Vesinik on gaas, just tema on perioodilises süsteemis esikohal. Selle looduses laialt levinud elemendi nimi ladina keelest tõlgituna tähendab "vee sünnitamist". Milliseid vesiniku füüsikalisi ja keemilisi omadusi me teame?
Vesinik: üldine teave
Kell normaalsetes tingimustes Vesinikul pole maitset, lõhna ega värvi.
Riis. 1. Vesiniku valem.
Kuna aatomil on üks energiaelektrooniline tase, mis võib sisaldada maksimaalselt kahte elektroni, siis stabiilse oleku korral võib aatom kas vastu võtta ühe elektroni (oksüdatsiooniaste -1) või loovutada ühe elektroni (oksüdatsiooniaste +1), mis näitab konstantne valents I Seetõttu ei paigutata elemendi vesiniku sümbolit mitte ainult IA rühma (I rühma põhialarühm) koos leelismetallidega, vaid ka VIIA rühma (VII rühma põhialarühm) koos halogeenidega. Halogeeni aatomitel puudub ka üks elektron välise tasandi täitmiseks ja nad, nagu vesinik, on mittemetallid. Vesinikul on positiivne oksüdatsiooniaste ühendites, kus see on seotud elektronegatiivsemate mittemetalliliste elementidega ja negatiivne aste oksüdatsioon - metallidega ühendites.
Riis. 2. Vesiniku paiknemine perioodilises süsteemis.
Vesinikul on kolm isotoopi, millest igaühel on oma nimi: protium, deuteerium, triitium. Viimaste hulk Maal on tühine.
Vesiniku keemilised omadused
Lihtaines H 2 on aatomitevaheline side tugev (sidumisenergia on 436 kJ / mol), seega on molekulaarse vesiniku aktiivsus madal. Normaalsetes tingimustes suhtleb see ainult väga aktiivsete metallidega ja ainus mittemetall, millega vesinik reageerib, on fluor:
F 2 + H 2 \u003d 2HF (vesinikfluoriid)
Vesinik reageerib teiste lihtainetega (metallid ja mittemetallid) ja kompleksainetega (oksiidid, ebamäärased orgaanilised ühendid) kas kiiritamise ja temperatuuri tõusuga või katalüsaatori juuresolekul.
Vesinik põleb hapnikus, eraldudes märkimisväärsel hulgal soojust:
2H2 + O2 \u003d 2H2O
Vesiniku ja hapniku segu (2 mahuosa vesinikku ja 1 mahuosa hapnikku) plahvatab süttimisel ägedalt ja seetõttu nimetatakse seda detoneerivaks gaasiks. Vesinikuga töötamisel tuleb järgida ohutusnõudeid.
Riis. 3. Plahvatusohtlik gaas.
Katalüsaatorite juuresolekul võib gaas reageerida lämmastikuga:
3H2 + N2 \u003d 2NH3
- selle reaktsiooniga kõrgel temperatuuril ja rõhul saadakse tööstuses ammoniaaki.
Kõrgetel temperatuuridel on vesinik võimeline reageerima väävli, seleeni ja telluuriga. ja suhtlemisel aluselise ja leelismuldmetallid hüdriidid tekivad: 4.3. Kokku saadud hinnanguid: 186.
Perioodilises süsteemis paikneb vesinik kahes elementide rühmas, mis on oma omadustelt absoluutselt vastandlikud. See funktsioon muudab selle täiesti ainulaadseks. Vesinik ei ole ainult element või aine, vaid ka paljude kompleksühendite komponent, organogeenne ja biogeenne element. Seetõttu kaalume selle omadusi ja omadusi üksikasjalikumalt.
Põlevgaasi eraldumist metallide ja hapete koosmõjul täheldati juba 16. sajandil ehk siis keemia kui teaduse kujunemise ajal. Kuulus inglise teadlane Henry Cavendish uuris ainet alates 1766. aastast ja andis sellele nimetuse "põlev õhk". Põlemisel tekkis sellest gaasist vett. Kahjuks takistas teadlase flogistoni (hüpoteetilise "hüperpeenaine") teooria järgimine õigete järelduste tegemist.
Prantsuse keemik ja loodusteadlane A. Lavoisier viis 1783. aastal koos insener J. Meunier'ga ja spetsiaalsete gaasimeetrite abil läbi vee sünteesi ja seejärel selle analüüsi, lagundades veeauru punakuuma rauaga. Seega suutsid teadlased teha õigeid järeldusi. Nad leidsid, et "põlevõhk" pole mitte ainult osa veest, vaid seda saab ka sellest saada.
Aastal 1787 väitis Lavoisier, et uuritav gaas on lihtne aine ja on seega üks peamisi keemilised elemendid. Ta nimetas seda vesinikuks (kreeka sõnadest hydor - vesi + gennao - ma sünnitan), see tähendab "vee sünnitamiseks".
Venekeelse nimetuse "vesinik" pakkus 1824. aastal välja keemik M. Solovjov. Vee koostise kindlaksmääramine tähistas "flogistoniteooria" lõppu. 18. ja 19. sajandi vahetusel leiti, et vesinikuaatom on väga kerge (võrreldes teiste elementide aatomitega) ja selle mass võeti aatomimasside võrdlemisel põhiühikuks, saades väärtuseks 1.
Füüsikalised omadused
Vesinik on teadusele teadaolevatest ainetest kõige kergem (see on õhust 14,4 korda kergem), selle tihedus on 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). See materjal sulab (tahkestub) ja keeb (vedeldub) vastavalt temperatuuril -259,1 ° C ja -252,8 ° C (ainult heeliumil on madalam keemis- ja sulamistemperatuur t °).
Vesiniku kriitiline temperatuur on äärmiselt madal (-240 °C). Seetõttu on selle vedeldamine üsna keeruline ja kulukas protsess. Aine kriitiline rõhk on 12,8 kgf / cm² ja kriitiline tihedus 0,0312 g / cm³. Kõigist gaasidest on vesinikul kõrgeim soojusjuhtivus: 1 atm ja 0 ° C juures on see 0,174 W / (mxK).
Aine erisoojusmaht samadel tingimustel on 14,208 kJ / (kgxK) või 3,394 cal / (gh ° C). See element lahustub vees vähesel määral (umbes 0,0182 ml / g 1 atm ja 20 ° C juures), kuid hästi - enamikus metallides (Ni, Pt, Pa jt), eriti pallaadiumis (umbes 850 mahuosa Pd mahu kohta). .
Viimane omadus on seotud selle hajutamisvõimega, samas kui difusiooniga läbi süsinikusulami (näiteks terase) võib kaasneda sulami hävimine vesiniku ja süsiniku vastasmõju tõttu (seda protsessi nimetatakse dekarboniseerimiseks). Vedelas olekus on aine väga kerge (tihedus - 0,0708 g / cm³ temperatuuril t ° \u003d -253 ° C) ja vedel (viskoossus - 13,8 kraadi samadel tingimustel).
Paljudes ühendites on sellel elemendil +1 valents (oksüdatsiooniaste), mis sarnaneb naatriumi ja teiste leelismetallidega. Tavaliselt peetakse seda nende metallide analoogiks. Sellest lähtuvalt juhib ta Mendelejevi süsteemi I rühma. Metallhüdriidides on vesinikuioonil negatiivne laeng (oksüdatsiooniaste on -1), see tähendab, et Na + H- struktuur sarnaneb Na + Cl-kloriidiga. Selle ja mõne muu fakti kohaselt (elemendi "H" ja halogeenide füüsikaliste omaduste lähedus, võime asendada see halogeenidega orgaanilistes ühendites) on vesinik määratud Mendelejevi süsteemi VII rühma.
Normaalsetes tingimustes on molekulaarne vesinik madala aktiivsusega, ühendades otseselt ainult kõige aktiivsemate mittemetallidega (fluori ja klooriga, viimasega valguses). Kuumutamisel interakteerub see omakorda paljude keemiliste elementidega.
Aatomi vesinikul on suurem keemiline aktiivsus (võrreldes molekulaarse vesinikuga). Hapnikuga moodustab see vett vastavalt valemile:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
vabastades 285,937 kJ/mol soojust või 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). Tavalises temperatuuri tingimused reaktsioon kulgeb üsna aeglaselt ja temperatuuril t ° >= 550 ° C - kontrollimatult. Vesiniku + hapniku segu plahvatuspiirid on 4–94 mahuprotsenti H₂ ja vesiniku ja õhu segude plahvatuspiirid 4–74 % H₂ (segu, mis koosneb kahest mahust H2 ja ühest mahust O2, nimetatakse plahvatusohtlikuks gaasiks).
Seda elementi kasutatakse enamiku metallide redutseerimiseks, kuna see võtab oksiididest hapnikku:
Fe3O4 + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,
CuO + H₂ = Cu + H2O jne.
Erinevate halogeenide korral moodustab vesinik vesinikhalogeniide, näiteks:
H2 + Cl2 = 2HCl.
Kuid fluoriga reageerides plahvatab vesinik (see juhtub ka pimedas, temperatuuril -252 ° C), reageerib broomi ja klooriga ainult kuumutamisel või valgustamisel ning joodiga - ainult kuumutamisel. Lämmastikuga suhtlemisel tekib ammoniaak, kuid ainult katalüsaatoril, kõrgendatud rõhul ja temperatuuril:
ZN2 + N2 = 2NH3.
Kuumutamisel reageerib vesinik aktiivselt väävliga:
H₂ + S = H2S (vesiniksulfiid),
ja palju raskem - telluuri või seleeniga. Vesinik reageerib puhta süsinikuga ilma katalüsaatorita, kuid kõrgetel temperatuuridel:
2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan).
See aine reageerib otseselt mõne metalliga (leelis, leelismuldmuld ja teised), moodustades hüdriide, näiteks:
Н₂ + 2Li = 2LiH.
Vähese praktilise tähtsusega on vesiniku ja süsinikmonooksiidi (II) vastasmõju. Sel juhul olenevalt rõhust, temperatuurist ja katalüsaatorist erinev orgaanilised ühendid: HCHO, CH₃OH jne. Küllastumata süsivesinikud küllastuvad reaktsiooni käigus, näiteks:
С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.
Vesinik ja selle ühendid mängivad keemias erakordset rolli. See määrab happelised omadused nn. protoonsed happed kalduvad moodustama erinevate elementidega vesiniksidemeid, millel on oluline mõju paljude anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite omadustele.
Vesiniku saamine
Selle elemendi tööstuslikuks tootmiseks kasutatavad peamised tooraineliigid on rafineerimistehase gaasid, looduslikud põlevad ja koksiahjugaasid. Seda saadakse ka veest elektrolüüsi teel (sobiva elektriga kohtades). Üks olulisemaid meetodeid maagaasist materjali saamiseks on süsivesinike, peamiselt metaani katalüütiline interaktsioon veeauruga (nn konversioon). Näiteks:
CH4 + H2O = CO + ZH2.
Süsivesinike mittetäielik oksüdatsioon hapnikuga:
CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2.
Sünteesitud süsinikmonooksiid (II) muundub:
CO + H2O = CO2 + H2.
Maagaasist toodetud vesinik on odavaim.
Vee elektrolüüsiks kasutatakse alalisvoolu, mis juhitakse läbi NaOH või KOH lahuse (seadmete korrosiooni vältimiseks happeid ei kasutata). Laboritingimustes saadakse materjal vee elektrolüüsil või vesinikkloriidhappe ja tsingi vahelise reaktsiooni tulemusena. Kuid sagedamini kasutatakse silindrites valmis tehasematerjali.
Rafineerimistehase gaasidest ja koksiahju gaasist eraldatakse see element, eemaldades kõik muud gaasisegu komponendid, kuna need vedelduvad sügaval jahutamisel kergemini.
Seda materjali hakati tööstuslikult hankima 18. sajandi lõpus. Siis kasutati seda õhupallide täitmiseks. Praegu kasutatakse vesinikku laialdaselt tööstuses, peamiselt keemiatööstuses, ammoniaagi tootmiseks.
Aine massitarbijad on metüül- ja muude alkoholide, sünteetilise bensiini ja paljude muude toodete tootjad. Neid saadakse süsinikmonooksiidi (II) ja vesiniku sünteesil. Vesinikku kasutatakse raskete ja tahkete vedelkütuste, rasvade jms hüdrogeenimiseks, HCl sünteesiks, naftasaaduste hüdrogeenimiseks, samuti metallide lõikamisel/keevitamisel. Tuumaenergia kõige olulisemad elemendid on selle isotoobid – triitium ja deuteerium.
Vesiniku bioloogiline roll
Umbes 10% elusorganismide massist (keskmiselt) langeb sellele elemendile. See on osa veest ja kõige olulisematest looduslike ühendite rühmadest, sealhulgas valgud, nukleiinhapped, lipiidid, süsivesikud. Mida see teenib?
Sellel materjalil on otsustav roll: hooldamisel ruumiline struktuur valgud (kvaternaarsed), komplementaarsuse põhimõtte rakendamisel nukleiinhapped(st juurutamisel ja salvestamisel geneetiline teave), üldiselt "äratundmisel" molekulaarsel tasandil.
Vesinikuioon H+ osaleb olulistes dünaamilistes reaktsioonides/protsessides kehas. Sealhulgas: bioloogilises oksüdatsioonis, mis varustab elusrakke energiaga, biosünteesireaktsioonides, fotosünteesis taimedes, bakteriaalses fotosünteesis ja lämmastiku sidumises, happe-aluse tasakaalu ja homöostaasi säilitamises, membraani transpordiprotsessides. Koos süsiniku ja hapnikuga moodustab see elunähtuste funktsionaalse ja struktuurse aluse.
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 ühised omadused, mis on seletatav nende aatomite elektroonilise struktuuri sarnasusega. Kõik välised elektronid on valentsid ja osalevad moodustumisel keemilised sidemed. 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. Keemilised omadused vesinik
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 ei saa vesinikku pidada elektrooniliseks analoogiks leelismetallid.
Nagu leelismetallid, on ka vesinik redutseerija ja selle oksüdatsiooniaste on +1. Vesiniku spektrid on sarnased leelismetallide spektritega. Vesinik sarnaneb leelismetallidega oma võime poolest 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 vesinik näitab taastavad omadused seoses paljude oksiididega, halogeniididega, 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 orgaaniliste ühendite tootmisel. 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.
Alustades vesiniku keemiliste ja füüsikaliste omadustega, tuleb märkida, et tavalises olekus on see keemiline element gaasilises vormis. Värvitu vesinikgaas on lõhnatu ja maitsetu. Esimest korda nimetati see keemiline element vesinikuks pärast seda, kui teadlane A. Lavoisier viis läbi veega katseid, mille tulemuste kohaselt sai maailmateadus teada, et vesi on mitmekomponentne vedelik, mille hulka kuulub ka vesinik. See sündmus leidis aset 1787. aastal, kuid ammu enne seda kuupäeva tundsid teadlased vesinikku "põlevgaasi" nime all.
Vesinik looduses
Teadlaste sõnul leidub vesinikku maakoor ja vees (umbes 11,2% kogu veest). See gaas on osa paljudest mineraalidest, mida inimkond on sajandeid maa sisikonnast ammutanud. Osaliselt on vesiniku omadused iseloomulikud naftale, maagaasidele ja savile, looma- ja taimeorganismidele. Kuid puhtal kujul, st ilma perioodilisuse tabeli teiste keemiliste elementidega kombineerimata, on see gaas looduses äärmiselt haruldane. See gaas võib vulkaanipursete ajal maapinnale pääseda. Vaba vesinikku leidub atmosfääris väikestes kogustes.
Vesiniku keemilised omadused
Kuna vesiniku keemilised omadused ei ole ühtlased, kuulub see keemiline element nii Mendelejevi süsteemi I rühma kui ka süsteemi VII rühma. Esimese rühma esindajana on vesinik tegelikult leelismetall, mille oksüdatsiooniaste on enamikus ühendites, milles see sisaldub. Sama valents on iseloomulik naatriumile ja teistele leelismetallidele. Neid keemilisi omadusi silmas pidades peetakse vesinikku nende metallidega sarnaseks elemendiks.
Kui me räägime metallhüdriididest, siis vesinikioonil on negatiivne valents - selle oksüdatsiooniaste on -1. Na + H- on ehitatud samamoodi nagu Na + Cl-kloriid. See asjaolu on põhjuseks vesiniku määramiseks Mendelejevi süsteemi VII rühma. Vesinik, olles molekuli olekus, eeldusel, et see on tavalises keskkonnas, on passiivne ja saab ühineda ainult mittemetallidega, mis on selle jaoks aktiivsemad. Selliste metallide hulka kuulub fluor, valguse juuresolekul ühineb vesinik klooriga. Kui vesinikku kuumutada, muutub see aktiivsemaks, reageerides paljude elementidega. perioodiline süsteem Mendelejev.
Aatomi vesinikul on aktiivsemad keemilised omadused kui molekulaarsel vesinikul. Hapniku molekulid moodustavad vee - H2 + 1/2O2 = H2O. Kui vesinik interakteerub halogeenidega, moodustuvad vesinikhalogeniidid H2 + Cl2 = 2HCl ja vesinik siseneb sellesse reaktsiooni valguse puudumisel ja piisavalt kõrgel negatiivsel temperatuuril - kuni -252 ° C. Vesiniku keemilised omadused võimaldavad seda kasutada paljude metallide redutseerimiseks, kuna reageerides neelab vesinik metallioksiididest hapnikku, näiteks CuO + H2 = Cu + H2O. Vesinik osaleb ammoniaagi moodustumisel, interakteerudes lämmastikuga reaktsioonis 3H2 + N2 = 2NH3, kuid tingimusel, et kasutatakse katalüsaatorit ning tõstetakse temperatuuri ja rõhku.
Energeetiline reaktsioon tekib siis, kui vesinik interakteerub väävliga reaktsioonis H2 + S = H2S, mille tulemusena tekib vesiniksulfiid. Vesiniku interaktsioon telluuri ja seleeniga on veidi vähem aktiivne. Kui katalüsaatorit pole, reageerib see puhta süsinikuga, vesinikuga ainult tingimusel, et tekib kõrge temperatuur. 2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan). Vesiniku aktiivsuse protsessis mõne leelise ja teiste metallidega saadakse hüdriide, näiteks H2 + 2Li = 2LiH.
Vesiniku füüsikalised omadused
Vesinik on väga kerge keemiline. Vähemalt väidavad teadlased, et praegu pole vesinikust kergemat ainet. Selle mass on õhust 14,4 korda kergem, tihedus 0°C juures on 0,0899 g/l. Temperatuuril -259,1 ° C on vesinik võimeline sulama - see on väga kriitiline temperatuur, mis ei ole tüüpiline enamiku muundamiseks. keemilised ühendidühest olekust teise. Ainult selline element nagu heelium ületab selles osas vesiniku füüsikalisi omadusi. Vesiniku veeldamine on keeruline, kuna selle kriitiline temperatuur on (-240°C). Vesinik on inimkonnale teadaolevatest gaasidest kõige rohkem soojust. Kõik ülalkirjeldatud omadused on vesiniku kõige olulisemad füüsikalised omadused, mida inimene kasutab konkreetsetel eesmärkidel. Samuti on need omadused kaasaegse teaduse jaoks kõige olulisemad.
MINSKI KERGETÖÖSTUSE TEHNOLOOGIA JA DISAINI KOLLEDŽ
Essee
distsipliin: keemia
Teema: "Vesinik ja selle ühendid"
Koostanud: 1. kursuse üliõpilane343 rühma
Viskup Elena
Kontrollitud: Alyabyeva N.V.
Minsk 2009
Vesiniku aatomi struktuur perioodilises süsteemis
Oksüdatsiooniseisundid
Levimus looduses
Vesinik kui lihtne aine
Vesinikühendid
Bibliograafia
Vesiniku aatomi struktuur perioodilises süsteemis
Perioodilise süsteemi esimene element (1. periood, järjekorranumber 1). Sellel ei ole täielikku analoogiat teiste keemiliste elementidega ja see ei kuulu ühtegi rühma, seetõttu paigutatakse ta tabelites tinglikult IA rühma ja / või VIIA rühma.
Vesinikuaatom on kõigi elementide aatomitest väikseim ja kergem. Elektrooniline valem aatom 1s 1 . Tavaline vabas olekus elemendi olemasolu vorm on kaheaatomiline molekul.
Oksüdatsiooniseisundid
Rohkemate elektronegatiivsete elementidega ühendites on vesinikuaatomi oksüdatsiooniaste +1, näiteks HF, H 2 O jne. Ja metallihüdriididega ühendites on vesinikuaatomi oksüdatsiooniaste -1, näiteks NaH , CaH 2 jne. Sellel on tüüpiliste metallide ja mittemetallide keskmine elektronegatiivsuse väärtus. Võib katalüütiliselt redutseerida orgaanilistes lahustites, nagu äädikhape või alkohol, palju orgaanilisi ühendeid: küllastumata ühendid küllastunud, mõned naatriumiühendid ammoniaagiks või amiinideks.
Levimus looduses
Looduslik vesinik koosneb kahest stabiilsest isotoobist - protium 1 H, deuteerium 2 H ja triitium 3 H. Teisel viisil tähistatakse deuteeriumi kui D ja triitiumi kui T. Võimalikud on erinevad kombinatsioonid, näiteks HT, HD, TD, H 2, D 2, T2. Vesinik on looduses enam levinud erinevate ühendite kujul väävli (H 2 S), hapniku (vee kujul), süsiniku, lämmastiku ja klooriga. Harvem fosfori, joodi, broomi ja muude elementidega ühendite kujul. See on osa kõigist taime- ja loomaorganismidest, naftast, fossiilsetest kivisöest, maagaasist, paljudest mineraalidest ja kivimitest. Vabas olekus leidub seda väga harva väikestes kogustes - vulkaanilistes gaasides ja orgaaniliste jääkide laguproduktides. Vesinik on universumis kõige levinum element (umbes 75%). Seda leidub Päikesel ja enamikul tähtedel, samuti planeetidel Jupiter ja Saturn, mis on enamasti vesinikud. Mõnel planeedil võib vesinik eksisteerida tahkel kujul.
Vesinik kui lihtne aine
Vesiniku molekul koosneb kahest aatomist, mis on omavahel seotud kovalentse sidemega mittepolaarne side. Füüsikalised omadused - värvitu ja lõhnatu gaas. See levib kosmoses kiiremini kui teised gaasid, läbib väikseid poore ning kõrgel temperatuuril tungib suhteliselt kergesti läbi terase ja muude materjalide. Sellel on kõrge soojusjuhtivus.
Keemilised omadused. Normaalses olekus madalal temperatuuril on see passiivne, ilma kuumutamata reageerib fluori ja klooriga (valguse juuresolekul).
H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HClSee suhtleb mittemetallidega aktiivsemalt kui metallidega.
Erinevate ainetega suhtlemisel võib sellel olla nii oksüdeerivaid kui ka redutseerivaid omadusi.
Vesinikühendid
Üks vesiniku ühenditest on halogeenid. Need tekivad vesiniku ühinemisel VIIA rühma elementidega. HF, HCl, HBr ja HI on värvitud gaasid, mis lahustuvad vees hästi.
Cl2 + H2OHCIO + HCl; HClO-kloori vesiKuna HBr ja HI on tüüpilised redutseerivad ained, ei saa neid vahetusreaktsiooniga nagu HCl saada.
CaF 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 + 2HF
Vesi on looduses kõige levinum vesinikuühend.
2H2 + O2 \u003d 2H2O
Sellel pole värvi, maitset ega lõhna. Väga nõrk elektrolüüt, kuid reageerib aktiivselt paljude metallide ja mittemetallidega, aluseliste ja happeliste oksiididega.
2H2O + 2Na \u003d 2NaOH + H2
H 2 O + BaO \u003d Ba (OH) 2
3H 2 O + P 2 O 5 \u003d 2H 3 PO 4
Raske vesi (D 2 O) on vee isotoopne sort. Ainete lahustuvus raskes vees on palju väiksem kui tavalises vees. Raske vesi on mürgine, kuna aeglustab elusorganismide bioloogilisi protsesse. Koguneb korduval vee elektrolüüsil elektrolüüsi jäägis. Kasutatakse jahutusvedeliku ja neutronite moderaatorina tuumareaktorid.
Hüdriidid - vesiniku interaktsioon metallidega (kõrgel temperatuuril) või mittemetallidega, mis on vähem elektronegatiivsed kui vesinik.
Si + 2H 2 \u003d SiH 4
Vesinik ise avastati 16. sajandi esimesel poolel. Paracelsus. 1776. aastal uuris G. Cavendish esmakordselt selle omadusi, aastatel 1783-1787 näitas A. Lavoisier, et vesinik on osa veest, lisas selle keemiliste elementide loetellu ja pakkus välja nimetuse "vesinik".
Bibliograafia
1. M.B. Volovitš, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L. Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S.V. Simonovitš / Kooliõpilaste käsiraamat / Moskva "AST-PRESS BOOK" 2003.
2. I.L. Knunyats / Keemiaentsüklopeedia / Moskva "Nõukogude entsüklopeedia" 1988
3. I.E. Shimanovich / Keemia 11 / Minsk "Rahva Asveta" 2008
4. F. Cotton, J. Wilkinson/Modern anorgaaniline keemia/ Moskva "Mir" 1969
