S-elemek jellemzése

Az s-elemek blokkja 13 elemet tartalmaz, amelyekben közös a külső energiaszint s-alszintjének atomjaiban való felépítése.

Bár a hidrogént és a héliumot tulajdonságaik sajátos jellege miatt az s-elemek közé sorolják, ezeket külön kell figyelembe venni. A hidrogén, nátrium, kálium, magnézium, kalcium létfontosságú elemek.

Az s-elemek vegyületei közös tulajdonságokat mutatnak, amit a hasonlóság magyaráz elektronikus szerkezet az atomjaikat. Minden külső elektron vegyérték, és részt vesz a kémiai kötések kialakításában. Ezért ezeknek az elemeknek a maximális oxidációs foka a vegyületekben az szám elektronok a külső rétegben, és ennek megfelelően egyenlő annak a csoportnak a számával, amelyben ez az elem található. Az s elemű fémek oxidációs állapota mindig pozitív. További jellemző, hogy a külső réteg elektronjainak szétválása után egy nemesgázhéjú ion marad vissza. Az elem sorszámának, atomsugárának növekedésével az ionizációs energia csökken (5,39 eV y Li-ről 3,83 eV y Fr-re), és nő az elemek redukáló aktivitása.

Az s-elemek vegyületeinek túlnyomó többsége színtelen (ellentétben a d-elemek vegyületeivel), mivel a d-elektronok alacsony energiaszintről magasabb energiaszintekre való átmenete, ami színt okoz, kizárt.

Az IA - IIA csoportok elemeinek vegyületei tipikus sók, vizes oldatban szinte teljesen ionokká disszociálnak, és nincsenek kitéve kationhidrolízisnek (kivéve a Be 2+ és Mg 2+ sókat).

hidrogén-hidrid ionos kovalens

Az s-elemek ionjaira nem jellemző a komplexképződés. S - elemek kristályos komplexei ligandummal H 2 O-kristályos hidrátok ősidők óta ismertek, például: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-borax, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-timsó. A kristályos hidrátokban lévő vízmolekulák a kation körül csoportosulnak, de néha teljesen körülveszik az aniont. Az ion kis töltése és az ion nagy sugara miatt az alkálifémek a legkevésbé hajlamosak komplexképződésre, beleértve az aqua komplexeket is. mint komplexképző szerek összetett vegyületek a lítium, berillium, magnézium ionjai alacsony stabilitásúak.

Hidrogén. A hidrogén kémiai tulajdonságai

A hidrogén a legkönnyebb s-elem. Elektronikus konfigurációja alapállapotban 1S 1 . A hidrogénatom egy protonból és egy elektronból áll. A hidrogén sajátossága, hogy vegyértékelektronja közvetlenül a hatásszférában van atommag. A hidrogénnek nincs köztes elektronrétege, így a hidrogén nem tekinthető az alkálifémek elektronikus analógjának.

Az alkálifémekhez hasonlóan a hidrogén is redukálószer, és oxidációs foka +1. A hidrogén spektruma hasonló az alkálifémekéhez. Így alkálifémek a hidrogént közelebb hozza az a képessége, hogy oldatokban hidratált pozitív töltésű H + iont ad.

A halogénhez hasonlóan a hidrogénatomból is hiányzik egy elektron. Ez az oka a H - hidridion létezésének.

Ezenkívül a halogénatomokhoz hasonlóan a hidrogénatomokat is nagy ionizációs energia jellemzi (1312 kJ/mol). Így a hidrogén különleges helyet foglal el az elemek periódusos rendszerében.

A hidrogén az univerzum legnagyobb mennyiségben előforduló eleme, a Nap és a legtöbb csillag tömegének akár felét is kiadja.

A Napon és más bolygókon a hidrogén atomi állapotban van, a csillagközi közegben részlegesen ionizált kétatomos molekulák formájában.

A hidrogénnek három izotópja van; protium 1 H, deutérium 2 D és trícium 3 T, a trícium radioaktív izotóp.

A hidrogénmolekulákat nagy szilárdság és alacsony polarizálhatóság, kis méret és kis tömeg jellemzi, valamint nagy a mobilitásuk. Ezért a hidrogén olvadáspontja nagyon alacsony (-259,2 o C) és forráspontja (-252,8 o C). Mert nagy energia disszociáció (436 kJ / mol) a molekulák atomokra bomlása 2000 ° C feletti hőmérsékleten történik. A hidrogén színtelen, szagtalan és íztelen gáz. Sűrűsége alacsony - 8,99·10 -5 g/cm Nagyon magas nyomáson a hidrogén fémes állapotba kerül. Úgy tartják, hogy a távoli bolygókon Naprendszer- Jupiter és Szaturnusz, a hidrogén fémes állapotban van. Van egy feltételezés, hogy a Föld magjának összetétele fémes hidrogént is tartalmaz, ahol a földköpeny által létrehozott szupermagas nyomáson van.

Kémiai tulajdonságok. Szobahőmérsékleten a molekuláris hidrogén csak fluorral reagál, fénnyel besugározva - klórral és brómmal, ha O 2, S, Se, N 2, C, I 2 hevítjük.

A hidrogén reakciói oxigénnel és halogénekkel a gyökös mechanizmus szerint zajlanak.

A klórral való kölcsönhatás az el nem ágazó reakció példája fénnyel besugározva (fotokémiai aktiválás), melegítéskor (termikus aktiválás).

Cl + H 2 \u003d HCl + H (láncfejlődés)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

A robbanásveszélyes gáz - hidrogén-oxigén keverék - robbanása egy elágazó láncú folyamat példája, amikor a beinduló lánc nem egy, hanem több szakaszból áll:

H 2 + O 2 \u003d 2OH

H + O 2 \u003d OH + O

O + H 2 \u003d OH + H

OH + H 2 \u003d H 2 O + H

A robbanásveszélyes folyamat elkerülhető, ha tiszta hidrogénnel dolgozunk.

Mivel a hidrogént pozitív (+1) és negatív (-1) oxidációs állapot jellemzi, a hidrogén redukáló és oxidáló tulajdonságokat is mutathat.

Helyreállító tulajdonságok A hidrogén nem fémekkel való kölcsönhatás során nyilvánul meg:

H 2 (g) + Cl 2 (g) \u003d 2HCl (g),

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

Ezek a reakciók nagy mennyiségű hő felszabadulásával mennek végbe, ami a H-Cl, H-O kötések nagy energiáját (erősségét) jelzi. Ezért a hidrogén redukáló tulajdonságokat mutat számos oxiddal, halogeniddel szemben, például:

Ez az alapja annak, hogy a hidrogént redukálószerként használják halogenid-oxidokból egyszerű anyagok előállítására.

Még erősebb redukálószer az atomos hidrogén. Alacsony nyomású körülmények között elektronkisülésben molekulárisból jön létre.

A hidrogénnek nagy redukáló aktivitása van a fém és sav kölcsönhatása során a felszabadulás pillanatában. Az ilyen hidrogén a CrCl3-t CrCl2-vé redukálja:

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 + H 2 ^

A hidrogén és a nitrogén-monoxid (II) kölcsönhatása fontos:

2NO + 2H 2 = N 2 + H 2 O

Tisztítórendszerekben használják salétromsav előállításához.

Oxidálószerként a hidrogén kölcsönhatásba lép az aktív fémekkel:

Ebben az esetben a hidrogén halogénként viselkedik, és hasonló halogenideket képez hidridek.

Az I. csoportba tartozó s-elemek hidridjei NaCl típusú ionos szerkezetűek. Kémiailag az ionos hidridek bázikus vegyületekként viselkednek.

A kovalensek közé tartoznak a nem fémes elemek hidridjei, amelyek kevésbé elektronegatívak, mint maga a hidrogén, például a SiH 4, BH 3, CH 4 összetételű hidridek. Által kémiai természet A nemfém-hidridek savas vegyületek.

A hidridek hidrolízisének jellegzetessége a hidrogén felszabadulása, a reakció a redox mechanizmus szerint megy végbe.

Bázikus hidrid

savhidrid

A hidrogén felszabadulása miatt a hidrolízis teljesen és visszafordíthatatlanul megy végbe (?Н<0, ?S>0). Ebben az esetben a bázikus hidridek lúgot és savas savakat képeznek.

A rendszer standard potenciálja B. Ezért a H-ion erős redukálószer.

A laboratóriumban a hidrogént úgy nyerik, hogy cinket 20%-os kénsavval reagáltatnak egy Kipp-készülékben.

A műszaki cink gyakran tartalmaz apró arzén- és antimonszennyeződéseket, amelyeket a hidrogén redukál, amikor mérgező gázokká válik: arzin SbH 3 és stabin SbH Az ilyen hidrogén mérgező lehet. Kémiailag tiszta cinknél a reakció a túlfeszültség miatt lassan megy végbe, és nem érhető el jó hidrogénáram. A reakció sebességét réz-szulfát kristályok hozzáadásával növeljük, a reakciót pedig egy galván Cu-Zn pár képződése gyorsítja.

Tisztább hidrogén keletkezik a szilícium vagy alumínium lúgjainak hatására hevítés közben:

Az iparban a tiszta hidrogént elektrolitokat (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2) tartalmazó víz elektrolízisével nyerik.

Az elektrolízis során melléktermékként nagy mennyiségű hidrogén képződik vizesoldat nátrium-klorid a katódot és az anódteret elválasztó membránnal,

A legnagyobb mennyiségű hidrogént szilárd tüzelőanyag (antracit) túlhevített gőzzel történő elgázosításával nyerik:

Vagy földgáz (metán) átalakítása túlhevített gőzzel:

A keletkező keveréket (szintézisgázt) sok termék előállításához használják fel szerves vegyületek. A hidrogén hozama növelhető, ha szintézisgázt vezetünk át a katalizátoron, miközben a CO CO 2 -dá alakul.

Alkalmazás. Az ammónia szintézisében nagy mennyiségű hidrogén fogy. hidrogén-klorid előállítására és sósavból, növényi zsírok hidrogénezésére, fémek (Mo, W, Fe) oxidokból történő kinyerésére. A hidrogén-oxigén lángokat fémek hegesztésére, vágására és olvasztására használják.

A folyékony hidrogént rakétaüzemanyagként használják. A hidrogén üzemanyag az környezetbarátés energiaigényesebb, mint a benzin, így a jövőben helyettesítheti a kőolajtermékeket. Már most is több száz autó üzemel hidrogénnel a világon. A hidrogénenergia problémái a hidrogén tárolásával és szállításával kapcsolatosak. A hidrogént földalatti tartályhajókban tárolják folyékony állapotban, 100 atm nyomáson. Szállítás Nagy mennyiségű a folyékony hidrogén komoly veszélyt jelent.

Nézzük meg, mi is az a hidrogén. Ennek a nemfémnek a kémiai tulajdonságait és előállítását az iskolában a szervetlen kémia keretében tanulmányozzák. Ez az elem vezet periodikus rendszer Mengyelejev, ezért részletes leírást érdemel.

Rövid információ egy elem megnyitásáról

Mielőtt megvizsgálnánk a hidrogén fizikai és kémiai tulajdonságait, nézzük meg, hogyan találták meg ezt a fontos elemet.

A tizenhatodik és tizenhetedik században dolgozó kémikusok írásaikban többször is megemlítették az éghető gázt, amely akkor szabadul fel, amikor a savak aktív fémekkel érintkeznek. A tizennyolcadik század második felében G. Cavendishnek sikerült összegyűjtenie és elemeznie ezt a gázt, így a "éghető gáz" nevet adta neki.

A hidrogén fizikai és kémiai tulajdonságait akkoriban nem vizsgálták. A. Lavoisiernek csak a tizennyolcadik század végén sikerült elemzéssel megállapítania, hogy ez a gáz a víz elemzésével nyerhető. Kicsit később az új elemet hidrogénnek kezdte nevezni, ami azt jelenti, hogy "víz szülése". A hidrogén modern orosz nevét M. F. Szolovjovnak köszönheti.

A természetben lenni

A hidrogén kémiai tulajdonságait csak a természetben való előfordulása alapján lehet elemezni. Ez az elem jelen van a hidro- és litoszférában, valamint része az ásványoknak is: természetes és kapcsolódó gáz, tőzeg, olaj, szén, olajpala. Nehéz elképzelni egy felnőttet, aki ne tudná, hogy a hidrogén a víz szerves része.

Ezenkívül ez a nemfém az állati szervezetekben formában található meg nukleinsavak, fehérjék, szénhidrátok, zsírok. Bolygónkon ez az elem szabad formában meglehetősen ritkán található meg, talán csak természetes és vulkáni gázban.

Plazma formájában a hidrogén a csillagok és a Nap tömegének körülbelül a felét teszi ki, és a csillagközi gáz része is. Például szabad formában, valamint metán, ammónia formájában ez a nemfém jelen van az üstökösökben, sőt néhány bolygón is.

Fizikai tulajdonságok

Mielőtt megvizsgálnánk a hidrogén kémiai tulajdonságait, megjegyezzük, hogy a normál körülmények között a levegőnél könnyebb gáz halmazállapotú anyag, számos izotópos formával rendelkezik. Vízben szinte oldhatatlan és magas hővezető képességgel rendelkezik. A Protium, amelynek tömegszáma 1, a legkönnyebb formájának tekinthető. A radioaktív tulajdonságokkal rendelkező trícium a természetben a légköri nitrogénből képződik, amikor a neuronok UV-sugárzásnak teszik ki.

A molekula szerkezetének jellemzői

A hidrogén kémiai tulajdonságainak, a rá jellemző reakcióknak a figyelembevételéhez térjünk ki szerkezetének jellemzőire. Ez a kétatomos molekula kovalens, nem poláris kémiai kötéssel rendelkezik. Az atomos hidrogén képződése akkor lehetséges, ha az aktív fémek savas oldatokkal lépnek kölcsönhatásba. De ebben a formában ez a nemfém csak jelentéktelen ideig képes létezni, szinte azonnal újraegyesül molekuláris formává.

Kémiai tulajdonságok

Vegye figyelembe a hidrogén kémiai tulajdonságait. A legtöbb vegyületben, amelyet ez a kémiai elem képez, +1 oxidációs állapotot mutat, ami hasonló az aktív (alkáli) fémekhez. A hidrogén fő kémiai tulajdonságai, fémként jellemzik:

• oxigénnel való kölcsönhatás víz képződése érdekében;
• reakció halogénekkel, amelyet hidrogén-halogenid képződés kísér;
• kénhidrogén termelése kénnel kombinálva.

Az alábbiakban látható a hidrogén kémiai tulajdonságait jellemző reakcióegyenlet. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy nemfémként (-1 oxidációs állapotú) csak az aktív fémekkel való reakcióban fejti ki hatását, és ezekkel a megfelelő hidrideket képezi.

A hidrogén normál hőmérsékleten nem lép aktív kölcsönhatásba más anyagokkal, ezért a reakciók többsége csak előmelegítés után megy végbe.

Nézzük meg részletesebben a periódusos rendszer élén álló elem néhány kémiai kölcsönhatását kémiai elemek Mengyelejev.

A vízképződés reakciója 285,937 kJ energia felszabadulásával jár. Magas hőmérsékleten (több mint 550 Celsius fok) ezt a folyamatot erős robbanás kíséri.

Azok között kémiai tulajdonságok gázhalmazállapotú hidrogén, amelyek jelentős alkalmazást találtak az iparban, kölcsönhatása fém-oxidokkal érdekes. A modern iparban katalitikus hidrogénezéssel dolgozzák fel a fémoxidokat, például tiszta fémet izolálnak a vaskőből (vegyes vas-oxid). Ez a módszer lehetővé teszi a fémhulladék hatékony feldolgozását.

Az ammónia szintézise, ​​amely a hidrogén és a légköri nitrogén kölcsönhatását jelenti, a modern vegyiparban is keresett. A kémiai kölcsönhatás előfordulásának feltételei között megjegyezzük a nyomást és a hőmérsékletet.

Következtetés

A hidrogén a legkevésbé aktív vegyszer normál körülmények között. A hőmérséklet emelkedésével aktivitása jelentősen megnő. Ez az anyag igényes a szerves szintézisben. Például hidrogénezéssel a ketonok szekunder alkoholokká redukálhatók, az aldehidek pedig primer alkoholokká alakíthatók. Ezenkívül hidrogénezéssel az etilén és acetilén osztályba tartozó telítetlen szénhidrogének a metán sorozat telített vegyületeivé alakíthatók. A hidrogén joggal tekinthető egyszerű, keresett anyagnak a modern vegyiparban.

• Megnevezés - H (hidrogén);
• Latin név - Hydrogenium;
• Időszak - I;
• csoport - 1 (Ia);
• Atomtömeg - 1,00794;
• Atomszám - 1;
• Egy atom sugara = 53 pm;
• Kovalens sugár = 32 pm;
• Az elektronok eloszlása ​​- 1s 1;
• olvadáspont: -259,14 °C;
• forráspont = -252,87 °C;
• Elektronegativitás (Pauling szerint / Alpred és Rochov szerint) \u003d 2,02 / -;
• Oxidációs állapot: +1; 0; -1;
• Sűrűség (n.a.) \u003d 0,0000899 g / cm 3;
• Moláris térfogat = 14,1 cm 3 / mol.

Hidrogén és oxigén bináris vegyületei:

A hidrogént ("vizet szül") G. Cavendish angol tudós fedezte fel 1766-ban. Ez a természet legegyszerűbb eleme - a hidrogénatomnak van egy magja és egy elektronja, valószínűleg ezért a hidrogén a leggyakoribb elem az univerzumban (több mint fele a legtöbb csillag tömegének).

A hidrogénről azt mondhatjuk, hogy "az orsó kicsi, de drága". "Egyszerűsége" ellenére a hidrogén energiát ad minden élőlénynek a Földön - folyamatos termonukleáris reakció amelynek során négy hidrogénatomból egy hélium atom keletkezik, ez a folyamat kolosszális mennyiségű energia felszabadulásával jár (bővebben lásd: Atommagfúzió).

BAN BEN földkéreg a hidrogén tömeghányada mindössze 0,15%. Eközben a Földön ismertek túlnyomó többsége (95%) vegyi anyagok egy vagy több hidrogénatomot tartalmaznak.

A nemfémeket tartalmazó vegyületekben (HCl, H 2 O, CH 4 ...) a hidrogén egyetlen elektronját adja át több elektronegatív elemnek, +1 oxidációs állapotot mutatva (gyakrabban), és csak képződik. kovalens kötések(lásd: kovalens kötés).

A fémekkel alkotott vegyületekben (NaH, CaH 2 ...) a hidrogén ezzel szemben egyetlen s-pályáján még egy elektront vesz fel, így igyekszik teljessé tenni elektronrétegét, -1 oxidációs állapotot mutatva (ritkábban). , gyakrabban képez ionos kötést (lásd Ionos kötés), mivel a hidrogénatom és a fématom elektronegativitásának különbsége meglehetősen nagy lehet.

H2

Gázhalmazállapotban a hidrogén kétatomos molekulák formájában van, amelyek nem poláris kovalens kötést képeznek.

A hidrogénmolekulák a következőket tartalmazzák:

• nagy mobilitás;
• nagy erő;
• alacsony polarizálhatóság;
• kis méret és súly.

A hidrogéngáz tulajdonságai:

• a természet legkönnyebb gáza, színtelen és szagtalan;
• vízben és szerves oldószerekben rosszul oldódik;
• kis mennyiségben oldódik folyékony és szilárd fémekben (különösen platinában és palládiumban);
• nehezen cseppfolyósítható (alacsony polarizálhatósága miatt);
• az összes ismert gáz közül a legmagasabb hővezető képességgel rendelkezik;
• hevítéskor sok nemfémmel reagál, ami redukálószer tulajdonságait mutatja;
• szobahőmérsékleten fluorral reagál (robbanás következik be): H 2 + F 2 = 2HF;
• reagál fémekkel, hidrideket képezve, oxidáló tulajdonságokat mutatva: H 2 + Ca = CaH 2;

A vegyületekben a hidrogén sokkal erősebben fejti ki redukáló tulajdonságait, mint az oxidálóké. A hidrogén a szén, az alumínium és a kalcium után a legerősebb redukálószer. A hidrogén redukáló tulajdonságait széles körben alkalmazzák az iparban fémek és nemfémek (egyszerű anyagok) oxidokból és gallidokból történő előállítására.

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

A hidrogén reakciói egyszerű anyagokkal

A hidrogén elfogad egy elektront, játssza a szerepet redukálószer, reakciókban:

• Val vel oxigén(gyújtáskor vagy katalizátor jelenlétében) 2:1 (hidrogén:oxigén) arányban robbanásveszélyes detonáló gáz képződik: 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 kJ
• Val vel szürke(150-300 °C-ra melegítve): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Val vel klór(ha meggyújtjuk vagy UV-sugárzással besugározzuk): H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• Val vel fluor: H 2 0 + F 2 \u003d 2H + 1 F
• Val vel nitrogén(katalizátor jelenlétében vagy nagy nyomáson hevítve): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

A hidrogén ad egy elektront, játssza a szerepet oxidálószer, reakciókban lúgosÉs alkáliföldfém a fémek fémhidrideket képeznek - sószerű ionos vegyületek, amelyek H hidridionokat tartalmaznak - fehér színű, instabil kristályos anyagok.

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

Nem gyakori, hogy a hidrogén oxidációs állapota -1. Vízzel reagálva a hidridek lebomlanak, a vizet hidrogénné redukálják. A kalcium-hidrid reakciója vízzel a következő:

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

A hidrogén reakciói összetett anyagokkal

• magas hőmérsékleten a hidrogén sok fém-oxidot redukál: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• metil-alkoholt a hidrogén és a szén-monoxid (II) reakciója eredményeként kapunk: 2H 2 + CO → CH 3 OH
• hidrogénezési reakciókban a hidrogén sok szerves anyaggal reagál.

Részletesebb egyenletek kémiai reakciók A hidrogénről és vegyületeiről a „Hidrogén és vegyületei – hidrogénnel végzett kémiai reakciók egyenletei” című oldalon olvashat.

A hidrogén alkalmazása

• az atomenergiában hidrogénizotópokat használnak - deutériumot és tríciumot;
• a vegyiparban a hidrogént sokak szintézisére használják szerves anyag, ammónia, hidrogén-klorid;
• az élelmiszeriparban a hidrogént szilárd zsírok előállítására használják növényi olajok hidrogénezésével;
• fémek hegesztéséhez és vágásához magas égési hőmérsékletű hidrogént használnak oxigénben (2600 ° C);
• egyes fémek előállítása során a hidrogént redukálószerként használják (lásd fent);
• mivel a hidrogén könnyű gáz, a repülésben léggömbök, léggömbök, léghajók töltőanyagaként használják;
• Tüzelőanyagként a hidrogént CO-val keverve használják.

Az elmúlt években a tudósok nagy figyelmet fordítottak a keresésre alternatív források megújuló energia. Az egyik ígéretes terület a "hidrogén" energia, amelyben tüzelőanyagként hidrogént használnak, amelynek égésterméke a közönséges víz.

A hidrogén előállításának módszerei

Ipari módszerek a hidrogén előállítására:

• metánkonverzió (a vízgőz katalitikus redukciója) vízgőzzel magas hőmérsékleten (800°C) nikkelkatalizátoron: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• szén-monoxid átalakítása gőzzel (t=500°C) Fe 2 O 3 katalizátoron: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• metán hőbomlása: CH 4 \u003d C + 2H 2;
• szilárd tüzelőanyagok gázosítása (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• víz elektrolízise (nagyon drága módszer, melyben nagyon tiszta hidrogént nyernek): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

A hidrogén előállításának laboratóriumi módszerei:

• hatás fémekre (általában cinkre) sósavval vagy hígított kénsavval: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2;
• a vízgőz és a forró vasforgács kölcsönhatása: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.

"HIDROGÉN" általános rendszer

én. A hidrogén kémiai elem

a) Pozíció a RESP-ben

• sorozatszám №1
• időszak 1
• I. csoport ("A" fő alcsoport)
• relatív tömeg Ar(H)=1
• Latin neve Hydrogenium (víz szülése)

b) A hidrogén elterjedtsége a természetben

A hidrogén kémiai elem.	A földkéregben(litoszféra és hidroszféra) – 1 tömegszázalék (10. hely az összes elem között)
	LÉGKÖR - 0,0001% atomszám szerint
	A világegyetem leggyakoribb eleme – Az összes atom 92%-a (a csillagok és a csillagközi gáz fő összetevője)

Hidrogén - vegyszer elem	A kapcsolatokban	H 2 O - víz(11 tömegszázalék)
		CH 4 - metángáz(25 tömegszázalék)
		szerves anyag(olaj, éghető földgáz és egyebek) Állati és növényi szervezetekben(azaz fehérjék, nukleinsavak, zsírok, szénhidrátok és mások összetételében) Az emberi testbenátlagosan körülbelül 7 kilogramm hidrogént tartalmaz.

c) Hidrogén vegyértéke vegyületekben

II. A hidrogén egy egyszerű anyag (H2)

Nyugta

1. Laboratórium (Kipp-készülék) A) Fémek kölcsönhatása savakkal: Zn+ 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 só B) Aktív fémek kölcsönhatása vízzel: 2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 bázis

2. Ipar · víz elektrolízis email jelenlegi 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 · Földgázból t, Ni CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2

A hidrogén megtalálása a természetben.

A hidrogén széles körben elterjedt a természetben, tartalma a földkéregben (litoszférában és hidroszférában) 1 tömeg%, atomszám szerint 16%. A hidrogén a Föld legelterjedtebb anyagának - a víznek (11,19 tömeg% hidrogénnek) - része a szenet, olajat, földgázokat, agyagokat, valamint állati és növényi szervezeteket alkotó vegyületekben (vagyis a víz összetételében). fehérjék, nukleinsavak, zsírok, szénhidrátok stb.). A hidrogén szabad állapotban rendkívül ritka, kis mennyiségben megtalálható vulkáni és egyéb földgázokban. A légkörben elhanyagolható mennyiségű szabad hidrogén (atomszám szerint 0,0001%) van jelen. A Föld-közeli térben a hidrogén protonáram formájában belső („protont”) képez. sugárzó öv Föld. A hidrogén a legelterjedtebb elem az űrben. Plazma formájában a Nap és a legtöbb csillag tömegének mintegy felét teszi ki, a csillagközi közeg és a gáznemű ködök gázainak nagy részét. A hidrogén számos bolygó légkörében és üstökösökben van jelen szabad H 2 , metán CH 4 , ammónia NH 3 , víz H 2 O és gyökök formájában. Protonfolyam formájában a hidrogén a Nap és a kozmikus sugarak korpuszkuláris sugárzásának része.

A hidrogénnek három izotópja van:
a) könnyű hidrogén - protium,
b) nehéz hidrogén - deutérium (D),
c) szupernehéz hidrogén – trícium (T).

A trícium instabil (radioaktív) izotóp, így a természetben gyakorlatilag nem fordul elő. A deutérium stabil, de nagyon kicsi: 0,015% (az összes földi hidrogén tömegének).

A hidrogén vegyértéke a vegyületekben

A vegyületekben a hidrogén vegyértéket mutatÉN.

A hidrogén fizikai tulajdonságai

Egy egyszerű anyag, a hidrogén (H 2) egy gáz, a levegőnél könnyebb, színtelen, szagtalan, íztelen, t kip \u003d - 253 0 C, a hidrogén vízben oldhatatlan, éghető. A hidrogént a kémcsőből vagy a vízből levegő kiszorításával lehet összegyűjteni. Ebben az esetben a csövet fejjel lefelé kell fordítani.

Hidrogén beszerzése

A laboratóriumban a reakció során hidrogén keletkezik

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

A cink helyett vas, alumínium és néhány más fém, a kénsav helyett néhány más híg sav is használható. A keletkező hidrogént kémcsőbe gyűjtjük vízkiszorításos módszerrel (lásd 10.2 b ábra), vagy egyszerűen egy fordított lombikban (10.2 a ábra).

Az iparban a hidrogént nagy mennyiségben nyerik földgázból (főleg metánból), 800 °C-os vízgőzzel kölcsönhatásba lépve nikkelkatalizátor jelenlétében:

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

vagy magas hőmérsékleten vízgőz-szénnel kezelve:

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

A tiszta hidrogént a vízből annak lebontásával nyerik Áramütés(elektrolízisnek van kitéve):

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

A hidrogén kémiai tulajdonságai

Normál körülmények között a molekuláris hidrogén viszonylag inaktív, és csak a legaktívabb nemfémekkel (fluorral, fényben pedig klórral) kombinálódik közvetlenül. Hevítéskor azonban számos elemmel reagál.

A hidrogén reakcióba lép egyszerű és összetett anyagokkal:

- A hidrogén kölcsönhatása fémekkel összetett anyagok - hidridek - képződéséhez vezet, amelyek kémiai képleteiben mindig a fématom az első:

Magas hőmérsékleten a hidrogén közvetlenül reagál néhány fémmel(alkáli, alkáliföldfém és mások), fehér kristályos anyagokat képeznek - fém-hidridek (Li H, Na H, KH, CaH 2 stb.):

H2+2Li=2LiH

A fém-hidrideket a víz könnyen lebontja a megfelelő lúg és hidrogén képződésével:

Sa H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

- Amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép nem fémekkel illékony hidrogénvegyületek keletkeznek. BAN BEN kémiai formula illékony hidrogénvegyület, a hidrogénatom lehet az első vagy a második helyen, attól függően, hogy hol helyezkedik el a PSCE-ben (lásd a táblát a dián):

1). Oxigénnel A hidrogén vizet képez:

Videó "A hidrogén égése"

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q

Normál hőmérsékleten a reakció rendkívül lassan megy végbe, 550 ° C felett - robbanással (2 térfogatrész H 2 és 1 térfogatrész O 2 keverékét nevezzük robbanásveszélyes gáz) .

Videó "Robbanásveszélyes gáz robbanása"

Videó "Robbanó keverék előkészítése és felrobbanása"

2). Halogénekkel A hidrogén hidrogén-halogenideket képez, például:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

A hidrogén a fluorral felrobban (még sötétben és -252°C-on is), klórral és brómmal csak megvilágítva vagy hevítve, jóddal csak melegítéskor lép reakcióba.

3). Nitrogénnel A hidrogén reakcióba lép ammónia képződésével:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

csak katalizátoron és magasabb hőmérsékleten és nyomáson.

4). Melegítéskor a hidrogén heves reakcióba lép kénnel:

H 2 + S \u003d H 2 S (hidrogén-szulfid),

sokkal nehezebb a szelén és a tellúr.

5). tiszta szénnel A hidrogén katalizátor nélkül csak magas hőmérsékleten tud reagálni:

2H 2 + C (amorf) = CH 4 (metán)

- A hidrogén helyettesítési reakcióba lép fém-oxidokkal , miközben a termékekben víz képződik és a fém redukálódik. A hidrogén – redukálószer tulajdonságait mutatja:

Hidrogént használnak számos fém kinyerésére, mivel elvonja az oxigént az oxidjaikból:

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

A hidrogén alkalmazása

Videó "A hidrogén használata"

Jelenleg a hidrogént hatalmas mennyiségben állítják elő. Nagyon nagy részét az ammónia szintézisében, a zsírok hidrogénezésében, valamint a szén, olajok és szénhidrogének hidrogénezésében használják fel. Ezenkívül a hidrogént sósav, metil-alkohol, hidrogén-cianid szintéziséhez, fémek hegesztéséhez és kovácsolásához, valamint izzólámpák és drágakövek gyártásához használják. A hidrogén 150 atm feletti nyomású palackokban kerül forgalomba. Sötétzöldre festettek és piros "Hidrogén" felirattal vannak ellátva.

A hidrogént a folyékony zsírok szilárd zsírokká történő átalakítására (hidrogénezés), szén és fűtőolaj hidrogénezésével folyékony üzemanyagok előállítására használják. A kohászatban a hidrogént oxidok vagy kloridok redukálószereként használják fémek és nemfémek (germánium, szilícium, gallium, cirkónium, hafnium, molibdén, volfrám stb.) előállítására.

A hidrogén gyakorlati alkalmazása sokrétű: általában léggömbökkel töltik, a vegyiparban számos nagyon fontos termék (ammónia stb.) előállításához szolgál alapanyagul, az élelmiszeriparban - szilárd anyag előállításához. növényi olajokból származó zsírok stb. Magas hőmérsékleten (2600 °C-ig), amelyet a hidrogén oxigénben való elégetésével nyernek, tűzálló fémek, kvarcok stb. olvasztására használják. A folyékony hidrogén az egyik leghatékonyabb repülőgép-üzemanyag. A világ éves hidrogénfogyasztása meghaladja az 1 millió tonnát.

SZIMULÁTOROK

2. sz. Hidrogén

MEGERŐSÍTÉSI FELADATOK

1. számú feladat
Állítsd fel a hidrogén és a következő anyagok kölcsönhatásának egyenleteit: F 2, Ca, Al 2 O 3, higany-oxid (II), volfrám-oxid (VI). Nevezze meg a reakciótermékeket, jelölje meg a reakciók típusait!

2. számú feladat
Hajtsa végre az átalakításokat a séma szerint:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

3. számú feladat.
Számítsd ki 8 g hidrogén elégetésével nyerhető víz tömegét?