Látky, s ktorými reaguje vodík. Fyzikálne vlastnosti vodíka. Vlastnosti a použitie vodíka. Charakteristické pre pozíciu v pshe

Vodík (H) je veľmi ľahký chemický prvok, s obsahom v zemskej kôre 0,9% hmotnosti a vo vode 11,19%.

Charakterizácia vodíka

Z hľadiska ľahkosti je to prvý medzi plynmi. Za normálnych podmienok je bez chuti, bezfarebný a úplne bez zápachu. Keď vstúpi do termosféry, letí kvôli nízkej hmotnosti do vesmíru.

V celom vesmíre je najpočetnejším chemickým prvkom (75% z celkovej hmotnosti látok). Až toľko, že veľa hviezd vo vesmíre je zložených úplne z nej. Napríklad slnko. Jeho hlavnou zložkou je vodík. Teplo a svetlo sú výsledkom uvoľňovania energie, keď sa jadrá materiálu spoja. Aj vo vesmíre sa nachádzajú celé oblaky jeho molekúl rôznych veľkostí, hustôt a teplôt.

Fyzikálne vlastnosti

Vysoká teplota a tlak výrazne menia svoje kvality, ale za normálnych podmienok:

Má vysokú tepelnú vodivosť v porovnaní s inými plynmi,

Netoxický a zle rozpustný vo vode,

S hustotou 0,0899 g / l pri 0 ° C a 1 atm.,

Pri teplote -252,8 ° C sa mení na kvapalinu

Tvrdne pri -259,1 ° C,

Merné spaľovacie teplo 120,9,106 J / kg.

Na premenu na tekutinu resp pevné skupenstvo je potrebný vysoký tlak a veľmi nízke teploty. V skvapalnenom stave je tekutý a ľahký.

Chemické vlastnosti

Pod tlakom a po ochladení (-252,87 g. C) vodík nadobúda kvapalné skupenstvo, ktoré je ľahšie ako akýkoľvek analóg. Zaberá v ňom menej miesta ako v plynnej forme.

Je to typický nekov. V laboratóriách sa získava reakciou kovov (napríklad zinku alebo železa) so zriedenými kyselinami. Za normálnych podmienok je neaktívny a reaguje iba s aktívnymi nekovmi. Vodík môže oddeľovať kyslík od oxidov a redukovať kovy od zlúčenín. On a jeho zmesi tvoria vodíkovú väzbu s niektorými prvkami.

Plyn sa dobre rozpúšťa v etanole a v mnohých kovoch, najmä paládiu. Striebro ho nerozpúšťa. Vodík sa môže oxidovať pri spaľovaní v kyslíku alebo na vzduchu a pri interakcii s halogénmi.

Pri kombinácii s kyslíkom vzniká voda. Ak je teplota normálna, potom je reakcia pomalá, ak je vyššia ako 550 ° C - s výbuchom (premení sa na výbušný plyn).

Nájdenie vodíka v prírode

Aj keď je na našej planéte veľa vodíka, nie je ľahké ho nájsť v čistej podobe. Len málo sa dá nájsť pri sopečných erupciách, pri výrobe ropy a na mieste rozkladu organických látok.

Viac ako polovica z celkového množstva je v zmesi s vodou. Je tiež zahrnutá v štruktúre oleja, rôznych ílov, horľavých plynov, živočíchov a rastlín (prítomnosť 50% v každej živej bunke podľa počtu atómov).

Vodíkový cyklus v prírode

Každý rok sa vo vodných útvaroch a pôde rozloží kolosálne množstvo (miliardy ton) rastlinných zvyškov a tento rozklad vystrekne do atmosféry obrovskú masu vodíka. Uvoľňuje sa tiež pri akejkoľvek fermentácii spôsobenej baktériami, spaľovaním a spolu s kyslíkom sa podieľa na kolobehu vody.

Aplikácie vodíka

Ľudstvo tento prvok aktívne využíva pri svojich činnostiach, takže sme sa naučili, ako ho v priemyselnom meradle získať pre:

Meteorológia, chemická výroba;

Výroba margarínu;

Ako palivo pre rakety (kvapalný vodík);

Elektrický priemysel na chladenie elektrických generátorov;

Zváranie a rezanie kovov.

Masa vodíka sa používa na výrobu syntetického benzínu (na zlepšenie kvality nekvalitného paliva), amoniaku, chlorovodíka, alkoholov a iných materiálov. Jadrová energia aktívne používa svoje izotopy.

Droga "peroxid vodíka" sa široko používa v metalurgii, elektronickom priemysle, výrobe celulózy a papiera, na bielenie plátna a bavlny, na výrobu farieb na vlasy a kozmetiky, polymérov a v medicíne na ošetrenie rán.

„Výbušná“ povaha tohto plynu sa môže stať smrteľnou zbraňou - vodíkovou bombou. Jeho explózia je sprevádzaná uvoľňovaním obrovského množstva rádioaktívnych látok a je deštruktívna pre všetko živé.

Kontakt medzi tekutým vodíkom a pokožkou môže viesť k silným a bolestivým omrzlinám.

Zvážte, čo je vodík. Chemické vlastnosti a výroba tohto nekovu sú študované v škole pomocou anorganickej chémie. Práve tento prvok stojí v čele periodického systému Mendelejeva, a preto si zaslúži podrobný popis.

Stručné informácie o otvorení položky

Pred zvážením fyzickej a chemické vlastnosti vodík, poďme zistiť, ako sa tento dôležitý prvok našiel.

Chemici, ktorí pracovali v šestnástom a sedemnástom storočí, vo svojich prácach opakovane spomínali horľavý plyn, ktorý sa uvoľňuje pri vystavení kyselinám aktívnym kovom. V druhej polovici osemnásteho storočia sa G. Cavendishovi podarilo zhromaždiť a analyzovať tento plyn a pomenovať ho „horľavý plyn“.

Fyzikálne a chemické vlastnosti vodíka v danom čase 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“. Vodík vďačí za svoje moderné ruské meno M.F.Solovievovi.

Byť v prírode

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

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

Vodík vo forme plazmy tvorí 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 si všimneme, že za normálnych podmienok je to plynná látka ľahšia ako vzduch a má niekoľko izotopových foriem. Je takmer nerozpustný vo vode a má vysokú tepelnú vodivosť. Protium, ktoré má hmotnostné číslo 1, sa považuje za jeho najľahšiu formu. Trícium, ktoré má rádioaktívne vlastnosti, sa prirodzene vytvára z atmosférického dusíka, keď je neurónmi vystavené UV lúčom.

Vlastnosti štruktúry molekuly

Aby sme zvážili chemické vlastnosti vodíka, reakcie, ktoré sú preň charakteristické, poďme sa venovať vlastnostiam jeho štruktúry. Táto dvojatómová molekula má kovalentnú nepolárnu chemickú väzbu. Tvorba atómového vodíka je možná 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 vytvára, vykazuje oxidačný stav +1, čo ho robí podobným ako aktívne (alkalické) kovy. 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.

Nižšie je uvedená rovnica reakcií charakterizujúcich chemické vlastnosti vodíka. Upozorňujeme na skutočnosť, že ako nekovový (s oxidačným stavom -1) pôsobí iba pri reakcii s aktívnymi kovmi, pričom s nimi vytvára zodpovedajúce hydridy.

Pri bežných teplotách vodík neaktívne interaguje s inými látkami, takže väčšina reakcií prebieha až po predbežnom zahriatí.

Pozrime sa podrobnejšie na niektoré z chemických interakcií prvku, ktorý stojí v čele Mendelejevovej periodickej tabuľky chemických prvkov.

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

Medzi chemickými vlastnosťami plynného vodíka, ktoré si našli významné uplatnenie v priemysle, je zaujímavá jeho interakcia s oxidmi kovov. V modernom priemysle sa katalytickou hydrogenáciou spracúvajú oxidy kovov, napríklad čistý kov sa izoluje z vodného kameňa (zmesný oxid železa). Táto metóda umožňuje efektívne spracovanie kovového šrotu.

V modernom chemickom priemysle je tiež dopyt po syntéze amoniaku, ktorá spočíva vo vzájomnom pôsobení vodíka s dusíkom vo vzduchu. Medzi podmienkami tejto chemickej interakcie zaznamenávame tlak a teplotu.

Záver

Je to vodík, ktorý je za normálnych podmienok chemickou látkou s nízkou aktivitou. So zvyšovaním teploty sa jeho aktivita výrazne zvyšuje. Táto látka je žiadaná v organickej syntéze. Napríklad ketóny môžu byť redukované na sekundárne alkoholy hydrogenáciou a aldehydy môžu byť prevedené na primárne alkoholy. Ďalej je možné pomocou hydrogenácie prevádzať nenasýtené uhľovodíky triedy etylénu a acetylénu na nasýtené zlúčeniny metánovej série. Vodík je právom považovaný za jednoduchú látku v dopyte v modernej chemickej výrobe.

Vodík H je chemický prvok, jeden z najhojnejších v našom vesmíre. Hmotnosť vodíka ako prvku v zložení látok je 75% z celkového obsahu atómov iného typu. Vstupuje do najdôležitejšieho a najdôležitejšieho spojenia na planéte - do vody. Charakteristickým znakom vodíka je tiež to, že je prvým prvkom v periodickej tabuľke chemických prvkov D. I. Mendeleeva.

Objav a prieskum

Prvé zmienky o vodíku v spisoch Paracelsa pochádzajú zo šestnásteho storočia. Ale jeho oddelenie od plynnej zmesi vzduchu a štúdium jeho horľavých vlastností uskutočnil vedec Lemery už v sedemnástom storočí. Vodík dôkladne preštudoval anglický chemik, fyzik a prírodovedec, ktorý empiricky dokázal, že hmotnosť vodíka je najmenšia v porovnaní s inými plynmi. V ďalších fázach vývoja vedy s ním spolupracovalo veľa vedcov, najmä Lavoisier, ktorý ho nazýval „rodiť vodu“.

Charakteristické pre pozíciu v PSCE

Prvkom, ktorý otvára periodickú tabuľku DI Mendelejeva, je vodík. Fyzikálne a chemické vlastnosti atómu vykazujú určitú dualitu, pretože vodík sa súčasne pripisuje prvej skupine, hlavnej podskupine, ak sa správa ako kov a v procese chemickej reakcie sa vzdá jediného elektrónu, a tiež siedmy - v prípade úplného naplnenia valenčnej škrupiny, teda negatívnej častice, ktorá ju charakterizuje ako podobnú halogénom.

Vlastnosti elektronickej štruktúry prvku

Vlastnosti komplexné látky, ktorého je zahrnutá, a najjednoduchšia látka H2 sú primárne určené elektronickou konfiguráciou vodíka. Častica má jeden elektrón so Z \u003d (-1), ktorý sa na svojej obežnej dráhe otáča okolo jadra obsahujúceho jeden protón s jednotkovou hmotnosťou a kladným nábojom (+1). Jeho elektronická konfigurácia je napísaná ako 1s 1, čo znamená prítomnosť jednej negatívnej častice na úplne prvej a jedinej s-orbitále pre vodík.

Keď sa elektrón oddelí alebo vzdá a atóm tohto prvku má takú vlastnosť, že ho robí príbuzným s kovmi, získa sa katión. Vodíkový ión je v podstate pozitívna elementárna častica. Preto sa vodík zbavený elektrónu jednoducho nazýva protón.

Fyzikálne vlastnosti

Stručne popísaný vodík, je to bezfarebný, mierne rozpustný plyn s relatívnou atómovou hmotnosťou 2, 14,5 krát ľahší ako vzduch, s teplotou skvapalnenia -252,8 stupňov Celzia.

Zo skúseností je zrejmé, že H 2 je najľahší. K tomu stačí naplniť tri guľky rôznymi látkami - vodíkom, oxidom uhličitým, obyčajným vzduchom - a súčasne ich vypustiť z ruky. Ten, ktorý je naplnený CO 2, sa dostane najrýchlejšie k zemi, potom pôjde nafúknutá zmes vzduchu dole a tá, ktorá obsahuje H 2, vystúpi k stropu.

Malá hmotnosť a veľkosť častíc vodíka odôvodňuje jeho schopnosť preniknúť rôzne látky... Na príklade tej istej gule to ľahko vidieť, za pár dní sa sama vyfúkne, pretože plyn jednoducho prejde gumou. Vodík sa tiež môže hromadiť v štruktúre niektorých kovov (paládium alebo platina) a pri zvyšovaní teploty sa z nich odparovať.

Vlastnosť nízkej rozpustnosti vodíka sa v laboratórnej praxi využíva na jeho extrakciu metódou vytesňovania vodíka (v nasledujúcej tabuľke sú uvedené hlavné parametre) určujú rozsah jeho použitia a spôsoby výroby.

Parameter atómu alebo molekuly jednoduchej látky	Hodnota
Atómová hmotnosť (molárna hmotnosť)	1,008 g / mol
Elektronická konfigurácia	1 s 1
Krištáľová bunka	Šesťhranný
Tepelná vodivosť	(300 K) 0,1815 W / (m K)
Hustota pri n. o.	0,08987 g / l
Teplota varu	-252,76 ° C
Merné spaľovacie teplo	120,9 10 6 J / kg
Teplota topenia	-259,2 ° C
Rozpustnosť vo vode	18,8 ml / l

Izotopové zloženie

Rovnako ako mnoho ďalších predstaviteľov periodického systému chemických prvkov, aj vodík má niekoľko prírodných izotopov, to znamená atómov s rovnakým počtom protónov v jadre, ale s iným počtom neutrónov - častíc s nulovým nábojom a jednotkovou hmotnosťou. Príklady atómov s podobnou vlastnosťou sú kyslík, uhlík, chlór, bróm a ďalšie, vrátane rádioaktívnych.

Fyzikálne vlastnosti vodík 1 H, najbežnejší zo zástupcov tejto skupiny, sa významne líši od rovnakých charakteristík svojich náprotivkov. Líšia sa najmä vlastnosti látok, do ktorých sú zahrnuté. Existuje teda obyčajná a deuterovaná voda, ktorá vo svojom zložení obsahuje namiesto atómu vodíka s jediným protónom deutérium 2 H - jeho izotop s dvoma elementárnymi časticami: pozitívnymi a nenabitými. Tento izotop je dvakrát taký ťažký ako bežný vodík, čo vysvetľuje dramatický rozdiel vo vlastnostiach zlúčenín, ktoré tvoria. Deutérium sa v prírode nachádza 3 400-krát menej často ako vodík. Tretím zástupcom je trícium 3 H, v jadre má dva neutróny a jeden protón.

Metódy získavania a izolácie

Laboratórne a priemyselné metódy sú úplne odlišné. Takže v malom množstve sa plyn získava hlavne reakciami zahŕňajúcimi minerály a vo veľkej výrobe sa vo väčšej miere využíva organická syntéza.

V laboratóriu sa používajú tieto chemické interakcie:

V priemyselnom záujme sa plyn získava takými metódami, ako sú:

1. Tepelný rozklad metánu v prítomnosti katalyzátora na jeho zložky jednoduché látky (350 stupňov dosahuje hodnotu takého indikátora ako teplota) - vodík H 2 a uhlík C.
2. Prechod vodnej pary cez koks pri teplote 1000 stupňov Celzia za vzniku oxidu uhličitého CO 2 a H 2 (najbežnejšia metóda).
3. Konverzia plynného metánu na niklový katalyzátor pri teplotách dosahujúcich 800 stupňov.
4. Vodík je vedľajším produktom elektrolýzy vodné roztoky chloridy draselné alebo sodné.

Chemické interakcie: všeobecné ustanovenia

Fyzikálne vlastnosti vodíka do veľkej miery vysvetľujú jeho správanie v reakčných procesoch s jednou alebo inou zlúčeninou. Valencia vodíka je 1, pretože sa nachádza v prvej skupine v periodickej tabuľke, a oxidačný stav je odlišný. Vo všetkých zlúčeninách, s výnimkou hydridov, vodík v s.r. \u003d (1+), v molekulách typu ХН, ХН 2, ХН 3 - (1-).

Molekula plynného vodíka, vytvorená vytvorením zovšeobecneného elektrónového páru, sa skladá z dvoch atómov a je energeticky celkom stabilná, preto je za bežných podmienok trochu inertná a pri zmene normálnych podmienok vstupuje do reakcie. V závislosti od oxidačného stavu vodíka v zložení ďalších látok môže pôsobiť ako oxidačné aj redukčné činidlo.

Látky, s ktorými reaguje a ktoré tvoria vodík

Elementárne interakcie s tvorbou komplexných látok (často pri zvýšených teplotách):

1. Alkalické kovy a kovy alkalických zemín + vodík \u003d hydrid.
2. Halogén + H2 \u003d halogenovodík.
3. Síra + vodík \u003d sírovodík.
4. Kyslík + H2 \u003d voda.
5. Uhlík + vodík \u003d metán.
6. Dusík + H2 \u003d amoniak.

Interakcia s komplexnými látkami:

1. Výroba syntézneho plynu z oxidu uhoľnatého a vodíka.
2. Redukcia kovov z ich oxidov pomocou Н 2.
3. Nasýtenie nenasýtených alifatických uhľovodíkov vodíkom.

Vodíková väzba

Fyzikálne vlastnosti vodíka sú také, že v spojení s elektronegatívnym prvkom mu umožňuje vytvárať špeciálny typ väzby s rovnakým atómom zo susedných molekúl, ktoré majú osamotené elektrónové páry (napríklad kyslík, dusík a fluór). Najjasnejším príkladom, na ktorom je lepšie zvážiť takýto jav, je voda. Dá sa povedať, že sú prešité vodíkovými väzbami, ktoré sú slabšie ako kovalentné alebo iónové, ale vzhľadom na to, že ich je veľa, majú podstatný vplyv na vlastnosti látky. Vodíková väzba je v podstate elektrostatická interakcia, ktorá viaže molekuly vody na diméry a polyméry a odôvodňuje jej vysoký bod varu.

Vodík v minerálnych zlúčeninách

Všetky obsahujú protón - katión atómu, ako je vodík. Látka, ktorej kyslý zvyšok má oxidačný stav väčší ako (-1), sa nazýva viacsýtna zlúčenina. Obsahuje niekoľko atómov vodíka, vďaka čomu je disociácia vo vodných roztokoch viacstupňová. Každý nasledujúci protón sa od zvyšku kyseliny oddeľuje čoraz ťažšie. Jeho kyslosť je určená kvantitatívnym obsahom vodíka v médiu.

Aplikácia v ľudskej činnosti

Fľaše s látkou, ako aj nádoby s inými skvapalnenými plynmi, napríklad s kyslíkom, majú svoju osobitnú vlastnosť vzhľad... Sú namaľované tmavozelenou farbou s jasne červeným nápisom „Hydrogen“. Plyn sa čerpá do valca pri tlaku asi 150 atmosfér. Fyzikálne vlastnosti vodíka, najmä ľahkosť plynných látok agregovaný stav, sa používajú na plnenie balónov, balónov atď., v zmesi s héliom.

Vodík, ktorého fyzikálne a chemické vlastnosti sa ľudia naučili používať pred mnohými rokmi, sa v súčasnosti používa v mnohých priemyselných odvetviach. Väčšina z nich smeruje do výroby amoniaku. Vodík sa tiež podieľa (hafnium, germánium, gálium, kremík, molybdén, volfrám, zirkón a ďalšie) z oxidov, ktoré pôsobia pri reakcii ako redukčné činidlo, kyselín kyanovodíkových a chlorovodíkových, ako aj umelých kvapalných palív. Potravinársky priemysel ho používa na premenu rastlinných olejov na pevné tuky.

Stanovené chemické vlastnosti a použitie vodíka v rôznych procesoch hydrogenácie a hydrogenácie tukov, uhlia, uhľovodíkov, olejov a vykurovacích olejov. Používa sa na výrobu drahých kameňov, žiaroviek, kovania a zvárania kovových výrobkov pod vplyvom kyslíko-vodíkového plameňa.

Kvapalina

Vodík (lat. Hydrogenium; označené symbolom H) - prvý prvok periodickej tabuľky prvkov. Široko rozšírený v prírode. Katión (a jadro) najhojnejšieho izotopu vodíka, 1 H, je protón. Vlastnosti 1H jadra umožňujú široké použitie NMR spektroskopie pri analýze organických látok.

Tri izotopy vodíka majú svoje vlastné názvy: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D) a 3 H - trícium (rádioaktívne) (T).

Jednoduchá látka vodík - H 2 - ľahký bezfarebný plyn. Horľavý a výbušný pri zmiešaní so vzduchom alebo kyslíkom. Netoxický Rozpustíme v etanole a niekoľkých kovoch: železo, nikel, paládium, platina.

História

Vývoj horľavého plynu počas interakcie kyselín a kovov sa pozoroval v XVI. A XVII storočia na úsvite vzniku chémie ako vedy. Michail Vasilievič Lomonosov tiež priamo poukázal na jeho oddelenie, ale už si definitívne uvedomil, že nejde o phlogiston. Anglický fyzik a chemik Henry Cavendish skúmal tento plyn v roku 1766 a nazval ho „horľavý vzduch“. Pri spaľovaní „horľavý vzduch“ produkoval vodu, ale Cavendishovo dodržiavanie teórie flogistónov mu bránilo vyvodiť správne závery. Francúzsky chemik Antoine Lavoisier v spolupráci s inžinierom J. Meunierom pomocou špeciálnych plynomerov v roku 1783 syntetizovali vodu a potom ju analyzovali a rozložili vodnú paru horúcim železom. Tak zistil, že „horľavý vzduch“ je súčasťou vody a dá sa z nej získať.

pôvod mena

Lavoisier dal vodíku názov hydrogène - „zrodenie vody“. Ruský názov „vodík“ navrhol chemik MF Solovyov v roku 1824 - analogicky s „kyslíkom“ Slobodosov.

Prevalencia

Vodík je najhojnejším prvkom vo vesmíre. Tvorí asi 92% všetkých atómov (8% sú atómy hélia, podiel všetkých ostatných prvkov dohromady je menej ako 0,1%). Vodík je teda hlavnou zložkou hviezd a medzihviezdneho plynu. Pri hviezdnych teplotách (napríklad povrchová teplota Slnka je ~ 6000 ° C) existuje vodík vo forme plazmy, v medzihviezdnom priestore tento prvok existuje vo forme jednotlivých molekúl, atómov a iónov a môže vytvárať molekulárne oblaky ktoré sa významne líšia veľkosťou, hustotou a teplotou.

Zemská kôra a živé organizmy

Hmotnostný podiel vodíka v zemská kôra je 1% - toto je desiaty najbežnejší prvok. Jeho úloha v prírode však nie je určená hmotnosťou, ale počtom atómov, ktorých podiel medzi ostatnými prvkami je 17% (druhé miesto za kyslíkom, ktorých podiel atómov je ~ 52%). Preto je význam vodíka v chemických procesoch prebiehajúcich na Zemi takmer taký veľký ako kyslík. Na rozdiel od kyslíka, ktorý na Zemi existuje vo viazanom aj vo voľnom stave, je prakticky všetok vodík na Zemi vo forme zlúčenín; v atmosfére je obsiahnuté iba veľmi malé množstvo vodíka vo forme jednoduchej látky (0,00005% obj.).

Vodík je súčasťou takmer všetkých organických látok a je prítomný vo všetkých živých bunkách. V živých bunkách predstavuje vodík takmer 50% počtu atómov.

Príjem

Priemyselné metódy získavania jednoduchých látok závisia od formy, v ktorej sa v prírode nachádza zodpovedajúci prvok, to znamená, aké môžu byť suroviny na jeho výrobu. Kyslík dostupný vo voľnom stave sa teda získava fyzikálnou metódou - separáciou z kvapalného vzduchu. Takmer všetok vodík je vo forme zlúčenín, preto sa na jeho získanie používajú chemické metódy. Môžu sa použiť najmä rozkladné reakcie. Jednou z metód výroby vodíka je reakcia rozkladu vody elektrickým prúdom.

Hlavnou priemyselnou metódou výroby vodíka je reakcia metánu s vodou, ktorá je súčasťou zemného plynu. Vykonáva sa o vysoká teplota (je ľahké sa ubezpečiť, že pri prechode metánu ani vo vriacej vode nedôjde k žiadnej reakcii):

CH4 + 2H20 \u003d C02 + 4H2 - 165 kJ

V laboratóriu na získanie jednoduchých látok nie je potrebné používať prírodné suroviny, ale vyberať tie východiskové látky, z ktorých je ľahšie izolovať požadovanú látku. Napríklad v laboratóriu sa kyslík nezískava zo vzduchu. To isté platí pre výrobu vodíka. Jeden z laboratórne metódy výroba vodíka, ktorý sa niekedy používa v priemysle, - rozklad vody elektrickým prúdom.

Vodík sa zvyčajne vyrába v laboratóriu interakciou zinku s kyselinou chlorovodíkovou.

V priemysle

1. Elektrolýza vodných roztokov solí:

2NaCl + 2H20 → H2 + 2NaOH + Cl2

2. Prechod vodnej pary cez rozžeravený koks pri teplote asi 1 000 ° C:

H20 + C? H2 + CO

3. Zo zemného plynu.

Konverzia v pare:

CH 4 + H20? CO + 3H 2 (1 000 ° C)

Katalytická oxidácia kyslíkom:

2CH 4 + O 2? 2CO + 4H2

4. Krakovanie a reformácia uhľovodíkov v procese rafinácie ropy.

V laboratóriu

1.Pôsobenie zriedených kyselín na kovy. Na uskutočnenie takejto reakcie sa najčastejšie používa zinok a zriedená kyselina chlorovodíková:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

2.Interakcia vápnika s vodou:

Ca + 2H20 → Ca (OH) 2 + H2

3.Hydrolýza hydridov:

NaH + H20 → NaOH + H2

4.Pôsobenie zásad na zinok alebo hliník:

2Al + 2NaOH + 6H20 → 2Na + 3H2

Zn + 2KOH + 2H20 → K2 + H2

5.Elektrolýzou. Počas elektrolýzy vodných roztokov zásad alebo kyselín sa na katóde uvoľňuje vodík, napríklad:

2H30 + + 2e - → H2 + 2H20

Fyzikálne vlastnosti

Vodík môže existovať v dvoch formách (modifikáciách) - vo forme orto- a para-vodíka. Molekula ortohydrogénu o-H2 (teplota topenia -259,10 ° C, teplota varu -252,56 ° C), rotácie jadier sú smerované rovnakým spôsobom (paralelne) a parahydrogen p-H2 (teplota topenia -259,32 ° C, teplota varu -252,89 ° C) - proti sebe (antiparalelne). Rovnovážna zmes o-H2 a p-H 2 pri danej teplote sa volá rovnovážny vodík e-H 2.

Modifikácie vodíka sa dajú oddeliť adsorpciou na aktívnom uhlí pri teplote kvapalného dusíka. Pri veľmi nízkych teplotách sa rovnováha medzi ortohydrogénom a parahydrogénom takmer úplne posúva smerom k poslednému. Pri 80 K je pomer foriem približne 1: 1. Po zahriatí sa desorbovaný parahydrogén prevedie na ortohydrogén, dokiaľ sa nevytvorí rovnováha zmesi pri teplote miestnosti (orto-pair: 75:25). Bez katalyzátora transformácia prebieha pomaly (v podmienkach medzihviezdneho média - s charakteristickými časmi až kozmologickými), čo umožňuje študovať vlastnosti jednotlivých modifikácií.

Vodík je najľahší plyn, je 14,5-krát ľahší ako vzduch. Je zrejmé, že čím menšia je hmotnosť molekúl, tým vyššia je ich rýchlosť pri rovnakej teplote. Ako najľahšie sa molekuly vodíka pohybujú rýchlejšie ako molekuly iného plynu a môžu tak rýchlejšie prenášať teplo z jedného tela do druhého. Z toho teda vyplýva, že vodík má najvyššiu tepelnú vodivosť spomedzi plynných látok. Jeho tepelná vodivosť je asi sedemkrát vyššia ako tepelná vodivosť vzduchu.

Molekula vodíka je dvojatómová - Н 2. Za normálnych podmienok je to bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. Hustota 0,08987 g / l (n.u.), bod varu -252,76 ° C, špecifické spaľovacie teplo 120,9 × 106 J / kg, ťažko rozpustný vo vode - 18,8 ml / l. Vodík je ľahko rozpustný v mnohých kovoch (Ni, Pt, Pd atď.), Najmä v paládiu (850 objemov na 1 objem Pd). Rozpustnosť vodíka v kovoch je spojená s jeho schopnosťou difundovať cez ne; difúzia cez uhlíkatú zliatinu (napr. oceľ) je niekedy sprevádzaná deštrukciou zliatiny v dôsledku interakcie vodíka s uhlíkom (tzv. dekarbonizácia). Prakticky nerozpustný v striebre.

Kvapalný vodíkexistuje vo veľmi úzkom teplotnom rozmedzí od -252,76 do -259,2 ° C. Je to bezfarebná kvapalina, veľmi ľahká (hustota pri -253 ° C 0,0708 g / cm3) a tekutá (viskozita pri -253 ° C 13,8 cpoise). Kritické parametre vodíka sú veľmi nízke: teplota je -240,2 ° C a tlak je 12,8 atm. To vysvetľuje ťažkosti pri skvapalňovaní vodíka. V kvapalnom stave rovnovážny vodík pozostáva z 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Tuhý vodík, teplota topenia -259,2 ° C, hustota 0,0807 g / cm 3 (pri -262 ° C) - snehová hmota, kryštály hexagonálneho systému, vesmírna skupina P6 / mmc, parametre bunky a=3,75 c\u003d 6.12. Pri vysokom tlaku sa vodík transformuje do kovového stavu.

Izotopy

Vodík sa vyskytuje vo forme troch izotopov, ktoré majú jednotlivé názvy: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D), 3 H - trícium (rádioaktívne) (T).

Protium a deutérium sú stabilné izotopy s hmotnostnými číslami 1 a 2. Ich obsah v prírode je 99,9885 ± 0,0070% a 0,0115 ± 0,0070%. Tento pomer sa môže mierne líšiť v závislosti od zdroja a spôsobu výroby vodíka.

Izotop vodíka 3H (trícium) je nestabilný. Jeho polčas je 12,32 rokov. Trícium sa v prírode nachádza vo veľmi malom množstve.

Literatúra obsahuje aj údaje o izotopoch vodíka s hmotnostnými číslami 4–7 a polčasmi 10–22–10–23 s.

Prírodný vodík sa skladá z molekúl H 2 a HD (deuterid vodíka) v pomere 3 200: 1. Obsah čistého vodíka deutéria D2 je ešte nižší. Pomer koncentrácií HD a D2 je približne 6400: 1.

Zo všetkých izotopov chemických prvkov sa fyzikálne a chemické vlastnosti izotopov vodíka navzájom líšia najviac. Je to spôsobené najväčšou relatívnou zmenou atómových hmotností.

	Teplota topenie, K	Teplota vriaci, K	Triple bodka, K / kPa	Kritické bodka, K / kPa	Hustota kvapalina / plyn, kg / m³

Deutérium a trícium majú tiež orto a para modifikácie: p-D 2, o-D 2, p-T 2, o-T 2. Heteroizotopový vodík (HD, HT, DT) nemá žiadne orto- a para-modifikácie.

Chemické vlastnosti

Frakcia disociovaných molekúl vodíka

Molekuly vodíka H 2 sú dosť silné a na to, aby vodík mohol reagovať, je potrebné vynaložiť veľa energie:

H2 \u003d 2H - 432 kJ

Preto pri bežných teplotách vodík reaguje iba s veľmi aktívnymi kovmi, ako je vápnik, za vzniku hydridu vápenatého:

Ca + H2 \u003d CaH2

a s jediným nekovovým - fluórom, ktorý vytvára fluorovodík:

Vodík reaguje s väčšinou kovov a nekovov pri zvýšených teplotách alebo pod inými vplyvmi, napríklad pri osvetlení:

О 2 + 2Н 2 \u003d 2Н 2 О

Môže „odoberať“ kyslík z niektorých oxidov, napríklad:

CuO + H2 \u003d Cu + H20

Písaná rovnica odráža redukčné vlastnosti vodíka.

N2 + 3H2 → 2NH3

Tvorí halogénvodíky s halogénmi:

F 2 + H 2 → 2 HF, reakcia prebieha výbuchom v tme a pri akejkoľvek teplote,

Cl2 + H2 → 2HCl, reakcia prebieha výbuchom, iba na svetle.

Pri zahrievaní reaguje so sadzami:

C + 2H2 → CH4

Interakcia s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín

Pri interakcii s aktívnymi kovmi vytvára vodík hydridy:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg + H2 → MgH2

Hydridy - slané, tuhé látky, ľahko hydrolyzovateľné:

CaH2 + 2H20 → Ca (OH) 2 + 2H2

Interakcia s oxidmi kovov (zvyčajne d-prvkami)

Oxidy sa redukujú na kovy:

CuO + H2 → Cu + H20

Fe203 + 3H2 → 2Fe + 3H20

WO 3 + 3H2 → W + 3H20

Hydrogenácia organických zlúčenín

Molekulárny vodík sa široko používa v organickej syntéze na redukciu organické zlúčeniny... Tieto procesy sa nazývajú hydrogenačné reakcie... Tieto reakcie sa uskutočňujú v prítomnosti katalyzátora pri zvýšenom tlaku a teplote. Katalyzátor môže byť buď homogénny (napríklad Wilkinsonov katalyzátor) alebo heterogénny (napríklad Raneyov nikel, paládium-uhlík).

Teda najmä pri katalytickej hydrogenácii nenasýtených zlúčenín, ako sú alkény a alkíny, vznikajú nasýtené zlúčeniny - alkány.

Vodíková geochémia

Voľný vodík H 2 je v suchozemských plynoch pomerne zriedkavý, ale vo forme vody hrá mimoriadne dôležitú úlohu v geochemických procesoch.

Vodík môže byť súčasťou minerálov vo forme amónneho iónu, hydroxylového iónu a kryštálovej vody.

V atmosfére sa vodík nepretržite vyrába rozkladom vody slnečným žiarením. S malou hmotnosťou majú molekuly vodíka vysokú rýchlosť difúzneho pohybu (je blízka druhej kozmickej rýchlosti) a padajúc do horných vrstiev atmosféry môžu lietať do vesmíru.

Vlastnosti liečby

Pri zmiešaní so vzduchom vytvára vodík výbušnú zmes - takzvaný výbušný plyn. Tento plyn má najväčšiu výbušnosť, keď je objemový pomer vodíka a kyslíka 2: 1 alebo vodíka a vzduchu približne 2: 5, pretože vzduch obsahuje asi 21% kyslíka. Vodík je tiež nebezpečný pre požiar. Kvapalný vodík môže pri kontakte s pokožkou spôsobiť vážne omrzliny.

Výbušné koncentrácie vodíka s kyslíkom vznikajú od 4% do 96% objemových. Pri zmiešaní so vzduchom od 4% do 75 (74)% objemu.

Ekonomika

Cena vodíka pri veľkoobchodných dodávkach kolíše v rozmedzí 2 - 5 dolárov za kg.

Aplikácia

Atómový vodík sa používa na atómové zváranie vodíkom.

Chemický priemysel

• Pri výrobe amoniaku, metanolu, mydla a plastov
• Pri výrobe margarínu z tekutých rastlinných olejov
• Registrovaný ako prísada do potravín E949 (baliaci plyn)

Potravinársky priemysel

Letecký priemysel

Vodík je veľmi ľahký a vždy stúpa vo vzduchu. Kedysi boli vzducholode a balóny naplnené vodíkom. Ale v 30. rokoch. XX storočia došlo k niekoľkým katastrofám, počas ktorých vzducholode explodovali a zhoreli. V našej dobe sú vzducholode naplnené héliom, a to aj napriek jeho výrazne vyšším nákladom.

Palivo

Ako palivo pre rakety sa používa vodík.

V súčasnosti prebiehajú výskumy týkajúce sa používania vodíka ako paliva pre osobné a nákladné automobily. Vodíkové motory neznečisťujú prostredie a vylučujú iba vodnú paru.

Vodíkové kyslíkové palivové články používajú vodík na priamu premenu energie z chemickej reakcie na elektrickú energiu.

„Kvapalný vodík“ („LH“) je kvapalný agregovaný stav vodíka s nízkou špecifickou hmotnosťou 0,07 g / cm³ a \u200b\u200bkryogénnymi vlastnosťami s bodom tuhnutia 14,01 K (–259,14 ° C) a bodom varu 20,28 K (–252,87 ° C). C). Je to bezfarebná kvapalina bez zápachu, ktorá sa po zmiešaní so vzduchom klasifikuje ako výbušnina s rozsahom horľavosti 4 - 75%. Rotačný pomer izomérov v kvapalnom vodíku je: 99,79% - parahydrogen; 0,21% - ortohydrogén. Koeficient rozťažnosti vodíka pri zmene stavu agregácie na plynný je 848: 1 pri 20 ° C.

Rovnako ako v prípade iného plynu vedie skvapalnenie vodíka k zmenšeniu jeho objemu. Po skvapalnení sa „LH“ skladuje v tepelne izolovaných nádobách pod tlakom. Kvapalný vodík (rus. Kvapalný vodík, LH2, ĽH 2) sa aktívne používa v priemysle ako forma skladovania plynu a v kozmickom priemysle ako raketové palivo.

História

Prvé zdokumentované použitie umelého chladenia v roku 1756 uskutočnil anglický vedec William Cullen, Gaspard Monge ako prvý získal tekutý stav oxidu síry v roku 1784, Michael Faraday ako prvý získal skvapalnený amoniak, americký vynálezca Oliver Evans ako prvý vyvinul chladiaci kompresor v roku 1805, Jacob Perkins ako prvý patentoval chladiaci stroj v roku 1834 a John Gorey ako prvý patentoval klimatizáciu v USA v roku 1851. Werner Siemens navrhol koncepciu regeneratívneho chladenia v roku 1857, Karl Linde patentoval zariadenie na výrobu kvapalného vzduchu pomocou kaskády „Joule-Thomsonov expanzný efekt“ a regeneratívne chladenie v roku 1876. V roku 1885 poľský fyzik a chemik Zygmund Wrobblewski zverejnil kritickú teplotu vodíka 33 K a kritický tlak 13,3 atm. a bod varu pri 23 K. Vodík prvýkrát skvapalnil James Dewar v roku 1898 pomocou regeneratívneho chladenia a jeho vynálezu, Dewarovej nádoby. Prvú syntézu stabilného izoméru kvapalného vodíka - parahydrogénu - uskutočnili Paul Hartek a Karl Bonhoeffer v roku 1929.

Odstreďujte izoméry vodíka

Vodík pri izbovej teplote pozostáva hlavne z spinového izoméru, ortohydrogénu. Po výrobe je kvapalný vodík v metastabilnom stave a musí sa premeniť na parahydrogénnu formu, aby sa zabránilo výbušnej exotermickej reakcii, ku ktorej dochádza pri zmene pri nízkych teplotách. Konverzia na parahydrogénovú fázu sa zvyčajne uskutočňuje pomocou katalyzátorov, ako je oxid železitý, oxid chrómu, aktívne uhlie, azbest potiahnutý platinou, kovy vzácnych zemín alebo pomocou prísad uránu alebo niklu.

Použitím

Kvapalný vodík sa môže používať ako forma skladovania paliva pre spaľovacie motory a palivové články. Pomocou tejto agregovanej formy vodíka boli vytvorené rôzne ponorky (projekty 212A a 214, Nemecko) a koncepty prepravy vodíka (pozri napríklad „DeepC“ alebo „BMW H2R“). Z dôvodu blízkosti štruktúr môžu tvorcovia zariadení na „ZhV“ používať alebo upravovať iba systémy využívajúce skvapalnený zemný plyn („LNG“). Kvôli nižšej objemovej hustote energie však spaľovanie vyžaduje väčší objem vodíka ako zemný plyn. Ak sa v piestových motoroch použije namiesto „CNG“ kvapalný vodík, zvyčajne je potrebný objemnejší palivový systém. Pri priamom vstrekovaní znižujú zvýšené straty nasávania plniace valce.

Kvapalný vodík sa tiež používa na chladenie neutrónov v experimentoch s rozptylom neutrónov. Hmotnosti neutrónu a jadra vodíka sú si prakticky rovnaké, preto je najúčinnejšia výmena energie pri pružnej kolízii.

Výhody

Výhodou použitia vodíka sú „nulové emisie“ jeho použitia. Produktom jeho interakcie so vzduchom je voda.

Prekážky

Jeden liter "ZhV" váži iba 0,07 kg. To znamená, že jeho špecifická hmotnosť je 70,99 g / l pri 20 K. Kvapalný vodík vyžaduje technológiu kryogénneho skladovania, napríklad špeciálne tepelne izolované nádoby, a vyžaduje špeciálnu manipuláciu, ktorá je typická pre všetky kryogénne materiály. Z tohto hľadiska je blízky tekutému kyslíku, vyžaduje si však väčšiu opatrnosť z dôvodu nebezpečenstva požiaru. Aj pri tepelne izolovaných nádobách je ťažké udržiavať ich na nízkej teplote potrebnej na udržanie ich tekutosti (obvykle sa odparuje rýchlosťou 1% za deň). Pri manipulácii s ním musíte tiež dodržiavať obvyklé bezpečnostné opatrenia pri práci s vodíkom - je dostatočne chladný na to, aby skvapalnil vzduch, ktorý je výbušný.

Raketové palivo

Kvapalný vodík je bežnou súčasťou raketových pohonných látok používaných na tryskové zrýchlenie nosných rakiet a kozmických lodí. Vo väčšine raketových motorov na kvapalný palivo poháňaných vodíkom sa najskôr používa na regeneratívne ochladenie trysky a iných častí motora, potom sa zmieša s oxidačným prostriedkom a spaľuje sa, aby sa vytvoril ťah. Použité moderné motory H 2 / O 2 spotrebúvajú obohatenú palivovú zmes, ktorá vedie k určitému nespálenému vodíku vo výfukových plynoch. Okrem zvýšenia špecifického impulzu motora znížením molekulovej hmotnosti ďalej znižuje eróziu trysky a spaľovacej komory.

Takéto prekážky pri používaní „LH“ v iných oblastiach, ako napríklad kryogénna povaha a nízka hustota, sú v tomto prípade tiež limitujúcim faktorom. Pre rok 2009 existuje iba jedna nosná raketa (LV Delta-4), ktorá je úplne vodíkovou raketou. „ZhV“ sa v zásade používa buď na horných stupňoch rakiet, alebo na blokoch, ktoré vykonávajú významnú časť práce pri umiestňovaní užitočného zaťaženia do vesmíru vo vákuu. Ako jedno z opatrení na zvýšenie hustoty tohto typu paliva existujú návrhy na použitie kašovitého vodíka, to znamená polozmrazenej formy „ZhV“.

Prednáška 29

Vodík. Voda

Plán prednášok:

Voda. Chemické a fyzikálne vlastnosti

Úloha vodíka a vody v prírode

Vodík ako chemický prvok

Vodík je jediným prvkom periodického systému DI Mendelejeva, ktorého umiestnenie je nejednoznačné. On chemický symbol zaznamenané dvakrát v periodickej tabuľke: v skupinách IA aj VIIA. Je to spôsobené tým, že vodík má množstvo vlastností, ktoré ho spájajú s alkalickými kovmi aj s halogénmi (tabuľka 14).

Tabuľka 14

Porovnanie vlastností vodíka s vlastnosťami alkalických kovov a halogénov

Podobnosť s alkalickými kovmi	Podobnosť s halogénmi
Na úrovni vonkajšej energie obsahujú atómy vodíka jeden elektrón. Vodík patrí k s-prvkom	Až do dokončenia vonkajšej a jedinej úrovne chýba atómom vodíka, podobne ako atómom halogénu, jeden elektrón
Vodík má redukčné vlastnosti. V dôsledku oxidácie získa vodík oxidačný stav +1, ktorý sa najčastejšie nachádza v jeho zlúčeninách.	Vodík má rovnako ako halogény v zlúčeninách s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín oxidačný stav -1, čo potvrdzuje jeho oxidačné vlastnosti.
Predpokladá sa prítomnosť pevného vodíka v priestore s kovovou kryštálovou mriežkou.	Rovnako ako fluór a chlór, aj vodík je za normálnych podmienok plyn. Jeho molekuly, podobne ako halogénové molekuly, sú dvojatómové a vznikajú vďaka kovalentnej nepolárnej väzbe

V prírode vodík existuje vo forme troch izotopov s hmotnostnými číslami 1, 2 a 3: protium 1 1 H, deutérium 2 1 D a trícium 3 1 T. Prvé dva sú stabilné izotopy a tretí je rádioaktívny. V prírodnej zmesi izotopov prevláda protium. Kvantitatívne pomery medzi izotopmi H: D: T sú 1: 1,46 10-5: 4,00 10-15.

Zlúčeniny izotopov vodíka sa navzájom líšia vlastnosťami. Napríklad teplota varu a teplota tuhnutia ľahkej protickej vody (H20) sa rovná - 100 ° C a 0 ° C a deutérium (D20) - 101,4 ° C a 3,8 ° C. miera reakcií zahŕňajúcich ľahkú vodu je vyššia ako ťažká voda.

Vo vesmíre je vodík najhojnejším prvkom - predstavuje asi 75% hmotnosti vesmíru alebo viac ako 90% všetkých jeho atómov. Vodík je súčasťou vody v jej najdôležitejšom geologickom obale Zeme - hydrosfére.

Vodík tvorí spolu s uhlíkom všetky organické látky, to znamená, že je súčasťou živého plášťa Zeme - biosféry. V zemskej kôre - litosfére - je hmotnostný obsah vodíka iba 0,88%, to znamená, že je na 9. mieste medzi všetkými prvkami. Vzduchový plášť Zeme - atmosféra obsahuje menej ako milióntu časť celkového objemu, ktorý možno pripísať molekulárnemu vodíku. Nachádza sa iba v horných vrstvách atmosféry.

Výroba a použitie vodíka

Prvýkrát získal vodík v 16. storočí stredoveký lekár a alchymista Paracelsus, keď bola železná doska ponorená do kyselina sírová, a v roku 1766 anglický chemik Henry Cavendish dokázal, že vodík sa získava nielen interakciou železa s kyselinou sírovou, ale aj iných kovov s inými kyselinami. Cavendish tiež prvýkrát popísal vlastnosti vodíka.

IN laboratórium podmienky vodíka:

1. Interakcia kovov s kyselinou:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

2. Interakcia alkalických kovov a kovov alkalických zemín s vodou

2Na + 2H20 → 2NaOH + H2

Ca + 2H20 → Ca (OH) 2 + H2

IN priemysel vodík sa získava nasledujúcimi spôsobmi:

1. Elektrolýza vodných roztokov solí, kyselín a zásad. Najčastejšie používané riešenie stolová soľ:

2NaCl + 2H20 → el. súčasný H2 + Cl2 + NaOH

2. Spätné získavanie vodnej pary horúcim koksom:

С + Н 2 О → t СО + Н 2

Výsledná zmes oxidu uhoľnatého a vodíka sa nazýva vodný plyn (syntetický plyn),a je široko používaný na syntézu rôznych chemických produktov (amoniak, metanol atď.). Na extrakciu vodíka z vodného plynu sa oxid uhoľnatý pri zahrievaní s vodnou parou mení na oxid uhličitý:

CO + H2 → tCO2 + H2

3. Kúrenie metán v prítomnosti vodnej pary a kyslíka. Táto metóda je v súčasnosti hlavná:

2СН 4 + О 2 + 2Н 2 О → t 2СО 2 + 6Н 2

Vodík sa široko používa na:

1. priemyselná syntéza amoniaku a chlorovodíka;

2. výroba metanolu a syntetického kvapalného paliva v zložení syntézneho plynu (2 objemy vodíka a 1 objem CO);

3. hydrogenačná rafinácia a hydrokrakovanie ropných frakcií;

4. hydrogenácia tekutých tukov;

5. rezanie a zváranie kovov;

6. získanie volfrámu, molybdénu a rénia z ich oxidov;

7. vesmírne motory ako palivo.

8. Vo fúznych reaktoroch sa ako palivo používajú izotopy vodíka.

Fyzikálne a chemické vlastnosti vodíka

Vodík je bezfarebný plyn bez chuti a zápachu. Hustota pri n.u. 0,09 g / l (14-krát ľahší ako vzduch). Vodík je zle rozpustný vo vode (iba 2 objemy plynu na 100 objemov vody), ale je dobre absorbovaný d-kovmi - niklom, platinou, paládiom (v jednom objeme paládia sa rozpúšťa až 900 objemov vodíka).

IN chemické reakcie vodík vykazuje redukčné aj oxidačné vlastnosti. Vodík najčastejšie pôsobí ako redukčné činidlo.

1. Interakcia s nekovmi... Vodík vytvára prchavé zlúčeniny vodíka s nekovmi (pozri prednášku 25).

S halogénmi reakčná rýchlosť a podmienky priebehu sa menia z fluóru na jód: vodík reaguje s fluórom výbuchom aj v tme, s chlórom reakcia prebieha celkom pokojne s miernym ožiarením svetlom, s brómom a jódom sú reakcie reverzibilné a postupujte iba pri zahriatí:

H 2 + F 2 → 2 HF

H2 + Cl2 → hν 2HCI

H2 + I2 → t2HI

S kyslíkom a síra reaguje s vodíkom pri miernom zahriatí. Nazýva sa zmes kyslíka a vodíka v pomere 1: 2 výbušný plyn:

Н 2 + О 2 → t Н 2 О

H 2 + S → t H 2 S

S dusíkom, fosforom a uhlíkom reakcia nastáva zahrievaním, zvýšeným tlakom a v prítomnosti katalyzátora. Reakcie sú reverzibilné:

3H2 + N2 → kat., P, t2NH3

2H 2 + 3P → kat., P, t3PH3

H 2 + C → kat., P, t CH4

2. Interakcia s komplexnými látkami. Pri vysokých teplotách vodík redukuje kovy z ich oxidov:

CuO + H2 → t Cu + H20

3. Kedy interakcia s alkalickými a kovy alkalických zemín vodík vykazuje oxidačné vlastnosti:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

4. Interakcia s organická hmota. Vodík aktívne interaguje s mnohými organickými látkami, také reakcie sa nazývajú hydrogenačné reakcie. Podobným reakciám sa budeme podrobnejšie venovať v tretej časti zbierky „Organická chémia“.