A hidrogén gáz, ő áll az első helyen a periódusos rendszerben. Ennek a természetben elterjedt elemnek a neve latinból fordítva azt jelenti, hogy "víz szülése". Tehát milyen fizikai és kémiai tulajdonságait ismerjük a hidrogénnek?
Hidrogén: általános információ
Nál nél normál körülmények között A hidrogénnek nincs íze, szaga, színe.
Rizs. 1. A hidrogén képlete.
Mivel az atomnak egy energiaelektronikus szintje van, amely maximum két elektront tartalmazhat, így stabil állapot esetén az atom vagy egy elektront fogadhat be (oxidációs állapot -1), vagy adhat egy elektront (oxidációs állapot +1), ami egy állandó vegyérték I Ezért a hidrogén elem szimbóluma nemcsak az IA csoportba (az I. csoport fő alcsoportjába) kerül az alkálifémekkel együtt, hanem a VIIA csoportba (a VII. csoport fő alcsoportja) a halogénekkel együtt. A halogénatomoknak szintén hiányzik egy elektron a külső szint kitöltéséhez, és a hidrogénhez hasonlóan nem fémek. A hidrogén pozitív oxidációs állapotot mutat azokban a vegyületekben, ahol több elektronegatív nemfémes elemhez kötődik, és negatív erő oxidáció - fémekkel alkotott vegyületekben.
Rizs. 2. A hidrogén elhelyezkedése a periódusos rendszerben.
A hidrogénnek három izotópja van, amelyek mindegyikének saját neve van: protium, deutérium, trícium. Ez utóbbi mennyisége a Földön elenyésző.
A hidrogén kémiai tulajdonságai
Egy egyszerű H 2 anyagban az atomok közötti kötés erős (a kötési energia 436 kJ/mol), így a molekuláris hidrogén aktivitása alacsony. Normál körülmények között csak nagyon aktív fémekkel lép kölcsönhatásba, és az egyetlen nem fém, amellyel a hidrogén reagál, a fluor:
F 2 + H 2 \u003d 2HF (hidrogén-fluorid)
A hidrogén reakcióba lép más egyszerű (fémek és nemfémek) és összetett (oxidok, határozatlan szerves vegyületek) anyagokkal akár besugárzással és hőmérséklet-emelkedéssel, akár katalizátor jelenlétében.
A hidrogén oxigénben ég el jelentős mennyiségű hő felszabadulásával:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
A hidrogén és oxigén keveréke (2 térfogatrész hidrogén és 1 térfogatrész oxigén) hevesen felrobban, ha meggyújtják, ezért robbanógáznak nevezik. Hidrogénnel végzett munka során be kell tartani a biztonsági előírásokat.
Rizs. 3. Robbanásveszélyes gáz.
Katalizátor jelenlétében a gáz reakcióba léphet nitrogénnel:
3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3
- ezzel a reakcióval magasabb hőmérsékleten és nyomáson ammóniát nyernek az iparban.
Magas hőmérsékleten a hidrogén képes reagálni kénnel, szelénnel és tellúrral. és amikor kölcsönhatásba lép lúgos és alkáliföldfémek hidridek keletkeznek: 4.3. Összes értékelés: 186.
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 kémikus és természettudós J. Meunier mérnökkel közösen, speciális gázmérők segítségével 1783-ban a víz szintézisét, majd elemzését végezte a vízgőz vörösen izzó vassal történő lebontásával. 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 egyik elsődleges anyag. kémiai elemek. 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, annak képessége, hogy szerves vegyületekben halogénekkel helyettesítse) a hidrogént a Mendeleev-rendszer VII. csoportjába sorolják.
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 eltérő szerves vegyületek: HCHO, CH3OH stb. A telítetlen szénhidrogének a reakció során telítődnek, például:
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.
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, ami az atomjaik elektronszerkezetének hasonlóságával magyarázható. Minden külső elektron vegyérték, és részt vesz a képződésben kémiai kötések. 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. Kémiai tulajdonságok hidrogén
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 elektronikus analógnak alkálifémek.
Az alkálifémekhez hasonlóan a hidrogén is redukálószer, és oxidációs foka +1. A hidrogén spektruma hasonló az alkálifémekéhez. A hidrogén az alkálifémekhez hasonló abban a képességében, 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.
A hidrogén redukáló tulajdonságai a nemfémekkel való kölcsönhatás során nyilvánulnak 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 mutatja helyreállító tulajdonságok sok oxiddal, halogeniddel kapcsolatban, 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) számos szerves vegyület előállítására használják fel. 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.
A hidrogén kémiai és fizikai tulajdonságainak vizsgálatakor meg kell jegyezni, hogy a szokásos állapotban ez a kémiai elem gáz halmazállapotú. A színtelen hidrogéngáz szagtalan és íztelen. Ezt a kémiai elemet először nevezték el hidrogénnek, miután A. Lavoisier tudós vízzel kísérleteket végzett, amelyek eredményei szerint a világtudomány megtudta, hogy a víz többkomponensű folyadék, amely magában foglalja a hidrogént is. Ez az esemény 1787-ben történt, de jóval ezt megelőzően a hidrogént "éghető gáz" néven ismerték a tudósok.
Hidrogén a természetben
A tudósok szerint a hidrogén megtalálható a földkéregés vízben (az összes víz körülbelül 11,2%-a). Ez a gáz része számos ásványnak, amelyeket az emberiség évszázadok óta kinyert a föld belsejéből. A hidrogén tulajdonságai részben az olajra, a földgázokra és az agyagra, az állati és növényi szervezetekre jellemzőek. De tiszta formájában, azaz nem kombinálva a periódusos rendszer más kémiai elemeivel, ez a gáz rendkívül ritka a természetben. Ez a gáz a vulkánkitörések során a Föld felszínére kerülhet. A szabad hidrogén nyomokban jelen van a légkörben.
A hidrogén kémiai tulajdonságai
Mivel a hidrogén kémiai tulajdonságai nem egységesek, ez a kémiai elem mind a Mengyelejev-rendszer I. csoportjába, mind a VII. Az első csoport képviselőjeként a hidrogén valójában egy alkálifém, amelynek oxidációs állapota a legtöbb vegyületben +1. Ugyanez a vegyérték jellemző a nátriumra és más alkálifémekre. E kémiai tulajdonságok fényében a hidrogén ezekhez a fémekhez hasonló elemnek tekinthető.
Ha fémhidridekről beszélünk, akkor a hidrogénion vegyértéke negatív - oxidációs állapota -1. A Na + H- ugyanúgy épül fel, mint a Na + Cl- klorid. Ez a tény az oka annak, hogy a hidrogént a Mengyelejev-rendszer VII. csoportjába soroljuk. A hidrogén, molekula állapotában, feltéve, hogy közönséges környezetben van, inaktív, és csak a számára aktívabb nemfémekkel tud kapcsolódni. Ilyen fémek közé tartozik a fluor, fény jelenlétében a hidrogén klórral egyesül. Ha a hidrogént hevítik, akkor aktívabbá válik, és számos elemmel reagál. periodikus rendszer Mengyelejev.
Az atomi hidrogén aktívabb kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, mint a molekuláris hidrogén. Az oxigénmolekulák vizet képeznek - H2 + 1/2O2 = H2O. Amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép halogénekkel, H2 + Cl2 = 2HCl hidrogén-halogenidek képződnek, és a hidrogén fény hiányában és kellően magas negatív hőmérsékleten - -252 ° C-ig - lép be ebbe a reakcióba. A hidrogén kémiai tulajdonságai lehetővé teszik számos fém redukciójára való felhasználását, mivel reakció közben a hidrogén elnyeli az oxigént a fém-oxidokból, például CuO + H2 = Cu + H2O. A hidrogén részt vesz az ammónia képződésében, kölcsönhatásba lép a nitrogénnel a 3H2 + N2 = 2NH3 reakcióban, de azzal a feltétellel, hogy katalizátort használnak, és növelik a hőmérsékletet és a nyomást.
Energikus reakció játszódik le, amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép a kénnel a H2 + S = H2S reakcióban, ami hidrogén-szulfidot eredményez. A hidrogén kölcsönhatása tellúrral és szelénnel valamivel kevésbé aktív. Ha nincs katalizátor, akkor csak akkor lép reakcióba a tiszta szénnel, hidrogénnel, ha magas hőmérséklet jön létre. 2H2 + C (amorf) = CH4 (metán). Egyes lúgokkal és más fémekkel végzett hidrogénaktivitás során hidrideket kapnak, például H2 + 2Li = 2LiH.
A hidrogén fizikai tulajdonságai
A hidrogén nagyon könnyű kémiai. A tudósok legalábbis azt állítják, hogy jelenleg nincs könnyebb anyag, mint a hidrogén. Tömege 14,4-szer könnyebb a levegőnél, sűrűsége 0°C-on 0,0899 g/l. -259,1 ° C hőmérsékleten a hidrogén képes megolvadni - ez egy nagyon kritikus hőmérséklet, ami nem jellemző a legtöbb átalakulásra. kémiai vegyületek egyik állapotból a másikba. Ebben a tekintetben csak egy olyan elem, mint a hélium, haladja meg a hidrogén fizikai tulajdonságait. A hidrogén cseppfolyósítása nehézkes, mivel kritikus hőmérséklete (-240°C). A hidrogén az emberiség által ismert legtöbb hőtermelő gáz. A fent leírt tulajdonságok mindegyike a hidrogén legjelentősebb fizikai tulajdonságai, amelyeket az ember meghatározott célokra használ. Ezenkívül ezek a tulajdonságok a legrelevánsabbak a modern tudomány számára.
MINSKI TECHNOLÓGIAI ÉS KÖNNYŰIPARI TERVEZÉSI FŐISKOLA
Esszé
tudományág: kémia
Téma: "A hidrogén és vegyületei"
Készítette: 1. éves hallgató343 csoport
Viskup Elena
Ellenőrizve: Alyabyeva N.V.
Minszk 2009
A hidrogénatom szerkezete a periódusos rendszerben
Oxidációs állapotok
Elterjedtség a természetben
A hidrogén mint egyszerű anyag
Hidrogénvegyületek
Bibliográfia
A hidrogénatom szerkezete a periódusos rendszerben
A periódusos rendszer első eleme (1. periódus, 1. sorszám). Nincs teljes analógiája más kémiai elemekkel, és nem tartozik semmilyen csoporthoz, ezért a táblázatokban feltételesen az IA csoportba és / vagy a VIIA csoportba kerül.
A hidrogénatom az összes elem atomja közül a legkisebb és a legkönnyebb. Elektronikus képlet atom 1s 1 . Egy elem szabad állapotú létezésének szokásos formája a kétatomos molekula.
Oxidációs állapotok
A több elektronegatív elemet tartalmazó vegyületek hidrogénatomja oxidációs állapota +1, például HF, H 2 O stb. A fém-hidrideket tartalmazó vegyületekben a hidrogénatom oxidációs állapota -1, például NaH , CaH 2 stb. Átlagos elektronegativitási értékkel rendelkezik a tipikus fémek és a nemfémek között. Szerves oldószerekben, például ecetsavban vagy alkoholban, sok szerves vegyületet képes katalitikusan redukálni: telítetlen vegyületeket telítettekké, egyes nátriumvegyületeket ammóniává vagy aminokká.
Elterjedtség a természetben
A természetes hidrogén két stabil izotópból áll: protium 1 H, deutérium 2 H és trícium 3 H. Más módon a deutériumot D-vel, a tríciumot pedig T-vel jelöljük. Különféle kombinációk lehetségesek, például HT, HD, TD, H 2, D 2, T2. A hidrogén a természetben gyakrabban fordul elő különféle vegyületek formájában, kénnel (H 2 S), oxigénnel (víz formájában), szénnel, nitrogénnel és klórral. Ritkábban foszfort, jódot, brómot és egyéb elemeket tartalmazó vegyületek formájában. Része minden növényi és állati szervezetnek, olajnak, fosszilis szénnek, földgáznak, számos ásványnak és kőzetnek. Szabad állapotban nagyon ritkán található meg kis mennyiségben - vulkáni gázokban és szerves maradványok bomlástermékeiben. A hidrogén a legelterjedtebb elem az univerzumban (körülbelül 75%). Megtalálható a Napban és a legtöbb csillagban, valamint a Jupiter és a Szaturnusz bolygókon, amelyek többnyire hidrogénből állnak. Egyes bolygókon a hidrogén szilárd formában is létezhet.
A hidrogén mint egyszerű anyag
A hidrogénmolekula két atomból áll, amelyeket kovalens köt egymással nem poláris kötés. Fizikai tulajdonságok - színtelen és szagtalan gáz. Más gázoknál gyorsabban terjed az űrben, kis pórusokon halad át, magas hőmérsékleten viszonylag könnyen behatol az acélba és egyéb anyagokba. Magas hővezető képességgel rendelkezik.
Kémiai tulajdonságok. Normál állapotában alacsony hőmérsékleten inaktív, melegítés nélkül fluorral és klórral reagál (fény jelenlétében).
H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HClAktívabban lép kölcsönhatásba nemfémekkel, mint fémekkel.
Különféle anyagokkal való kölcsönhatás során oxidáló és redukáló tulajdonságokat is mutathat.
Hidrogénvegyületek
A hidrogén egyik vegyülete a halogének. Akkor keletkeznek, amikor a hidrogén a VIIA csoport elemeivel egyesül. A HF, HCl, HBr és HI színtelen gázok, amelyek vízben jól oldódnak.
Cl 2 + H 2 OHClO + HCl; HClO-klóros vízMivel a HBr és a HI tipikus redukálószerek, nem nyerhetők ki cserereakcióval, mint a HCl.
CaF 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 + 2HF
A víz a természetben a leggyakoribb hidrogénvegyület.
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Nincs se színe, se íze, se szaga. Nagyon gyenge elektrolit, de aktívan reagál számos fémmel és nemfémmel, bázikus és savas oxidokkal.
2H 2O + 2Na \u003d 2NaOH + H2
H 2 O + BaO \u003d Ba (OH) 2
3H 2 O + P 2 O 5 \u003d 2H 3 PO 4
A nehézvíz (D 2 O) a víz izotópos változata. Az anyagok oldhatósága nehézvízben sokkal kisebb, mint a közönséges vízben. A nehézvíz mérgező, mivel lelassítja az élő szervezetek biológiai folyamatait. A víz ismételt elektrolízise során felhalmozódik az elektrolízis maradékában. Hűtőfolyadékként és neutronmoderátorként használják atomreaktorok.
Hidridok - a hidrogén kölcsönhatása fémekkel (magas hőmérsékleten) vagy a hidrogénnél kevésbé elektronegatív nemfémekkel.
Si + 2H 2 \u003d SiH 4
Magát a hidrogént a 16. század első felében fedezték fel. Paracelsus. 1776-ban G. Cavendish először vizsgálta tulajdonságait, 1783-1787-ben A. Lavoisier kimutatta, hogy a hidrogén a víz része, felvette a kémiai elemek listájára, és javasolta a "hidrogén" nevet.
Bibliográfia
1. M.B. Volovics, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L. Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S. V. Simonovich / Iskolások kézikönyve / Moszkva "AST-PRESS BOOK" 2003.
2. I.L. Knunyats / Chemical Encyclopedia / Moszkva "Szovjet Enciklopédia" 1988
3. I.E. Shimanovich / Chemistry 11 / Minsk "People's Asveta" 2008
4. F. Cotton, J. Wilkinson/Modern szervetlen kémia/ Moszkva "Mir" 1969
