Chemické vlastnosti h2. Vodík (H) a jeho chemické reakcie. Hydrogenácia organických zlúčenín

V periodickej tabuľke je vodík umiestnený v dvoch skupinách prvkov, ktoré sú svojimi vlastnosťami absolútne opačné. Vďaka tejto funkcii je úplne jedinečný. Vodík nie je len prvkom alebo látkou, ale je tiež súčasťou mnohých komplexných zlúčenín, organogénneho a biogénneho prvku. Preto budeme podrobnejšie zvažovať jeho vlastnosti a vlastnosti.

Uvoľňovanie horľavého plynu pri interakcii kovov a kyselín bolo pozorované už v 16. storočí, teda pri formovaní chémie ako vedy. Slávny anglický vedec Henry Cavendish látku študoval od roku 1766 a dal jej názov „horľavý vzduch“. Pri spaľovaní tento plyn produkoval vodu. Vedecké dodržiavanie teórie flogistónu (hypotetická „superjemná hmota“) mu bohužiaľ zabránilo dospieť k správnym záverom.

Francúzsky chemik a prírodovedec A. Lavoisier spolu s inžinierom J. Meunierom a pomocou špeciálnych plynomerov v roku 1783 vykonali syntézu vody a potom jej analýzu pomocou rozkladu vodnej pary rozpáleným železom. Vedcom sa teda podarilo dospieť k správnym záverom. Zistili, že „horľavý vzduch“ je nielen súčasťou vody, ale dá sa z nej aj získať.

V roku 1787 Lavoisier predložil predpoklad, že skúmaný plyn je jednoduchá látka a podľa toho patrí k počtu primárnych chemických prvkov. Pomenoval ho hydrogén (z gréckych slov hydor - voda + gennao - rodím), to znamená „rodiť do vody“.

Ruský názov „vodík“ navrhol v roku 1824 chemik M. Soloviev. Stanovenie zloženia vody znamenalo koniec „teórie flogistónov“. Na prelome 18. a 19. storočia sa zistilo, že atóm vodíka je veľmi ľahký (v porovnaní s atómami iných prvkov) a jeho hmotnosť bola považovaná za hlavnú jednotku na porovnávanie atómových hmotností, pretože získala hodnotu rovnajúcu sa 1.

Fyzikálne vlastnosti

Vodík je zo všetkých najľahší veda známa látok (je 14,4 -krát ľahší ako vzduch), jeho hustota je 0,0899 g / l (1 atm, 0 ° C). Tento materiál sa topí (tuhne) a vrie (skvapalňuje) pri -259,1 ° C a -252,8 ° C (iba hélium má nižšie teploty varu a bodu topenia).

Kritická teplota vodíka je extrémne nízka (-240 ° C). Z tohto dôvodu je jeho skvapalnenie pomerne komplikovaný a nákladný proces. Kritický tlak látky je 12,8 kgf / cm² a kritická hustota je 0,0312 g / cm³. Vodík má spomedzi všetkých plynov najvyššiu tepelnú vodivosť: pri 1 atm a 0 ° C sa rovná 0,174 W / (mxK).

Špecifická tepelná kapacita látky za rovnakých podmienok je 14,208 kJ / (kgxK) alebo 3,394 cal / (gx ° C). Tento prvok je mierne rozpustný vo vode (asi 0,0182 ml / g pri 1 atm a 20 ° C), ale dobre - vo väčšine kovov (Ni, Pt, Pa a ďalšie), najmä v paládiu (asi 850 objemov na objem Pd) .

Posledná uvedená vlastnosť je spojená s jeho schopnosťou difúzie, zatiaľ čo difúziu cez uhlíkovú zliatinu (napríklad oceľ) môže sprevádzať deštrukcia zliatiny v dôsledku interakcie vodíka s uhlíkom (tento proces sa nazýva dekarbonizácia). V kvapalnom stave je látka veľmi ľahká (hustota - 0,0708 g / cm³ pri t ° = -253 ° C) a tekutá (viskozita - 13,8 cpoise za rovnakých podmienok).

V mnohých zlúčeninách vykazuje tento prvok valenciu +1 (oxidačný stav), ako sodík a iné alkalické kovy. Obvykle sa považuje za analogický s týmito kovmi. Preto stojí na čele prvej skupiny Mendelejevovho systému. V kovových hydridoch vykazuje vodíkový ión negatívny náboj (oxidačný stav je -1), to znamená, že Na + H- má štruktúru podobnú Na + Cl-chloridu. V súlade s týmto a niektorými ďalšími faktami (blízkosť fyzikálnych vlastností prvku „H“ a halogénov, schopnosť nahradiť ho halogénmi v organických zlúčeninách) patrí hydrogén do skupiny VII systému Mendeleev.

Za normálnych podmienok má molekulárny vodík nízku aktivitu, pričom sa priamo kombinuje iba s najaktívnejšími nekovmi (s fluórom a chlórom, pričom tieto sú vo svetle). Po zahriatí interaguje s mnohými chemickými prvkami.

Atómový vodík má zvýšenú chemickú aktivitu (v porovnaní s molekulárnym vodíkom). S kyslíkom tvorí vodu podľa vzorca:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

pričom sa uvoľní 285,937 kJ / mol tepla alebo 68,3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm). Za normálnych teplotných podmienok reakcia prebieha pomerne pomaly a pri t °> = 550 ° C - nekontrolovateľne. Výbušné limity objemovej zmesi vodík + kyslík sú 4–94% H₂ a zmes vodíka + vzduchu je 4–74% H₂ (zmes dvoch objemov H₂ a jedného objemu O₂ sa nazýva detonačný plyn).

Tento prvok sa používa na redukciu väčšiny kovov, pretože odoberá kyslík z oxidov:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O atď.

S rôznymi halogénmi tvorí vodík halogenidy halogénu, napríklad:

H + Cl * = 2HCl.

Pri reakcii s fluórom však vodík exploduje (to sa stáva aj v tme, pri -252 ° C), s brómom a chlórom reaguje iba pri zahrievaní alebo osvetlení a s jódom iba pri zahrievaní. Pri interakcii s dusíkom vzniká amoniak, ale iba na katalyzátore, pri zvýšených tlakoch a teplotách:

ЗН₂ + N₂ = 2NН₃.

Pri zahrievaní vodík aktívne reaguje so sírou:

Н₂ + S = H₂S (sírovodík),

a oveľa ťažšie - s telúrom alebo selénom. Vodík reaguje s čistým uhlíkom bez katalyzátora, ale pri vysoké teploty Oh:

2H + + C (amorfný) = CH2 (metán).

Táto látka priamo reaguje s niektorými kovmi (zásadami, alkalickými zeminami a inými) a vytvára hydridy, napríklad:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Interakcie vodíka a oxidu uhoľnatého (II) majú veľký praktický význam. V tomto prípade sa v závislosti od tlaku, teploty a katalyzátora tvoria rôzne organické zlúčeniny: НСНО, СН₃ОН atď. Nenasýtené uhľovodíky počas reakcie prechádzajú na nasýtené, napríklad:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Vodík a jeho zlúčeniny zohrávajú v chémii výnimočnú úlohu. Určuje kyslé vlastnosti tzv. protické kyseliny, má tendenciu vytvárať vodíkovú väzbu s rôznymi prvkami, čo má významný vplyv na vlastnosti mnohých anorganických a Organické zlúčeniny.

Výroba vodíka

Hlavnými druhmi surovín na priemyselnú výrobu tohto prvku sú rafinérske plyny, prírodné horľavé a koksárenské plyny. Získava sa tiež z vody elektrolýzou (kde je k dispozícii elektrina). Jednou z najdôležitejších metód výroby materiálu zo zemného plynu je katalytická interakcia uhľovodíkov, hlavne metánu, s vodnou parou (takzvaná konverzia). Napríklad:

СН₄ + H₂О = СО + ЗН₂.

Neúplná oxidácia uhľovodíkov kyslíkom:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Syntetizovaný oxid uhoľnatý (II) prechádza premenou:

CO + H20 = CO + H.

Vodík vyrobený zo zemného plynu je najlacnejší.

Používa sa na elektrolýzu vody D.C., ktorý prechádza roztokom NaOH alebo KOH (kyseliny sa nepoužívajú, aby sa zabránilo korózii zariadenia). V laboratórnych podmienkach sa materiál získava elektrolýzou vody alebo v dôsledku reakcie medzi kyselinou chlorovodíkovou a zinkom. Častejšie však vo valcoch používajú hotový továrenský materiál.

Tento prvok je izolovaný z rafinérskych plynov a koksárenského plynu odstránením všetkých ostatných zložiek zmesi plynov, pretože počas hlbokého chladenia sa ľahšie skvapalňujú.

Tento materiál sa začal priemyselne získavať na konci 18. storočia. Potom sa používalo na plnenie balónov. V súčasnosti je vodík v priemysle, hlavne v chemickom priemysle, široko používaný na výrobu amoniaku.

Hromadnými spotrebiteľmi látky sú výrobcovia metylu a iných alkoholov, syntetického benzínu a mnohých ďalších produktov. Získavajú sa syntézou z oxidu uhoľnatého (II) a vodíka. Hydrogén sa používa na hydrogenáciu ťažkých a pevných kvapalných palív, tukov atď., Na syntézu HCl, hydrorafináciu ropných produktov, ako aj na rezanie / zváranie kovov. Základné prvky pre jadrová energia sú jeho izotopy - tritium a deutérium.

Biologická úloha vodíka

Na tento prvok pripadá (v priemere) asi 10% hmotnosti živých organizmov. Je súčasťou vody a najdôležitejších skupín prírodných zlúčenín vrátane bielkovín, nukleových kyselín, lipidov, uhľohydrátov. Načo to je?

Tento materiál hrá rozhodujúcu úlohu: pri udržiavaní priestorovej štruktúry proteínov (kvartérnych), pri implementácii princípu komplementarity nukleových kyselín (tj. Pri implementácii a uchovávaní genetických informácií), všeobecne pri „rozpoznávaní“ na molekulárnej úrovni.

Vodíkový ión H + sa zúčastňuje na dôležitých dynamických reakciách / procesoch v tele. Vrátane: pri biologickej oxidácii, ktorá dodáva živým bunkám energiu, pri biosyntetických reakciách, pri fotosyntéze v rastlinách, pri bakteriálnej fotosyntéze a fixácii dusíka, pri udržiavaní acidobázickej rovnováhy a homeostázy, pri procesoch membránového transportu. Spolu s uhlíkom a kyslíkom tvorí funkčný a štruktúrny základ životných javov.

Zovšeobecňujúca schéma „VODÍK“

Ja... Vodík je chemický prvok

a) Pozícia v PSKhE

• sériové číslo №1
• obdobie 1
• skupina I (hlavná podskupina "A")
• relatívna hmotnosť Ar (H) = 1
• Latinský názov Hydrogenium (plodenie vody)

b) Výskyt vodíka v prírode

Vodík je chemický prvok.	V. zemská kôra (litosféra a hydrosféra) - 1% hmotnosti (10. miesto medzi všetkými prvkami)
	ATMOSFÉRA - 0,0001% z počtu atómov
	Najrozšírenejší prvok vo vesmíre – 92% všetkých atómov (hlavná zložka hviezd a medzihviezdneho plynu)

Vodík - chemický element	V spojoch	H 2 O - voda(11% hmotnosti)
		CH 4 - metánový plyn(25% hmotnosti)
		Organická hmota(ropa, horľavé prírodné plyny a ďalšie) V organizmoch zvierat a rastlín(to znamená ako súčasť bielkovín, nukleových kyselín, tukov, uhľohydrátov a ďalších) V ľudskom tele priemer obsahuje asi 7 kilogramov vodíka.

c) Valencia vodíka v zlúčeninách

II... Vodík je jednoduchá látka (H 2)

Príjem

1. Laboratórium (Kippov prístroj) A) Interakcia kovov s kyselinami: Zn+ 2HCl = ZnCl2 + H2 soľ B) Interakcia aktívnych kovov s vodou: 2Na + 2H20 = 2NaOH + H2 základňa

2. Priemysel · Elektrolýza vody e-mail aktuálne 2H20 = 2H2 + 02 · Zemný plyn t, Ni CH4 + 2H20 = 4H2 + C02

Nájdenie vodíka v prírode.

Vodík je v prírode rozšírený, jeho obsah v zemskej kôre (litosfére a hydrosfére) je 1% hmotnosti a 16% podľa počtu atómov. Vodík je súčasťou najbežnejšej látky na Zemi - vody (11,19% hmotnostných vodíka) v zložení zlúčenín, ktoré tvoria uhlie, ropu, prírodné plyny, íly, ako aj organizmy zvierat a rastlín (tj. , v zložení bielkovín, nukleových kyselín, tukov, uhľohydrátov a ďalších). Vo voľnom stave je vodík extrémne vzácny; v malých množstvách je obsiahnutý v sopečných a iných prírodných plynoch. V atmosfére je prítomné stopové množstvo voľného vodíka (0,0001% z počtu atómov). V blízkosti Zeme tvorí vodík vo forme toku protónov vnútorný („protónový“) radiačný pás Zeme. Vo vesmíre je vodík najrozšírenejším prvkom. Vo forme plazmy tvorí asi polovicu hmotnosti Slnka a väčšiny hviezd, väčšinu plynov medzihviezdneho média a plynných hmlovín. Vodík je prítomný v atmosfére mnohých planét a v kométach vo forme voľného H 2, metánu CH 4, amoniaku NH 3, vody H 2 O a radikálov. Vodík je vo forme toku protónov súčasťou korpuskulárneho žiarenia Slnka a kozmických lúčov.

Existujú tri izotopy vodíka:
a) ľahký vodík - protium,
b) ťažký vodík - deutérium (D),
c) superťažký vodík - trícium (T).

Tritium je nestabilný (rádioaktívny) izotop, preto sa v prírode prakticky nevyskytuje. Deutérium je stabilné, ale je ho veľmi málo: 0,015% (z hmotnosti všetkého pozemského vodíka).

Valencia vodíka v zlúčeninách

V zlúčeninách vykazuje vodík valenciu I.

Fyzikálne vlastnosti vodíka

Jednoduchá látka vodík (Н 2) je plyn, ľahší ako vzduch, bezfarebný, bez zápachu, bez chuti, balík = - 253 0 С, vodík je nerozpustný vo vode, horľavý. Vodík sa môže zbierať vytesňovaním vzduchu zo skúmavky alebo vody. V tomto prípade musí byť trubica obrátená hore dnom.

Výroba vodíka

V laboratóriu sa v dôsledku reakcie získa vodík

Zn + H2S04 = ZnS04 + H2.

Namiesto zinku sa môže použiť železo, hliník a niektoré ďalšie kovy a namiesto kyseliny sírovej sa môžu použiť niektoré ďalšie zriedené kyseliny. Výsledný vodík sa zhromažďuje v skúmavke vytesnením vody (pozri obr. 10.2 b) alebo jednoducho do obrátenej banky (obr. 10.2 a).

V priemysle sa vodík vo veľkých množstvách získava zo zemného plynu (hlavne metánu) jeho interakciou s vodnou parou pri 800 ° C v prítomnosti niklového katalyzátora:

CH 4 + 2H20 = 4H2 + CO 2 (t, Ni)

alebo sa uhlie spracováva pri vysokej teplote vodnou parou:

2H20 + C = 2H2 + C02. (t)

Čistý vodík sa získava z vody jeho rozkladom elektrickým prúdom (podrobením elektrolýze):

2H20 = 2H2 + O2 (elektrolýza).

Zvážte, čo je vodík. Chemické vlastnosti a výroba tohto nekovu sa študujú v rámci anorganickej chémie v škole. Práve tento prvok vedie periodický systém Mendelejeva, a preto si zaslúži podrobný popis.

Otvorenie položky na prvý pohľad

Pred zvážením fyzikálnych a chemických vlastností vodíka zistíme, ako bol tento dôležitý prvok nájdený.

Chemici, ktorí pracovali v šestnástom a sedemnástom storočí, vo svojich spisoch opakovane spomínali horľavý plyn, ktorý sa uvoľňuje, keď sú kyseliny vystavené pôsobeniu aktívnych kovov. V druhej polovici osemnásteho storočia sa G. Cavendishovi podarilo zozbierať a analyzovať tento plyn, vďaka čomu dostal názov „horľavý plyn“.

Vtedajšie fyzikálne a chemické vlastnosti vodíka neboli študované. Až na konci osemnásteho storočia sa A. Lavoisierovi podarilo analyzovať, aby sa zistilo, že tento plyn je možné získať analýzou vody. O niečo neskôr začal nový prvok nazývať hydrogén, čo znamená „rodiť vodu“. Za svoje moderné ruské meno vodík vďačí M.F. Solovievovi.

Byť v prírode

Chemické vlastnosti vodíka je možné analyzovať iba na základe jeho veľkého množstva v prírode. Tento prvok je prítomný v hydro- a litosfére a je tiež súčasťou minerálov: prírodný a súvisiaci plyn, rašelina, ropa, uhlie, ropné bridlice. Je ťažké si predstaviť dospelého človeka, ktorý by nevedel, že vodík je neoddeliteľnou súčasťou vody.

Okrem toho sa tento nekov nachádza v živočíšnych organizmoch vo forme nukleových kyselín, bielkovín, uhľohydrátov a tukov. Na našej planéte sa tento prvok nachádza vo voľnej forme pomerne zriedka, možno iba v prírodnom a sopečnom plyne.

Vo forme plazmy tvorí vodík asi polovicu hmotnosti hviezd a Slnka a je tiež súčasťou medzihviezdneho plynu. Napríklad vo voľnej forme, ako aj vo forme metánu, amoniaku, je tento nekov prítomný v kométach a dokonca aj na niektorých planétach.

Fyzikálne vlastnosti

Pred zvážením chemických vlastností vodíka poznamenávame, že za normálnych podmienok je to plynná látka ľahšia ako vzduch a má niekoľko izotopických foriem. Je takmer nerozpustný vo vode a má vysokú tepelnú vodivosť. Protium, ktoré má hmotnostné číslo 1, sa považuje za najľahšiu formu. Tritium, ktoré má rádioaktívne vlastnosti, sa v prírode tvorí z atmosférického dusíka, keď je vystavené ultrafialovému žiareniu neurónmi.

Vlastnosti štruktúry molekuly

Aby sme zvážili chemické vlastnosti vodíka, reakcie, ktoré sú preň charakteristické, pozrime sa na vlastnosti jeho štruktúry. Táto diatomická molekula má kovalentnú nepolárnu chemickú väzbu. Vytvorenie atómového vodíka je možné interakciou aktívnych kovov s kyslými roztokmi. Ale v tejto forme je tento nekov schopný existovať iba malé časové obdobie, takmer okamžite sa rekombinuje do molekulárnej formy.

Chemické vlastnosti

Zvážte chemické vlastnosti vodíka. Vo väčšine zlúčenín, ktoré tento chemický prvok tvorí, vykazuje oxidačný stav +1, čím sa podobá aktívnym (alkalickým) kovom. Hlavné chemické vlastnosti vodíka, ktoré ho charakterizujú ako kov:

• interakcia s kyslíkom za vzniku vody;
• reakcia s halogénmi sprevádzaná tvorbou halogenovodíka;
• získanie sírovodíka v kombinácii so sírou.

Nasleduje reakčná rovnica charakterizujúca chemické vlastnosti vodíka. Upozorňujeme na skutočnosť, že ako nekov (s oxidačným stavom -1) pôsobí iba v reakcii s aktívnymi kovmi, pričom s nimi tvorí zodpovedajúce hydridy.

Pri bežných teplotách vodík neaktívne interaguje s inými látkami, takže väčšina reakcií sa vykonáva iba po predbežnom zahriatí.

Pozrime sa podrobnejšie na niektoré chemické interakcie prvku, ktorý stojí v čele periodického systému chemických prvkov Mendelejeva.

Reakcia tvorby vody je sprevádzaná uvoľnením 285,937 kJ energie. Pri zvýšených teplotách (viac ako 550 stupňov Celzia) tento proces sprevádzaný silným výbuchom.

Medzi tými chemické vlastnosti plynný vodík, ktorý našiel významné uplatnenie v priemysle, je zaujímavá jeho interakcia s oxidmi kovov. Katalytickou hydrogenáciou v modernom priemysle sa spracovávajú oxidy kovov, napríklad čistý kov sa izoluje z vodného kameňa (zmiešaný oxid železa). Táto metóda umožňuje efektívne spracovanie kovového šrotu.

Syntéza amoniaku, ktorá zahŕňa interakciu vodíka s dusíkom vo vzduchu, je tiež žiadaná v modernom chemickom priemysle. Medzi podmienky pre výskyt tejto chemickej interakcie zaznamenávame tlak a teplotu.

Záver

Je to vodík, ktorý je neaktívny chemické za normálnych podmienok. Ako teplota stúpa, jeho aktivita sa výrazne zvyšuje. Táto látka je v organickej syntéze žiadaná. Ketóny je napríklad možné redukovať na sekundárne alkoholy hydrogenáciou a aldehydy je možné prevádzať na primárne alkoholy. Hydrogenáciou je navyše možné previesť nenasýtené uhľovodíky triedy etylénu a acetylénu na nasýtené zlúčeniny metánového radu. Vodík je oprávnene považovaný za jednoduchú látku žiadanú v modernej chemickej výrobe.

Vodík objavil v druhej polovici 18. storočia anglický vedec v oblasti fyziky a chémie G. Cavendish. Podarilo sa mu izolovať látku v čistom stave, začal ju študovať a popísal jej vlastnosti.

Toto je príbeh o objave vodíka. V priebehu experimentov vedec zistil, že ide o horľavý plyn, ktorého spaľovaním vo vzduchu vzniká voda. To viedlo k určeniu kvalitatívneho zloženia vody.

Čo je vodík

Francúzsky chemik A. Lavoisier prvýkrát oznámil vodík ako jednoduchú látku v roku 1784, pretože zistil, že v jeho molekule sú zahrnuté atómy rovnakého typu.

Názov chemického prvku v latinčine znie ako hydrogenium (čítaj „hydrogenium“), čo znamená „rodiť do vody“. Názov odkazuje na spaľovaciu reakciu, pri ktorej vzniká voda.

Charakterizácia vodíka

N. Mendeleev tomu priradil označenie vodík chemický prvok prvé poradové číslo, pričom sa zaradí do hlavnej podskupiny prvej skupiny a prvej bodky a podmienečne do hlavnej podskupiny siedmej skupiny.

Atómová hmotnosť (atómová hmotnosť) vodíka je 1,00797. Molekulová hmotnosť H2 je 2 amu. e. Molárna hmotačíselne sa jej rovná.

Predstavujú ho tri izotopy so špeciálnym názvom: najbežnejšie protium (H), ťažké deutérium (D), rádioaktívne trícium (T).

Toto je prvý prvok, ktorý je možné úplne rozdeliť na izotopy. jednoduchým spôsobom... Je založená na veľkom rozdiele v hmotnosti izotopov. Tento proces sa prvýkrát uskutočnil v roku 1933. Vysvetľuje to skutočnosť, že až v roku 1932 bol identifikovaný izotop s hmotnosťou 2.

Fyzikálne vlastnosti

Za normálnych podmienok je jednoduchá látka vodík vo forme dvojatómových molekúl bezfarebným plynom, ktorý nemá chuť ani zápach. Mierne rozpustíme vo vode a iných rozpúšťadlách.

Teplota kryštalizácie je 259,2 ° C, teplota varu je 252,8 ° C. Priemer molekúl vodíka je taký malý, že majú schopnosť pomaly difundovať cez množstvo materiálov (guma, sklo, kovy). Táto vlastnosť sa používa, keď je potrebná na čistenie vodíka z plynných nečistôt. Pod n. o. vodík má hustotu rovnajúcu sa 0,09 kg / m3.

Je možné previesť vodík na kov analogicky s prvkami umiestnenými v prvej skupine? Vedci zistili, že vodík v podmienkach, keď sa tlak blíži k 2 miliónom atmosfér, začne absorbovať infračervené lúče, čo naznačuje polarizáciu molekúl látky. Možno pri ešte vyšších tlakoch sa z vodíka stane kov.

Je to zaujímavé: existuje predpoklad, že na obrovských planétach, Jupiter a Saturn, je vodík vo forme kovu. Predpokladá sa, že kovový pevný vodík je prítomný aj v zložení zemského jadra, kvôli ultra vysokému tlaku, ktorý vytvára zemský plášť.

Chemické vlastnosti

V. chemická interakcia jednoduché aj komplexné látky vstupujú s vodíkom. Nízku aktivitu vodíka je však potrebné zvýšiť vytvorením vhodných podmienok - zvýšením teploty, použitím katalyzátorov atď.

Pri zahrievaní reagujú s vodíkom také jednoduché látky ako kyslík (O 2), chlór (Cl 2), dusík (N 2), síra (S).

Ak zapálite čistý vodík na konci výstupnej trubice plynu vo vzduchu, bude horieť rovnomerne, ale sotva znateľne. Ak je výstupná trubica plynu umiestnená v atmosfére čistého kyslíka, spaľovanie bude v dôsledku reakcie pokračovať v tvorbe kvapiek vody na stenách nádoby:

Spaľovanie vody je sprevádzané uvoľňovaním veľkého množstva tepla. Ide o exotermickú zlúčeninu, pri ktorej sa vodík oxiduje kyslíkom za vzniku oxidu H20. Je to tiež redoxná reakcia, pri ktorej sa oxiduje vodík a redukuje sa kyslík.

Reakcia s Cl2 prebieha podobným spôsobom za vzniku chlorovodíka.

Interakcia dusíka s vodíkom vyžaduje vysokú teplotu a zvýšený tlak, ako aj prítomnosť katalyzátora. Výsledkom je amoniak.

V dôsledku reakcie so sírou vzniká sírovodík, ktorého rozpoznanie uľahčuje charakteristický zápach zhnitých vajec.

Oxidačný stav vodíka v týchto reakciách je +1 a v nižšie opísaných hydridoch je 1.

Pri reakcii s niektorými kovmi vznikajú hydridy, napríklad hydrid sodný - NaH. Niektoré z týchto komplexných zlúčenín sa používajú ako palivo pre rakety a tiež v termonukleárnej energii.

Vodík reaguje aj s komplexnými látkami. Napríklad s oxidom meďnatým vzorca CuO. Na uskutočnenie reakcie sa vodík medi nechá prechádzať zahrievaným práškovým oxidom meďnatým. Činidlo počas interakcie mení svoju farbu a stáva sa červenohnedou a na studených stenách skúmavky sa usadzujú kvapôčky vody.

Počas reakcie sa vodík oxiduje na vodu a meď sa redukuje z oxidu na jednoduchá látka(Cu).

Oblasti použitia

Vodík má veľký význam pre ľudí a používa sa v rôznych oblastiach:

1. V chemickom priemysle sú to suroviny, v ostatných odvetviach je to palivo. Petrochemické a ropné rafinérie sa nezaobídu bez vodíka.
2. V energetike pôsobí táto jednoduchá látka ako chladiace činidlo.
3. V železiarskej a neželeznej metalurgii má vodík úlohu redukčného činidla.
4. Vďaka tomu vzniká pri balení výrobkov inertné prostredie.
5. Farmaceutický priemysel - používa vodík ako činidlo pri výrobe peroxidu vodíka.
6. Meteorologické sondy sú naplnené týmto svetelným plynom.
7. Tento prvok je známy aj ako reduktor paliva pre raketové motory.

Vedci jednomyseľne prorokujú dlaň v energetickom sektore na vodíkové palivo.

Dostať sa do priemyslu

V priemysle sa vodík získava elektrolýzou, ktorá je vystavená pôsobeniu chloridov alebo hydroxidov alkalické kovy rozpustený vo vode. Je tiež možné získať vodík týmto spôsobom priamo z vody.

Na tento účel sa používa konverzia koksu alebo metánu pomocou pary. Rozkladom metánu pri zvýšených teplotách vzniká aj vodík. Skvapalnenie koksárenského plynu frakčnou metódou sa používa aj na priemyselnú výrobu vodíka.

Dostať sa do laboratória

V laboratóriu sa na výrobu vodíka používa Kippov prístroj.

Činidlá sú fyziologický roztok alebo kyselina sírová a zinku. Reakciou vzniká vodík.

Nájdenie vodíka v prírode

Vodík je najbežnejším prvkom vo vesmíre. Väčšina hviezd vrátane Slnka a ďalších kozmických telies je vodík.

V zemskej kôre je to iba 0,15%. Nachádza sa vo všetkých mineráloch organická hmota a tiež vo vode pokrývajúcej 3/4 povrchu našej planéty.

V horných vrstvách atmosféry sa nachádzajú stopy čistého vodíka. Nachádza sa tiež v mnohých horľavých prírodných plynoch.

Plynný vodík je najmenej hustý a kvapalný vodík je najviac hustá látka na našej planéte. Pomocou vodíka môžete zmeniť tón hlasu, ak ho vdychujete a pri výdychu hovoríte.

V srdci akcie je ten najmocnejší vodíková bomba spočíva v štiepení najľahšieho atómu.

Vodík. Vlastnosti, príjem, aplikácia.

Historický odkaz

Vodík je prvým prvkom PSCHE D.I. Mendelejev.

Ruský názov vodíka naznačuje, že „rodí vodu“; Latinčina " hydrogenium " znamená to isté.

Uvoľnenie horľavého plynu počas interakcie určitých kovov s kyselinami prvýkrát pozoroval Robert Boyle a jeho súčasníci v prvej polovici 16. storočia.

Vodík ale objavil až v roku 1766 anglický chemik Henry Cavendish, ktorý zistil, že keď kovy interagujú so zriedenými kyselinami, uvoľňuje sa akýsi „horľavý vzduch“. Pri pozorovaní spaľovania vodíka vo vzduchu Cavendish zistil, že výsledkom je voda. Bolo to v roku 1782.

V roku 1783 francúzsky chemik Antoine-Laurent Lavoisier izoloval vodík rozkladom vody rozžeraveným železom. V roku 1789 sa vodík uvoľnil rozkladom vody pôsobením elektrického prúdu.

Prevalencia v prírode

Vodík je hlavným prvkom vesmíru. Napríklad Slnko tvorí 70% svojej hmotnosti vodíka. Vo vesmíre je niekoľko desaťtisíckrát viac atómov vodíka ako všetkých atómov všetkých kovov dohromady.

V zemskej atmosfére je tiež nejaký vodík vo forme jednoduchej látky - plynu so zložením H 2. Vodík je oveľa ľahší ako vzduch, a preto sa nachádza v horných vrstvách atmosféry.

Na Zemi je však viazaného vodíka oveľa viac: koniec koncov je súčasťou vody, najbežnejšej na našej planéte komplexná látka... Vodík, viazaný na molekuly, obsahuje ropu, zemný plyn, mnoho minerálov a hornín. Vodík je súčasťou všetkých organických látok.

Charakterizácia prvku vodík.

Vodík má dvojaký charakter, z tohto dôvodu je v niektorých prípadoch vodík zaradený do podskupiny alkalických kovov a v iných do podskupiny halogénov.

• 
  Elektronická konfigurácia 1 s 1 . Atóm vodíka sa skladá z jedného protónu a jedného elektrónu.
• 
  Atóm vodíka je schopný stratiť elektrón a zmeniť sa na katión H +, pričom je podobný alkalickým kovom.
• 
  Atóm vodíka môže tiež pripojiť elektrón, ktorý tvorí anión H -, v tomto ohľade je vodík podobný halogénom.
• 
  V zlúčeninách je vždy jednoväzbový
• 
  CO: +1 a -1.

Fyzikálne vlastnosti vodíka

Vodík je plyn, bezfarebný, bez chuti a bez zápachu. 14,5 krát ľahší ako vzduch. Mierne rozpustíme vo vode. Má vysokú tepelnú vodivosť. Pri t = –253 ° С skvapalňuje, pri t = –259 ° С tuhne. Molekuly vodíka sú také malé, že môžu pomaly difundovať mnohými materiálmi - gumou, sklom, kovmi, ktoré sa používajú na čistenie vodíka z iných plynov.

Existujú tri známe izotopy vodíka: - protium, - deutérium, - tritium. Hlavnou súčasťou prírodného vodíka je protium. Deutérium je súčasťou ťažkej vody, ktorá obohacuje povrchové vody oceánu. Tritium je rádioaktívny izotop.

Chemické vlastnosti vodíka

Vodík je nekovový a má molekulárnu štruktúru. Molekula vodíka pozostáva z dvoch atómov spojených kovalentom nepolárne spojenie... Väzbová energia v molekule vodíka je 436 kJ / mol, čo vysvetľuje nízku reaktivitu molekulárneho vodíka.

1. 
   Interakcia s halogénmi. Pri normálnych teplotách vodík reaguje iba s fluórom:

H2 + F2 = 2HF.

S chlórom - iba vo svetle, za tvorby chlorovodíka, s brómom, reakcia prebieha menej razantne, s jódom nejde do konca ani pri vysokých teplotách.

1. 
   Interakcia s kyslíkom - pri zahrievaní a vznietení reakcia prebieha s výbuchom: 2H2 + O2 = 2H20.

Vodík horí v kyslíku za uvoľnenia veľkého množstva tepla. Teplota plameňa vodíka a kyslíka je 2 800 ° C.

Zmes 1 dielu kyslíka a 2 dielov vodíka - „výbušná zmes“, najexplozívnejšia.

1. 
   Interakcia so sírou - pri zahrievaní H 2 + S = H 2 S
2. 
   Interakcia s dusíkom. Pri zahrievaní, vysokom tlaku a v prítomnosti katalyzátora:

3H2 + N2 = 2NH3.

1. 
   Interakcia s oxidom dusnatým (II). Používa sa v čistiacich systémoch na výrobu kyseliny dusičnej: 2NO + 2H2 = N2 + 2H20.
2. 
   Interakcia s oxidmi kovov. Vodík je dobrým redukčným činidlom a redukuje mnoho kovov z ich oxidov: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
3. 
   Atómový vodík je silné redukčné činidlo. Vzniká z molekuly v elektrickom výboji za podmienok nízkeho tlaku. Má vysokú regeneračnú aktivitu vodík v čase uvoľnenia vzniká pri redukcii kovu kyselinou.
4. 
   Interakcia s aktívnymi kovmi ... Pri vysokých teplotách sa kombinuje s kovmi alkalických kovov a kovov alkalických zemín a tvorí biele kryštalické látky - hydridy kovov, vykazujúce vlastnosti oxidačného činidla: 2Na + H 2 = 2NaH;

Ca + H2 = CaH2.

Výroba vodíka

V laboratóriu:

1. 
   Interakcia kovu so zriedenými roztokmi kyselín sírovej a chlorovodíkovej,

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.

1. 
   Interakcia hliníka alebo kremíka s vodnými roztokmi zásad:

2Al + 2NaOH + 10H20 = 2Na + 3H2;

Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 2H2.

V priemysle:

1. 
   Elektrolýza vodné roztoky chloridy sodíka a draslíka alebo elektrolýza vody v prítomnosti hydroxidov:

2NaCl + 2H20 = H2 + Cl2 + 2NaOH;

2H20 = 2H2 + 02.

1. 
   Metóda prevodu. Po prvé, vodný plyn sa získava prechodom vodnej pary horúcim koksom pri 1000 ° C:

C + H20 = CO + H2.

Potom sa oxid uhoľnatý (II) oxiduje na oxid uhoľnatý (IV) prechodom zmesi vodného plynu s prebytkom vodnej pary cez katalyzátor Fe 2 O 3 zahriaty na 400 - 450 ° C:

CO + H20 = C02 + H2.

Výsledný oxid uhoľnatý (IV) je absorbovaný vodou, čím sa získa 50% priemyselného vodíka.

1. 
   Metánová konverzia: CH4 + H20 = CO + 3H2.

Táto reakcia prebieha v prítomnosti niklového katalyzátora pri 800 ° C.

1. 
   Tepelný rozklad metánu pri 1200 ° C: CH4 = C + 2H2.
2. 
   Hĺbkové chladenie (až do -196 ° C) koksárenského plynu. Pri tejto teplote kondenzujú všetky plynné látky, okrem vodíka.

Aplikácia vodíka

Použitie vodíka je založené na jeho fyzikálnych a chemických vlastnostiach:

• 
  ako ľahký plyn sa používa na plnenie balónov (zmiešaných s héliom);
• 
  kyslíkovo-vodíkový plameň sa používa na dosiahnutie vysokých teplôt pri zváraní kovov;
• 
  ako redukčné činidlo používané na získavanie kovov (molybdénu, volfrámu atď.) z ich oxidov;
• 
  na výrobu amoniaku a umelého kvapalného paliva, na hydrogenáciu tukov.