مركب الأكسجين والهيدروجين. هيدروجين. الحصول على الخصائص الفيزيائية والكيميائية

في النظام الدوري ، لها موقعها الخاص الذي يعكس الخصائص التي تعرضها وتتحدث عن هيكلها الإلكتروني. ومع ذلك ، من بين كل ذرة خاصة واحدة تحتل خليتين في وقت واحد. وهي تقع في مجموعتين من العناصر المتناقضة تمامًا في خصائصها الظاهرة. هذا هيدروجين. هذه الميزات تجعلها فريدة من نوعها.

الهيدروجين ليس مجرد عنصر ، ولكنه أيضًا مادة بسيطة ، وأيضًا مكونالعديد من المركبات المعقدة والعناصر الحيوية والعضوية. لذلك ، فإننا ننظر في خصائصه وخصائصه بمزيد من التفصيل.

الهيدروجين كعنصر كيميائي

الهيدروجين هو عنصر من المجموعة الأولى من المجموعة الفرعية الرئيسية ، وكذلك المجموعة السابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية في الفترة الصغيرة الأولى. تتكون هذه الفترة من ذرتين فقط: الهيليوم والعنصر الذي ندرسه. دعونا نصف السمات الرئيسية لموضع الهيدروجين في النظام الدوري.

1. الرقم التسلسلي للهيدروجين هو 1 ، وعدد الإلكترونات هو نفسه ، على التوالي ، وعدد البروتونات هو نفسه. الكتلة الذرية 1.00795. هناك ثلاثة نظائر لهذا العنصر بأعداد كتلتها 1 ، 2 ، 3. ومع ذلك ، تختلف خصائص كل منها اختلافًا كبيرًا ، نظرًا لأن الزيادة في الكتلة حتى بمقدار واحد للهيدروجين تتضاعف على الفور.
2. حقيقة أنه يحتوي على إلكترون واحد فقط على السطح الخارجي يسمح له بإظهار كل من خصائص الأكسدة والاختزال بنجاح. بالإضافة إلى ذلك ، بعد إطلاق الإلكترون ، يظل مدارًا حرًا يشارك في التكوين روابط كيميائيةوفقًا لآلية المتبرع المتلقي.
3. الهيدروجين عامل اختزال قوي. لذلك ، تعتبر المجموعة الأولى من المجموعة الفرعية الرئيسية مكانه الرئيسي ، حيث يقودها أكثر من غيرها معادن نشطة- قلوي.
4. ومع ذلك ، عند التفاعل مع عوامل الاختزال القوية ، مثل المعادن ، على سبيل المثال ، يمكن أن يكون أيضًا عامل مؤكسد يقبل الإلكترون. تسمى هذه المركبات الهيدريدات. على هذا الأساس ، فإنه يرأس المجموعة الفرعية للهالوجينات التي تتشابه معها.
5. بسبب كتلته الذرية الصغيرة جدًا ، يعتبر الهيدروجين أخف عنصر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كثافته منخفضة جدًا أيضًا ، لذا فهو أيضًا معيار للخفة.

وبالتالي ، من الواضح أن ذرة الهيدروجين فريدة تمامًا ، على عكس جميع العناصر الأخرى. وبالتالي ، فإن خصائصه خاصة أيضًا ، والمواد البسيطة والمعقدة المتكونة مهمة جدًا. دعنا نفكر فيها أكثر.

مادة بسيطة

إذا تحدثنا عن هذا العنصر كجزيء ، فيجب أن نقول إنه ثنائي الذرة. وهذا يعني أن الهيدروجين (مادة بسيطة) غاز. ستكتب صيغتها التجريبية على شكل H 2 ، والمعادلة الرسومية - من خلال رابطة سيجما واحدة H-H. آلية تكوين الرابطة بين الذرات تساهمية غير قطبية.

1. إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار.
2. تغويز الفحم - تتضمن العملية تسخين الفحم إلى 1000 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى تكوين الهيدروجين والفحم عالي الكربون.
3. التحليل الكهربائي. هذه الطريقةيمكن استخدامه فقط في المحاليل المائية للأملاح المختلفة ، حيث أن الذوبان لا يؤدي إلى تصريف المياه عند الكاثود.

الطرق المعملية لإنتاج الهيدروجين:

1. التحلل المائي لهيدرات المعادن.
2. تأثير الأحماض المخففة على المعادن النشطة والنشاط المتوسط.
3. تفاعل المعادن الأرضية القلوية والقلوية مع الماء.

لجمع الهيدروجين الناتج ، من الضروري إبقاء أنبوب الاختبار مقلوبًا رأسًا على عقب. بعد كل شيء ، لا يمكن جمع هذا الغاز بالطريقة نفسها ، على سبيل المثال ، ثاني أكسيد الكربون. هذا هيدروجين ، أخف بكثير من الهواء. يتلاشى بسرعة و كميات كبيرةتنفجر عند مزجها بالهواء. لذلك ، يجب قلب الأنبوب. بعد ملئه ، يجب إغلاقه بسدادة مطاطية.

للتحقق من نقاء الهيدروجين المُجمع ، يجب إحضار عود ثقاب مضاء إلى الرقبة. إذا كان القطن أصمًا وهادئًا ، فإن الغاز يكون نظيفًا ، مع الحد الأدنى من شوائب الهواء. إذا كان مرتفعًا وصفيرًا ، فهو متسخ وبه نسبة كبيرة من المكونات الأجنبية.

مجالات الاستخدام

عندما يتم حرق الهيدروجين ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة (الحرارة) بحيث يعتبر هذا الغاز الوقود الأكثر ربحية. بالإضافة إلى ذلك ، فهي صديقة للبيئة. ومع ذلك ، فإن استخدامه في هذا المجال محدود حاليًا. ويرجع ذلك إلى المشاكل غير المدروسة وغير المحلولة المتعلقة بتركيب الهيدروجين النقي ، والذي سيكون مناسبًا للاستخدام كوقود في المفاعلات والمحركات والأجهزة المحمولة ، فضلاً عن غلايات التدفئة السكنية.

بعد كل شيء ، تعتبر طرق الحصول على هذا الغاز باهظة الثمن ، لذا من الضروري أولاً تطوير طريقة خاصة للتوليف. واحد يتيح لك الحصول على المنتج بكميات كبيرة وبأقل تكلفة.

هناك العديد من المجالات الرئيسية التي يتم فيها استخدام الغاز الذي نفكر فيه.

1. التوليفات الكيميائية. بناءً على الهدرجة ، يتم الحصول على الصابون والسمن والبلاستيك. بمشاركة الهيدروجين ، يتم تصنيع الميثانول والأمونيا ، وكذلك المركبات الأخرى.
2. في الصناعات الغذائية- كمادة مضافة E949.
3. صناعة الطيران (بناء الصواريخ ، بناء الطائرات).
4. مجال انتاج الطاقة.
5. علم الارصاد الجوية.
6. وقود من نوع صديق للبيئة.

من الواضح أن الهيدروجين مهم بقدر ما هو وفير في الطبيعة. تلعب المركبات المختلفة التي تشكلها دورًا أكبر.

مركبات الهيدروجين

هذه مواد معقدة تحتوي على ذرات الهيدروجين. هناك عدة أنواع رئيسية من هذه المواد.

1. هاليدات الهيدروجين. الصيغة العامة- ح هال. أهمية خاصة فيما بينها هو كلوريد الهيدروجين. إنه غاز يذوب في الماء ليشكل محلولًا حمض الهيدروكلوريك. هذا الحمضيستخدم على نطاق واسع في كل شيء تقريبًا التوليفات الكيميائية. وكلاهما عضوي وغير عضوي. كلوريد الهيدروجين هو مركب له الصيغة التجريبية HCL وهو واحد من أكبر المركبات من حيث الإنتاج السنوي في بلدنا. تشتمل هاليدات الهيدروجين أيضًا على يوديد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين وبروميد الهيدروجين. كل منهم يشكلون الأحماض المقابلة.
2. متطايرة كلها تقريبا غازات سامة جدا. على سبيل المثال ، كبريتيد الهيدروجين والميثان والسيلان والفوسفين وغيرها. ومع ذلك ، فهي شديدة الاشتعال.
3. الهيدريدات مركبات بها معادن. إنهم ينتمون إلى فئة الأملاح.
4. الهيدروكسيدات: القواعد والأحماض والمركبات المتذبذبة. يتضمن تكوينها بالضرورة ذرات الهيدروجين ، واحدة أو أكثر. مثال: هيدروكسيد الصوديوم والبوتاسيوم 2 و H 2 SO 4 وغيرها.
5. هيدروكسيد الهيدروجين. يُعرف هذا المركب باسم الماء. اسم آخر لأكسيد الهيدروجين. تبدو الصيغة التجريبية هكذا - H 2 O.
6. بيروكسيد الهيدروجين. هذا هو أقوى عامل مؤكسد ، صيغته H 2 O 2.
7. مركبات عضوية عديدة: هيدروكربونات ، بروتينات ، دهون ، دهون ، فيتامينات ، هرمونات ، الزيوت الأساسيةو اخرين.

من الواضح أن تنوع مركبات العنصر الذي ندرسه كبير جدًا. هذا يؤكد مرة أخرى أهميته العالية بالنسبة للطبيعة والإنسان ، وكذلك لجميع الكائنات الحية.

هو أفضل مذيب

كما ذكر أعلاه ، فإن الاسم الشائع لهذه المادة هو الماء. يتكون من ذرتين هيدروجين وأكسجين ، مترابطين بواسطة روابط تساهمية قطبية. جزيء الماء هو ثنائي القطب ، وهو ما يفسر العديد من خصائصه. على وجه الخصوص ، حقيقة أنه مذيب عالمي.

تحدث جميع العمليات الكيميائية تقريبًا في البيئة المائية. يتم أيضًا إجراء التفاعلات الداخلية لاستقلاب البلاستيك والطاقة في الكائنات الحية بمساعدة أكسيد الهيدروجين.

يعتبر الماء هو الأكثر مادة مهمةعلى الكوكب. من المعروف أنه لا يمكن لأي كائن حي أن يعيش بدونه. على الأرض ، يمكن أن توجد في ثلاث حالات تجميع:

• سائل
• غاز (بخار) ؛
• صلبة (جليد).

اعتمادًا على نظير الهيدروجين الذي يمثل جزءًا من الجزيء ، هناك ثلاثة أنواع من الماء.

1. ضوء أو بروتيوم. نظير عدد كتلته 1. الصيغة هي H 2 O. هذا هو الشكل المعتاد الذي تستخدمه جميع الكائنات الحية.
2. ديوتيريوم أو ثقيل ، صيغته D 2 O. تحتوي على النظير 2 H.
3. ثقيل للغاية أو التريتيوم. تبدو الصيغة مثل T 3 O ، والنظير 3 H.

تعتبر احتياطيات مياه البروتيوم العذبة على هذا الكوكب مهمة للغاية. إنه موجود بالفعل في العديد من البلدان. يتم تطوير طرق لمعالجة المياه المالحة من أجل الحصول على مياه الشرب.

بيروكسيد الهيدروجين علاج عالمي

هذا المركب ، كما ذكر أعلاه ، هو عامل مؤكسد ممتاز. ومع ذلك ، مع وجود ممثلين أقوياء ، يمكن أيضًا أن تتصرف كمخفض. بالإضافة إلى ذلك ، له تأثير مبيد للجراثيم واضح.

اسم آخر لهذا المركب هو بيروكسيد. في هذا الشكل يتم استخدامه في الطب. محلول 3٪ من الهيدرات البلورية للمركب المعني هو الطب الطبيالذي يستخدم لعلاج الجروح الصغيرة من أجل تطهيرها. ومع ذلك ، فقد ثبت أنه في هذه الحالة ، يزداد التئام الجروح بمرور الوقت.

يستخدم بيروكسيد الهيدروجين أيضًا في وقود الصواريخ ، في الصناعة للتطهير والتبييض ، كعامل إرغاء لإنتاج المواد المناسبة (الرغوة ، على سبيل المثال). بالإضافة إلى ذلك ، يساعد البيروكسيد في تنظيف أحواض السمك وتبييض الشعر وتبييض الأسنان. ومع ذلك ، فإنه في نفس الوقت يضر الأنسجة ، لذلك لا ينصح به المتخصصون لهذا الغرض.

مركب الأكسجين الأكثر شهرة والأكثر دراسة هو أكسيده H 2 O - الماء. ماء نقيإنه سائل عديم اللون وشفاف وعديم الرائحة والمذاق. في طبقة سميكة لها لون مخضر مزرق.

يوجد الماء في ثلاث حالات تجمع: صلب - جليدي ، سائل وغازي - بخار الماء.

من كل السائل و المواد الصلبةالماء هو الأكثر حرارة نوعية. نتيجة لهذه الحقيقة ، الماء هو تراكم للحرارة في الكائنات الحية المختلفة.

في ضغط عادينقطة انصهار الجليد هي 0 0 درجة مئوية (273 0 كلفن) ، ونقطة غليان الماء هي +100 0 درجة مئوية (373 0 كلفن). هذه قيم عالية بشكل غير طبيعي. عند T 0 +4 0 C ، يكون للماء كثافة منخفضة تساوي 1 جم / مل. أعلى أو أقل من درجة الحرارة هذه ، تكون كثافة الماء أقل من 1 جم / مل. هذه الميزة تميز الماء عن جميع المواد الأخرى ، والتي تزداد كثافتها بتناقص t 0. عند التبول في الماء الحالة السائلةفي الحالة الصلبة ، هناك زيادة في الحجم: من بين كل 92 حجمًا من الماء السائل ، يتم تكوين 100 حجم من الجليد. كلما زاد الحجم ، تقل الكثافة ، وبالتالي ، فكونه أخف من الماء ، يطفو الجليد دائمًا على السطح.

أظهرت الدراسات التي أجريت على بنية الماء أن جزيء الماء مبني على شكل مثلث ، توجد في الجزء العلوي منه ذرة أكسجين كهربية ، وفي زوايا القاعدة - الهيدروجين. زاوية الرابطة هي 104.27 جزيء الماء قطبي - كثافة الإلكترون تتحول إلى ذرة الأكسجين. يمكن لمثل هذا الجزيء القطبي أن يتفاعل مع جزيء آخر لتشكيل مجاميع أكثر تعقيدًا من خلال تفاعل ثنائيات الأقطاب ومن خلال تكوين روابط هيدروجينية. هذه الظاهرة تسمى ارتباط المياه. يتم تحديد ارتباط جزيئات الماء بشكل أساسي من خلال تكوين روابط هيدروجينية بينها. الوزن الجزيئي للماء في حالة البخار هو 18 ويتوافق مع أبسط معادلاته - H 2 O. في حالات أخرى ، يكون الوزن الجزيئي للماء مضاعفًا لثمانية عشر مرة (18).

ينتج عن القطبية والحجم الصغير للجزيء خصائص ترطيب قوية.

إن ثابت العزل الكهربائي للماء كبير جدًا (81) بحيث يكون له تأثير مؤين قوي على المواد الذائبة فيه ، مما يتسبب في تفكك الأحماض والأملاح والقواعد.

جزيء الماء قادر على الانضمام إلى أيونات مختلفة ، وتشكيل الهيدرات. تتميز هذه المركبات بالاحتكاك النوعي الذي يشبه المركبات المعقدة.

أحد أهم منتجات الإضافة هو أيون الهيدرونيوم - H 3 O ، والذي يتكون نتيجة إضافة H + أيون إلى زوج الإلكترونات الوحيد لذرة الأكسجين.

نتيجة لهذه الإضافة ، يكتسب أيون الهيدرونيوم الناتج شحنة +1.

H + + H 2 O H 3 O +

هذه العملية ممكنة في الأنظمة التي تحتوي على مواد تنفصل عن أيون الهيدروجين.

يتفاعل الماء ، سواء في البرد أو عند تسخينه ، بنشاط مع العديد من المعادن الموجودة في سلسلة النشاط حتى الهيدروجين. في هذه التفاعلات ، تتشكل الأكاسيد أو الهيدروكسيدات المقابلة لها ويتم إزاحة الهيدروجين:

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

2 Na + 2 HOH = 2 NaOH + H 2

Ca + 2 HOH = Ca (OH) 2 + H

ينضم الماء بنشاط كبير إلى الأكاسيد الأساسية والحمضية ، مكونًا الهيدروكسيدات المقابلة:

CaO + H 2 O \ u003d Ca (OH) 2 - قاعدة

P 2 O 5 + 3 H 2 O \ u003d 2 H 3 PO 4 - حمض

الماء ، الذي يتم إرفاقه في هذه الحالات ، يسمى دستوريًا (على عكس التبلور في الهيدرات البلورية).

يتفاعل الماء مع الهالوجينات ، وفي هذه الحالة يتكون خليط من الأحماض:

H 2 + HOH HCl + HClO

معظم خاصية مهمةالماء هو قابليته للذوبان.

الماء هو المذيب الأكثر شيوعًا في الطبيعة والتكنولوجيا. تحدث معظم التفاعلات الكيميائية في الماء. لكن ربما أعلى قيمةلها عمليات بيولوجية وكيميائية حيوية تحدث في الكائنات الحية النباتية والحيوانية بمشاركة البروتينات والدهون والكربوهيدرات والمواد الأخرى في البيئة المائية للجسم.

المركب الثاني للهيدروجين مع الأكسجين هو بيروكسيد الهيدروجين H 2 O 2.

الصيغة الهيكلية H - O - O - H ، الوزن الجزيئي - 34.

الاسم اللاتيني هيدروجين بيروكسيدوم.

تم اكتشاف هذه المادة في عام 1818 من قبل العالم الفرنسي لويس جاك تينارد ، الذي درس تأثير الأحماض المعدنية المختلفة على بيروكسيد الباريوم (BaO 2). في الطبيعة ، يتكون بيروكسيد الهيدروجين أثناء عملية الأكسدة. الأكثر ملاءمة و بطريقة حديثةالحصول على H 2 O 2 هو طريقة التحليل الكهربائي ، والتي تستخدم في الصناعة. يستخدم حمض الكبريتيك أو كبريتات الأمونيوم كمواد أولية.

لقد ثبت من خلال الطرق الفيزيائية والكيميائية الحديثة أن ذرات الأكسجين في بيروكسيد الهيدروجين مرتبطة مباشرة ببعضها البعض بواسطة رابطة تساهمية غير قطبية. الروابط بين ذرات الهيدروجين والأكسجين (بسبب إزاحة الإلكترونات الشائعة نحو الأكسجين) قطبية. لذلك ، جزيء H 2 O 2 هو أيضًا قطبي. تحدث الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات H 2 O 2 ، مما يؤدي إلى ارتباطها بطاقة رابطة O - O تبلغ 210 كيلو جول ، وهي أقل بكثير من طاقة رابطة H - O (470 كيلو جول).

محلول بيروكسيد الهيدروجين- سائل شفاف عديم اللون ، عديم الرائحة أو برائحة غريبة طفيفة ، تفاعل حمضي طفيف. يتحلل بسرعة تحت تأثير الضوء ، عند تسخينه ، عند ملامسته للقلويات ، يتأكسد ويقلل المواد ، ويطلق الأكسجين. يحدث رد فعل: H 2 O 2 \ u003d H 2 O + O

يرجع الاستقرار المنخفض لجزيئات H 2 O 2 إلى هشاشة رابطة O - O.

قم بتخزينه في وعاء زجاجي غامق وفي مكان بارد. تحت تأثير المحاليل المركزة لبيروكسيد الهيدروجين على الجلد ، تتشكل الحروق وتؤذي المنطقة المحروقة.

طلب:في الطب ، يتم استخدام محلول بيروكسيد الهيدروجين بنسبة 3 ٪ كعامل مرقئ ، ومطهر ومزيل للعرق للغسيل والشطف مع التهاب الفم والتهاب اللوزتين ، الأمراض النسائيةوإلخ.

بالتلامس مع إنزيم الكاتلاز (من الدم والقيح والأنسجة) ، فإنه يعمل الأكسجين الذريفي وقت الاستخراج. تأثير H 2 O 2 قصير المدى. تكمن قيمة الدواء في حقيقة أن منتجات التحلل غير ضارة بالأنسجة.

HYDROPERITE مركب معقد من بيروكسيد الهيدروجين مع اليوريا. محتوى بيروكسيد الهيدروجين حوالي 35٪. تطبيق باسم مطهربدلا من بيروكسيد الهيدروجين.

إحدى الخصائص الكيميائية الرئيسية لـ H 2 O 2 هي خصائص الأكسدة والاختزال. حالة أكسدة الأكسجين في H 2 O 2 هي -1 ، أي له قيمة وسيطة بين درجة أكسدة الأكسجين في الماء (-2) والأكسجين الجزيئي (0). لذلك ، يحتوي بيروكسيد الهيدروجين على خصائص كل من عامل مؤكسد وعامل اختزال ، أي يعرض ازدواجية الأكسدة والاختزال. وتجدر الإشارة إلى أن الخواص المؤكسدة لـ H 2 O 2 أكثر وضوحًا من الخصائص المختزلة وتظهر في الوسط الحمضي والقلوي والمحايد. فمثلا:

2 KI + H 2 SO 4 + H 2 O 2 \ u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2 H 2 O

2 أنا - - 2ē → أنا 2 0 1 - في لتر

H 2 O 2 + 2 H + + 2ē → 2 H 2 O 1 - حسنًا

2 أنا - + H 2 O 2 + 2 H + → I 2 + 2 H 2 O

تحت تأثير العوامل المؤكسدة القوية ، يُظهر H 2 O 2 خصائص مختزلة:

2 KMnO 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 SO 4 \ u003d 2 MnSO 4 + 5 O 2 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O

MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn +2 + 4 H 2 O 2 - حسنًا

H 2 O 2 - 2ē → O 2 + 2 H + 5 - in-l

2 MnO 4 - + 5 H 2 O 2 + 16 H + → 2 Mn +2 + 8 H 2 O + 5 O 2 + 10 H +

الاستنتاجات:

1. الأكسجين هو العنصر الأكثر وفرة على وجه الأرض.

في الطبيعة ، يحدث الأكسجين في تعديلين متآصلين: O 2 - ديوكسجين أو "أكسجين عادي" و O 3 - ثلاثي الأكسجين (أوزون).

2. التآصل- تعليم مختلف مواد بسيطةعنصر واحد.

3. التعديلات المتآصلة للأكسجين: الأكسجين والأوزون.

4- مركبات الأكسجين مع الهيدروجين - الماء وبيروكسيد الهيدروجين .

5. يوجد الماء في ثلاث حالات مجمعة: في الحالة الصلبة - الجليد والسائل والغاز - بخار الماء.

6. عند T 0 +4 0 C ، الماء له كثافة تساوي 1 جم / مل.

7. جزيء الماء مبني على شكل مثلث ، يوجد في قمته ذرة أكسجين كهربية ، وفي زوايا القاعدة - الهيدروجين.

8. زاوية التكافؤ هي 104.27

9. جزيء الماء قطبي - كثافة الإلكترون تتحول إلى ذرة الأكسجين.

12. الكبريت. خصائص الكبريت ، بناءً على موقعه في النظام الدوري ، من وجهة نظر نظرية التركيب الذري ، حالات الأكسدة المحتملة ، الخواص الفيزيائية ، التوزيع في الطبيعة ، دور بيولوجيطرق الحصول عليها ، الخواص الكيميائية. . استخدام الكبريت ومركباته في الطب والاقتصاد الوطني.

الكبريت:

أ) أن تكون في الطبيعة

ب) الدور البيولوجي

ب) استخدامها في الطب

ينتشر الكبريت في الطبيعة ويحدث في حالة حرة (الكبريت الأصلي) وفي شكل مركبات - FeSe (بيريت) ، CuS ، Ag 2 S ، PbS ، CaSO 4 ، إلخ. وهو جزء من مركبات مختلفة موجودة في الطبيعة الفحم والزيوت والغازات الطبيعية.

الكبريت هو أحد العناصر المهمة لعمليات الحياة ، لأنه. إنه جزء من البروتينات. نسبة الكبريت في جسم الإنسان 0.25٪. متضمن في الأحماض الأمينية: السيستين ، الجلوتاثيون ، الميثيونين ، إلخ.

خصوصا الكثير من الكبريت في بروتينات الشعر ، القرون ، الصوف. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر الكبريت جزءًا لا يتجزأ من المواد النشطة بيولوجيًا في الجسم: الفيتامينات والهرمونات (مثل الأنسولين).

تم العثور على الكبريت في شكل مركبات في أنسجة عصبية، في الغضاريف والعظام والصفراء. تشارك في عمليات الأكسدة والاختزال في الجسم.

مع نقص الكبريت في الجسم ، وهشاشة العظام وهشاشتها ، لوحظ تساقط الشعر.

يوجد الكبريت في عنب الثعلب والعنب والتفاح والملفوف والبصل والجاودار والبازلاء والشعير والحنطة السوداء والقمح.

أصحاب السجلات: بازيلاء 190 ، فول الصويا 244٪.

في الدرس 22 الخصائص الكيميائية للهيدروجين»من الدورة« كيمياء الدمى»تعرف على المواد التي يتفاعل معها الهيدروجين. اكتشف الخصائص الكيميائية للهيدروجين.

يدخل الهيدروجين تفاعلات كيميائيةمع بسيط و مواد معقدة. رغم ذلك، متى الظروف الطبيعيةالهيدروجين غير نشط. من أجل تفاعله مع المواد الأخرى ، من الضروري تهيئة الظروف: زيادة درجة الحرارة ، واستخدام محفز ، إلخ.

تفاعلات الهيدروجين مع المواد البسيطة

عند تسخينه ، يدخل الهيدروجين في تفاعل تركيبي مع مواد بسيطة - الأكسجين والكلور والنيتروجين والكبريت.

إذا أضرمت النار في الهيدروجين النقي في الهواء ، وخرج من أنبوب مخرج الغاز ، فإنه يحترق بلهب متساوٍ بالكاد يمكن ملاحظته. الآن دعونا نضع أنبوبًا به هيدروجين محترق في وعاء أكسجين (الشكل 95).

يستمر احتراق الهيدروجين ، بينما تظهر قطرات الماء المتكونة نتيجة التفاعل على جدران الجرة:

عندما يحترق الهيدروجين ، يتم إطلاق الكثير من الحرارة. تصل درجة حرارة لهب الأكسجين - الهيدروجين إلى أكثر من 2000 درجة مئوية.

يشير التفاعل الكيميائي للهيدروجين مع الأكسجين إلى تفاعلات مركبة. نتيجة التفاعل يتكون أكسيد الهيدروجين (الماء). هذا يعني أن الهيدروجين يتأكسد بالأكسجين ، أي يمكننا أيضًا أن نطلق على هذا التفاعل تفاعل أكسدة.

ومع ذلك ، إذا تم جمع كمية صغيرة من الهيدروجين في أنبوب اختبار مقلوبًا رأسًا على عقب عن طريق إزاحة الهواء ، ثم تم إحضار عود ثقاب محترق إلى ثقبه ، فحينئذٍ يصدر صوت "نباح" مرتفع لانفجار صغير لمزيج من الهيدروجين و سوف يسمع الهواء. يسمى هذا الخليط "المتفجر".

في ملاحظة: غالبًا ما تكون قدرة الهيدروجين في خليط مع الهواء على تكوين "غاز متفجر" سببًا في حوادث البالونات المملوءة بالهيدروجين. أدى انتهاك إحكام القذيفة إلى نشوب حريق بل وانفجار. الوقت الحاضر بالوناتمليئة بالهيليوم أو الهواء الساخن الذي يضخ باستمرار.

في جو من الكلور ، يحترق الهيدروجين ليشكل مادة معقدة - كلوريد الهيدروجين. في هذه الحالة ، يستمر التفاعل:

يحدث تفاعل الهيدروجين مع النيتروجين عندما حرارة عاليةوالضغط في وجود عامل مساعد. نتيجة التفاعل تتكون الأمونيا NH 3:

إذا تم توجيه تيار من الهيدروجين إلى الكبريت المذاب في أنبوب اختبار ، فسيتم الشعور برائحة البيض الفاسد عند ثقبه. هذه هي الطريقة التي يشم بها غاز كبريتيد الهيدروجين H 2S - نتاج تفاعل الهيدروجين مع الكبريت:

في ملاحظة: الهيدروجين قادر ليس فقط على الذوبان في بعض المعادن ، ولكن أيضًاجيرات معهم. في نفس الوقت يتشكلون مركبات كيميائيةتسمى الهيدريدات (NaH هي هيدريد الصوديوم). تستخدم بعض هيدرات المعادن كوقود في محركات الصواريخعلى الوقود الصلب ، وكذلك في إنتاج الطاقة الحرارية النووية.

تفاعلات الهيدروجين مع المواد المعقدة

يتفاعل الهيدروجين في درجات حرارة مرتفعة ليس فقط مع المواد البسيطة ولكن أيضًا مع المواد المعقدة. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، تفاعلها مع أكسيد النحاس (II) CuO (الشكل 96).

دعونا نمرر الهيدروجين فوق المسحوق الساخن لأكسيد النحاس (II) CuO. مع استمرار التفاعل ، يتغير لون المسحوق من الأسود إلى الأحمر البني. هذا هو لون مادة النحاس البسيطة Cu. أثناء التفاعل ، تظهر قطرات من السائل على الأجزاء الباردة من أنبوب الاختبار. هذا منتج آخر للتفاعل - ماء H 2 O. لاحظ أنه ، على عكس مادة النحاس البسيطة ، فإن الماء مادة معقدة.

معادلة تفاعل أكسيد النحاس الثنائي مع الهيدروجين:

يظهر تفاعل الهيدروجين مع أكسيد النحاس (II) القدرة على سحب الأكسجين من أكسيد الفلز ، وبالتالي استعادة المعدن من هذا الأكسيد. نتيجة لذلك ، هناك استعادة النحاسمن المادة المعقدة CuO إلى النحاس المعدني (Cu).

ردود فعل الانتعاش- هذه تفاعلات تتبرع فيها المواد المعقدة بذرات الأكسجين لمواد أخرى.

تسمى المادة التي تزيل ذرات الأكسجين عامل الاختزال. في التفاعل مع أكسيد النحاس (II) ، يكون عامل الاختزال هو الهيدروجين. يتفاعل الهيدروجين أيضًا مع أكاسيد بعض المعادن الأخرى ، مثل PbO و HgO و MoO 3 و WO 3 وغيرها ، ودائمًا ما ترتبط الأكسدة والاختزال ببعضها البعض. إذا تم أكسدة مادة (H 2) ، فإن الأخرى (CuO) تقل ، والعكس صحيح.

ملخص الدرس:

1. عند تسخينه ، يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين والكلور والنيتروجين والكبريت.
2. الاستعادة هي إعطاء ذرات الأكسجين بواسطة مواد معقدة إلى مواد أخرى.
3. عمليات الأكسدة والاختزال مترابطة.

أتمنى أن يكون الدرس 22 " الخصائص الكيميائية للهيدروجينكان واضحًا وغنيًا بالمعلومات. إذا كان لديك أي أسئلة ، فاكتبها في التعليقات.

التفاعل هيدروجينمع الأكسجينكما أكد السير هنري كافنديش ، يؤدي إلى تكوين الماء. دعنا نتعامل معها مثال بسيطتعلم كيفية التأليف معادلات التفاعلات الكيميائية.
ما يأتي من هيدروجينو الأكسجين، ونحن نعلم بالفعل:

H 2 + O 2 → H 2 O

الآن نأخذ في الاعتبار أن الذرات العناصر الكيميائيةفي التفاعلات الكيميائية لا تختفي ولا تظهر من لا شيء ، لا تتحول إلى بعضها البعض بل تتحد في مجموعات جديدةلتشكيل جزيئات جديدة. هذا يعني أنه في معادلة التفاعل الكيميائي للذرات من كل نوع يجب أن يكون هناك نفس العدد قبلتفاعلات ( اليسارمن علامة التساوي) و بعد، بعدمانهاية رد الفعل ( على اليمينمن علامة التساوي) ، مثل هذا:

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

هذا ما هو عليه معادلة التفاعل - سجل شرطي لتفاعل كيميائي مستمر باستخدام صيغ المواد والمعاملات.

هذا يعني أنه في رد الفعل أعلاه اثنين من الشامات هيدروجينيجب أن تتفاعل مع بواسطة مول واحد الأكسجينوستكون النتيجة اثنين من الشامات ماء.

التفاعل هيدروجينمع الأكسجين- ليست عملية بسيطة على الإطلاق. يؤدي إلى تغيير في حالات أكسدة هذه العناصر. لتحديد المعاملات في مثل هذه المعادلات ، يستخدم المرء عادة الطريقة " توازن إلكتروني".

عندما يتكون الماء من الهيدروجين والأكسجين ، فهذا يعني ذلك هيدروجينغيرت حالة الأكسدة من 0 قبل + أنا، أ الأكسجين- من 0 قبل الثاني. في نفس الوقت ، عدة (ن)الإلكترونات:

يخدم هنا الإلكترونات المتبرعة بالهيدروجين الحد من وكيل، والإلكترونات المستقبلة للأكسجين - عامل مؤكسد.

عوامل مؤكسدة واختزال

لنرى الآن كيف تبدو عمليتا إعطاء واستقبال الإلكترونات بشكل منفصل. هيدروجين، بعد أن اجتمع مع "السارق" - الأكسجين ، يفقد كل خصائصه - إلكترونين ، وتصبح حالة الأكسدة فيه تساوي + أنا:

H 2 0 - 2 ه- = 2Н + أنا

حدث معادلة نصف تفاعل الأكسدةهيدروجين.

واللصوص الأكسجين حوالي 2، بعد أن أخذ آخر إلكترونات من الهيدروجين المؤسف ، مسرور جدًا بحالة الأكسدة الجديدة -II:

يا 2 + 4 ه- = 2O - II

هو - هي معادلة رد فعل نصف الاختزالالأكسجين.

يبقى أن نضيف أن كلاً من "اللصوص" و "ضحيته" فقدوا هويتهم الكيميائية ومن مواد بسيطة - غازات ذات جزيئات ثنائية الذرة ح 2و حوالي 2تصبح جزءًا من الجديد المواد الكيميائية - ماء H 2 O.

علاوة على ذلك ، سوف نجادل على النحو التالي: كم عدد الإلكترونات التي أعطاها المخفض للقطاع المؤكسد ، هذا هو المقدار الذي حصل عليه. يجب أن يكون عدد الإلكترونات التي يتبرع بها عامل الاختزال مساويًا لعدد الإلكترونات التي يقبلها العامل المؤكسد..

لذا عليك معادلة عدد الإلكتروناتفي ردود الفعل النصف الأول والثاني. في الكيمياء ، يُقبل الشكل الشرطي التالي لكتابة معادلات نصف التفاعلات:

هنا ، يعد الرقمان 2 و 1 على يسار القوس المتعرج من العوامل التي ستساعد في ضمان تساوي عدد الإلكترونات المعطاة والمستلمة. نأخذ في الاعتبار أنه في معادلات نصف التفاعلات يتم إعطاء إلكترونين بعيدًا ، ويتم قبول 4. لمعادلة عدد الإلكترونات المستقبلة والمعطاة ، تم العثور على المضاعف المشترك الأقل والعوامل الإضافية. في حالتنا ، المضاعف المشترك الأصغر هو 4. العوامل الإضافية ستكون 2 للهيدروجين (4: 2 = 2) ، وللأكسجين - 1 (4: 4 = 1)
ستكون المضاعفات الناتجة بمثابة معاملات معادلة التفاعل المستقبلية:

2H 2 0 + O 2 0 \ u003d 2H 2 + I O -II

هيدروجين مؤكسدليس فقط عند الاجتماع الأكسجين. تقريبا نفس التأثير على الهيدروجين و الفلور F2، الهالوجين و "السارق" الشهير ، والذي يبدو غير ضار نتروجين العدد 2:

وينتج عنه فلوريد الهيدروجين HFأو الأمونيا NH3.

في كلا المركبين ، حالة الأكسدة هيدروجينيصبح متساويا + أنا، لأنه حصل على شركاء في الجزيء "جشع" لمصلحة إلكترونية لشخص آخر ، مع كهرسلبية عالية - الفلور Fو نتروجين ن. في نتروجينتعتبر قيمة الكهربية مساوية لثلاث وحدات تقليدية ، و y الفلوربشكل عام ، أعلى كهرسلبية بين جميع العناصر الكيميائية هي أربع وحدات. لذلك فلا عجب أنهم يتركون ذرة الهيدروجين الفقيرة بدون أي بيئة إلكترونية.

ولكن هيدروجينيمكن يعيد- تقبل الإلكترونات. يحدث هذا إذا شارك في رد الفعل معها الفلزات القلويةأو الكالسيوم ، الذي يحتوي على كهرسلبية أقل من الهيدروجين.

العنصر الأكثر وفرة في الكون هو الهيدروجين. فيما يتعلق بالنجوم ، لها شكل النوى - البروتونات - وهي مادة للعمليات النووية الحرارية. ما يقرب من نصف كتلة الشمس تتكون أيضًا من جزيئات H 2. يصل محتواها في القشرة الأرضية إلى 0.15٪ ، وتتواجد الذرات في تكوين الزيت ، غاز طبيعي، ماء. إلى جانب الأكسجين والنيتروجين والكربون ، يعد عنصرًا عضويًا يمثل جزءًا من جميع الكائنات الحية على الأرض. في مقالنا سوف ندرس الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدروجين ، ونحدد المجالات الرئيسية لتطبيقه في الصناعة وأهميته في الطبيعة.

الموقف في النظام الدوري للعناصر الكيميائية لمندليف

أول عنصر يتم فتحه النظام الدوريهو الهيدروجين. له الكتلة الذريةهو 1.0079. له نظيران مستقران (بروتيوم وديوتيريوم) ونظير مشع واحد (التريتيوم). الخصائص الفيزيائيةيتم تحديد مكان المواد غير المعدنية في جدول العناصر الكيميائية. في الظروف العادية ، الهيدروجين (صيغته H 2) هو غاز أخف من الهواء بحوالي 15 مرة. هيكل ذرة العنصر فريد من نوعه: فهو يتكون من نواة وإلكترون واحد فقط. جزيء المادة ثنائي الذرة ، وترتبط الجزيئات الموجودة فيه باستخدام رابطة تساهمية غير قطبية. كثافة طاقتها عالية جدًا - 431 كيلو جول. هذا يفسر النشاط الكيميائي المنخفض للمركب في ظل الظروف العادية. الصيغة الإلكترونية للهيدروجين هي: H: H.

تحتوي المادة أيضًا على عدد من الخصائص التي ليس لها نظائر بين اللافلزات الأخرى. دعونا نفكر في بعضها.

الذوبان والتوصيل الحراري

توصل المعادن الحرارة بشكل أفضل ، لكن الهيدروجين يقترب منها من حيث الموصلية الحرارية. يكمن تفسير هذه الظاهرة في السرعة العالية جدًا للحركة الحرارية لجزيئات المادة الخفيفة ، وبالتالي ، في جو الهيدروجين ، يبرد الجسم الساخن 6 مرات أسرع من الهواء. يمكن للمركب أن يذوب جيدًا في المعادن ، على سبيل المثال ، يمكن امتصاص ما يقرب من 900 حجم من الهيدروجين بواسطة حجم واحد من البلاديوم. يمكن أن تدخل المعادن في تفاعلات كيميائية مع H 2 حيث تتجلى خصائص أكسدة الهيدروجين. في هذه الحالة ، تتشكل الهيدريدات:

2Na + H 2 \ u003d 2 NaH.

في هذا التفاعل ، تقبل ذرات العنصر الإلكترونات من الجسيمات المعدنية ، وتتحول إلى أنيونات بوحدة شحنة سالبة. المادة البسيطة H 2 في هذه الحالة هي عامل مؤكسد ، وهو عادة ليس نموذجيًا لها.

الهيدروجين كعامل مختزل

تتحد المعادن والهيدروجين ليس فقط من خلال الموصلية الحرارية العالية ، ولكن أيضًا من خلال قدرة ذراتهما في العمليات الكيميائية على التبرع بإلكتروناتها ، أي لتتأكسد. على سبيل المثال ، تتفاعل الأكاسيد الأساسية مع الهيدروجين. ينتهي تفاعل الأكسدة والاختزال بإطلاق معدن نقي وتكوين جزيئات الماء:

CuO + H 2 \ u003d Cu + H 2 O.

يؤدي تفاعل مادة مع الأكسجين أثناء التسخين أيضًا إلى إنتاج جزيئات الماء. هذه العملية طاردة للحرارة ويرافقها إطلاق عدد كبيرطاقة حرارية. إذا تفاعل خليط غاز من H 2 و O 2 بنسبة 2: 1 ، فإنه يطلق عليه لأنه ينفجر عند الاشتعال:

2H 2 + O 2 \ u003d 2H 2 O.

يلعب الماء ويلعب دورًا مهمًا في تكوين الغلاف المائي للأرض والمناخ والطقس. إنه يوفر دوران العناصر في الطبيعة ، ويدعم جميع عمليات حياة الكائنات الحية - سكان كوكبنا.

التفاعل مع اللافلزات

أهم الخصائص الكيميائية للهيدروجين هي تفاعلاته مع العناصر غير المعدنية. في الظروف الطبيعيةخاملة كيميائيًا بدرجة كافية ، لذلك لا يمكن للمادة أن تتفاعل إلا مع الهالوجينات ، على سبيل المثال ، مع الفلور أو الكلور ، وهي الأكثر نشاطًا بين جميع المواد غير المعدنية. لذلك ، خليط من الفلور والهيدروجين ينفجر في الظلام أو في البرد ، ومع الكلور - عند التسخين أو في الضوء. نواتج التفاعل هي هاليدات الهيدروجين ، محاليل مائيةوالتي تعرف بأحماض الفلوريك والبيركلوريك. يتفاعل C عند درجة حرارة 450-500 درجة وضغط 30-100 ميجا باسكال وفي وجود محفز:

N₂ + 3H₂ ⇔ p، t، kat ⇔ 2NH₃.

الخصائص الكيميائية المدروسة للهيدروجين لها أهمية عظيمةللصناعة. على سبيل المثال ، يمكنك الحصول على قيمة منتج كيميائي- الأمونيا. إنها المادة الخام الرئيسية لإنتاج حامض النترات والأسمدة النيتروجينية: اليوريا ونترات الأمونيوم.

المواد العضوية

بين الكربون والهيدروجين يؤدي إلى إنتاج أبسط الهيدروكربون - الميثان:

C + 2H 2 = CH 4.

المادة هي أهم مكون للمادة الطبيعية وتستخدم كنوع قيم من الوقود والمواد الخام لصناعة التخليق العضوي.

في كيمياء مركبات الكربون ، يعتبر العنصر جزءًا من عدد كبير من المواد: الألكانات ، والألكينات ، والكربوهيدرات ، والكحوليات ، وما إلى ذلك ، تُعرف العديد من التفاعلات مركبات العضويةمع جزيئات H 2. تُعرف مجتمعة باسم الهدرجة أو الهدرجة. لذلك ، يمكن اختزال الألدهيدات بالهيدروجين إلى كحول ، والهيدروكربونات غير المشبعة - إلى الألكانات. على سبيل المثال ، يتم تحويل الإيثيلين إلى إيثان:

C 2 H 4 + H 2 \ u003d C 2 H 6.

مهم قيمة عمليةلها خصائص كيميائية للهيدروجين مثل ، على سبيل المثال ، هدرجة الزيوت السائلة: عباد الشمس ، الذرة ، بذور اللفت. يؤدي إلى إنتاج الدهون الصلبة - شحم الخنزير ، والتي تستخدم في إنتاج الجلسرين ، والصابون ، والإستيارين ، والمارجرين الصلب. لتحسين المظهر والذوق منتج غذائييضاف إليها الحليب والدهون الحيوانية والسكر والفيتامينات.

درسنا في مقالنا خواص الهيدروجين واكتشفنا دوره في الطبيعة وحياة الإنسان.