Съединение на кислород и водород. Водород. Физични и химични свойства, получаване

В периодичната система той има свое специфично положение, което отразява свойствата, които проявява и говори за неговата електронна структура. Но сред всички има един специален атом, който заема две клетки едновременно. Разположен е в две групи елементи, които са напълно противоположни по своите проявени свойства. Това е водород. Тези характеристики го правят уникален.

Водородът не е просто елемент, но и просто вещество, а също компонентмного сложни съединения, биогенен и органогенен елемент. Затова разглеждаме неговите характеристики и свойства по-подробно.

Водородът като химичен елемент

Водородът е елемент от първа група на главната подгрупа, както и седма група от главната подгрупа в първия малък период. Този период се състои само от два атома: хелий и елементът, който разглеждаме. Нека опишем основните характеристики на позицията на водорода в периодичната система.

1. Поредният номер на водорода е 1, броят на електроните е същият, съответно броят на протоните е същият. Атомната маса е 1,00795. Има три изотопа на този елемент с масови числа 1, 2, 3. Свойствата на всеки от тях обаче са много различни, тъй като увеличаването на масата дори с един за водорода веднага се удвоява.
2. Фактът, че съдържа само един електрон от външната страна, му позволява успешно да проявява както окислителни, така и редуциращи свойства. Освен това, след освобождаването на електрона, той остава свободна орбитала, която участва в образуването химически връзкиспоред донорно-акцепторния механизъм.
3. Водородът е силен редуциращ агент. Следователно, първата група от основната подгрупа се счита за негово основно място, където той води най-много активни метали- алкална.
4. Въпреки това, когато взаимодейства със силни редуциращи агенти, като например метали, той може да бъде и окислител, приемащ електрон. Тези съединения се наричат ​​хидриди. На тази основа той оглавява подгрупата на халогените, с които е сходен.
5. Поради много малката си атомна маса, водородът се счита за най-лекия елемент. В допълнение, неговата плътност също е много ниска, така че е и еталон за лекота.

По този начин е очевидно, че водородният атом е напълно уникален, за разлика от всички други елементи. Следователно свойствата му също са специални, а образуваните прости и сложни вещества са много важни. Нека ги разгледаме по-нататък.

просто вещество

Ако говорим за този елемент като молекула, тогава трябва да кажем, че той е двуатомен. Тоест водородът (просто вещество) е газ. Емпиричната му формула ще бъде записана като Н 2, а графичната - чрез единична сигма връзка Н-Н. Механизмът на образуване на връзка между атомите е ковалентен неполярен.

1. Парно преобразуване на метан.
2. Газификация на въглища - процесът включва нагряване на въглища до 1000 0 C, което води до образуването на водород и високовъглеродни въглища.
3. Електролиза. Този методможе да се използва само за водни разтвори на различни соли, тъй като стопилките не водят до изпускане на вода в катода.

Лабораторни методи за получаване на водород:

1. Хидролиза на метални хидриди.
2. Действието на разредени киселини върху активни метали и средна активност.
3. Взаимодействие на алкални и алкалоземни метали с вода.

За да съберете получения водород, е необходимо да държите епруветката обърната надолу. В края на краищата този газ не може да се събира по същия начин, както например въглеродният диоксид. Това е водород, той е много по-лек от въздуха. Разсейва се бързо и големи количестваексплодира при смесване с въздух. Следователно тръбата трябва да бъде обърната. След като се напълни, трябва да се затвори с гумена запушалка.

За да проверите чистотата на събрания водород, трябва да поднесете запалена кибритена клечка към врата. Ако памукът е глух и тих, тогава газът е чист, с минимални въздушни примеси. Ако е силен и свирещ, значи е мръсен, с голям дял чужди компоненти.

Области на използване

При изгаряне на водород се отделя толкова голямо количество енергия (топлина), че този газ се счита за най-рентабилното гориво. Освен това е екологично чист. Използването му в тази област обаче в момента е ограничено. Това се дължи на зле замислените и нерешени проблеми за синтезиране на чист водород, който би бил подходящ за използване като гориво в реактори, двигатели и преносими устройства, както и котли за битово отопление.

В крайна сметка методите за получаване на този газ са доста скъпи, така че първо е необходимо да се разработи специален метод за синтез. Такава, която ще ви позволи да получите продукта в голям обем и на минимална цена.

Има няколко основни области, в които се използва газът, който разглеждаме.

1. Химически синтези. Въз основа на хидрогениране се получават сапуни, маргарини и пластмаси. С участието на водород се синтезират метанол и амоняк, както и други съединения.
2. IN Хранително-вкусовата промишленост- като добавка E949.
3. Авиационна индустрия (ракетостроене, самолетостроене).
4. Енергетика.
5. Метеорология.
6. Гориво от екологичен тип.

Очевидно водородът е толкова важен, колкото и изобилен в природата. Още по-голяма роля играят различните образувани от него съединения.

Водородни съединения

Това са сложни вещества, съдържащи водородни атоми. Има няколко основни вида такива вещества.

1. Халогеноводороди. Обща формула- Х Хал. От особено значение сред тях е хлороводородът. Това е газ, който се разтваря във вода, за да образува разтвор на солна киселина. Тази киселинасе използва широко в почти всички химически синтези. И както органични, така и неорганични. Хлороводородът е съединение, което има емпиричната формула HCL и е едно от най-големите по годишен добив у нас. Водородните халиди също включват йодид, флуороводород и бромоводород. Всички те образуват съответните киселини.
2. Летливи Почти всички от тях са доста отровни газове. Например сероводород, метан, силан, фосфин и други. Те обаче са много запалими.
3. Хидридите са съединения с метали. Те принадлежат към класа на солите.
4. Хидроксиди: основи, киселини и амфотерни съединения. Техният състав задължително включва водородни атоми, един или повече. Пример: NaOH, K 2 , H 2 SO 4 и др.
5. Водороден хидроксид. Това съединение е по-известно като вода. Друго име за водороден оксид. Емпиричната формула изглежда така - H 2 O.
6. Водороден прекис. Това е най-силният окислител, чиято формула е H 2 O 2.
7. Множество органични съединения: въглеводороди, протеини, мазнини, липиди, витамини, хормони, етерични маслаи други.

Очевидно разнообразието от съединения на елемента, който разглеждаме, е много голямо. Това още веднъж потвърждава нейното високо значение както за природата и човека, така и за всички живи същества.

е най-добрият разтворител

Както бе споменато по-горе, общото име за това вещество е вода. Състои се от два водородни атома и един кислород, свързани помежду си с ковалентни полярни връзки. Водната молекула е дипол, което обяснява много от нейните свойства. По-специално, фактът, че е универсален разтворител.

Именно във водната среда протичат почти всички химични процеси. Вътрешните реакции на пластичния и енергиен метаболизъм в живите организми също се извършват с помощта на водороден оксид.

Водата се счита за най важно веществона планетата. Известно е, че нито един жив организъм не може да живее без него. На Земята той може да съществува в три състояния на агрегиране:

• течност;
• газ (пара);
• твърд (лед).

В зависимост от изотопа на водорода, който е част от молекулата, има три вида вода.

1. Светлина или протиум. Изотоп с масово число 1. Формулата е H 2 O. Това е обичайната форма, която използват всички организми.
2. Деутерий или тежък, формулата му е D 2 O. Съдържа изотопа 2 H.
3. Супер тежък или тритий. Формулата изглежда като T 3 O, изотопът е 3 H.

Запасите от прясна протиева вода на планетата са много важни. Вече липсва в много страни. Разработват се методи за обработка на солена вода с цел получаване на питейна вода.

Водородният прекис е универсално средство

Това съединение, както беше споменато по-горе, е отличен окислител. Но при силни представители може да се държи и като редуктор. В допълнение, той има подчертан бактерициден ефект.

Друго име за това съединение е пероксид. Именно в тази форма се използва в медицината. 3% разтвор на кристален хидрат на въпросното съединение е медицинска медицина, който се използва за лечение на малки рани с цел дезинфекция. Доказано е обаче, че в този случай заздравяването на рани с течение на времето се увеличава.

Водородният пероксид се използва и в ракетното гориво, в промишлеността за дезинфекция и избелване, като пенообразувател за производството на подходящи материали (пяна например). В допълнение, пероксидът помага за почистване на аквариуми, избелване на косата и избелване на зъбите. Но в същото време уврежда тъканите, поради което не се препоръчва от специалисти за тази цел.

Най-известното и най-изследваното кислородно съединение е неговият оксид H 2 O - вода. Чиста водаПредставлява безцветна, прозрачна течност без мирис и вкус. В дебел слой има синкаво-зеленикав цвят.

Водата съществува в три агрегатни състояния: твърдо - лед, течно и газообразно - водна пара.

От всички течни и твърди веществавода има най-много специфична топлина. Поради този факт водата е акумулатор на топлина в различни организми.

При нормално наляганеточката на топене на леда е 0 0 C (273 0 K), точката на кипене на водата е +100 0 C (373 0 K). Това са необичайно високи стойности. При T 0 +4 0 C водата има ниска плътност, равна на 1 g / ml. Над или под тази температура плътността на водата е по-малка от 1 g/ml. Тази характеристика отличава водата от всички други вещества, чиято плътност се увеличава с намаляване на t 0. При преминаване на вода течно състояниев твърдо състояние има увеличение на обема: от всеки 92 обема течна вода се образуват 100 обема лед. Тъй като обемът се увеличава, плътността намалява, следователно, тъй като е по-лек от водата, ледът винаги изплува на повърхността.

Изследванията на структурата на водата показват, че водната молекула е изградена като триъгълник, на върха на който има електроотрицателен кислороден атом, а в ъглите на основите - водород. Ъгълът на връзката е 104,27.Молекулата на водата е полярна - електронната плътност е изместена към кислородния атом. Такава полярна молекула може да взаимодейства с друга молекула, за да образува по-сложни агрегати както чрез взаимодействие на диполи, така и чрез образуване на водородни връзки. Това явление се нарича водна асоциация. Асоциацията на водните молекули се определя главно от образуването на водородни връзки между тях. Молекулното тегло на водата в състояние на пара е 18 и съответства на нейната най-проста формула - H 2 O. В други случаи молекулното тегло на водата е кратно на осемнадесет пъти (18).

Полярността и малкият размер на молекулата водят до силни хидратиращи свойства.

Диелектричната константа на водата е толкова голяма (81), че има мощен йонизиращ ефект върху веществата, разтворени в нея, причинявайки дисоциация на киселини, соли и основи.

Молекулата на водата е способна да свързва различни йони, образувайки хидрати. Тези съединения се характеризират със специфично триене, наподобяващо сложни съединения.

Един от най-важните присъединителни продукти е хидрониевият йон - Н 3 О, който се образува в резултат на присъединяването на Н + йона към несподелената двойка електрони на кислородния атом.

В резултат на това добавяне полученият хидрониев йон придобива заряд +1.

H + + H 2 O H 3 O +

Такъв процес е възможен в системи, съдържащи вещества, които отделят водороден йон.

Водата, както в студено, така и при нагряване, активно взаимодейства с много метали, които са в серията активност до водород. В тези реакции се образуват оксиди или хидроксиди, съответстващи на тях и водородът се измества.:

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

Водата доста активно свързва основни и киселинни оксиди, образувайки съответните хидроксиди:

CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 - основа

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

Водата, която е прикрепена в тези случаи, се нарича конституционна (за разлика от кристализацията в кристалните хидрати).

Водата реагира с халогени, в този случай се образува смес от киселини:

H 2 + HOH HCl + HClO

Повечето важна собственостводата е нейната разтворимост.

Водата е най-разпространеният разтворител в природата и технологията. Повечето химични реакции протичат във водата. Но може би най-висока стойностимат биологични и биохимични процеси, протичащи в растителни и животински организми с участието на протеини, мазнини, въглехидрати и други вещества във водната среда на тялото.

Второто съединение на водорода с кислорода е водороден пероксид H 2 O 2.

Структурна формула H - O - O - H, молекулно тегло - 34.

латинско име Hydrogenii peroxydum.

Това вещество е открито през 1818 г. от френския учен Луи-Жак Тенар, който изследва ефекта на различни минерални киселини върху бариев пероксид (BaO 2). В природата водородният пероксид се образува по време на процеса на окисление. най-удобен и модерен начинполучаването на H 2 O 2 е електролитен метод, който се използва в промишлеността. Като изходни материали се използват сярна киселина или амониев сулфат.

Със съвременни физикохимични методи е установено, че и двата кислородни атома във водородния прекис са директно свързани помежду си чрез неполярна ковалентна връзка. връзките между водородните и кислородните атоми (поради изместването на общите електрони към кислорода) са полярни. Следователно молекулата на H 2 O 2 също е полярна. Между молекулите H 2 O 2 възниква водородна връзка, което води до свързването им с енергия на връзката O–O от 210 kJ, което е много по-малко от енергията на връзката H–O (470 kJ).

Разтвор на водороден прекис- прозрачна безцветна течност, без мирис или с лек особен мирис, слабо кисела реакция. Бързо се разлага под въздействието на светлина, при нагряване, при контакт с алкални, окисляващи и редуциращи вещества, отделяйки кислород. Протича реакция: H 2 O 2 \u003d H 2 O + O

Ниската стабилност на молекулите на H 2 O 2 се дължи на крехкостта на O - O връзката.

Съхранявайте го в тъмен стъклен съд и на хладно място. Под действието на концентрирани разтвори на водороден прекис върху кожата се образуват изгаряния, а изгореното място боли.

ПРИЛОЖЕНИЕ:в медицината 3% разтвор на водороден прекис се използва като хемостатично средство, дезинфектант и дезодорант за измиване и изплакване със стоматит, тонзилит, гинекологични заболяванияи т.н.

В контакт с ензима каталаза (от кръв, гной, тъкани) той действа атомен кислородв момента на извличане. Действието на H 2 O 2 е краткотрайно. Стойността на лекарството се крие във факта, че неговите продукти от разпадане са безвредни за тъканите.

ХИДРОПЕРИТЪТ е комплексно съединение на водороден прекис с урея. Съдържанието на водороден пероксид е около 35%. Приложете като антисептиквместо водороден прекис.

Едно от основните химични свойства на H 2 O 2 са неговите редокс свойства. Степента на окисление на кислорода в H 2 O 2 е -1, т.е. има междинна стойност между степента на окисление на кислорода във водата (-2) и в молекулярен кислород (0). Следователно водородният прекис има свойствата както на окислител, така и на редуциращ агент, т.е. проявява редокс дуалност. Трябва да се отбележи, че окислителните свойства на H 2 O 2 са много по-изразени от редукционните и се проявяват в кисела, алкална и неутрална среда. Например:

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

2 I - - 2ē → I 2 0 1 - в-л

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

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

Под действието на силни окислители H 2 O 2 проявява редуциращи свойства:

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 - добре

H 2 O 2 - 2ē → O 2 + 2 H + 5 - в-л

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

Изводи:

1. Кислородът е най-разпространеният елемент на земята.

В природата кислородът се среща в две алотропни модификации: O 2 - диоксиген или "обикновен кислород" и O 3 - триоксиген (озон).

2. Алотропия- образование на различни прости веществаедин елемент.

3. Алотропни модификации на кислорода: кислород и озон.

4.Съединения на кислорода с водорода - вода и водороден прекис .

5. Водата съществува в три агрегатни състояния: в твърдо – лед, течно и газообразно – водна пара.

6. При T 0 +4 0 C водата има плътност, равна на 1 g / ml.

7. Молекулата на водата е изградена като триъгълник, на върха на който има електроотрицателен кислороден атом, а в ъглите на основите - водород.

8. Валентният ъгъл е 104,27

9. Водната молекула е полярна – електронната плътност е изместена към кислородния атом.

12. Сяра. Характеристики на сярата, въз основа на нейното положение в периодичната система, от гледна точка на теорията на атомната структура, възможни степени на окисление, физични свойства, разпространение в природата, биологична роля, методи за получаване, Химични свойства. . Използването на сяра и нейните съединения в медицината и националната икономика.

СЯРА:

А) пребиваване сред природата

Б) биологична роля

Б) използване в медицината

Сярата е широко разпространена в природата и се среща както в свободно състояние (самородна сяра), така и под формата на съединения - FeSe (пирит), CuS, Ag 2 S, PbS, CaSO 4 и др. Влиза в състава на различни съединения, съдържащи се в природните въглища, нефт и природни газове.

Сярата е един от елементите, които са важни за жизнените процеси, т.к. влиза в състава на протеините. Съдържанието на сяра в човешкото тяло е 0,25%. Включени в аминокиселините: цистеин, глутатион, метионин и др.

Особено много сяра в протеините на косата, рогата, вълната. В допълнение, сярата е неразделна част от биологично активните вещества на тялото: витамини и хормони (например инсулин).

Сярата се намира под формата на съединения в нервна тъкан, в хрущялите, костите и жлъчката. Участва в редокс процесите на организма.

При липса на сяра в организма се наблюдава крехкост и крехкост на костите, косопад.

Сярата се намира в цариградско грозде, грозде, ябълки, зеле, лук, ръж, грах, ечемик, елда и пшеница.

Рекордьори: грах 190, соя 244%.

В урок 22 " Химични свойства на водорода» от курса « Химия за манекени» разберете с какви вещества реагира водородът; разберете какви химични свойства притежава водородът.

Влиза водород химична реакцияс прости и сложни вещества. Въпреки това, когато нормални условияводородът е неактивен. За взаимодействието му с други вещества е необходимо да се създадат условия: повишаване на температурата, прилагане на катализатор и др.

Реакции на водород с прости вещества

При нагряване водородът влиза в комбинирана реакция с прости вещества - кислород, хлор, азот, сяра.

Ако подпалите чист водород във въздуха, излизащ от изходната тръба за газ, той гори с равномерен, едва забележим пламък. Сега нека поставим тръба с горящ водород в буркан с кислород (фиг. 95).

Изгарянето на водорода продължава, докато по стените на буркана се виждат капки вода, образувани в резултат на реакцията:

Когато водородът гори, се отделя много топлина. Температурата на кислородно-водородния пламък достига повече от 2000 °C.

Химическата реакция на водород с кислород се отнася до реакции на съединения. В резултат на реакцията се образува водороден оксид (вода). Това означава, че водородът е окислен от кислород, т.е. можем също да наречем тази реакция реакция на окисление.

Ако обаче малко количество водород се събере в епруветка, обърната с главата надолу чрез изместване на въздуха, и след това горяща кибритена клечка се донесе до нейната дупка, тогава се чува силен „лаещ“ звук на малка експлозия на смес от водород и ще се чуе въздух. Такава смес се нарича "експлозивна".

Забележка: Способността на водорода в смес с въздуха да образува "експлозивен газ" често е била причина за инциденти в балони, пълни с водород. Нарушаването на херметичността на корпуса на топката доведе до пожар и дори експлозия. В наше време Балонипълни с хелий или постоянно изпомпван горещ въздух.

В атмосфера на хлор водородът изгаря, за да образува сложно вещество - хлороводород. В този случай реакцията протича:

Реакцията на водород с азот възниква, когато повишена температураи налягане в присъствието на катализатор. В резултат на реакцията се образува амоняк NH3:

Ако поток от водород се насочи към сяра, разтопена в епруветка, тогава в нейната дупка ще се усети миризмата на развалени яйца. Ето как мирише сероводородният газ H 2 S - продуктът от реакцията на водород със сяра:

Забележка: Водородът е способен не само да се разтваря в някои метали, но и давъртете се с тях. В същото време те образуват химични съединения, наречени хидриди (NaH е натриев хидрид). Някои метални хидриди се използват като гориво в ракетни двигателина твърдо гориво, както и при производството на термоядрена енергия.

Реакции на водород със сложни вещества

Водородът реагира при повишени температури не само с прости, но и със сложни вещества. Да разгледаме като пример неговата реакция с меден (II) оксид CuO (фиг. 96).

Нека прекараме водород върху нагрятия прах от меден (II) оксид CuO. С протичането на реакцията цветът на праха се променя от черен до кафеникавочервен. Това е цветът на простото медно вещество Cu. По време на реакцията върху студените части на епруветката се появяват капчици течност. Това е друг продукт от реакцията - вода H 2 O. Имайте предвид, че за разлика от простото вещество на медта, водата е сложно вещество.

Уравнението за реакцията на меден (II) оксид с водород:

Водородът в реакция с меден (II) оксид проявява способността да отнема кислород от металния оксид, като по този начин възстановява метала от този оксид. В резултат на това има възстановяване на медтаот сложното вещество CuO до метална мед (Cu).

Реакции на възстановяване- Това са реакции, при които сложни вещества даряват кислородни атоми на други вещества.

Вещество, което премахва кислородните атоми, се нарича редуциращ агент. При реакцията с меден (II) оксид редукторът е водород. Водородът реагира и с оксиди на някои други метали, като PbO, HgO, MoO 3, WO 3 и др.. Окислението и редукцията винаги са взаимосвързани. Ако едно вещество (H 2) се окислява, тогава другото (CuO) се редуцира и обратно.

Обобщение на урока:

1. При нагряване водородът реагира с кислород, хлор, азот и сяра.
2. Възстановяването е предаването на кислородни атоми от сложни вещества на други вещества.
3. Процесите на окисление и редукция са взаимосвързани.

Надявам се урок 22 " Химични свойства на водорода“ беше ясен и информативен. Ако имате въпроси, напишете ги в коментарите.

Взаимодействие водородс кислород, както установи сър Хенри Кавендиш, води до образуването на вода. Нека да продължим с това прост примернаучете как да композирате уравнения на химичните реакции.
От какво идва водородИ кислород, вече знаем:

H 2 + O 2 → H 2 O

Сега вземаме предвид, че атомите химически елементив химичните реакции не изчезват и не се появяват от нищото, не се превръщат един в друг, а комбинирайте в нови комбинацииза образуване на нови молекули. Това означава, че в уравнението на химичната реакция на атомите от всеки тип трябва да има едно и също число предиреакции ( налявоот знака за равенство) и следкрай на реакцията ( на дясноот знака за равенство), така:

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

Това е, което е уравнение на реакцията - условен запис на протичаща химическа реакция с помощта на формули на вещества и коефициенти.

Това означава, че в горната реакция две бенки водородтрябва да реагира с с една бенка кислород, и резултатът ще бъде две бенки вода.

Взаимодействие водородс кислород- изобщо не е лесен процес. Това води до промяна в степента на окисление на тези елементи. За да изберете коефициенти в такива уравнения, обикновено се използва методът " електронен баланс".

Когато водата се образува от водород и кислород, това означава, че водородпромени степента си на окисление от 0 преди + аз, А кислород- от 0 преди −II. В същото време няколко (н)електрони:

Водородът, отдаващ електрони, служи тук редуциращ агенти кислород, приемащи електрони - окислител.

Окислители и редуциращи агенти

Сега нека видим как процесите на отдаване и получаване на електрони изглеждат отделно. Водород, след като се срещне с "разбойника" - кислорода, губи цялото си свойство - два електрона, а степента му на окисление става равна на + аз:

H 2 0 − 2 д− = 2Н + I

Се случи уравнение на полуреакция на окислениеводород.

И бандитът кислород Около 2, след като е взел последните електрони от нещастния водород, е много доволен от новото си окислително състояние -II:

O 2 + 4 д− = 2O − II

Това уравнение на полуреакция на редукциякислород.

Остава да добавим, че и "бандитът", и неговата "жертва" са загубили своята химическа идентичност и от прости вещества - газове с двуатомни молекули H 2И Около 2станете част от новото химически - вода H 2 O.

По-нататък ще спорим по следния начин: колко електрона даде редукторът на окислителя, толкова и получи. Броят на електроните, отдадени от редуциращия агент, трябва да бъде равен на броя на електроните, приети от окислителя..

Значи имате нужда изравняване на броя на електронитев първата и втората полуреакция. В химията е приета следната условна форма за писане на уравненията на полуреакциите:

Тук числата 2 и 1 вляво от фигурната скоба са фактори, които ще помогнат да се гарантира, че броят на дадените и получените електрони е равен. Вземаме предвид, че в уравненията на полуреакциите се отдават 2 електрона и се приемат 4. За да се изравни броят на получените и дадените електрони, се намира най-малкото общо кратно и допълнителни фактори. В нашия случай най-малкото общо кратно е 4. Допълнителните фактори ще бъдат 2 за водород (4: 2 = 2), а за кислород - 1 (4: 4 = 1)
Получените множители ще служат като коефициенти на бъдещото уравнение на реакцията:

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

Водород окисленине само при среща кислород. Приблизително същият ефект върху водорода и флуор F2, халоген и известният "разбойник", и на пръв поглед безвреден азот N 2:

Това води до флуороводород HFили амоняк NH3.

И в двете съединения степента на окисление водородстава равен + аз, защото той получава партньори в молекулата "алчна" за чужда електронна стока, с висока електроотрицателност - флуор ЕИ азот н. При азотстойността на електроотрицателността се счита за равна на три условни единици и y флуоркато цяло най-високата електроотрицателност сред всички химични елементи е четири единици. Така че не е чудно, че оставят бедния водороден атом без никаква електронна среда.

Но водородможе би Възстанови- приемат електрони. Това се случва, ако в реакцията с него ще участва алкални металиили калций, които имат по-малка електроотрицателност от водорода.

Най-разпространеният елемент във Вселената е водородът. В материята на звездите той има формата на ядра - протони - и е материал за термоядрени процеси. Почти половината от масата на Слънцето също се състои от H 2 молекули. Съдържанието му в земната кора достига 0,15%, а атомите присъстват в състава на петрола, природен газ, вода. Заедно с кислорода, азота и въглерода, той е органогенен елемент, който е част от всички живи организми на Земята. В нашата статия ще проучим физичните и химичните свойства на водорода, ще определим основните области на неговото приложение в промишлеността и значението му в природата.

Позиция в периодичната система на химичните елементи на Менделеев

Първият елемент, който се отваря периодична системае водород. Неговата атомна масае 1,0079. Има два стабилни (протий и деутерий) и един радиоактивен изотоп (тритий). Физически свойствасе определят от мястото на неметала в таблицата на химичните елементи. При нормални условия водородът (формулата му е Н2) е газ, който е почти 15 пъти по-лек от въздуха. Структурата на атома на елемента е уникална: той се състои само от ядро ​​и един електрон. Молекулата на веществото е двуатомна, частиците в нея са свързани чрез ковалентна неполярна връзка. Неговата енергийна интензивност е доста висока - 431 kJ. Това обяснява ниската химическа активност на съединението при нормални условия. Електронната формула на водорода е: H:H.

Веществото също има редица свойства, които нямат аналози сред другите неметали. Нека разгледаме някои от тях.

Разтворимост и топлопроводимост

Металите провеждат топлина най-добре, но водородът се доближава до тях по топлопроводимост. Обяснението на феномена се крие в много високата скорост на топлинното движение на леките молекули на материята, следователно във водородна атмосфера нагрят обект се охлажда 6 пъти по-бързо, отколкото във въздуха. Съединението може да се разтвори добре в метали, например почти 900 обема водород могат да бъдат абсорбирани от един обем паладий. Металите могат да влизат в химични реакции с Н2, в които се проявяват окислителните свойства на водорода. В този случай се образуват хидриди:

2Na + H 2 \u003d 2 NaH.

При тази реакция атомите на даден елемент приемат електрони от метални частици, превръщайки се в аниони с единичен отрицателен заряд. Просто вещество H 2 в този случай е окислител, което обикновено не е типично за него.

Водородът като редуциращ агент

Металите и водородът са обединени не само от висока топлопроводимост, но и от способността на техните атоми в химични процеси да даряват собствените си електрони, тоест да се окисляват. Например основните оксиди реагират с водород. Редокс реакцията завършва с освобождаване на чист метал и образуване на водни молекули:

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

Взаимодействието на веществото с кислорода по време на нагряване също води до производството на водни молекули. Процесът е екзотермичен и е съпроводен с отделяне Голям бройТермална енергия. Ако газова смес от H 2 и O 2 реагира в съотношение 2: 1, тогава тя се нарича, защото експлодира при запалване:

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

Водата е и играе важна роля във формирането на хидросферата, климата и времето на Земята. Осигурява кръговрата на елементите в природата, поддържа всички жизнени процеси на организмите – обитателите на нашата планета.

Взаимодействие с неметали

Най-важните химични свойства на водорода са неговите реакции с неметални елементи. При нормални условияса достатъчно химически инертни, така че веществото може да реагира само с халогени, например с флуор или хлор, които са най-активни сред всички неметали. И така, смес от флуор и водород експлодира на тъмно или на студено, а с хлор - при нагряване или на светлина. Продуктите на реакцията са водородни халиди, водни разтворикоито са известни като флуорна и перхлорна киселина. С взаимодейства при температура 450-500 градуса, налягане 30-100 MPa и в присъствието на катализатор:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH3.

Разгледаните химични свойства на водорода имат голямо значениеза индустрията. Например, можете да получите ценно химически продукт- амоняк. Той е основна суровина за производство на нитратна киселина и азотни торове: урея, амониев нитрат.

органична материя

Между въглерод и водород води до производството на най-простия въглеводород - метан:

C + 2H 2 = CH 4.

Веществото е най-важният компонент на естественото вещество и се използва като ценен вид гориво и суровина за индустрията на органичния синтез.

В химията на въглеродните съединения един елемент е част от огромен брой вещества: алкани, алкени, въглехидрати, алкохоли и др. Известни са много реакции органични съединенияс Н2 молекули. Те са известни като хидрогениране или хидрогениране. Така че алдехидите могат да бъдат редуцирани с водород до алкохоли, ненаситените въглеводороди - до алкани. Например, етиленът се превръща в етан:

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

важно практическа стойностимат такива химични свойства на водорода, като например хидрогенирането на течни масла: слънчогледово, царевично, рапично. Води до получаване на твърда мазнина - свинска мас, която се използва при производството на глицерин, сапун, стеарин, твърд маргарин. За подобряване на външния вид и вкуса хранителен продукткъм него се добавят мляко, животински мазнини, захар, витамини.

В нашата статия проучихме свойствата на водорода и разбрахме неговата роля в природата и човешкия живот.