaani muundamine (veeauru katalüütiline redutseerimine) veeauruga kõrgel temperatuuril (800°C) nikkelkatalüsaatoril: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• süsinikmonooksiidi muundamine auruga (t=500°C) Fe 2O 3 katalüsaatoril: CO + H2O = CO 2 + H2;
• metaani termiline lagunemine: CH 4 \u003d C + 2H 2;
• tahkete kütuste gaasistamine (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• vee elektrolüüs (väga kallis meetod, mille käigus saadakse väga puhast vesinikku): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Laboratoorsed meetodid vesiniku tootmiseks:

• toime metallidele (tavaliselt tsink) vesinikkloriid- või lahjendatud väävelhappega: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2;
• veeauru koostoime kuumade raualaastudega: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.

Üldskeem "VESINIK"

I. Vesinik on keemiline element

a) Asukoht RESP-s

• seerianumber №1
• periood 1
• I rühm (peamine alarühm "A")
• suhteline mass Ar(H)=1
• Ladinakeelne nimi Hydrogenium (vee sünnitamine)

b) Vesiniku levimus looduses

Vesinik on keemiline element.	Maapõues(litosfäär ja hüdrosfäär) - 1% massist (10. koht kõigi elementide seas)
	ATMOSFÄÄR - 0,0001% aatomite arvu järgi
	Kõige tavalisem element universumis – 92% kõigist aatomitest (tähtede ja tähtedevahelise gaasi põhikomponent)

Vesinik – keemiline element	Ühendustes	H 2 O - vesi(11% massist)
		CH 4 - metaangaas(25% massist)
		orgaaniline aine(nafta, põlevad maagaasid ja muud) Loom- ja taimeorganismides(st valkude, nukleiinhapete, rasvade, süsivesikute ja teiste koostises) Inimese kehas sisaldab keskmiselt umbes 7 kilogrammi vesinikku.

c) Vesiniku valents ühendites

II. Vesinik on lihtne aine (H2)

Kviitung

1. Laboratoorium (Kippi aparaat) A) Metallide koostoime hapetega: Zn+ 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 soola B) Aktiivsete metallide koostoime veega: 2Na + 2H 2O \u003d 2NaOH + H2 alus

2. Tööstus · vee elektrolüüs email praegune 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 · Maagaasist t, Ni CH4 + 2H2O \u003d 4H2 + CO2

Vesiniku leidmine looduses.

Vesinik on looduses laialt levinud, selle sisaldus maakoores (litosfääris ja hüdrosfääris) on 1% massist, 16% aatomite arvu järgi. Vesinik on osa Maal levinuimast ainest - veest (11,19 massiprotsenti vesinikku), söe, nafta, maagaaside, savide, aga ka loomsete ja taimsete organismide koostises (st. valgud, nukleiinhapped, rasvad, süsivesikud jne). Vesinik on vabas olekus äärmiselt haruldane, seda leidub väikestes kogustes vulkaanilistes ja muudes maagaasides. Atmosfääris on tühine kogus vaba vesinikku (0,0001% aatomite arvu järgi). Maalähedases ruumis moodustab vesinik prootonite voona sisemise ("prootoni") kiirgusvöö Maa. Vesinik on kosmose kõige levinum element. Plasma kujul moodustab see umbes poole Päikese ja enamiku tähtede massist, põhiosa tähtedevahelise keskkonna ja gaasiliste udukogude gaasidest. Vesinik esineb paljude planeetide atmosfääris ja komeetides vaba H 2 , metaani CH 4 , ammoniaagi NH 3 , vee H 2 O ja radikaalide kujul. Prootonite voona on vesinik osa Päikese ja kosmiliste kiirte korpuskulaarsest kiirgusest.

Vesinikul on kolm isotoopi:
a) kerge vesinik - protium,
b) raske vesinik - deuteerium (D),
c) üliraske vesinik – triitium (T).

Triitium on ebastabiilne (radioaktiivne) isotoop, mistõttu seda looduses praktiliselt ei esine. Deuteerium on stabiilne, kuid see on väga väike: 0,015% (kogu maapealse vesiniku massist).

Vesiniku valents ühendites

Ühendites on vesinikul valents I.

Vesiniku füüsikalised omadused

Lihtne aine vesinik (H 2) on õhust kergem gaas, värvitu, lõhnatu, maitsetu, t kip \u003d - 253 0 C, vesinik on vees lahustumatu, põlev. Vesinikku saab koguda õhu väljatõrjumisega katseklaasist või veest. Sel juhul tuleb toru tagurpidi pöörata.

Vesiniku saamine

Laboris tekib reaktsiooni käigus vesinik

Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2.

Tsingi asemel võib kasutada rauda, ​​alumiiniumi ja mõningaid teisi metalle ning väävelhappe asemel võib kasutada mõnda muud lahjendatud hapet. Saadud vesinik kogutakse katseklaasi veeväljasurve meetodil (vt joonis 10.2 b) või lihtsalt pöördkolbi (joonis 10.2 a).

Tööstuses saadakse vesinikku suurtes kogustes maagaasist (peamiselt metaanist), interakteerudes veeauruga 800 °C juures nikkelkatalüsaatori juuresolekul:

CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 (t, Ni)

või kõrgel temperatuuril töödeldud veeauru kivisöega:

2H 2O + C = 2H2 + CO 2. (t)

Puhas vesinik saadakse veest selle lagundamisel elektri-šokk(elektrolüüsitav):

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (elektrolüüs).

Vesiniku keemilised omadused

Normaalsetes tingimustes on molekulaarne vesinik suhteliselt inaktiivne, ühinedes vahetult ainult kõige aktiivsemate mittemetallidega (fluori ja valguses ka klooriga). Kuumutamisel reageerib see aga paljude elementidega.

Vesinik reageerib lihtsate ja keeruliste ainetega:

- Vesiniku interaktsioon metallidega viib keeruliste ainete - hüdriidide moodustumiseni, mille keemilistes valemites on metalliaatom alati esikohal:

Kõrgel temperatuuril reageerib vesinik otse mõne metalliga(leelis-, leelismuld- ja teised), moodustades valgeid kristalseid aineid - metallhüdriide (Li H, Na H, KH, CaH 2 jne):

H2 + 2Li = 2LiH

Metallhüdriidid lagunevad kergesti vee toimel, moodustades vastava leelise ja vesiniku:

Sa H2 + 2H2O \u003d Ca (OH)2 + 2H2

- Kui vesinik interakteerub mittemetallidega tekivad lenduvad vesinikuühendid. IN keemiline valem lenduv vesinikühend, vesinikuaatom võib olenevalt asukohast PSCE-s olla kas esimesel või teisel kohal (vt plaati slaidil):

1). Hapnikuga Vesinik moodustab vett:

Video "Vesiniku põlemine"

2H2 + O2 \u003d 2H2O + Q

Tavalistel temperatuuridel kulgeb reaktsioon äärmiselt aeglaselt, üle 550 ° C - plahvatusega (nimetatakse seguks 2 mahuosast H 2 ja 1 mahuosast O 2 plahvatusohtlik gaas) .

Video "Plahvatusohtliku gaasi plahvatus"

Video "Plahvatusohtliku segu valmistamine ja plahvatus"

2). Halogeenidega Vesinik moodustab vesinikhalogeniide, näiteks:

H2 + Cl2 \u003d 2HCl

Vesinik plahvatab koos fluoriga (ka pimedas ja -252°C juures), reageerib kloori ja broomiga ainult valgustamisel või kuumutamisel ning joodiga ainult kuumutamisel.

3). Lämmastikuga Vesinik reageerib ammoniaagi moodustumisega:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

ainult katalüsaatoril ja kõrgendatud temperatuuridel ja rõhul.

4). Kuumutamisel reageerib vesinik intensiivselt väävliga:

H 2 + S \u003d H 2 S (vesiniksulfiid),

palju keerulisem seleeni ja telluuriga.

5). puhta süsinikuga Vesinik võib reageerida ilma katalüsaatorita ainult kõrgetel temperatuuridel:

2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan)

- Vesinik astub asendusreaktsiooni metallioksiididega , samas kui toodetes tekib vesi ja metall redutseerub. Vesinik - omab redutseeriva aine omadusi:

Kasutatakse vesinikku paljude metallide taaskasutamiseks, kuna see võtab nende oksiididest hapnikku ära:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O jne.

Vesiniku rakendamine

Video "Vesiniku kasutamine"

Praegu toodetakse vesinikku tohututes kogustes. Väga suur osa sellest kasutatakse ammoniaagi sünteesil, rasvade hüdrogeenimisel ning kivisöe, õlide ja süsivesinike hüdrogeenimisel. Lisaks kasutatakse vesinikku vesinikkloriidhappe, metüülalkoholi, vesiniktsüaniidhappe sünteesiks, metallide keevitamisel ja sepistamisel, samuti hõõglampide ja vääriskivide valmistamisel. Vesinik tuleb müügile balloonides rõhuga üle 150 atm. Need on värvitud tumeroheliseks ja varustatud punase kirjaga "Vesinik".

Vesinikku kasutatakse vedelate rasvade muundamiseks tahketeks rasvadeks (hüdrogeenimine), vedelkütuste tootmiseks kivisöe ja kütteõli hüdrogeenimise teel. Metallurgias kasutatakse vesinikku oksiidide või kloriidide redutseerijana metallide ja mittemetallide (germaanium, räni, gallium, tsirkoonium, hafnium, molübdeen, volfram jne) tootmiseks.

Vesiniku praktiline kasutusala on mitmekesine: see täidetakse tavaliselt õhupallidega, keemiatööstuses on see tooraine paljude väga oluliste toodete (ammoniaak jne) tootmiseks, toiduainetööstuses - tahke aine tootmiseks. taimsetest õlidest saadud rasvad jne. Kõrget temperatuuri (kuni 2600 °C), mis saadakse vesiniku põletamisel hapnikus, kasutatakse tulekindlate metallide, kvartsi jms sulatamiseks. Vedel vesinik on üks tõhusamaid lennukikütuseid. Vesiniku aastane tarbimine maailmas ületab 1 miljonit tonni.

SIMULAATORID

nr 2. Vesinik

TUGEVDAMISE ÜLESANDED

Ülesanne number 1
Koostage võrrandid vesiniku ja järgmiste ainetega interaktsiooni reaktsioonide jaoks: F 2 , Ca, Al 2 O 3, elavhõbeoksiid (II), volframoksiid (VI). Nimetage reaktsiooniproduktid, märkige reaktsioonide liigid.

Ülesanne number 2
Tehke teisendused vastavalt skeemile:
H2O -> H2 -> H2S -> SO 2

Ülesanne number 3.
Arvutage välja vee mass, mida saab 8 g vesiniku põletamisel?