S-elementu raksturojums

S-elementu blokā ir iekļauti 13 elementi, kuriem kopīgs ir ārējā enerģijas līmeņa s-apakšlīmeņa uzkrāšanās to atomos.

Lai gan ūdeņradis un hēlijs tiek klasificēti kā s-elementi to īpašību īpatnību dēļ, tie būtu jāapsver atsevišķi. Ūdeņradis, nātrijs, kālijs, magnijs, kalcijs ir vitāli svarīgi elementi.

S-elementu savienojumi uzrāda kopīgus īpašību modeļus, kas izskaidrojams ar līdzību elektroniskā struktūra to atomi. Visi ārējie elektroni ir valences un piedalās ķīmisko saišu veidošanā. Tāpēc šo elementu maksimālais oksidācijas pakāpe savienojumos ir numuru elektronu ārējā slānī un attiecīgi ir vienāds ar tās grupas skaitu, kurā atrodas šis elements. S-elementu metālu oksidācijas stāvoklis vienmēr ir pozitīvs. Vēl viena iezīme ir tāda, ka pēc ārējā slāņa elektronu atdalīšanas paliek jons ar cēlgāzes apvalku. Palielinoties elementa sērijas numuram, atoma rādiusam, jonizācijas enerģija samazinās (no 5,39 eV y Li līdz 3,83 eV y Fr), un palielinās elementu reducējošā aktivitāte.

Lielākā daļa s-elementu savienojumu ir bezkrāsaini (atšķirībā no d-elementu savienojumiem), jo nav izslēgta d-elektronu pāreja no zema enerģijas līmeņa uz augstāku enerģijas līmeni, kas izraisa krāsu.

IA - IIA grupu elementu savienojumi ir tipiski sāļi, ūdens šķīdumā tie gandrīz pilnībā sadalās jonos un nav pakļauti katjonu hidrolīzei (izņemot Be 2+ un Mg 2+ sāļus).

jonu kovalentais ūdeņraža hidrīds

S-elementu joniem kompleksu veidošanās nav raksturīga. S - elementu kristāliskie kompleksi ar ligandiem H 2 O-kristāliskie hidrāti ir zināmi kopš seniem laikiem, piemēram: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-boraks, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-alum. Ūdens molekulas kristāliskajos hidrātos ir sagrupētas ap katjonu, bet dažreiz pilnībā ieskauj anjonu. Tā kā jona lādiņš ir mazs un jona rādiuss ir liels, sārmu metāli vismazāk veido kompleksus, tostarp ūdens kompleksus. kā kompleksveidotāji sarežģīti savienojumi litija, berilija, magnija joni darbojas kā zema stabilitāte.

Ūdeņradis. Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

Ūdeņradis ir vieglākais s-elements. Tā elektroniskā konfigurācija pamata stāvoklī ir 1S 1 . Ūdeņraža atoms sastāv no viena protona un viena elektrona. Ūdeņraža īpatnība ir tā, ka tā valences elektrons atrodas tieši darbības sfērā atoma kodols. Ūdeņradim nav elektronu starpslāņa, tāpēc ūdeņradi nevar uzskatīt par sārmu metālu elektronisko analogu.

Tāpat kā sārmu metāli, ūdeņradis ir reducētājs, un tā oksidācijas pakāpe ir +1. Ūdeņraža spektri ir līdzīgi sārmu metālu spektriem. Tātad sārmu metāliūdeņradi tuvina tā spēja šķīdumos dot hidratētu pozitīvi lādētu jonu H +.

Tāpat kā halogēnam, ūdeņraža atomam trūkst viena elektrona. Tas ir iemesls hidrīdjona H- eksistencei.

Turklāt, tāpat kā halogēna atomiem, ūdeņraža atomiem ir raksturīga augsta jonizācijas enerģija (1312 kJ/mol). Tādējādi ūdeņradis elementu periodiskajā tabulā ieņem īpašu vietu.

Ūdeņradis ir visbagātīgākais elements Visumā, veidojot līdz pat pusi no saules masas un vairuma zvaigžņu masas.

Uz saules un citām planētām ūdeņradis atrodas atomu stāvoklī, starpzvaigžņu vidē daļēji jonizētu divatomu molekulu veidā.

Ūdeņradim ir trīs izotopi; protijs 1 H, deitērijs 2 D un tritijs 3 T, un tritijs ir radioaktīvs izotops.

Ūdeņraža molekulas izceļas ar augstu izturību un zemu polarizējamību, maziem izmēriem un mazu masu, un tām ir augsta mobilitāte. Tāpēc ūdeņradim ir ļoti zema kušanas temperatūra (-259,2 o C) un viršanas temperatūra (-252,8 o C). Tāpēc ka augsta enerģija disociācija (436 kJ / mol) molekulu sadalīšanās atomos notiek temperatūrā virs 2000 ° C. Ūdeņradis ir bezkrāsaina gāze, bez smaržas un garšas. Tam ir mazs blīvums - 8,99·10 -5 g/cm Pie ļoti augsta spiediena ūdeņradis pāriet metāliskā stāvoklī. Tiek uzskatīts, ka uz tālām planētām Saules sistēma- Jupiters un Saturns, ūdeņradis atrodas metāliskā stāvoklī. Pastāv pieņēmums, ka zemes kodola sastāvā ietilpst arī metāliskais ūdeņradis, kur tas atrodas zemes apvalka radītajā superaugstajā spiedienā.

Ķīmiskās īpašības. Istabas temperatūrā molekulārais ūdeņradis reaģē tikai ar fluoru, apstarojot ar gaismu - ar hloru un bromu, karsējot ar O 2, S, Se, N 2, C, I 2.

Ūdeņraža reakcijas ar skābekli un halogēniem notiek saskaņā ar radikāļu mehānismu.

Mijiedarbība ar hloru ir nesazarotas reakcijas piemērs, kad to apstaro ar gaismu (fotoķīmiskā aktivācija), karsējot (termiskā aktivācija).

Cl + H2 \u003d HCl + H (ķēdes attīstība)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

Sprādzienbīstamas gāzes - ūdeņraža-skābekļa maisījuma - sprādziens ir sazarotas ķēdes procesa piemērs, kad uzsāktā ķēde ietver nevis vienu, bet vairākus posmus:

H 2 + O 2 \u003d 2OH

H + O 2 \u003d OH + O

O + H2 \u003d OH + H

OH + H 2 \u003d H 2 O + H

No sprādzienbīstamības procesa var izvairīties, strādājot ar tīru ūdeņradi.

Tā kā ūdeņradim ir raksturīgi pozitīvi (+1) un negatīvi (-1) oksidācijas stāvokļi, ūdeņradim var būt gan reducējošas, gan oksidējošas īpašības.

Ūdeņraža reducējošās īpašības izpaužas mijiedarbībā ar nemetāliem:

H2 (g) + Cl2 (g) \u003d 2HCl (g),

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

Šīs reakcijas notiek, izdalot lielu daudzumu siltuma, kas norāda uz H-Cl, H-O saišu augstu enerģiju (stiprību). Tāpēc ūdeņradim ir reducējošas īpašības attiecībā uz daudziem oksīdiem, halogenīdiem, piemēram:

Tas ir pamats ūdeņraža kā reducētāja izmantošanai vienkāršu vielu iegūšanai no halogenīdu oksīdiem.

Vēl spēcīgāks reducētājs ir atomu ūdeņradis. Tas veidojas no molekulārās elektronu izlādes zema spiediena apstākļos.

Ūdeņradim ir augsta reducējošā aktivitāte izdalīšanās brīdī metāla mijiedarbības laikā ar skābi. Šāds ūdeņradis reducē CrCl 3 līdz CrCl 2:

2CrCl3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl2 + 2ZnCl2 + H2 ^

Ūdeņraža mijiedarbība ar slāpekļa oksīdu (II) ir svarīga:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Izmanto attīrīšanas sistēmās slāpekļskābes ražošanā.

Kā oksidētājs ūdeņradis mijiedarbojas ar aktīvajiem metāliem:

Šajā gadījumā ūdeņradis uzvedas kā halogēns, veidojot līdzīgus halogenīdus hidrīdi.

I grupas s-elementu hidrīdiem ir NaCl tipa jonu struktūra. Ķīmiski jonu hidrīdi uzvedas kā bāzes savienojumi.

Kovalentie ietver nemetālisko elementu hidrīdus, kas ir mazāk elektronnegatīvi nekā pats ūdeņradis, piemēram, hidrīdi ar sastāvu SiH 4, BH 3, CH 4. Autors ķīmiskā daba Nemetālu hidrīdi ir skābi savienojumi.

Hidrīdu hidrolīzes raksturīga iezīme ir ūdeņraža izdalīšanās, reakcija notiek saskaņā ar redoksmehānismu.

Pamata hidrīds

skābes hidrīds

Ūdeņraža izdalīšanās dēļ hidrolīze norit pilnīgi un neatgriezeniski (?Н<0, ?S>0). Šajā gadījumā bāziskie hidrīdi veido sārmu un skābes skābes.

Sistēmas standarta potenciāls ir B. Tāpēc H jons ir spēcīgs reducētājs.

Laboratorijā ūdeņradi iegūst, cinkam reaģējot ar 20% sērskābi Kipp aparātā.

Tehniskais cinks bieži satur nelielus arsēna un antimona piemaisījumus, kurus ūdeņradis reducē toksiskās gāzēs: arsīns SbH 3 un stabīns SbH Šāds ūdeņradis var būt indīgs. Ar ķīmiski tīru cinku reakcija norit lēni pārsprieguma dēļ un nevar iegūt labu ūdeņraža strāvu. Šīs reakcijas ātrumu palielina, pievienojot vara sulfāta kristālus, reakciju paātrina galvaniskā Cu-Zn pāra veidošanās.

Vairāk tīra ūdeņraža veidojas silīciju vai alumīniju iedarbojoties uz sārmu, karsējot:

Rūpniecībā tīru ūdeņradi iegūst elektrolīzē ūdenim, kas satur elektrolītus (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2).

Elektrolīzes laikā kā blakusprodukts veidojas liels daudzums ūdeņraža ūdens šķīdums nātrija hlorīds ar diafragmu, kas atdala katodu un anoda telpu,

Lielāko ūdeņraža daudzumu iegūst, gazificējot cieto kurināmo (antracītu) ar pārkarsētu tvaiku:

Vai dabasgāzes (metāna) pārveide ar pārkarsētu tvaiku:

Iegūtais maisījums (sintēzes gāze) tiek izmantots daudzu ražošanā organiskie savienojumi. Ūdeņraža iznākumu var palielināt, laižot sintēzes gāzi pāri katalizatoram, bet CO pārvēršas par CO 2 .

Pieteikums. Amonjaka sintēzē tiek patērēts liels daudzums ūdeņraža. hlorūdeņraža ražošanai un sālsskābes, augu tauku hidrogenēšanai, metālu (Mo, W, Fe) atgūšanai no oksīdiem. Ūdeņraža-skābekļa liesmas izmanto metālu metināšanai, griešanai un kausēšanai.

Šķidrais ūdeņradis tiek izmantots kā raķešu degviela. Ūdeņraža degviela ir videi draudzīgs un energoietilpīgāks nekā benzīns, tāpēc nākotnē tas var aizstāt naftas produktus. Jau tagad vairāki simti automašīnu pasaulē darbojas ar ūdeņradi. Ūdeņraža enerģijas problēmas ir saistītas ar ūdeņraža uzglabāšanu un transportēšanu. Ūdeņradis tiek uzglabāts pazemes tankkuģos šķidrā stāvoklī zem 100 atm spiediena. Piegāde lielos daudzumosšķidrais ūdeņradis rada nopietnus draudus.

Apskatīsim, kas ir ūdeņradis. Šī nemetāla ķīmiskās īpašības un ražošana tiek pētīta neorganiskās ķīmijas kursā skolā. Tas ir šis elements, kas vada periodiska sistēma Mendeļejevs, un tāpēc ir pelnījis detalizētu aprakstu.

Īsa informācija par elementa atvēršanu

Pirms apsvērt ūdeņraža fizikālās un ķīmiskās īpašības, noskaidrosim, kā šis svarīgais elements tika atrasts.

Ķīmiķi, kas strādāja sešpadsmitajā un septiņpadsmitajā gadsimtā, savos rakstos vairākkārt pieminēja degošu gāzi, kas izdalās, kad skābes tiek pakļautas aktīviem metāliem. Astoņpadsmitā gadsimta otrajā pusē G. Kavendišam izdevās savākt un analizēt šo gāzi, piešķirot tai nosaukumu "degoša gāze".

Ūdeņraža fizikālās un ķīmiskās īpašības tajā laikā netika pētītas. Tikai astoņpadsmitā gadsimta beigās A. Lavuazjē ar analīzi izdevās konstatēt, ka šo gāzi var iegūt, analizējot ūdeni. Nedaudz vēlāk viņš jauno elementu sāka saukt par ūdeņradi, kas nozīmē "ūdens dzemdēšana". Ūdeņradis ir parādā savu mūsdienu krievu nosaukumu M. F. Solovjovam.

Atrodoties dabā

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības var analizēt tikai, pamatojoties uz tā pārpilnību dabā. Šis elements atrodas hidro- un litosfērā, kā arī ir daļa no minerāliem: dabas un saistītās gāzes, kūdras, naftas, akmeņoglēm, degslānekļa. Grūti iedomāties pieaugušo, kurš nezinātu, ka ūdeņradis ir neatņemama ūdens sastāvdaļa.

Turklāt šis nemetāls ir atrodams dzīvnieku organismos formā nukleīnskābes, olbaltumvielas, ogļhidrāti, tauki. Uz mūsu planētas šis elements brīvā formā ir sastopams diezgan reti, iespējams, tikai dabas un vulkāniskā gāzē.

Plazmas veidā ūdeņradis veido apmēram pusi no zvaigžņu un Saules masas, kā arī ir daļa no starpzvaigžņu gāzes. Piemēram, brīvā formā, kā arī metāna, amonjaka veidā šis nemetāls atrodas komētās un pat dažās planētās.

Fizikālās īpašības

Pirms apsvērt ūdeņraža ķīmiskās īpašības, mēs atzīmējam, ka plkst normāli apstākļi tā ir par gaisu vieglāka gāzveida viela, kurai ir vairākas izotopu formas. Tas gandrīz nešķīst ūdenī un tam ir augsta siltumvadītspēja. Protium, kura masas skaitlis ir 1, tiek uzskatīts par tā vieglāko formu. Tritijs, kam piemīt radioaktīvās īpašības, dabā veidojas no atmosfēras slāpekļa, kad neironi to pakļauj UV stariem.

Molekulas struktūras iezīmes

Lai aplūkotu ūdeņraža ķīmiskās īpašības, tam raksturīgās reakcijas, pakavēsimies pie tā struktūras iezīmēm. Šai diatomiskajai molekulai ir kovalenta nepolāra ķīmiskā saite. Atomu ūdeņraža veidošanās ir iespējama, ja aktīvie metāli mijiedarbojas ar skābes šķīdumiem. Bet šajā formā šis nemetāls spēj pastāvēt tikai nenozīmīgu laika periodu, gandrīz uzreiz tas rekombinējas molekulārā formā.

Ķīmiskās īpašības

Apsveriet ūdeņraža ķīmiskās īpašības. Lielākajā daļā savienojumu, ko veido šis ķīmiskais elements, tā oksidācijas pakāpe ir +1, kas padara to līdzīgu aktīvajiem (sārmu) metāliem. Galvenās ūdeņraža ķīmiskās īpašības, raksturojot to kā metālu:

• mijiedarbība ar skābekli, veidojot ūdeni;
• reakcija ar halogēniem, ko pavada ūdeņraža halogenīda veidošanās;
• sērūdeņraža ražošana, ja to apvieno ar sēru.

Zemāk ir reakcijas vienādojums, kas raksturo ūdeņraža ķīmiskās īpašības. Vēršam uzmanību, ka kā nemetāls (ar oksidācijas pakāpi -1) tas iedarbojas tikai reakcijā ar aktīvajiem metāliem, veidojot ar tiem atbilstošos hidrīdus.

Ūdeņradis parastā temperatūrā aktīvi neiedarbojas ar citām vielām, tāpēc lielākā daļa reakciju tiek veiktas tikai pēc iepriekšējas uzsildīšanas.

Pakavēsimies sīkāk pie dažām ķīmiskajām mijiedarbībām elementā, kas ir periodiskās tabulas priekšgalā ķīmiskie elementi Mendeļejevs.

Ūdens veidošanās reakciju pavada 285,937 kJ enerģijas izdalīšanās. Paaugstinātā temperatūrā (vairāk nekā 550 grādi pēc Celsija) šo procesu pavada spēcīgs sprādziens.

Starp tiem ķīmiskās īpašības gāzveida ūdeņradis, kas ir atraduši nozīmīgu pielietojumu rūpniecībā, tā mijiedarbība ar metālu oksīdiem ir interesanta. Tieši ar katalītisko hidrogenēšanu mūsdienu rūpniecībā tiek apstrādāti metālu oksīdi, piemēram, tīrs metāls tiek izolēts no dzelzs nogulsnēm (jauktais dzelzs oksīds). Šī metode ļauj efektīvi apstrādāt metāllūžņus.

Amonjaka sintēze, kas ietver ūdeņraža mijiedarbību ar atmosfēras slāpekli, ir pieprasīta arī mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā. Starp šīs ķīmiskās mijiedarbības rašanās nosacījumiem mēs atzīmējam spiedienu un temperatūru.

Secinājums

Ūdeņradis ir vismazāk aktīvā ķīmiskā viela normāli apstākļi. Paaugstinoties temperatūrai, tā aktivitāte ievērojami palielinās. Šī viela ir pieprasīta organiskajā sintēzē. Piemēram, hidrogenējot, ketonus var reducēt par sekundāriem spirtiem, un aldehīdus var pārvērst primārajos spirtos. Turklāt, hidrogenējot, etilēna un acetilēna klases nepiesātinātos ogļūdeņražus var pārvērst piesātinātos metāna sērijas savienojumos. Ūdeņradis pamatoti tiek uzskatīts par vienkāršu vielu, kas ir pieprasīta mūsdienu ķīmiskajā ražošanā.

• Apzīmējums - H (Ūdeņradis);
• Latīņu nosaukums - Hydrogenium;
• Periods - I;
• Grupa - 1 (Ia);
• Atommasa - 1,00794;
• Atomskaitlis - 1;
• Atoma rādiuss = 53 pm;
• Kovalentais rādiuss = 32 pm;
• Elektronu sadalījums - 1s 1;
• kušanas temperatūra = -259,14°C;
• viršanas temperatūra = -252,87°C;
• Elektronegativitāte (pēc Paulinga / saskaņā ar Alpredu un Ročovu) \u003d 2,02 / -;
• Oksidācijas stāvoklis: +1; 0; -1;
• Blīvums (n.a.) \u003d 0,0000899 g / cm 3;
• Molārais tilpums = 14,1 cm 3 / mol.

Bināri ūdeņraža savienojumi ar skābekli:

Ūdeņradi ("ūdens dzemdēšana") 1766. gadā atklāja angļu zinātnieks G. Kavendišs. Šis ir vienkāršākais elements dabā - ūdeņraža atomam ir kodols un viens elektrons, iespējams, šī iemesla dēļ ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā (vairāk nekā puse no vairuma zvaigžņu masas).

Par ūdeņradi mēs varam teikt, ka "spole ir maza, bet dārga". Neskatoties uz savu "vienkāršību", ūdeņradis dod enerģiju visām dzīvajām būtnēm uz Zemes - pastāv nepārtraukts kodoltermiskā reakcija kura laikā no četriem ūdeņraža atomiem veidojas viens hēlija atoms, šo procesu pavada kolosāla enerģijas daudzuma izdalīšanās (sīkāk sk. Kodolsintēze).

IN zemes garozaūdeņraža masas daļa ir tikai 0,15%. Tikmēr lielākā daļa (95%) no visiem zināmajiem uz Zemes ķīmiskās vielas satur vienu vai vairākus ūdeņraža atomus.

Savienojumos ar nemetāliem (HCl, H 2 O, CH 4 ...) ūdeņradis atdod savu vienīgo elektronu vairāk elektronegatīviem elementiem, uzrādot oksidācijas stāvokli +1 (biežāk), veidojot tikai kovalentās saites (sk. Kovalentās saites obligācija).

Savienojumos ar metāliem (NaH, CaH 2 ...) ūdeņradis, gluži pretēji, uzņem savu vienīgo s-orbitālo vēl vienu elektronu, tādējādi cenšoties pabeigt savu elektronu slāni, parādot oksidācijas stāvokli -1 (retāk) , biežāk veidojot jonu saiti (sk. Jonu saiti), jo ūdeņraža atoma un metāla atoma elektronegativitātes atšķirība var būt diezgan liela.

H2

Gāzveida stāvoklī ūdeņradis ir divatomisku molekulu formā, veidojot nepolāru kovalento saiti.

Ūdeņraža molekulām ir:

• lieliska mobilitāte;
• liels spēks;
• zema polarizējamība;
• mazs izmērs un svars.

Ūdeņraža gāzes īpašības:

• vieglākā gāze dabā, bezkrāsains un bez smaržas;
• slikti šķīst ūdenī un organiskajos šķīdinātājos;
• nelielos daudzumos šķīst šķidros un cietos metālos (īpaši platīnā un pallādijā);
• grūti sašķidrināt (tā zemās polarizējamības dēļ);
• ir visaugstākā siltumvadītspēja no visām zināmajām gāzēm;
• karsējot, tas reaģē ar daudziem nemetāliem, parādot reducētāja īpašības;
• istabas temperatūrā reaģē ar fluoru (notiek sprādziens): H 2 + F 2 = 2HF;
• reaģē ar metāliem, veidojot hidrīdus, kam piemīt oksidējošas īpašības: H 2 + Ca = CaH 2;

Savienojumos ūdeņradis uzrāda savas reducējošās īpašības daudz spēcīgāk nekā oksidējošais. Ūdeņradis ir spēcīgākais reducētājs pēc oglēm, alumīnija un kalcija. Ūdeņraža reducējošās īpašības plaši izmanto rūpniecībā, lai no oksīdiem un gallīdiem iegūtu metālus un nemetālus (vienkāršas vielas).

Fe2O3 + 3H2 \u003d 2Fe + 3H2O

Ūdeņraža reakcijas ar vienkāršām vielām

Ūdeņradis pieņem elektronu, spēlējot lomu reducētājs, reakcijās:

• Ar skābeklis(aizdedzinot vai katalizatora klātbūtnē) attiecībā 2:1 (ūdeņradis:skābeklis) veidojas sprādzienbīstama detonējoša gāze: 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 kJ
• Ar pelēks(karsējot līdz 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Ar hlors(aizdedzinot vai apstarojot ar UV stariem): H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• Ar fluors: H 2 0 + F 2 \u003d 2H + 1 F
• Ar slāpeklis(karsējot katalizatoru klātbūtnē vai augstā spiedienā): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Ūdeņradis ziedo elektronu, spēlējot lomu oksidētājs, reakcijās ar sārmains Un sārmzeme metāli, lai veidotu metālu hidrīdus - sāļiem līdzīgus jonu savienojumus, kas satur hidrīdjonus H - ir nestabilas baltas krāsas kristāliskas vielas.

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

Retāk ir gadījumi, kad ūdeņradis uzrāda oksidācijas pakāpi -1. Reaģējot ar ūdeni, hidrīdi sadalās, reducējot ūdeni līdz ūdeņradim. Kalcija hidrīda reakcija ar ūdeni ir šāda:

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

Ūdeņraža reakcijas ar sarežģītām vielām

• augstā temperatūrā ūdeņradis reducē daudzus metālu oksīdus: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• metilspirts tiek iegūts ūdeņraža reakcijas rezultātā ar oglekļa monoksīdu (II): 2H 2 + CO → CH 3 OH
• hidrogenēšanas reakcijās ūdeņradis reaģē ar daudzām organiskām vielām.

Detalizētāki vienādojumi ķīmiskās reakcijasūdeņradis un tā savienojumi ir apskatīti lapā "Ūdeņradis un tā savienojumi – ķīmisko reakciju vienādojumi, kuros iesaistīts ūdeņradis".

Ūdeņraža pielietojums

• kodolenerģētikā tiek izmantoti ūdeņraža izotopi - deitērijs un tritijs;
• ķīmiskajā rūpniecībā ūdeņradi izmanto daudzu sintēzei organisko vielu, amonjaks, hlorūdeņradis;
• pārtikas rūpniecībā ūdeņradi izmanto cieto tauku ražošanā, hidrogenējot augu eļļas;
• metālu metināšanai un griešanai izmanto augstu ūdeņraža sadegšanas temperatūru skābeklī (2600 ° C);
• dažu metālu ražošanā kā reducētāju izmanto ūdeņradi (skatīt iepriekš);
• tā kā ūdeņradis ir viegla gāze, to izmanto aeronautikā kā pildvielu gaisa baloniem, gaisa baloniem, dirižabļiem;
• Kā degvielu izmanto ūdeņradi sajaucot ar CO.

Pēdējos gados zinātnieki ir pievērsuši lielu uzmanību meklējumiem alternatīvi avoti atjaunojamā enerģija. Viena no perspektīvām jomām ir "ūdeņraža" enerģija, kurā par degvielu tiek izmantots ūdeņradis, kura sadegšanas produkts ir parasts ūdens.

Ūdeņraža iegūšanas metodes

Rūpnieciskās metodes ūdeņraža ražošanai:

• metāna pārvēršana (ūdens tvaiku katalītiskā reducēšana) ar ūdens tvaiku augstā temperatūrā (800°C) uz niķeļa katalizatora: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• oglekļa monoksīda pārvēršana ar tvaiku (t=500°C) uz Fe 2 O 3 katalizatora: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• metāna termiskā sadalīšanās: CH 4 \u003d C + 2H 2;
• cietā kurināmā gazifikācija (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• ūdens elektrolīze (ļoti dārga metode, kurā iegūst ļoti tīru ūdeņradi): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Laboratorijas metodes ūdeņraža iegūšanai:

• iedarbība uz metāliem (parasti cinku) ar sālsskābi vai atšķaidītu sērskābi: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2;
• ūdens tvaiku mijiedarbība ar karstām dzelzs skaidām: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.

Vispārējā shēma "Ūdeņradis"

es. Ūdeņradis ir ķīmisks elements

a) Pozīcija RESP

• sērijas numurs №1
• periods 1
• I grupa (galvenā apakšgrupa "A")
• relatīvā masa Ar(H)=1
• Nosaukums latīņu valodā Hydrogenium (kas rada ūdeni)

b) Ūdeņraža izplatība dabā

Ūdeņradis ir ķīmisks elements.	Zemes garozā(litosfēra un hidrosfēra) - 1% no svara (10. vieta starp visiem elementiem)
	ATMOSFĒRA - 0,0001% pēc atomu skaita
	Visizplatītākais elements Visumā – 92% no visiem atomiem (galvenā zvaigžņu un starpzvaigžņu gāzes sastāvdaļa)

Ūdeņradis - ķīmisks elements	Savienojumos	H 2 O - ūdens(11% no svara)
		CH 4 - metāna gāze(25% no svara)
		organisko vielu(nafta, degošas dabasgāzes un citi) Dzīvnieku un augu organismos(tas ir, olbaltumvielu, nukleīnskābju, tauku, ogļhidrātu un citu sastāvā) Cilvēka ķermenī vidēji satur apmēram 7 kilogramus ūdeņraža.

c) Ūdeņraža valence savienojumos

II. Ūdeņradis ir vienkārša viela (H2)

Kvīts

1. Laboratorija (Kipp aparāts) A) Metālu mijiedarbība ar skābēm: Zn+ 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 sāls B) Aktīvo metālu mijiedarbība ar ūdeni: 2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 bāze

2. Rūpniecība · ūdens elektrolīze e-pasts strāva 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 · No dabasgāzes t, Ni CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2

Ūdeņraža atrašana dabā.

Ūdeņradis dabā ir plaši izplatīts, tā saturs zemes garozā (litosfērā un hidrosfērā) ir 1% pēc masas un 16% pēc atomu skaita. Ūdeņradis ir daļa no visizplatītākās vielas uz Zemes - ūdens (11,19% ūdeņraža pēc masas), savienojumos, kas veido ogles, naftu, dabasgāzes, mālus, kā arī dzīvnieku un augu organismus (tas ir, ūdeņraža sastāvā). olbaltumvielas, nukleīnskābes, tauki, ogļhidrāti utt.). Ūdeņradis brīvā stāvoklī ir ārkārtīgi reti sastopams, nelielos daudzumos tas ir atrodams vulkāniskās un citās dabas gāzēs. Atmosfērā atrodas niecīgs brīvā ūdeņraža daudzums (0,0001% pēc atomu skaita). Tuvumā Zemei ūdeņradis protonu plūsmas veidā veido iekšējo ("protonu") radiācijas josta Zeme. Ūdeņradis ir visizplatītākais elements kosmosā. Plazmas veidā tā veido apmēram pusi no Saules un vairuma zvaigžņu masas, lielāko daļu starpzvaigžņu vides gāzu un gāzveida miglāju. Ūdeņradis atrodas vairāku planētu atmosfērā un komētās brīva H 2 , metāna CH 4 , amonjaka NH 3 , ūdens H 2 O un radikāļu veidā. Protonu plūsmas veidā ūdeņradis ir daļa no Saules un kosmisko staru korpuskulārā starojuma.

Ir trīs ūdeņraža izotopi:
a) vieglais ūdeņradis - protijs,
b) smagais ūdeņradis - deitērijs (D),
c) supersmagais ūdeņradis - tritijs (T).

Tritijs ir nestabils (radioaktīvs) izotops, tāpēc dabā tas praktiski nav sastopams. Deitērijs ir stabils, taču tas ir ļoti mazs: 0,015% (no visa sauszemes ūdeņraža masas).

Ūdeņraža valence savienojumos

Savienojumos ūdeņradim piemīt valence es

Ūdeņraža fizikālās īpašības

Vienkārša viela ūdeņradis (H 2) ir gāze, vieglāka par gaisu, bezkrāsaina, bez smaržas, bez garšas, t kip \u003d - 253 0 C, ūdeņradis nešķīst ūdenī, deg. Ūdeņradi var savākt, izspiežot gaisu no mēģenes vai ūdens. Šajā gadījumā caurule ir jāapgriež otrādi.

Ūdeņraža iegūšana

Laboratorijā reakcijas rezultātā rodas ūdeņradis

Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2.

Cinka vietā var izmantot dzelzi, alumīniju un dažus citus metālus, un sērskābes vietā var izmantot dažas citas atšķaidītas skābes. Iegūtais ūdeņradis tiek savākts mēģenē ar ūdens izspiešanas metodi (sk. 10.2. att. b) vai vienkārši apgrieztā kolbā (10.2. att. a).

Rūpniecībā ūdeņradi lielos daudzumos iegūst no dabasgāzes (galvenokārt metāna), mijiedarbojoties ar ūdens tvaiku 800 °C temperatūrā niķeļa katalizatora klātbūtnē:

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

vai apstrādāti augstā temperatūrā ar ūdens tvaiku akmeņoglēm:

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

Tīru ūdeņradi iegūst no ūdens, to sadalot elektrošoks(pakļauts elektrolīzei):

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

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

Normālos apstākļos molekulārais ūdeņradis ir relatīvi neaktīvs, tieši savienojoties tikai ar visaktīvākajiem nemetāliem (ar fluoru un gaismā arī ar hloru). Tomēr, sildot, tas reaģē ar daudziem elementiem.

Ūdeņradis reaģē ar vienkāršām un sarežģītām vielām:

- Ūdeņraža mijiedarbība ar metāliem noved pie sarežģītu vielu - hidrīdu veidošanās, kuru ķīmiskajās formulās metāla atoms vienmēr ir pirmajā vietā:

Augstā temperatūrā ūdeņradis reaģē tieši ar dažiem metāliem(sārmu, sārmzemju un citi), veidojot baltas kristāliskas vielas - metālu hidrīdus (Li H, Na H, KH, CaH 2 utt.):

H2 + 2Li = 2LiH

Metālu hidrīdi viegli sadalās ar ūdeni, veidojot atbilstošu sārmu un ūdeņradi:

Sa H2 + 2H2O \u003d Ca (OH)2 + 2H2

- Kad ūdeņradis mijiedarbojas ar nemetāliem veidojas gaistoši ūdeņraža savienojumi. IN ķīmiskā formula gaistošs ūdeņraža savienojums, ūdeņraža atoms var būt vai nu pirmajā, vai otrajā vietā, atkarībā no atrašanās vietas PSCE (skatiet plāksni slaidā):

1). Ar skābekliŪdeņradis veido ūdeni:

Video "Ūdeņraža sadedzināšana"

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

Parastā temperatūrā reakcija notiek ārkārtīgi lēni, virs 550 ° C - ar sprādzienu (tiek saukts par maisījumu no 2 tilpumiem H 2 un 1 tilpuma O 2 sprādzienbīstama gāze) .

Video "Sprādzienbīstamas gāzes eksplozija"

Video "Sprādzienbīstama maisījuma sagatavošana un eksplozija"

2). Ar halogēniemŪdeņradis veido ūdeņraža halogenīdus, piemēram:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

Ūdeņradis eksplodē ar fluoru (arī tumsā un -252°C temperatūrā), reaģē ar hloru un bromu tikai apgaismotā vai karsētā stāvoklī, bet ar jodu tikai sildot.

3). Ar slāpekliŪdeņradis reaģē ar amonjaka veidošanos:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

tikai uz katalizatora un paaugstinātā temperatūrā un spiedienā.

4). Sildot, ūdeņradis enerģiski reaģē ar sēru:

H 2 + S \u003d H 2 S (sērūdeņradis),

daudz grūtāk ar selēnu un telūru.

5). ar tīru oglekliŪdeņradis var reaģēt bez katalizatora tikai augstā temperatūrā:

2H2 + C (amorfs) = CH4 (metāns)

- Ūdeņradis nonāk aizvietošanas reakcijā ar metālu oksīdiem , savukārt izstrādājumos veidojas ūdens un samazinās metāls. Ūdeņradis - uzrāda reducētāja īpašības:

Tiek izmantots ūdeņradis daudzu metālu reģenerācijai, jo tas atņem skābekli no to oksīdiem:

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

Ūdeņraža pielietojums

Video "Ūdeņraža izmantošana"

Pašlaik ūdeņradis tiek ražots milzīgos daudzumos. Ļoti lielu daļu no tā izmanto amonjaka sintēzē, tauku hidrogenēšanā un ogļu, eļļu un ogļūdeņražu hidrogenēšanā. Turklāt ūdeņradi izmanto sālsskābes, metilspirta, ciānūdeņražskābes sintēzei, metālu metināšanā un kalšanā, kā arī kvēlspuldžu un dārgakmeņu ražošanā. Ūdeņradis tiek pārdots balonos ar spiedienu virs 150 atm. Tie ir nokrāsoti tumši zaļā krāsā un tiek piegādāti ar sarkanu uzrakstu "Ūdeņradis".

Ūdeņradi izmanto, lai šķidros taukus pārvērstu cietos taukos (hidrogenēšana), lai ražotu šķidro kurināmo, hidrogenējot ogles un mazutu. Metalurģijā ūdeņradi izmanto kā oksīdu vai hlorīdu reducētāju metālu un nemetālu (germānija, silīcija, gallija, cirkonija, hafnija, molibdēna, volframa utt.) ražošanai.

Ūdeņraža praktiskais pielietojums ir daudzveidīgs: to parasti pilda ar baloniem, ķīmiskajā rūpniecībā tas kalpo par izejvielu daudzu ļoti svarīgu produktu (amonjaka u.c.) ražošanai, pārtikas rūpniecībā - cieto vielu ražošanai. tauki no augu eļļām uc Augstas temperatūras (līdz 2600 °C), ko iegūst, sadedzinot ūdeņradi skābeklī, izmanto ugunsizturīgu metālu, kvarca uc kausēšanai. Šķidrais ūdeņradis ir viena no efektīvākajām reaktīvo dzinēju degvielām. Ikgadējais ūdeņraža patēriņš pasaulē pārsniedz 1 miljonu tonnu.

SIMULĀTORI

Nr.2. Ūdeņradis

UZDEVUMI STIPRINĀŠANAI

Uzdevums numurs 1
Sastādiet vienādojumus ūdeņraža mijiedarbības reakcijām ar šādām vielām: F 2 , Ca, Al 2 O 3, dzīvsudraba oksīds (II), volframa oksīds (VI). Nosauc reakcijas produktus, norādi reakciju veidus.

2. uzdevums
Veiciet transformācijas saskaņā ar shēmu:
H2O -> H2 -> H2S -> SO 2

Uzdevums numurs 3.
Aprēķināt ūdens masu, ko var iegūt, sadedzinot 8 g ūdeņraža?