s-տարրերի բնութագրում

S-տարրերի բլոկը ներառում է 13 տարր, որոնց ընդհանուր է արտաքին էներգիայի մակարդակի s-մակարդակի կուտակումն իրենց ատոմներում:

Թեև ջրածինը և հելիումը դասակարգվում են որպես s-տարրեր՝ պայմանավորված իրենց հատկությունների հատուկ բնույթով, դրանք պետք է դիտարկվեն առանձին: Ջրածինը, նատրիումը, կալիումը, մագնեզիումը, կալցիումը կենսական տարրեր են։

S-տարրերի միացությունները ցույց են տալիս հատկությունների ընդհանուր օրինաչափություններ, ինչը բացատրվում է նմանությամբ էլեկտրոնային կառուցվածքընրանց ատոմները. Բոլոր արտաքին էլեկտրոնները վալենտ են և մասնակցում են քիմիական կապերի ձևավորմանը։ Հետևաբար, միացություններում այս տարրերի առավելագույն օքսիդացման աստիճանն է թիվէլեկտրոններ արտաքին շերտում և, համապատասխանաբար, հավասար է այն խմբի թվին, որում գտնվում է այս տարրը: S-տարրերի մետաղների օքսիդացման վիճակը միշտ դրական է: Մյուս առանձնահատկությունն այն է, որ արտաքին շերտի էլեկտրոնների առանձնացումից հետո մնում է ազնիվ գազի թաղանթով իոն։ Տարրի սերիական համարի՝ ատոմային շառավիղով, իոնացման էներգիան նվազում է (5,39 eV y Li-ից մինչև 3,83 eV y Fr), և մեծանում է տարրերի նվազող ակտիվությունը։

S-տարրերի միացությունների ճնշող մեծամասնությունը անգույն է (ի տարբերություն d-էլեմենտների միացությունների), քանի որ բացառված է d-էլեկտրոնների անցումը ցածր էներգիայի մակարդակից դեպի ավելի բարձր էներգիա, որը առաջացնում է գույն:

IA - IIA խմբերի տարրերի միացությունները բնորոշ աղեր են, ջրային լուծույթում դրանք գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում են իոնների և ենթակա չեն կատիոնների հիդրոլիզի (բացառությամբ Be 2+ և Mg 2+ աղերի):

ջրածնի հիդրիդ իոնային կովալենտ

S-տարրերի իոնների համար բարդ առաջացումը բնորոշ չէ։ s - տարրերի բյուրեղային կոմպլեքսները H 2 O-բյուրեղային հիդրատներով լիգանդներով հայտնի են հնագույն ժամանակներից, օրինակ՝ Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-borax, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-շիբ։ Ջրի մոլեկուլները բյուրեղային հիդրատներում խմբավորված են կատիոնի շուրջը, բայց երբեմն ամբողջովին շրջապատում են անիոնը։ Իոնի փոքր լիցքի և իոնի մեծ շառավիղի պատճառով ալկալիական մետաղներն ամենաքիչն են հակված բարդույթների, այդ թվում՝ ջրային կոմպլեքսների առաջացմանը։ որպես բարդացնող նյութեր բարդ միացություններԼիթիումի, բերիլիումի, մագնեզիումի իոնները գործում են որպես ցածր կայունություն:

Ջրածին. Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Ջրածինը ամենաթեթև s-տարրն է: Դրա էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան հիմնական վիճակում 1S 1 է: Ջրածնի ատոմը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և մեկ էլեկտրոնից։ Ջրածնի առանձնահատկությունն այն է, որ նրա վալենտային էլեկտրոնն անմիջապես գործողության ոլորտում է ատոմային միջուկ. Ջրածինը չունի միջանկյալ էլեկտրոնային շերտ, ուստի ջրածինը չի կարող համարվել ալկալային մետաղների էլեկտրոնային անալոգը։

Ինչպես ալկալիական մետաղները, այնպես էլ ջրածինը վերականգնող նյութ է և ցուցադրում է +1 օքսիդացման աստիճան: Ջրածնի սպեկտրները նման են ալկալային մետաղների սպեկտրներին: Այսպիսով ալկալիական մետաղներՋրածինն ավելի է մոտեցնում լուծույթներում հիդրատացված դրական լիցքավորված իոն H + տալու ունակությամբ:

Ինչպես հալոգենը, այնպես էլ ջրածնի ատոմին պակասում է մեկ էլեկտրոն։ Դրանով է պայմանավորված H- հիդրիդ իոնի առկայությունը։

Բացի այդ, ինչպես հալոգենի ատոմները, ջրածնի ատոմները նույնպես բնութագրվում են իոնացման բարձր էներգիայով (1312 կՋ/մոլ): Այսպիսով, ջրածինը հատուկ դիրք է զբաղեցնում տարրերի պարբերական համակարգում։

Ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ տարրն է, որը կազմում է Արեգակի զանգվածի կեսը և աստղերի մեծ մասը:

Արեգակի և այլ մոլորակների վրա ջրածինը գտնվում է ատոմային վիճակում, միջաստղային միջավայրում՝ մասնակի իոնացված երկատոմային մոլեկուլների տեսքով։

Ջրածինը ունի երեք իզոտոպ. պրոտիում 1 H, դեյտերիում 2 D և տրիտում 3 T, ընդ որում տրիտումը ռադիոակտիվ իզոտոպ է:

Ջրածնի մոլեկուլներն առանձնանում են բարձր ուժով և ցածր բևեռացմամբ, փոքր չափերով և փոքր զանգվածով, ունեն բարձր շարժունակություն։ Հետևաբար, ջրածինը ունի շատ ցածր հալման կետ (-259,2 o C) և եռման (-252,8 o C): Պատճառով բարձր էներգիատարանջատում (436 կՋ/մոլ) մոլեկուլների տարրալուծումը ատոմների տեղի է ունենում 2000 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Ջրածինը անգույն գազ է, անհոտ և անհամ: Ունի ցածր խտություն՝ 8,99·10 -5 գ/սմ Շատ բարձր ճնշումների դեպքում ջրածինը անցնում է մետաղական վիճակի։ Ենթադրվում է, որ հեռավոր մոլորակների վրա Արեգակնային համակարգ- Յուպիտերը և Սատուրնը, ջրածինը մետաղական վիճակում է: Ենթադրություն կա, որ երկրի միջուկի կազմը ներառում է նաև մետաղական ջրածին, որտեղ այն գտնվում է երկրագնդի թիկնոցի կողմից ստեղծված գերբարձր ճնշման տակ։

Քիմիական հատկություններ. Սենյակային ջերմաստիճանում մոլեկուլային ջրածինը փոխազդում է միայն ֆտորի հետ, լույսով ճառագայթվելիս՝ քլորի և բրոմի հետ, երբ տաքացվում է O 2, S, Se, N 2, C, I 2:

Ջրածնի ռեակցիաները թթվածնի և հալոգենների հետ ընթանում են ըստ ռադիկալ մեխանիզմի։

Քլորի հետ փոխազդեցությունը չճյուղավորված ռեակցիայի օրինակ է, երբ ճառագայթվում է լույսով (լուսաքիմիական ակտիվացում), երբ տաքացվում է (ջերմային ակտիվացում):

Cl + H 2 \u003d HCl + H (շղթայի զարգացում)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

Պայթուցիկ գազի պայթյունը՝ ջրածին-թթվածին խառնուրդ, ճյուղավորված շղթայի գործընթացի օրինակ է, երբ սկսված շղթան ներառում է ոչ թե մեկ, այլ մի քանի փուլ.

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

Պայթուցիկ գործընթացից կարելի է խուսափել՝ աշխատելով մաքուր ջրածնի հետ։

Քանի որ ջրածինը բնութագրվում է դրական (+1) և բացասական (-1) օքսիդացման վիճակներով, ջրածինը կարող է դրսևորել ինչպես վերականգնող, այնպես էլ օքսիդացնող հատկություններ:

Վերականգնողական հատկություններՋրածինը դրսևորվում է ոչ մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ.

H 2 (գ) + Cl 2 (գ) \u003d 2HCl (գ),

2H 2 (գ) + O 2 (գ) \u003d 2H 2 O (գ),

Այս ռեակցիաներն ընթանում են մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ, ինչը վկայում է H-Cl, H-O կապերի բարձր էներգիայի (ուժի) մասին։ Հետևաբար, ջրածինը վերականգնող հատկություններ է ցուցաբերում բազմաթիվ օքսիդների, հալոգենիդների նկատմամբ, օրինակ.

Սա հիմք է հանդիսանում ջրածնի կիրառման համար՝ որպես վերականգնող նյութ հալոգենիդային օքսիդներից պարզ նյութեր ստանալու համար։

Նույնիսկ ավելի ուժեղ վերականգնող նյութը ատոմային ջրածինն է: Այն ձևավորվում է մոլեկուլային էլեկտրոնի արտանետման մեջ ցածր ճնշման պայմաններում:

Ջրածինը բարձր վերականգնող ակտիվություն ունի արձակման պահին մետաղի թթվի հետ փոխազդեցության ժամանակ։ Նման ջրածինը նվազեցնում է CrCl 3-ը CrCl 2-ի.

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

Ջրածնի փոխազդեցությունը ազոտի օքսիդի (II) հետ կարևոր է.

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

Օգտագործվում է մաքրման համակարգերում՝ ազոտական ​​թթվի արտադրության մեջ:

Որպես օքսիդացնող նյութ, ջրածինը փոխազդում է ակտիվ մետաղների հետ.

Այս դեպքում ջրածինը իրեն պահում է հալոգենի նման՝ առաջացնելով նմանատիպ հալոգենիդներ հիդրիդներ.

I խմբի s տարրերի հիդրիդներն ունեն NaCl տիպի իոնային կառուցվածք։ Քիմիապես իոնային հիդրիդներն իրենց պահում են հիմնական միացությունների նման։

Կովալենտները ներառում են ոչ մետաղական տարրերի հիդրիդներ, որոնք ավելի քիչ էլեկտրաբացասական են, քան ինքնին ջրածինը, օրինակ՝ SiH 4, BH 3, CH 4 բաղադրության հիդրիդները։ Ըստ քիմիական բնույթՈչ մետաղական հիդրիդները թթվային միացություններ են։

Հիդրիդների հիդրոլիզի բնորոշ հատկանիշը ջրածնի արտազատումն է, ռեակցիան ընթանում է ռեդոքս մեխանիզմի համաձայն։

Հիմնական հիդրիդ

թթվային հիդրիդ

Ջրածնի արտազատման շնորհիվ հիդրոլիզն ընթանում է ամբողջությամբ և անդառնալիորեն (?Н<0, ?S>0): Այս դեպքում հիմնային հիդրիդները առաջացնում են ալկալի, իսկ թթվային թթուներ։

Համակարգի ստանդարտ ներուժը B է: Հետևաբար, H իոնը ուժեղ վերականգնող նյութ է:

Լաբորատորիայում ջրածինը ստացվում է Kipp ապարատում ցինկի 20% ծծմբաթթվի հետ փոխազդելու միջոցով։

Տեխնիկական ցինկը հաճախ պարունակում է մկնդեղի և անտիմոնի փոքր կեղտեր, որոնք ջրածնով վերածվում են թունավոր գազերի՝ արսին SbH 3 և stabyne SbH Նման ջրածինը կարող է թունավոր լինել: Քիմիապես մաքուր ցինկի դեպքում ռեակցիան դանդաղ է ընթանում գերլարման պատճառով, և ջրածնի լավ հոսանքը հնարավոր չէ ստանալ: Այս ռեակցիայի արագությունը մեծանում է պղնձի սուլֆատի բյուրեղների ավելացմամբ, ռեակցիան արագանում է գալվանական Cu-Zn զույգի ձևավորմամբ։

Ավելի մաքուր ջրածին ձևավորվում է սիլիցիումի կամ ալյումինի վրա ալկալիի ազդեցությամբ, երբ տաքացվում է.

Արդյունաբերության մեջ մաքուր ջրածին ստացվում է էլեկտրոլիտներ պարունակող ջրի էլեկտրոլիզով (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2):

Էլեկտրոլիզի ժամանակ մեծ քանակությամբ ջրածին է առաջանում որպես կողմնակի արտադրանք ջրային լուծույթնատրիումի քլորիդ՝ կաթոդի և անոդի տարածությունը բաժանող դիֆրագմով,

Ջրածնի ամենամեծ քանակությունը ստացվում է գերտաքացվող գոլորշով պինդ վառելիքի (անտրացիտի) գազաֆիկացման արդյունքում.

Կամ բնական գազի (մեթանի) փոխակերպումը գերտաքացած գոլորշու միջոցով.

Ստացված խառնուրդը (սինթեզ գազ) օգտագործվում է շատերի արտադրության մեջ օրգանական միացություններ. Ջրածնի ելքը կարող է մեծանալ՝ սինթեզի գազը կատալիզատորի վրայով անցկացնելով, մինչդեռ CO-ն վերածվում է CO 2-ի:

Դիմում.Ամոնիակի սինթեզում մեծ քանակությամբ ջրածին է սպառվում։ քլորաջրածնի արտադրության համար և աղաթթվի, բուսական ճարպերի հիդրոգենացման, օքսիդներից մետաղների (Mo, W, Fe) վերականգնման համար։ Ջրածին-թթվածնային բոցերը օգտագործվում են մետաղների եռակցման, կտրման և հալման համար:

Հեղուկ ջրածինը օգտագործվում է որպես հրթիռային վառելիք։ Ջրածնային վառելիքն է էկոլոգիապես բարեկամականև ավելի էներգատար, քան բենզինը, ուստի այն ապագայում կարող է փոխարինել նավթամթերքներին: Արդեն մի քանի հարյուր մեքենաներ աշխարհում աշխատում են ջրածնով։ Ջրածնի էներգիայի խնդիրները կապված են ջրածնի պահպանման և փոխադրման հետ։ Ջրածինը պահվում է ստորգետնյա տանկերներում հեղուկ վիճակում՝ 100 ատմ ճնշման տակ։ առաքում մեծ քանակությամբհեղուկ ջրածինը լուրջ վտանգ է ներկայացնում.

Եկեք նայենք, թե ինչ է ջրածինը: Այս ոչ մետաղի քիմիական հատկությունները և արտադրությունը ուսումնասիրվում են դպրոցում անօրգանական քիմիայի ընթացքում։ Հենց այս տարրն է տանում պարբերական համակարգՄենդելեևը, և, հետևաբար, արժանի է մանրամասն նկարագրության:

Համառոտ տեղեկատվություն տարր բացելու մասին

Նախքան ջրածնի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները դիտարկելը, եկեք պարզենք, թե ինչպես է հայտնաբերվել այս կարևոր տարրը:

Քիմիկոսները, ովքեր աշխատել են տասնվեցերորդ և տասնյոթերորդ դարերում, իրենց գրվածքներում բազմիցս նշել են այրվող գազը, որն արտազատվում է, երբ թթուները ենթարկվում են ակտիվ մետաղների: XVIII դարի երկրորդ կեսին Գ.Քավենդիշին հաջողվել է հավաքել և վերլուծել այդ գազը՝ տալով «այրվող գազ» անվանումը։

Ջրածնի ֆիզիկաքիմիական հատկություններն այն ժամանակ չեն ուսումնասիրվել։ Միայն տասնութերորդ դարի վերջին Ա.Լավուազյեին հաջողվեց վերլուծությամբ հաստատել, որ այդ գազը կարելի է ստանալ ջրի անալիզով։ Քիչ անց նա սկսեց նոր տարրը կոչել ջրածին, որը նշանակում է «ջուր ծնել»։ Իր ժամանակակից ռուսերեն անվանումը ջրածինը պարտական ​​է Մ.Ֆ. Սոլովյովին։

Բնության մեջ լինելը

Ջրածնի քիմիական հատկությունները կարող են վերլուծվել միայն բնության մեջ դրա առատության հիման վրա: Այս տարրը առկա է հիդրո- և լիթոսֆերայում, ինչպես նաև հանքանյութերի մի մասն է՝ բնական և հարակից գազ, տորֆ, նավթ, ածուխ, նավթային թերթաքար: Դժվար է պատկերացնել մեծահասակի, ով չիմանա, որ ջրածինը ջրի անբաժանելի մասն է։

Բացի այդ, այս ոչ մետաղը հայտնաբերված է կենդանական օրգանիզմների տեսքով նուկլեինաթթուներ, սպիտակուցներ, ածխաջրեր, ճարպեր. Մեր մոլորակի վրա այս տարրը ազատ տեսքով հանդիպում է բավականին հազվադեպ, գուցե միայն բնական և հրաբխային գազերում:

Պլազմայի տեսքով ջրածինը կազմում է աստղերի և Արեգակի զանգվածի մոտ կեսը և նաև միջաստղային գազի մի մասն է։ Օրինակ՝ ազատ տեսքով, ինչպես նաև մեթանի, ամոնիակի տեսքով այս ոչ մետաղը առկա է գիսաստղերում և նույնիսկ որոշ մոլորակներում։

Ֆիզիկական հատկություններ

Նախքան ջրածնի քիմիական հատկությունները դիտարկելը, մենք նշում ենք, որ ժ նորմալ պայմաններայն օդից ավելի թեթև գազային նյութ է, որն ունի մի քանի իզոտոպային ձևեր։ Այն գրեթե չի լուծվում ջրի մեջ և ունի բարձր ջերմահաղորդականություն։ Պրոտիումը, որն ունի 1 զանգվածային թիվը, համարվում է նրա ամենաթեթև ձևը։ Տրիտիումը, որն ունի ռադիոակտիվ հատկություններ, բնության մեջ ձևավորվում է մթնոլորտային ազոտից, երբ նեյրոններն այն ենթարկում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների:

Մոլեկուլի կառուցվածքի առանձնահատկությունները

Ջրածնի քիմիական հատկությունները, նրան բնորոշ ռեակցիաները դիտարկելու համար անդրադառնանք նրա կառուցվածքի առանձնահատկություններին։ Այս երկատոմային մոլեկուլն ունի կովալենտային ոչ բևեռային քիմիական կապ։ Ատոմային ջրածնի առաջացումը հնարավոր է, երբ ակտիվ մետաղները փոխազդում են թթվային լուծույթների հետ։ Բայց այս ձևով այս ոչ մետաղը կարող է գոյություն ունենալ միայն աննշան ժամանակահատվածում, գրեթե անմիջապես այն վերամիավորվում է մոլեկուլային ձևի:

Քիմիական հատկություններ

Դիտարկենք ջրածնի քիմիական հատկությունները: Միացությունների մեծ մասում, որոնք ձևավորում է այս քիմիական տարրը, այն ցուցադրում է +1 օքսիդացման աստիճան, ինչը նրան նմանեցնում է ակտիվ (ալկալի) մետաղներին։ Ջրածնի հիմնական քիմիական հատկությունները, որոնք բնութագրում են այն որպես մետաղ.

• փոխազդեցություն թթվածնի հետ ջրի ձևավորման համար;
• ռեակցիա հալոգենների հետ, ուղեկցվում է ջրածնի հալոգենիդով;
• ծծմբի հետ համակցված ջրածնի սուլֆիդի արտադրությունը:

Ստորև բերված է ռեակցիայի հավասարումը, որը բնութագրում է ջրածնի քիմիական հատկությունները: Ուշադրություն ենք հրավիրում այն ​​փաստի վրա, որ որպես ոչ մետաղ (-1 օքսիդացման աստիճանով) այն գործում է միայն ակտիվ մետաղների հետ ռեակցիայի ժամանակ՝ դրանց հետ կազմելով համապատասխան հիդրիդներ։

Սովորական ջերմաստիճանում ջրածինը ակտիվորեն չի փոխազդում այլ նյութերի հետ, ուստի ռեակցիաների մեծ մասն իրականացվում է միայն նախնական տաքացումից հետո։

Եկեք ավելի մանրամասն անդրադառնանք պարբերական աղյուսակը գլխավորող տարրի որոշ քիմիական փոխազդեցություններին քիմիական տարրերՄենդելեևը.

Ջրի առաջացման ռեակցիան ուղեկցվում է 285,937 կՋ էներգիայի արտազատմամբ։ Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում (ավելի քան 550 աստիճան Ցելսիուս) այս գործընթացը ուղեկցվում է ուժեղ պայթյունով։

Այդ թվում քիմիական հատկություններգազային ջրածինը, որոնք զգալի կիրառություն են գտել արդյունաբերության մեջ, հետաքրքիր է նրա փոխազդեցությունը մետաղների օքսիդների հետ։ Ժամանակակից արդյունաբերության մեջ հենց կատալիտիկ հիդրոգենացման միջոցով են մետաղների օքսիդները մշակվում, օրինակ՝ մաքուր մետաղը մեկուսացնում են երկաթի կշեռքից (երկաթի խառը օքսիդ): Այս մեթոդը թույլ է տալիս արդյունավետ մշակել մետաղի ջարդոն։

Ամոնիակի սինթեզը, որը ներառում է ջրածնի փոխազդեցությունը մթնոլորտային ազոտի հետ, պահանջարկ ունի նաև ժամանակակից քիմիական արդյունաբերության մեջ։ Այս քիմիական փոխազդեցության առաջացման պայմաններից մենք նշում ենք ճնշումը և ջերմաստիճանը:

Եզրակացություն

Ջրածինը ամենաքիչ ակտիվ քիմիական նյութն է նորմալ պայմաններ. Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ նրա ակտիվությունը զգալիորեն ավելանում է։ Այս նյութը պահանջարկ ունի օրգանական սինթեզում։ Օրինակ՝ հիդրոգենացման միջոցով կետոնները կարող են վերածվել երկրորդային սպիրտների, իսկ ալդեհիդները՝ առաջնային սպիրտների։ Բացի այդ, հիդրոգենացման միջոցով էթիլենի և ացետիլենի դասերի չհագեցած ածխաջրածինները կարող են վերածվել մեթանի շարքի հագեցած միացությունների։ Ջրածինը իրավամբ համարվում է ժամանակակից քիմիական արտադրության մեջ պահանջված պարզ նյութ:

• Նշանակում - H (Ջրածին);
• Լատինական անուն - Hydrogenium;
• Ժամանակաշրջան - I;
• Խումբ - 1 (Ia);
• Ատոմային զանգված - 1,00794;
• Ատոմային համարը - 1;
• Ատոմի շառավիղ = 53 pm;
• Կովալենտային շառավիղ = 32 pm;
• Էլեկտրոնների բաշխումը - 1s 1;
• հալման կետ = -259,14 ° C;
• եռման կետ = -252,87 ° C;
• Էլեկտրոնեգատիվություն (ըստ Պաուլինգի / ըստ Ալպրեդի և Ռոխովի) \u003d 2.02 / -;
• Օքսիդացման վիճակը՝ +1; 0; -1;
• Խտություն (n.a.) \u003d 0,0000899 գ / սմ 3;
• Մոլային ծավալը = 14,1 սմ 3 / մոլ:

Թթվածնի հետ ջրածնի երկուական միացություններ.

Ջրածինը («ջուր ծնող») հայտնաբերել է անգլիացի գիտնական Գ.Քավենդիշը 1766 թվականին։ Սա բնության ամենապարզ տարրն է. ջրածնի ատոմն ունի միջուկ և մեկ էլեկտրոն, հավանաբար այդ պատճառով ջրածինը տիեզերքի ամենատարածված տարրն է (աստղերի զանգվածի կեսից ավելին):

Ջրածնի մասին կարելի է ասել, որ «կծիկը փոքր է, բայց թանկ»։ Չնայած իր «պարզությանը», ջրածինը էներգիա է տալիս Երկրի վրա գտնվող բոլոր կենդանի էակներին. կա շարունակական ջերմամիջուկային ռեակցիաորի ընթացքում չորս ջրածնի ատոմներից ձևավորվում է հելիումի մեկ ատոմ, այս գործընթացը ուղեկցվում է հսկայական քանակությամբ էներգիայի արտազատմամբ (ավելի մանրամասն տե՛ս Միջուկային միաձուլում)։

IN երկրի ընդերքըջրածնի զանգվածային բաժինը կազմում է ընդամենը 0,15%: Մինչդեռ Երկրի վրա բոլոր հայտնիների ճնշող մեծամասնությունը (95%) քիմիական նյութերպարունակում է մեկ կամ ավելի ջրածնի ատոմ:

Ոչ մետաղներով միացություններում (HCl, H 2 O, CH 4 ...) ջրածինը զիջում է իր միակ էլեկտրոնը ավելի էլեկտրաբացասական տարրերին՝ ցույց տալով +1 օքսիդացման աստիճան (ավելի հաճախ)՝ ձևավորելով միայն կովալենտային կապեր(տես Կովալենտային կապ):

Մետաղների հետ միացություններում (NaH, CaH 2 ...) ջրածինը, ընդհակառակը, վերցնում է իր միակ s ուղեծրը ևս մեկ էլեկտրոն, այդպիսով փորձելով լրացնել իր էլեկտրոնային շերտը, ցույց տալով -1 օքսիդացման աստիճան (ավելի հաճախ): , ավելի հաճախ առաջացնելով իոնային կապ (տես Իոնային կապ), քանի որ ջրածնի ատոմի և մետաղի ատոմի էլեկտրաբացասականության տարբերությունը կարող է բավականին մեծ լինել։

Հ2

Գազային վիճակում ջրածինը երկատոմային մոլեկուլների տեսքով է՝ առաջացնելով ոչ բևեռային կովալենտային կապ։

Ջրածնի մոլեկուլներն ունեն.

• մեծ շարժունակություն;
• մեծ ուժ;
• ցածր բևեռացում;
• փոքր չափը և քաշը:

Ջրածնի գազի հատկությունները.

• բնության մեջ ամենաթեթև գազը՝ անգույն և առանց հոտի;
• վատ լուծվող ջրի և օրգանական լուծիչների մեջ;
• փոքր քանակությամբ լուծվում է հեղուկ և պինդ մետաղներում (հատկապես պլատինում և պալադիումում);
• դժվար է հեղուկացնել (դրա ցածր բևեռացման պատճառով);
• ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը բոլոր հայտնի գազերից.
• երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ ոչ մետաղների հետ՝ ցույց տալով վերականգնող նյութի հատկությունները.
• սենյակային ջերմաստիճանում այն ​​արձագանքում է ֆտորին (պայթյուն է տեղի ունենում). H 2 + F 2 = 2HF;
• փոխազդում է մետաղների հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ՝ ցուցադրելով օքսիդացնող հատկություններ՝ H 2 + Ca = CaH 2;

Միացություններում ջրածինը շատ ավելի ուժեղ է ցուցադրում իր վերականգնող հատկությունները, քան օքսիդացնողները։ Ջրածինը ածուխից, ալյումինից և կալցիումից հետո ամենաուժեղ վերականգնող նյութն է: Ջրածնի վերականգնող հատկությունները լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության մեջ՝ օքսիդներից և գալլիդներից մետաղներ և ոչ մետաղներ (պարզ նյութեր) ստանալու համար։

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

Ջրածնի ռեակցիաները պարզ նյութերի հետ

Ջրածինը ընդունում է էլեկտրոն՝ խաղալով դերը նվազեցնող միջոց, ռեակցիաներում.

• Հետ թթվածին(բռնկվելիս կամ կատալիզատորի առկայության դեպքում) 2:1 հարաբերակցությամբ (ջրածին:թթվածին) առաջանում է պայթուցիկ պայթեցնող գազ՝ 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 կՋ.
• Հետ մոխրագույն(երբ տաքացվում է մինչև 150°C-300°C)՝ H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Հետ քլորին(երբ բոցավառվում կամ ճառագայթվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով) H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• Հետ ֆտորին H 2 0 + F 2 \u003d 2H +1 F
• Հետ ազոտ(կատալիզատորների առկայության կամ բարձր ճնշման դեպքում տաքացնելիս)՝ 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Ջրածինը նվիրում է էլեկտրոն՝ խաղալով դերը օքսիդացնող նյութհետ ռեակցիաներում ալկալայինԵվ ալկալային երկիրմետաղներ՝ մետաղական հիդրիդներ առաջացնելու համար՝ աղի նման իոնային միացություններ, որոնք պարունակում են հիդրիդային իոններ H, սպիտակ գույնի անկայուն բյուրեղային նյութեր են:

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

Հազվադեպ է, երբ ջրածինը ցուցադրում է -1 օքսիդացման վիճակ: Արձագանքելով ջրի հետ՝ հիդրիդները քայքայվում են՝ ջուրը վերածելով ջրածնի։ Կալցիումի հիդրիդի արձագանքը ջրի հետ հետևյալն է.

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

Ջրածնի ռեակցիաները բարդ նյութերի հետ

• բարձր ջերմաստիճանում ջրածինը նվազեցնում է շատ մետաղական օքսիդներ՝ ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• մեթիլ սպիրտ ստացվում է ջրածնի ածխածնի երկօքսիդի (II) ռեակցիայի արդյունքում՝ 2H 2 + CO → CH 3 OH.
• Ջրածինացման ռեակցիաներում ջրածինը փոխազդում է բազմաթիվ օրգանական նյութերի հետ։

Ավելի մանրամասն հավասարումներ քիմիական ռեակցիաներջրածինը և նրա միացությունները քննարկվում են «Ջրածինը և նրա միացությունները. ջրածնի հետ կապված քիմիական ռեակցիաների հավասարումներ» էջում։

Ջրածնի կիրառում

• միջուկային էներգիայի մեջ օգտագործվում են ջրածնի իզոտոպներ՝ դեյտերիում և տրիտում.
• Քիմիական արդյունաբերության մեջ ջրածինը օգտագործվում է շատերի սինթեզի համար օրգանական նյութեր, ամոնիակ, ջրածնի քլորիդ;
• սննդի արդյունաբերության մեջ ջրածինը օգտագործվում է պինդ ճարպերի արտադրության մեջ՝ բուսական յուղերի հիդրոգենացման միջոցով.
• մետաղների եռակցման և կտրման համար օգտագործվում է թթվածնի մեջ ջրածնի բարձր այրման ջերմաստիճան (2600 ° C);
• որոշ մետաղների արտադրության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես վերականգնող նյութ (տես վերևում);
• քանի որ ջրածինը թեթև գազ է, այն օգտագործվում է օդագնացության մեջ՝ որպես օդապարիկների, օդապարիկների, օդանավերի լցոնիչ.
• Որպես վառելիք՝ ջրածինը օգտագործվում է CO-ի հետ խառնված։

Վերջին տարիներին գիտնականները մեծ ուշադրություն են դարձրել որոնմանը այլընտրանքային աղբյուրներվերականգնվող էներգիա. Խոստումնալից ոլորտներից է «ջրածնի» էներգիան, որում որպես վառելիք օգտագործվում է ջրածինը, որի այրման արտադրանքը սովորական ջուրն է։

Ջրածնի արտադրության մեթոդներ

Ջրածնի արտադրության արդյունաբերական մեթոդներ.

• մեթանի փոխակերպում (ջրի գոլորշիների կատալիտիկ նվազեցում) ջրի գոլորշիով բարձր ջերմաստիճանում (800°C) նիկելի կատալիզատորի վրա՝ CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• ածխածնի երկօքսիդի փոխակերպումը գոլորշու հետ (t=500°C) Fe 2 O 3 կատալիզատորի վրա՝ CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• մեթանի ջերմային տարրալուծում. CH 4 \u003d C + 2H 2;
• պինդ վառելիքի գազաֆիկացում (t=1000°C)՝ C + H 2 O = CO + H 2 ;
• ջրի էլեկտրոլիզ (շատ թանկ մեթոդ, որով ստացվում է շատ մաքուր ջրածին)՝ 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներ.

• ազդեցություն մետաղների վրա (սովորաբար ցինկ) հիդրոքլորային կամ նոսր ծծմբաթթվի հետ՝ Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2;
• ջրի գոլորշիների փոխազդեցությունը տաք երկաթի բեկորների հետ. 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2:

Ընդհանուր սխեման «ՋՐԱԾԻՆ»

Ի. Ջրածինը քիմիական տարր է

ա) պաշտոնը RESP-ում

• սերիական համարը №1
• ժամանակաշրջան 1
• խումբ I (հիմնական ենթախումբ «Ա»)
• հարաբերական զանգված Ar(H)=1
• Լատինական անուն Hydrogenium (ջուր ծնունդ)

բ) Ջրածնի տարածվածությունը բնության մեջ

Ջրածինը քիմիական տարր է։	Երկրի ընդերքում(լիթոսֆերա և հիդրոսֆերա) – 1% քաշով (10-րդ տեղ բոլոր տարրերի մեջ)
	ՄԹՆՈԼՈՐՏ - 0,0001% ատոմների քանակով
	Տիեզերքի ամենատարածված տարրը – Բոլոր ատոմների 92%-ը (աստղերի և միջաստղային գազի հիմնական բաղադրիչը)

Ջրածին - քիմիական տարր	Կապերի մեջ	H 2 O - ջուր(11% ըստ քաշի)
		CH 4 - մեթան գազ(25% ըստ քաշի)
		օրգանական նյութեր(նավթ, այրվող բնական գազեր և այլն) Կենդանական և բուսական օրգանիզմներում(այսինքն՝ սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների, ճարպերի, ածխաջրերի և այլ բաղադրության մեջ) Մարդու մարմնումմիջինում պարունակում է մոտ 7 կիլոգրամ ջրածին։

գ) Ջրածնի վալենտությունը միացություններում

II. Ջրածինը պարզ նյութ է (H 2)

Անդորրագիր

1.Լաբորատորիա (Kipp ապարատ) Ա) Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ. Zn+ 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 աղ Բ) Ակտիվ մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ. 2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 հիմք

2. Արդյունաբերություն · ջրի էլեկտրոլիզ էլ ընթացիկ 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 · Բնական գազից տ, Նի CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2

Բնության մեջ ջրածնի հայտնաբերում.

Ջրածինը լայնորեն տարածված է բնության մեջ, նրա պարունակությունը երկրակեղևում (լիթոսֆերա և հիդրոսֆերա) կազմում է զանգվածային 1%, իսկ ատոմների քանակով՝ 16%։ Ջրածինը Երկրի վրա ամենատարածված նյութի մի մասն է՝ ջուրը (11,19% Ջրածին զանգվածով), ածուխները, նավթը, բնական գազերը, կավերը, ինչպես նաև կենդանական և բուսական օրգանիզմները (այսինքն՝ բաղադրության մեջ) կազմող միացություններում։ սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, ճարպեր, ածխաջրեր և այլն): Ջրածինը չափազանց հազվադեպ է ազատ վիճակում, այն փոքր քանակությամբ հանդիպում է հրաբխային և այլ բնական գազերում: Մթնոլորտում առկա է ազատ ջրածնի աննշան քանակություն (0,0001% ըստ ատոմների քանակի): Երկրի մերձակայքում ջրածինը պրոտոնների հոսքի տեսքով կազմում է ներքին («պրոտոն») ճառագայթային գոտիԵրկիր. Ջրածինը տիեզերքում ամենաառատ տարրն է։ Պլազմայի տեսքով այն կազմում է Արեգակի և աստղերի մեծ մասի զանգվածի մոտ կեսը, միջաստղային միջավայրի և գազային միգամածությունների գազերի մեծ մասը։ Ջրածինը առկա է մի շարք մոլորակների մթնոլորտում և գիսաստղերում՝ ազատ H 2 , մեթան CH 4 , ամոնիակ NH 3 , ջուր H 2 O և ռադիկալներ։ Պրոտոնների հոսքի տեսքով Ջրածինը Արեգակի կորպուսուլյար ճառագայթման և տիեզերական ճառագայթների մի մասն է։

Ջրածնի երեք իզոտոպ կա.
ա) թեթև ջրածին` պրոտիում,
բ) ծանր ջրածին - դեյտերիում (D),
գ) գերծանր ջրածին` տրիտում (T):

Տրիտիումը անկայուն (ռադիոակտիվ) իզոտոպ է, ուստի այն գործնականում չի հանդիպում բնության մեջ։ Դեյտերիումը կայուն է, բայց շատ փոքր է՝ 0,015% (բոլոր ցամաքային ջրածնի զանգվածից)։

Ջրածնի վալենտությունը միացություններում

Միացություններում ջրածինը դրսևորում է վալենտությունԻ.

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Պարզ նյութ ջրածինը (H 2) գազ է, օդից թեթև, անգույն, անհոտ, անհամ, t kip \u003d - 253 0 C, ջրածինը ջրի մեջ անլուծելի է, այրվող: Ջրածինը կարելի է հավաքել փորձանոթից կամ ջրից օդը տեղահանելով: Այս դեպքում խողովակը պետք է շրջվի գլխիվայր:

Ջրածնի ստացում

Լաբորատորիայում ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ջրածին

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

Ցինկի փոխարեն կարելի է օգտագործել երկաթ, ալյումին և որոշ այլ մետաղներ, իսկ ծծմբաթթվի փոխարեն՝ որոշ այլ նոսր թթուներ։ Ստացված ջրածինը հավաքվում է փորձանոթում ջրի տեղաշարժի մեթոդով (տես նկ. 10.2 բ) կամ պարզապես շրջված կոլբայի մեջ (նկ. 10.2 ա):

Արդյունաբերության մեջ ջրածինը մեծ քանակությամբ ստացվում է բնական գազից (հիմնականում մեթանից)՝ նիկելի կատալիզատորի առկայության դեպքում ջրի գոլորշու հետ փոխազդելով 800 °C ջերմաստիճանում.

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

կամ բարձր ջերմաստիճանում մշակված ջրային գոլորշի ածուխով.

2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2: (t)

Մաքուր ջրածինը ստացվում է ջրից՝ այն քայքայելով էլեկտրական ցնցում(ենթարկվում է էլեկտրոլիզի).

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (էլեկտրոլիզ):

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային Ջրածինը համեմատաբար անգործուն է, ուղղակիորեն զուգակցվում է միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի հետ, իսկ լույսի ներքո նաև քլորի հետ): Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն արձագանքում է բազմաթիվ տարրերի հետ:

Ջրածինը փոխազդում է պարզ և բարդ նյութերի հետ.

- Ջրածնի փոխազդեցությունը մետաղների հետ հանգեցնում է բարդ նյութերի՝ հիդրիդների առաջացմանը, որոնց քիմիական բանաձևերում մետաղի ատոմը միշտ առաջին տեղում է.

Բարձր ջերմաստիճանում ջրածինը ուղղակիորեն արձագանքում է որոշ մետաղներով(ալկալային, ալկալային հող և այլն), ձևավորելով սպիտակ բյուրեղային նյութեր՝ մետաղական հիդրիդներ (Li H, Na H, KH, CaH 2 և այլն):

H 2 + 2Li = 2LiH

Մետաղական հիդրիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրով` համապատասխան ալկալիների և ջրածնի ձևավորմամբ.

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

- Երբ ջրածինը փոխազդում է ոչ մետաղների հետ առաջանում են ցնդող ջրածնի միացություններ։ IN քիմիական բանաձեւցնդող ջրածնի միացություն, ջրածնի ատոմը կարող է լինել ինչպես առաջին, այնպես էլ երկրորդ տեղում՝ կախված PSCE-ում գտնվելու վայրից (տե՛ս սլայդի ափսեը).

1). ԹթվածնովՋրածինը ձևավորում է ջուրը.

Տեսանյութ «Ջրածնի այրում».

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

Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով (կոչվում է 2 ծավալ H 2 և 1 ծավալ O 2 խառնուրդ պայթուցիկ գազ) .

Видео «Պայթուցիկ գազի պայթյուն».

Видео «Պայթուցիկ խառնուրդի պատրաստում և պայթյուն».

2). ՀալոգեններովՋրածինը առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

Ջրածինը պայթում է ֆտորի հետ (նույնիսկ մթության մեջ և -252°C-ում), քլորի և բրոմի հետ փոխազդում է միայն լուսավորության կամ տաքացման դեպքում, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացման դեպքում։

3). ԱզոտովՋրածինը արձագանքում է ամոնիակի ձևավորմանը.

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

միայն կատալիզատորի վրա և բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում:

4). Ջրածինը տաքացնելիս ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբով:

H 2 + S \u003d H 2 S (ջրածնի սուլֆիդ),

շատ ավելի դժվար է սելենի և թելուրի հետ:

5). մաքուր ածխածնի հետՋրածինը կարող է արձագանքել առանց կատալիզատորի միայն բարձր ջերմաստիճաններում.

2H 2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան)

- Ջրածինը մտնում է փոխարինման ռեակցիա մետաղների օքսիդներով , մինչդեռ արտադրանքներում ջուր է գոյանում, և մետաղը կրճատվում է։ Ջրածին - ցուցադրում է վերականգնող նյութի հատկությունները.

Օգտագործվում է ջրածին շատ մետաղների վերականգնման համար, քանի որ այն խլում է թթվածինը դրանց օքսիդներից.

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O և այլն:

Ջրածնի կիրառում

Տեսանյութ «Ջրածնի օգտագործումը».

Ներկայումս ջրածինը արտադրվում է հսկայական քանակությամբ։ Դրա շատ մեծ մասն օգտագործվում է ամոնիակի սինթեզի, ճարպերի հիդրոգենացման և ածխի, յուղերի և ածխաջրածինների հիդրոգենացման մեջ։ Բացի այդ, ջրածինը օգտագործվում է աղաթթվի, մեթիլային սպիրտի, հիդրոցյանաթթվի սինթեզի, մետաղների եռակցման և դարբնագործության, ինչպես նաև շիկացած լամպերի և թանկարժեք քարերի արտադրության համար։ Ջրածինը վաճառվում է բալոններում 150 ատմ-ից ավելի ճնշման տակ: Դրանք ներկված են մուգ կանաչ գույնով և մատակարարվում են կարմիր «Ջրածին» մակագրությամբ։

Ջրածինը օգտագործվում է հեղուկ ճարպերը պինդ ճարպերի վերածելու համար (ջրածինացում), ածուխի և մազութի հիդրոգենացման միջոցով հեղուկ վառելիք արտադրելու համար։ Մետաղագործության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես օքսիդների կամ քլորիդների վերականգնող նյութ՝ մետաղներ և ոչ մետաղներ (գերմանիում, սիլիցիում, գալիում, ցիրկոնիում, հաֆնիում, մոլիբդեն, վոլֆրամ և այլն) արտադրելու համար։

Ջրածնի գործնական կիրառումը բազմազան է՝ այն սովորաբար լցվում է փուչիկներով, քիմիական արդյունաբերության մեջ այն ծառայում է որպես հումք շատ կարևոր ապրանքների (ամոնիակ և այլն) արտադրության համար, սննդի արդյունաբերությունում՝ պինդ նյութերի արտադրության համար։ ճարպեր բուսական յուղերից և այլն: Բարձր ջերմաստիճանը (մինչև 2600 °C), որը ստացվում է թթվածնի մեջ ջրածինը այրելով, օգտագործվում է հրակայուն մետաղները, քվարցը և այլն հալեցնելու համար: Հեղուկ ջրածինը ամենաարդյունավետ ռեակտիվ վառելիքներից է: Ջրածնի տարեկան համաշխարհային սպառումը գերազանցում է 1 մլն տոննան։

ՍԻՄՈՒԼԱՏՈՐՆԵՐ

Թիվ 2. Ջրածին

ԱՄՐԱՑՄԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ

Առաջադրանք թիվ 1
Կազմե՛ք ջրածնի փոխազդեցության ռեակցիաների հավասարումները հետևյալ նյութերի հետ՝ F 2, Ca, Al 2 O 3, սնդիկի օքսիդ (II), վոլֆրամի օքսիդ (VI): Անվանե՛ք ռեակցիայի արտադրանքները, նշե՛ք ռեակցիաների տեսակները:

Առաջադրանք թիվ 2
Կատարեք փոխակերպումները ըստ սխեմայի.
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Առաջադրանք թիվ 3.
Հաշվե՛ք ջրի զանգվածը, որը կարելի է ստանալ 8 գ ջրածին այրելով: