A hidrogén felfedezésének története

Ha ez a legelterjedtebb kémiai elem a Földön, akkor a hidrogén a legelterjedtebb elem az egész univerzumban. A mi (és más csillagaink) körülbelül fele hidrogénből állnak, és ami a csillagközi gázt illeti, ez 90%-a hidrogénatom. Ez a kémiai elem a Földön is jelentős helyet foglal el, mivel az oxigénnel együtt a víz része, és maga a „hidrogén” elnevezése is két ógörög szóból származik: „víz” és „szülök”. A víz mellett a legtöbb szerves anyagban és sejtben jelen van a hidrogén, nélküle, akárcsak oxigén nélkül, maga az Élet is elképzelhetetlen lenne.

A hidrogén felfedezésének története

A tudósok közül az első, aki észrevette a hidrogént, a középkor nagy alkimista és orvosa, Theophrastus Paracelsus volt. Paracelsus alkímiai kísérleteiben abban a reményben, hogy savakkal keverve megtalálja a "bölcsek kövét", korábban ismeretlen éghető gázt kapott. Igaz, ezt a gázt nem lehetett elválasztani a levegőtől.

Csak másfél évszázaddal Paracelsus után a francia kémikusnak, Lemerynek sikerült elválasztania a hidrogént a levegőtől, és bebizonyította annak éghetőségét. Igaz, Lemery nem értette, hogy a kapott gáz tiszta hidrogén. Ugyanakkor Lomonoszov orosz tudós is hasonló kémiai kísérletekkel foglalkozott, de a hidrogén tanulmányozásában igazi áttörést Henry Cavendish angol kémikus hozott, akit joggal tekintenek a hidrogén felfedezőjének.

1766-ban Cavendishnek sikerült tiszta hidrogént nyernie, amelyet "éghető levegőnek" nevezett. További 20 év elteltével a tehetséges francia kémikus, Antoine Lavoisier képes volt szintetizálni a vizet, és kivonni belőle ezt a nagyon „éghető levegőt” - a hidrogént. És mellesleg Lavoisier javasolta, hogy hidrogénezzék a nevét - "Hydrogenium", más néven "hidrogén".

Antoine Lavoisier feleségével, aki segített neki kémiai kísérleteket végezni, beleértve a hidrogénszintézist.

A kémiai elemek elrendezése Mengyelejev periodikus rendszerében a hidrogén atomtömegéhez viszonyított atomtömegükön alapul. Vagyis a hidrogén és atomsúlya a periódusos rendszer sarokköve, az a támaszpont, amely alapján a nagy kémikus megalkotta rendszerét. Ezért nem meglepő, hogy a hidrogén tiszteletreméltó első helyet foglal el a periódusos rendszerben.

Ezenkívül a hidrogén a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• A hidrogén atomtömege 1,00795.
• A hidrogénnek három izotópja van, amelyek mindegyike egyedi tulajdonságokkal rendelkezik.
• A hidrogén könnyű elem, alacsony sűrűséggel.
• A hidrogén redukáló és oxidáló tulajdonságokkal is rendelkezik.
• A fémekkel érintkezve a hidrogén elfogadja az elektronjukat és oxidálószerré válik. Az ilyen vegyületeket hidrátoknak nevezzük.

A hidrogén gáz, molekulája két atomból áll.

Így néz ki egy hidrogénmolekula.

Az ilyen kétatomos molekulákból képződő molekuláris hidrogén felrobban, ha égő gyufát emelnek fel. Amikor a hidrogénmolekula felrobban, atomokra bomlik, amelyek hélium atommagokká alakulnak. Pontosan ez történik a Napon és más csillagokon is – a hidrogénmolekulák állandó bomlása miatt világítótestünk éget és melegít minket a hőjével.

A hidrogén fizikai tulajdonságai

A hidrogén a következő tulajdonságokkal rendelkezik fizikai tulajdonságok:

• A hidrogén forráspontja 252,76 °C;
• És 259,14 ° C hőmérsékleten már olvadni kezd.
• A hidrogén gyengén oldódik vízben.
• A tiszta hidrogén nagyon veszélyes robbanásveszélyes és éghető anyag.
• A hidrogén 14,5-szer könnyebb, mint a levegő.

A hidrogén kémiai tulajdonságai

Mert a hidrogén lehet különböző helyzetekben valamint oxidáló és redukálószer, reakciók és szintézisek végrehajtására szolgál.

A hidrogén oxidáló tulajdonságai kölcsönhatásba lépnek aktív (általában alkáli- és alkáliföldfémekkel), ezeknek a kölcsönhatásoknak az eredménye hidridek - sószerű vegyületek - képződése. Hidridek azonban a hidrogén és az inaktív fémek reakciójában is keletkeznek.

A hidrogén redukáló tulajdonságai képesek a fémeket egyszerű anyagokká redukálni oxidjaikból, az iparban ezt hidrotermiának nevezik.

Hogyan lehet hidrogént szerezni?

A hidrogéntermelés ipari eszközei közé tartozik:

• szén elgázosítás,
• metán gőzreformálása,
• elektrolízis.

A laboratóriumban hidrogént lehet előállítani:

• fém-hidridek hidrolízisében,
• vízzel, alkáli- és alkáliföldfémekkel reagálva,
• híg savak kölcsönhatásában aktív fémekkel.

A hidrogén alkalmazása

Mivel a hidrogén 14-szer könnyebb a levegőnél, régen léggömbökkel és léghajókkal tömték. De a léghajókkal történt katasztrófák sorozata után a tervezőknek hidrogén pótlását kellett keresniük (emlékezzünk vissza, a tiszta hidrogén robbanásveszélyes anyag, és a legkisebb szikra is elég volt a robbanáshoz).

A Hindenburg léghajó 1937-es felrobbanása, a robbanás oka a hidrogén meggyulladása (rövidzárlat miatt), amelyen ez a hatalmas léghajó repült.

Ezért az ilyen repülőgépekhez hidrogén helyett héliumot kezdtek használni, amely a levegőnél is könnyebb, a hélium beszerzése munkaigényesebb, de nem olyan robbanásveszélyes, mint a hidrogén.

A tisztításhoz hidrogént is használnak különféle fajtáküzemanyagok, különösen olaj és kőolajtermékek alapúak.

Hidrogén, videó

És végül egy oktatási videó cikkünk témájában.

A periódusos rendszerben a hidrogén két olyan elemcsoportban található, amelyek tulajdonságaikban teljesen ellentétesek. Ez a funkció teljesen egyedivé teszi. A hidrogén nemcsak egy elem vagy anyag, hanem számos összetett vegyület alkotóeleme is, szerves és biogén elem. Ezért részletesebben megvizsgáljuk tulajdonságait és jellemzőit.

A fémek és savak kölcsönhatása során éghető gázok felszabadulását már a 16. században, vagyis a kémia, mint tudomány kialakulása során észlelték. A híres angol tudós, Henry Cavendish 1766-tól kezdődően tanulmányozta az anyagot, és az "éghető levegő" nevet adta neki. Égéskor ez a gáz vizet termelt. Sajnos a tudós ragaszkodása a flogiszton elméletéhez (hipotetikus "hiperfinom anyag") megakadályozta abban, hogy megfelelő következtetésekre jusson.

A. Lavoisier francia vegyész és természettudós, J. Meunier mérnökkel közösen, speciális gázmérők segítségével 1783-ban vizet szintetizált, majd a vízgőzt vörösen izzó vassal lebontva elemezte. Így a tudósok megfelelő következtetésekre jutottak. Megállapították, hogy az "éghető levegő" nem csak része a víznek, hanem nyerhető is belőle.

1787-ben Lavoisier azt javasolta, hogy a vizsgált gáz egyszerű anyag, és ennek megfelelően az elsődleges kémiai elemek közé tartozik. Hidrogénnek nevezte (a görög hydor – víz + gennao – szülök szavakból), vagyis „vizet szülök”.

Az orosz "hidrogén" nevet 1824-ben M. Szolovjov vegyész javasolta. A víz összetételének meghatározása a „phlogiszton-elmélet” végét jelentette. A 18. és 19. század fordulóján megállapították, hogy a hidrogénatom nagyon könnyű (más elemek atomjaihoz képest), és az atomtömegek összehasonlításakor a tömegét vették a fő mértékegységnek, 1-gyel egyenlő értéket kapva.

Fizikai tulajdonságok

A hidrogén a tudomány által ismert anyagok közül a legkönnyebb (14,4-szer könnyebb a levegőnél), sűrűsége 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ez az anyag -259,1 °C-on, illetve -252,8 °C-on megolvad (megszilárdul) és forr (folyósodik) (csak a hélium forráspontja és olvadáspontja alacsonyabb t °-on).

A hidrogén kritikus hőmérséklete rendkívül alacsony (-240 °C). Emiatt cseppfolyósítása meglehetősen bonyolult és költséges folyamat. Egy anyag kritikus nyomása 12,8 kgf / cm², a kritikus sűrűsége 0,0312 g / cm3. Az összes gáz közül a hidrogénnek van a legnagyobb hővezető képessége: 1 atm és 0 ° C-on 0,174 W / (mxK).

Egy anyag fajlagos hőkapacitása azonos körülmények között 14,208 kJ / (kgxK) vagy 3,394 cal / (gh ° C). Ez az elem enyhén oldódik vízben (körülbelül 0,0182 ml / g 1 atm és 20 ° C-on), de jól - a legtöbb fémben (Ni, Pt, Pa és mások), különösen a palládiumban (körülbelül 850 térfogat per Pd). .

Ez utóbbi tulajdonság a diffúziós képességgel függ össze, míg a szénötvözeten (például acélon) keresztül történő diffúzió az ötvözet tönkremenetelével járhat a hidrogén és a szén kölcsönhatása következtében (ezt a folyamatot dekarbonizációnak nevezik). Folyékony állapotban az anyag nagyon könnyű (sűrűség - 0,0708 g / cm³ t ° \u003d -253 ° C-on) és folyékony (viszkozitás - 13,8 ° C azonos körülmények között).

Sok vegyületben ez az elem +1 vegyértéket (oxidációs állapot) mutat, hasonlóan a nátriumhoz és más alkálifémekhez. Általában ezeknek a fémeknek analógjának tekintik. Ennek megfelelően a Mengyelejev-rendszer I. csoportjának élén áll. A fém-hidridekben a hidrogénion negatív töltésű (az oxidációs állapota -1), vagyis a Na + H- szerkezete hasonló a Na + Cl-kloridéhoz. Ennek és néhány más ténynek megfelelően (a "H" elem és a halogének fizikai tulajdonságainak közelsége, a halogénekkel való helyettesíthetőség szerves vegyületek x) A hidrogén a Mengyelejev-rendszer VII. csoportjába tartozik.

BAN BEN normál körülmények között a molekuláris hidrogén alacsony aktivitású, közvetlenül csak a legaktívabb nemfémekkel kombinálódik (fluorral és klórral, utóbbival - fényben). Hevítéskor viszont kölcsönhatásba lép számos kémiai elemmel.

Az atomi hidrogénnek megnövekedett kémiai aktivitása van (a molekuláris hidrogénhez képest). Oxigénnel vizet képez a következő képlet szerint:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

285,937 kJ/mol hőt vagy 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm) leadása. A hétköznapokban hőmérsékleti viszonyok a reakció meglehetősen lassan megy végbe, és t ° >= 550 °C-on - ellenőrizhetetlenül. A hidrogén + oxigén keverékének a robbanási határa 4-94 térfogat% H2, a hidrogén + levegő keverékeké pedig 4-74% H2 (a két térfogatrész H2 és egy térfogatrész O2 keverékét robbanásveszélyes gáznak nevezzük).

Ezt az elemet a legtöbb fém redukálására használják, mivel oxigént vesz fel az oxidokból:

Fe3O4 + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H2 = Cu + H2O stb.

Különböző halogénekkel a hidrogén hidrogén-halogenideket képez, például:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Fluorral reagálva azonban a hidrogén felrobban (sötétben, -252 °C-on is megtörténik), brómmal és klórral csak melegítéskor vagy megvilágítva, jóddal pedig csak melegítéskor reagál. A nitrogénnel való kölcsönhatás során ammónia képződik, de csak katalizátoron, magasabb nyomáson és hőmérsékleten:

ZN2 + N2 = 2NH3.

Melegítéskor a hidrogén aktívan reagál a kénnel:

H2 + S = H2S (hidrogén-szulfid),

és sokkal nehezebb - tellúrral vagy szelénnel. A hidrogén katalizátor nélkül, de magas hőmérsékleten reagál tiszta szénnel:

2H2 + C (amorf) = CH4 (metán).

Ez az anyag közvetlenül reagál néhány fémmel (alkáli, alkáliföldfém és mások), hidrideket képezve, például:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Nem kis gyakorlati jelentőségűek a hidrogén és a szén-monoxid (II) kölcsönhatásai. Ebben az esetben a nyomástól, hőmérséklettől és katalizátortól függően különféle szerves vegyületek képződnek: HCHO, CH3OH stb. A telítetlen szénhidrogének a reakció során telítettekké alakulnak, pl.

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

A hidrogén és vegyületei kivételes szerepet töltenek be a kémiában. Meghatározza a savas tulajdonságait az ún. a protikus savak hajlamosak különböző elemekkel hidrogénkötéseket kialakítani, amelyek jelentős hatással vannak számos szervetlen és szerves vegyület tulajdonságaira.

Hidrogén beszerzése

Ennek az elemnek az ipari előállításához a fő nyersanyagfajták a finomítói gázok, a természetes éghető gázok és a kokszolókemence-gázok. Vízből is nyerik elektrolízissel (helyenként megfizethető árammal). A földgázból történő anyag-előállítás egyik legfontosabb módszere a szénhidrogének, elsősorban a metán és a vízgőz közötti katalitikus kölcsönhatás (ún. konverzió). Például:

CH4 + H2O = CO + ZH2.

A szénhidrogének nem teljes oxidációja oxigénnel:

CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2.

A szintetizált szén-monoxid (II) átalakul:

CO + H2O = CO2 + H2.

A földgázból előállított hidrogén a legolcsóbb.

A víz elektrolíziséhez egyenáramot használnak, amelyet NaOH vagy KOH oldaton vezetnek át (a savakat nem használják a berendezés korróziójának elkerülésére). Laboratóriumi körülmények között az anyagot víz elektrolízisével vagy sósav és cink reakciójának eredményeként nyerik. Azonban gyakrabban használt kész gyári anyag a hengerekben.

A finomítói gázokból és a kokszolókemence-gázból ezt az elemet a gázkeverék összes többi komponensének eltávolításával izolálják, mivel mélyhűtés során könnyebben cseppfolyósodnak.

Ezt az anyagot a 18. század végén kezdték iparilag beszerezni. Aztán léggömbök töltésére használták. Jelenleg a hidrogént széles körben használják az iparban, elsősorban a vegyiparban, ammónia előállítására.

Az anyag tömeges fogyasztói a metil- és más alkoholok, a szintetikus benzin és sok más termék gyártói. Ezeket szén-monoxid (II) és hidrogén szintézisével állítják elő. A hidrogént nehéz és szilárd folyékony tüzelőanyagok, zsírok stb. hidrogénezésére, HCl szintézisére, kőolajtermékek hidrogénezésére, valamint fémek vágására/hegesztésére használják. Az atomenergia legfontosabb elemei annak izotópjai - a trícium és a deutérium.

A hidrogén biológiai szerepe

Az élő szervezetek tömegének (átlagosan) körülbelül 10% -a esik erre az elemre. A víz és a legfontosabb természetes vegyületcsoportok része, beleértve a fehérjéket, nukleinsavakat, lipideket, szénhidrátokat. Mit szolgál?

Ez az anyag döntő szerepet játszik: a karbantartásban térszerkezet fehérjék (kvaterner), a komplementaritás elvének megvalósítása során nukleinsavak(azaz a megvalósításban és a tárolásban genetikai információ), általában a molekuláris szintű „felismerésben”.

A H+ hidrogénion fontos dinamikus reakciókban/folyamatokban vesz részt a szervezetben. Beleértve: az élő sejteket energiával ellátó biológiai oxidációban, a bioszintézis reakciókban, a növények fotoszintézisében, a bakteriális fotoszintézisben és a nitrogénkötésben, a sav-bázis egyensúly és a homeosztázis fenntartásában, a membrántranszport folyamatokban. A szénnel és oxigénnel együtt az életjelenségek funkcionális és szerkezeti alapját képezi.

MEGHATÁROZÁS

Hidrogén- a D.I. Periodikus kémiai elemek rendszerének első eleme. Mengyelejev. A szimbólum N.

Atomtömeg - 1 óra A hidrogénmolekula kétatomos - H2.

A hidrogénatom elektronkonfigurációja 1s 1. A hidrogén az s-elemek családjába tartozik. Vegyületeiben -1, 0, +1 oxidációs állapotot mutat. A természetes hidrogén két stabil izotópból áll - protium 1 H (99,98%) és deutérium 2 H (D) (0,015%) - és egy radioaktív trícium izotópból 3 H (T) (nyomokban, felezési idő - 12,5 év).

A hidrogén kémiai tulajdonságai

Normál körülmények között a molekuláris hidrogén viszonylag alacsony reaktivitást mutat, ami a molekulában lévő nagy kötéserővel magyarázható. Hevítéskor kölcsönhatásba lép szinte minden egyszerű anyaggal, amelyet a fő alcsoportok elemei képeznek (kivéve a nemesgázokat, B, Si, P, Al). BAN BEN kémiai reakciók redukálószerként (gyakrabban) és oxidálószerként (ritkábban) egyaránt működhet.

A hidrogén megnyilvánul redukálószer tulajdonságai(H20-2e → 2H+) a következő reakciókban:

1. Egyszerű anyagokkal - nem fémekkel való kölcsönhatás reakciói. A hidrogén reagál halogénekkel, továbbá a kölcsönhatás reakciója fluorral normál körülmények között, sötétben, robbanással, klórral - megvilágítással (vagy UV besugárzással) láncmechanizmussal, brómmal és jóddal csak melegítve; oxigén(az oxigén és hidrogén 2:1 térfogatarányú keverékét "robbanásveszélyes gáznak" nevezik), szürke, nitrogénÉs szén:

H2 + Hal 2 \u003d 2HHal;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2O + Q (t);

H 2 + S \u003d H 2 S (t \u003d 150-300 °C);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500 C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

2. Összetett anyagokkal való kölcsönhatás reakciói. A hidrogén reagál alacsony aktivitású fémek oxidjaival, és csak azokat a fémeket képes redukálni, amelyek a cinktől jobbra lévő tevékenységsorban vannak:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);

Fe 2O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2O (t);

WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2O (t).

A hidrogén reagál nem fém oxidokkal:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300 C, p = 250-300 atm, kat = ZnO, Cr 2 O 3).

A hidrogén a cikloalkánok, alkének, arének, aldehidek és ketonok stb. osztályába tartozó szerves vegyületekkel hidrogénezési reakciókba lép. Mindezeket a reakciókat melegítés alatt, nyomás alatt hajtják végre, katalizátorként platinát vagy nikkelt használnak:

CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 - CH 3;

C6H6 + 3H2↔ C6H12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH (OH) -CH 3.

Hidrogén oxidálószerként(H 2 + 2e → 2H -) kölcsönhatási reakciókban hat lúgos és alkáliföldfémek. Ebben az esetben hidridek képződnek - kristályos ionos vegyületek, amelyekben a hidrogén oxidációs állapota -1.

2Na + H 2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

A hidrogén fizikai tulajdonságai

A hidrogén világos színtelen gáz, szagtalan, sűrűsége n.o. - 0,09 g / l, 14,5-szer könnyebb a levegőnél, t bála = -252,8 C, t pl = - 259,2 C. A hidrogén rosszul oldódik vízben és szerves oldószerekben, jól oldódik egyes fémekben: nikkelben, palládiumban, platinában.

A modern kozmokémia szerint a hidrogén a legnagyobb mennyiségben előforduló elem az univerzumban. A hidrogén világűrben való létezésének fő formája az egyes atomok. A hidrogén a 9. legnagyobb mennyiségben előforduló elem a Földön. A Földön a hidrogén fő mennyisége kötött állapotban van - víz, olaj, földgáz összetételében, kemény szén stb. Egyszerű anyag formájában a hidrogén ritkán található - a vulkáni gázok összetételében.

Hidrogén beszerzése

Vannak laboratóriumi és ipari módszerek a hidrogén előállítására. A laboratóriumi módszerek közé tartozik a fémek kölcsönhatása savakkal (1), valamint az alumínium kölcsönhatása lúgok vizes oldataival (2). A hidrogén előállításának ipari módszerei között az elektrolízis fontos szerepet játszik. vizes oldatok lúgok és sók (3) és metánkonverzió (4):

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2Na + 3 H2 (2);

2NaCl + 2H 2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Amikor 23,8 g fémes ón feleslegben lévő sósavval kölcsönhatásba lép, hidrogén szabadult fel, olyan mennyiségben, amely elegendő 12,8 g fémréz előállításához. Határozza meg az ón oxidációs állapotát a kapott vegyületben.
Megoldás	Az ónatom elektronszerkezete (...5s 2 5p 2) alapján megállapíthatjuk, hogy az ónt két oxidációs állapot jellemzi - +2, +4. Ez alapján összeállítjuk a lehetséges reakciók egyenleteit: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (3). Keresse meg a rézanyag mennyiségét: v (Cu) \u003d m (Cu) / M (Cu) = 12,8 / 64 \u003d 0,2 mol. A 3. egyenlet szerint a hidrogén anyag mennyisége: v (H 2) \u003d v (Cu) \u003d 0,2 mol. Az ón tömegének ismeretében megtaláljuk az anyag mennyiségét: v (Sn) \u003d m (Sn) / M (Sn) = 23,8 / 119 \u003d 0,2 mol. Hasonlítsuk össze az ón és hidrogén anyagok mennyiségét az 1. és 2. egyenlet alapján, valamint a feladat feltétele szerint: v1 (Sn): v1 (H2) = 1:1 (1. egyenlet); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (2. egyenlet); v(Sn): v(H2) = 0,2:0,2 = 1:1 (probléma feltétel). Ezért az ón az 1. egyenlet szerint reagál sósavval, és az ón oxidációs állapota +2.
Válasz	Az ón oxidációs állapota +2.

2. PÉLDA

Gyakorlat	A 2,0 g cink/18,7 ml 14,6%-os sósav (oldat sűrűsége 1,07 g/ml) hatására felszabaduló gázt 4,0 g réz(II)-oxid felett melegítjük. Mekkora a kapott szilárd keverék tömege?
Megoldás	Amikor a cink hat rá sósav hidrogén szabadul fel: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (1), amely hevítéskor a réz(II)-oxidot rézvé redukálja (2): CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. Keresse meg az anyagok mennyiségét az első reakcióban: m (p-ra Hcl) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl)=20,0. 0,146 = 2,92 g; v (HCl) \u003d 2,92 / 36,5 = 0,08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. A cink hiánya, így a felszabaduló hidrogén mennyisége: v (H 2) \u003d v (Zn) \u003d 0,031 mol. A második reakcióban a hidrogén hiányos, mert: v (CuO) \u003d 4,0 / 80 \u003d 0,05 mol. A reakció eredményeként 0,031 mol CuO 0,031 mol rézmé alakul, és a tömegveszteség: m (СuО) - m (Сu) = 0,031 × 80 - 0,031 × 64 \u003d 0,50 g. A CuO és Cu szilárd keverékének tömege a hidrogén áthaladása után: 4,0-0,5 = 3,5 g
Válasz	A CuO és Cu szilárd keverékének tömege 3,5 g.

A hidrogén szerkezete és fizikai tulajdonságai A hidrogén egy kétatomos H2 gáz. Nincs se színe, se szaga. Ez a legkönnyebb gáz. E tulajdonsága miatt léggömbökben, léghajókban és hasonló eszközökben használták, de a hidrogén ilyen célú elterjedését akadályozza a levegővel kevert robbanékonysága.

A hidrogénmolekulák nem polárisak és nagyon kicsik, ezért kevés a kölcsönhatás közöttük. Ebből a szempontból nagyon alacsony olvadáspontja (-259 °C) és forráspontja (-253 °C). A hidrogén gyakorlatilag nem oldódik vízben.

A hidrogénnek 3 izotópja van: a közönséges 1H, a deutérium 2H vagy D, és a radioaktív trícium 3H vagy T. A hidrogén nehéz izotópjai egyedülállóak abban, hogy kétszer vagy akár háromszor nehezebbek, mint a közönséges hidrogén! Éppen ezért a közönséges hidrogén helyettesítése deutériummal vagy tríciummal jelentősen befolyásolja az anyag tulajdonságait (például a közönséges hidrogén H2 és a deutérium D2 forráspontja 3,2 fokkal különbözik). A hidrogén kölcsönhatása egyszerű anyagokkal A hidrogén közepes elektronegativitású nemfém. Ezért mind oxidáló, mind helyreállító tulajdonságok.

A hidrogén oxidáló tulajdonságai tipikus fémekkel - a periódusos rendszer I-II csoportjainak fő alcsoportjainak elemeivel - való reakciókban nyilvánulnak meg. A legaktívabb fémek (alkáli és alkáliföldfémek) hidrogénnel hevítve hidrideket adnak - szilárd sószerű anyagokat, amelyek H-hidridiont tartalmaznak a kristályrácsban. 2Na + H2 = 2NaH ; Ca + H2 = CaH2 A hidrogén redukáló tulajdonságai a hidrogénnél jellemzőbb nemfémekkel való reakciókban nyilvánulnak meg: 1) Kölcsönhatás halogénekkel H2+F2=2HF

A fluor-klór, bróm, jód analógjaival való kölcsönhatás hasonlóan megy végbe. A halogén aktivitásának csökkenésével a reakció intenzitása csökken. A fluorral való reakció normál körülmények között robbanással megy végbe, a klórral való reakció világítást vagy melegítést igényel, a jóddal való reakció pedig csak erős melegítéssel megy végbe és reverzibilis. 2) Kölcsönhatás oxigénnel 2H2 + O2 \u003d 2H2O A reakció nagy hőkibocsátással, néha robbanással megy végbe. 3) Kénnel való kölcsönhatás H2 + S = H2S A kén sokkal kevésbé aktív nemfém, mint az oxigén, és a hidrogénnel való kölcsönhatás zökkenőmentesen megy végbe.b 4) Kölcsönhatás nitrogénnel 3H2 + N2↔ 2NH3 A reakció reverzibilis, csak katalizátor jelenlétében, hevítés és nyomás alatt megy végbe észrevehető mértékben. A terméket ammóniának nevezik. 5) Kölcsönhatás szénnel C + 2H2↔ CH4 A reakció elektromos ívben vagy nagyon magas hőmérsékleten megy végbe. Egyéb szénhidrogének is keletkeznek melléktermékként. 3. A hidrogén kölcsönhatása összetett anyagokkal A hidrogén redukáló tulajdonságokat mutat az összetett anyagokkal való reakciókban is: 1) Az alumíniumtól jobbra lévő elektrokémiai feszültségsorokban található fém-oxidok, valamint a nemfém-oxidok redukciója: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; CuO + H2 Cu + H2O A hidrogént redukálószerként használják fémek oxidércekből történő kivonására. A reakciók hevítéskor mennek végbe 2) Szerves telítetlen anyagokhoz való csatlakozás; С2Н4 + Н2(t;p) → С2Н6 A reakciók katalizátor jelenlétében és nyomás alatt mennek végbe. A hidrogén egyéb reakcióiról egyelőre nem térünk ki. 4. Hidrogén kinyerése Az iparban a hidrogént szénhidrogén nyersanyagok feldolgozásával nyerik - természetes és kapcsolódó gáz, koksz stb. Laboratóriumi módszerek a hidrogén előállítására:

1) A hidrogéntől balra lévő fémek elektrokémiai feszültségsorában álló fémek kölcsönhatása savakkal. 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) A magnéziumtól balra lévő fémek kölcsönhatása fémek elektrokémiai feszültségsorában hideg vízzel . Ilyenkor lúg is képződik.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 A fémek elektrokémiai feszültségsorában a mangántól balra található fém bizonyos körülmények között képes kiszorítani a hidrogént a vízből (magnézium - forró vízből, alumínium - feltéve, hogy az oxidfilmet eltávolítják a felület).

Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2

A fémfeszültségek elektrokémiai sorozatában a kobalttól balra található fém képes kiszorítani a hidrogént a vízgőzből. Ez is oxidot képez.

3Fe + 4H2Opar Fe3O4 + 4H23) Fémek kölcsönhatása, amelyek hidroxidjai amfoterek, lúgos oldatokkal.

Azok a fémek, amelyek hidroxidjai amfoterek, kiszorítják a hidrogént a lúgos oldatokból. Két ilyen fémet kell ismernie - alumínium és cink:

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

Zn + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

Ebben az esetben komplex sók képződnek - hidroxoaluminátok és hidroxo-cinkátok.

Az összes eddig felsorolt ​​módszer ugyanazon a folyamaton alapul - egy fém oxidációján +1 oxidációs állapotú hidrogénatommal:

М0 + nН+ = Мn+ + n/2 H2

4) Aktív fém-hidridek kölcsönhatása vízzel:

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

Ez a folyamat a -1 oxidációs állapotú hidrogén és a +1 oxidációs állapotú hidrogén kölcsönhatásán alapul:

5) Lúgok, savak, egyes sók vizes oldatainak elektrolízise:

2H2O 2H2 + O2

5. Hidrogénvegyületek Ebben a táblázatban a bal oldalon világos árnyékkal vannak kiemelve a hidrogénnel ionos vegyületeket, hidrideket alkotó elemek sejtjei. Ezek az anyagok a H- hidridiont tartalmazzák. Szilárd, színtelen sószerű anyagok, és vízzel reagálva hidrogént bocsátanak ki.

A IV-VII csoportok fő alcsoportjainak elemei hidrogénnel molekulaszerkezetű vegyületeket képeznek. Néha hidrideknek is nevezik őket, de ez helytelen. Nem tartalmaznak hidridiont, molekulákból állnak. Általában ezeknek az elemeknek a legegyszerűbb hidrogénvegyületei színtelen gázok. Ez alól kivétel a víz, amely folyékony, és a hidrogén-fluorid, amely szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú, de normál körülmények között- folyékony.

A sötét sejtek olyan elemeket jelölnek, amelyek hidrogénnel olyan vegyületeket képeznek, amelyek savas tulajdonságokat mutatnak.

A kereszttel jelölt sötét sejtek olyan elemeket jelölnek, amelyek hidrogénnel olyan vegyületeket képeznek, amelyek alapvető tulajdonságokat mutatnak.

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

29). Általános jellemzők fő alcsoport elemeinek tulajdonságai 7gr. Klór. lore tulajdonságait. Sósav. A halogének alcsoportjába tartozik a fluor, klór, bróm, jód és asztatin (az asztatin radioaktív elem, kevéssé tanulmányozott). Ezek a VII. csoport p-elemei periodikus rendszer D. I. Mengyelejev. A külső energiaszinten atomjaik 7 elektronból állnak, ns2np5. Ez magyarázza tulajdonságaik közösségét.

Könnyen hozzáadnak egy-egy elektront, és -1 oxidációs állapotot mutatnak. A halogének ilyen oxidációs állapotúak a hidrogénnel és fémekkel alkotott vegyületekben.

A halogénatomok azonban a fluoron kívül pozitív oxidációs állapotot is mutathatnak: +1, +3, +5, +7. Az oxidációs állapotok lehetséges értékeit az elektronszerkezet magyarázza, amelyet a fluoratomok esetében a séma ábrázolhat

A legelektronegatívabb elemként a fluor 2p részszintenként csak egy elektront tud fogadni, egy párosítatlan elektronja van, így a fluor csak egyértékű, az oxidációs állapota mindig -1.

Elektronikus szerkezet A klóratomot a séma fejezi ki. A klóratomnak egy páratlan elektronja van a 3p alszinten, és a klór szokásos (gerjesztetlen) állapota egyértékű. De mivel a klór a harmadik periódusban van, további öt pályája van a 3d alszintnek, amelyek 10 elektront tud fogadni.

A fluornak nincsenek szabad pályái, ami azt jelenti, hogy a kémiai reakciók során nem válnak szét páros elektronok az atomban. Ezért a halogének tulajdonságainak mérlegelésekor mindig figyelembe kell venni a fluor és a vegyületek jellemzőit.

A halogének hidrogénvegyületeinek vizes oldatai savak: HF - hidrogén-fluorid (hidrogén-fluorid), HCl - sósav (sósav), HBr - hidrogén-bromid, HI - hidrogén-jodid.

Klór (lat. Chlorum), Cl, a Mengyelejev-periódusos rendszer VII. csoportjába tartozó kémiai elem, 17-es rendszám, atomtömeg 35,453; a halogén családba tartozik. Normál körülmények között (0°C, 0,1 MN/m2 vagy 1 kgf/cm2) sárgászöld gáz éles, irritáló szaggal. A természetes klór két stabil izotópból áll: 35Cl (75,77%) és 37Cl (24,23%).

A klór kémiai tulajdonságai. A Cl atom külső elektronikus konfigurációja 3s23p5. Ennek megfelelően a vegyületekben lévő klór -1, +1, +3, +4, +5, +6 és +7 oxidációs állapotot mutat. Az atom kovalens sugara 0,99Å, a Cl ionsugara 1,82Å, a klóratom elektronaffinitása 3,65 eV, az ionizációs energia 12,97 eV.

Kémiailag a klór nagyon aktív, szinte minden fémmel közvetlenül egyesül (egyesekkel csak nedvesség jelenlétében vagy hevítéskor) és nemfémekkel (kivéve szén, nitrogén, oxigén, inert gázok), megfelelő kloridokat képezve, reagál. sok vegyülettel helyettesíti az V hidrogént telített szénhidrogénekés csatlakozik a telítetlen vegyületekhez. A klór hidrogénnel és fémekkel kiszorítja a brómot és a jódot a vegyületeikből; a klór ezen elemekkel alkotott vegyületeiből a fluor kiszorítja. Az alkálifémek nyomokban nedvesség jelenlétében a klórral gyulladással kölcsönhatásba lépnek, a legtöbb fém száraz klórral csak melegítéskor lép reakcióba A foszfor meggyullad a klór légkörében, РCl3-t képezve, további klórozáskor pedig РCl5; kén klórral hevítve S2Cl2-t, SCl2-t és egyéb SnClm-t ad. Az arzén, az antimon, a bizmut, a stroncium, a tellúr erőteljes kölcsönhatásba lép a klórral. A klór és hidrogén keveréke színtelen vagy sárgászöld lánggal ég, és hidrogén-klorid keletkezik (ez egy láncreakció). A klór oxigénnel oxidokat képez: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, valamint hipokloritok (hipoklórsav sói), kloritok, klorátok és perklorátok. A klór összes oxigénvegyülete robbanásveszélyes keveréket képez könnyen oxidálódó anyagokkal. A vízben lévő klór hidrolizál, hipoklór- és sósavakat képezve: Cl2 + H2O = HClO + HCl. A lúgok vizes oldatának hidegben történő klórozása során hipokloritok és kloridok képződnek: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + H2O, melegítéskor pedig klorátok. A száraz kalcium-hidroxid klórozásával fehérítőt kapunk. Amikor az ammónia klórral reagál, nitrogén-triklorid képződik. A szerves vegyületek klórozása során a klór vagy helyettesíti a hidrogént, vagy több kötésen keresztül hozzáadódik, különböző klórtartalmú szerves vegyületeket képezve. A klór interhalogén vegyületeket képez más halogénekkel. A ClF, ClF3, ClF3 fluoridok nagyon reaktívak; például ClF3 atmoszférában az üveggyapot spontán meggyullad. Ismeretesek az oxigént és fluort tartalmazó klórvegyületek - Klór-oxifluoridok: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 és fluor-perklorát FClO4. Sósav (sósav, sósav, hidrogén-klorid) - HCl, hidrogén-klorid vizes oldata; erős egybázisú sav. Színtelen (a műszaki sósav sárgás a Fe, Cl2 stb. szennyeződések miatt), levegőben "füstölgő", maró folyadék. A maximális koncentráció 20 °C-on 38 tömeg%. A sósav sóit kloridoknak nevezzük.

Kölcsönhatás erős oxidálószerekkel (kálium-permanganát, mangán-dioxid) gáz halmazállapotú klór felszabadulásával:

Kölcsönhatás ammóniával sűrű fehér füst képződésével, amely a legkisebb ammónium-klorid kristályokból áll:

A sósavra és sóira adott minőségi reakció az ezüst-nitráttal való kölcsönhatása, melynek során salétromsavban oldhatatlan ezüst-klorid csapadék képződik:

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

A hidrogént a 18. század második felében fedezte fel az angol fizika és kémia tudós, G. Cavendish. Sikerült egy anyagot tiszta állapotban izolálnia, elkezdte tanulmányozni és leírta tulajdonságait.

Ilyen a hidrogén felfedezésének története. A kísérletek során a kutató megállapította, hogy éghető gázról van szó, melynek levegőben égése vizet ad. Ez vezetett a víz minőségi összetételének meghatározásához.

Mi a hidrogén

A hidrogént, mint egyszerű anyagot először A. Lavoisier francia kémikus deklarálta 1784-ben, mivel megállapította, hogy molekulája azonos típusú atomokat tartalmaz.

A kémiai elem neve latinul úgy hangzik, mint a hydrogenium (értsd: "hydrogenium"), ami azt jelenti, hogy "víz szülése". A név az égési reakcióra utal, amelynek során víz keletkezik.

A hidrogén jellemzése

A hidrogén elnevezése N. Mengyelejev ezt rendelte hozzá kémiai elem az első sorszámot, az első csoport és az első periódus fő alcsoportjába és feltételesen a hetedik csoport fő alcsoportjába helyezve.

A hidrogén atomtömege (atomtömege) 1,00797. A H 2 molekulatömege 2 a. e. Moláris tömeg számszerűen megegyezik vele.

Három különleges nevű izotóp képviseli: a leggyakoribb protium (H), nehéz deutérium (D) és radioaktív trícium (T).

Ez az első olyan elem, amely teljesen szétválasztható izotópokra. egyszerű módon. Az izotópok nagy tömegkülönbségén alapul. Az eljárást először 1933-ban hajtották végre. Ez azzal magyarázható, hogy csak 1932-ben fedeztek fel egy 2 tömegű izotópot.

Fizikai tulajdonságok

Normál körülmények között egy egyszerű hidrogén anyag kétatomos molekulák formájában színtelen gáz, amelynek nincs íze és szaga. Vízben és más oldószerekben kevéssé oldódik.

Kristályosodási hőmérséklet - 259,2 o C, forráspont - 252,8 o C. A hidrogénmolekulák átmérője olyan kicsi, hogy képesek lassan átdiffundálni számos anyagon (gumi, üveg, fémek). Ezt a tulajdonságot akkor használják, ha meg kell tisztítani a hidrogént a gáznemű szennyeződésektől. n. y. A hidrogén sűrűsége 0,09 kg/m3.

Lehetséges-e a hidrogént fémmé alakítani az első csoportba tartozó elemekkel analóg módon? A tudósok azt találták, hogy a hidrogén olyan körülmények között, amikor a nyomás megközelíti a 2 millió atmoszférát, elkezdi elnyelni az infravörös sugarakat, ami az anyag molekuláinak polarizációját jelzi. Talán még nagyobb nyomáson a hidrogénből fém lesz.

Ez érdekes: Van egy feltételezés, hogy az óriásbolygókon, a Jupiteren és a Szaturnuszon a hidrogén fém formájában van. Feltételezések szerint fémes szilárd hidrogén is jelen van a földmag összetételében, a földköpeny által keltett ultramagas nyomás miatt.

Kémiai tulajdonságok

Mind az egyszerű, mind az összetett anyagok kémiai kölcsönhatásba lépnek a hidrogénnel. De a hidrogén alacsony aktivitását megfelelő feltételek megteremtésével - a hőmérséklet emelésével, katalizátorok használatával stb.

Hevítéskor az olyan egyszerű anyagok, mint az oxigén (O 2), klór (Cl 2), nitrogén (N 2), kén (S) reagálnak a hidrogénnel.

Ha tiszta hidrogént gyújtunk a gázcső végén a levegőben, az egyenletesen, de alig észrevehetően fog égni. Ha azonban a gázkivezető csövet tiszta oxigén atmoszférába helyezzük, akkor az égés folytatódik, és a reakció eredményeként vízcseppek képződnek az edény falán:

A víz égése nagy mennyiségű hő felszabadulásával jár. Ez egy exoterm vegyületreakció, amelyben a hidrogént oxigén oxidálja, és H 2 O oxidot képez. Ez egy redox reakció is, amelyben a hidrogén oxidálódik és az oxigén redukálódik.

Hasonlóképpen a Cl 2-vel való reakció hidrogén-klorid képződésével megy végbe.

A nitrogén hidrogénnel való kölcsönhatásához magas hőmérséklet és nagy nyomás, valamint katalizátor jelenléte szükséges. Az eredmény ammónia.

A kénnel való reakció eredményeként hidrogén-szulfid képződik, amelynek felismerése megkönnyíti a rothadt tojás jellegzetes szagát.

A hidrogén oxidációs állapota ezekben a reakciókban +1, az alábbiakban ismertetett hidridekben pedig 1.

Egyes fémekkel reagálva hidridek képződnek, például nátrium-hidrid - NaH. Ezen összetett vegyületek egy részét rakéták üzemanyagaként, valamint fúziós energiaként használják.

A hidrogén a komplex kategóriába tartozó anyagokkal is reagál. Például réz(II)-oxiddal a képlet CuO. A reakció végrehajtásához rézhidrogént vezetnek át hevített porított réz(II)-oxidon. A kölcsönhatás során a reagens színe megváltozik és vörösesbarna lesz, a kémcső hideg falán vízcseppek telepednek le.

A reakció során a hidrogén oxidálódik és víz keletkezik, a réz pedig oxidból egyszerű anyaggá (Cu) redukálódik.

Felhasználási területek

A hidrogénnek van nagyon fontos emberek számára, és különféle területeken alkalmazható:

1. BAN BEN vegyi termelés- ez nyersanyag, más iparágakban - üzemanyag. Ne nélkülözze a hidrogént és a petrolkémiai és olajfinomító vállalkozásokat.
2. A villamosenergia-iparban ez az egyszerű anyag hűtőközegként működik.
3. A vas- és színesfémkohászatban a hidrogén redukálószer szerepét tölti be.
4. Ezzel a segítséggel inert környezet jön létre a termékek csomagolásánál.
5. A gyógyszeripar hidrogént használ reagensként a hidrogén-peroxid előállításához.
6. A meteorológiai szondákat ezzel a könnyű gázzal töltik meg.
7. Ez az elem a rakétahajtóművek üzemanyag-csökkentő szereként is ismert.

A tudósok egyöntetűen azt jósolják, hogy a hidrogénüzemanyag vezető szerepet tölt be az energiaszektorban.

Átvétel az iparban

Az iparban a hidrogént elektrolízissel állítják elő, amelyet kloridoknak vagy hidroxidoknak vetnek alá. alkálifémek vízben oldva. A hidrogént ily módon közvetlenül vízből is lehet nyerni.

Erre a célra koksz vagy metán gőzzel történő átalakítását használják. A metán megemelt hőmérsékleten történő bomlása szintén hidrogént termel. A kokszolókemence-gáz frakcionált módszerrel történő cseppfolyósítását hidrogén ipari előállítására is használják.

Beszerzés a laboratóriumban

A laboratóriumban Kipp készüléket használnak a hidrogén előállítására.

A reagensek sósav ill kénsavés cink. A reakció eredményeként hidrogén képződik.

A hidrogén megtalálása a természetben

A hidrogén a világegyetem leggyakoribb eleme. A csillagok nagy része, beleértve a Napot és másokat tértestek hidrogént alkot.

BAN BEN földkéreg ez csak 0,15%. Számos ásványi anyagban, minden szerves anyagban, valamint bolygónk felszínének 3/4-ét borító vízben is megtalálható.

A felső légkörben a tiszta hidrogén nyomai találhatók. Számos éghető földgázban is megtalálható.

A gáznemű hidrogén a legvékonyabb, a folyékony hidrogén pedig a legsűrűbb anyag bolygónkon. A hidrogén segítségével megváltoztathatja a hang hangszínét, ha belélegzi, és kilégzés közben beszél.

A leghatalmasabbak cselekvésének középpontjában hidrogénbomba a legkönnyebb atom felhasadása.