Koja je supstanca vodonik? Fizička svojstva vodonika. Svojstva i primjena vodonika

Industrijske metode dobijanja jednostavne supstance zavisi od oblika u kojem se odgovarajući element nalazi u prirodi, odnosno šta može biti sirovina za njegovu proizvodnju. Tako se dobija kiseonik, dostupan u slobodnom stanju na fizički način- oslobađanje od tečnog vazduha. Vodik je, s druge strane, skoro sav u obliku jedinjenja, stoga, da bi se dobio, hemijske metode. Posebno se mogu koristiti reakcije razlaganja. Jedan od načina proizvodnje vodika je reakcija razlaganja vode električnom strujom.

Basic industrijskim putem proizvodnja vodika - reakcija metana s vodom koja je dio prirodni gas. Izvodi se na visokoj temperaturi (lako je provjeriti da kada se metan propušta čak i kroz kipuću vodu, ne dolazi do reakcije):

CH 4 + 2H 2 0 \u003d CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

U laboratoriji se za dobivanje jednostavnih supstanci ne koriste nužno prirodne sirovine, već se biraju one početne tvari od kojih je lakše izdvojiti potrebnu tvar. Na primjer, u laboratoriji se kisik ne dobiva iz zraka. Isto se odnosi i na proizvodnju vodonika. Jedna od laboratorijskih metoda za proizvodnju vodika, koja se ponekad koristi u industriji, je razlaganje vode električnom strujom.

Vodik se obično proizvodi u laboratoriji reakcijom cinka sa hlorovodonične kiseline oh.

U industriji

1.Elektroliza vodenih rastvora soli:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Propuštanje vodene pare preko vrućeg koksa na približno 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Od prirodnog gasa.

Pretvorba pare: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Katalitička oksidacija kisika: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Krekiranje i reformiranje ugljovodonika u procesu prerade nafte.

U laboratoriji

1.Djelovanje razrijeđenih kiselina na metale. Za izvođenje takve reakcije najčešće se koriste cink i hlorovodonična kiselina:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interakcija kalcijuma sa vodom:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.Hidroliza hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Djelovanje alkalija na cink ili aluminij:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Uz pomoć elektrolize. Tokom elektrolize vodenih rastvora alkalija ili kiselina, na katodi se oslobađa vodik, na primer:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

• Bioreaktor za proizvodnju vodonika

Fizička svojstva

Gasoviti vodonik može postojati u dva oblika (modifikacije) - u obliku orto - i paravodika.

U molekuli ortovodonika (mp −259,10 °C, bp −252,56 °C), nuklearni spinovi su usmjereni na isti način (paralelno), dok su u paravodoniku (mp −259,32 °C, t bp −252,89 °C) – suprotno od toga. jedni prema drugima (antiparalelni).

Alotropni oblici vodonika mogu se razdvojiti adsorpcijom na aktivnom ugljenu na temperaturi tekućeg dušika. Na vrlo niskim temperaturama, ravnoteža između ortovodonika i paravodonika je gotovo u potpunosti pomjerena prema ovom drugom. Na 80 K, odnos stranica je približno 1:1. Desorbirani paravodonik se nakon zagrijavanja pretvara u ortovodonik do formiranja ravnotežne smjese na sobnoj temperaturi (orto-para: 75:25). Bez katalizatora, transformacija se odvija sporo, što omogućava proučavanje svojstava pojedinačnih alotropnih oblika. Molekul vodonika je dvoatomski - H₂. At normalnim uslovima To je gas bez boje, mirisa i ukusa. Vodonik je najlakši gas, njegova gustina je višestruka manje gustine zrak. Očigledno, što je manja masa molekula, to je veća njihova brzina na istoj temperaturi. Kao najlakši, molekuli vodonika kreću se brže od molekula bilo kojeg drugog plina i stoga mogu brže prenijeti toplinu s jednog tijela na drugo. Iz toga slijedi da vodik ima najveću toplinsku provodljivost među plinovitim tvarima. Njegova toplotna provodljivost je oko sedam puta veća od one u zraku.

Hemijska svojstva

Molekule vodika H₂ su prilično jake, a da bi vodonik reagirao, mora se potrošiti puno energije: H 2 = 2H - 432 kJ. Stoga, na uobičajenim temperaturama, vodik reagira samo s vrlo aktivnim metalima, na primjer, sa kalcij, formirajući kalcijum hidrid: Ca + H 2 = CaH 2 i sa jedinim nemetalom - fluorom, tvoreći fluorovodonik: F 2 + H 2 = 2HF Sa većinom metala i nemetala, vodonik reaguje na povišena temperatura ili drugih uticaja, kao što je osvetljenje. Može "oduzeti" kisik nekim oksidima, na primjer: CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 0 Napisana jednadžba odražava reakciju redukcije. Reakcije redukcije nazivaju se procesi, kao rezultat kojih se kisik oduzima iz spoja; Tvari koje oduzimaju kisik nazivaju se redukcijskim agensima (oni sami oksidiraju). Dalje će biti data još jedna definicija pojmova "oksidacije" i "redukcije". I ovu definiciju, istorijski prvi, zadržava svoj značaj u današnje vrijeme, posebno u organska hemija. Reakcija redukcije je suprotna reakciji oksidacije. Obje ove reakcije uvijek se odvijaju istovremeno kao jedan proces: kada se jedna tvar oksidira (reducira), druga se nužno reducira (oksidira) u isto vrijeme.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Oblici sa halogenima vodonik halogenidi:

F 2 + H 2 → 2 HF, reakcija se odvija eksplozijom u mraku i na bilo kojoj temperaturi, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, reakcija se odvija eksplozijom, samo na svjetlu.

Interagira sa čađom pri jakom zagrijavanju:

C + 2H 2 → CH 4

Interakcija sa alkalnim i zemnoalkalnim metalima

Vodik nastaje sa aktivnim metalima hidridi:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

hidridi- fiziološki rastvor, čvrste materije, lako se hidrolizira:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interakcija s metalnim oksidima (obično d-elementima)

Oksidi se redukuju u metale:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogenacija organskih jedinjenja

Pod dejstvom vodonika na nezasićene ugljovodonike u prisustvu nikalnog katalizatora i povišene temperature dolazi do reakcije hidrogenacija:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Vodik redukuje aldehide u alkohole:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Geohemija vodonika

Vodonik - osnovni građevinski materijal univerzum. Ovo je najčešći element, a svi elementi nastaju iz njega kao rezultat termonuklearnih i nuklearnih reakcija.

Slobodni vodonik H 2 je relativno rijedak u kopnenim plinovima, ali u obliku vode ima izuzetno važnu ulogu u geohemijskim procesima.

Vodik može biti prisutan u mineralima u obliku amonijum jona, hidroksil jona i kristalne vode.

Vodik se kontinuirano proizvodi u atmosferi kao rezultat razgradnje vode. sunčevo zračenje. Migrira u gornju atmosferu i bježi u svemir.

Aplikacija

• Energija vodonika

Atomski vodik se koristi za zavarivanje atomskim vodonikom.

U prehrambenoj industriji vodonik je registrovan kao aditiv za hranu. E949 kao gas za pakovanje.

Osobine cirkulacije

Vodonik, kada se pomiješa sa zrakom, stvara eksplozivnu smjesu - takozvani detonirajući plin. Ovaj plin je najeksplozivniji kada je volumni omjer vodonika i kisika 2:1, odnosno vodonika i zraka približno 2:5, jer zrak sadrži približno 21% kisika. Vodonik je takođe zapaljiv. Tečni vodonik može izazvati ozbiljne promrzline ako dođe u dodir s kožom.

Eksplozivne koncentracije vodonika sa kiseonikom se javljaju od 4% do 96% zapremine. Kada se pomeša sa vazduhom od 4% do 75 (74)% zapremine.

Upotreba vodonika

AT hemijska industrija vodonik se koristi u proizvodnji amonijaka, sapuna i plastike. U prehrambenoj industriji se koristi vodonik iz tečnosti biljna ulja napravi margarin. Vodonik je veoma lagan i uvek se diže u vazduhu. Nekada su vazdušni brodovi i baloni bili punjeni vodonikom. Ali 30-ih godina. 20ti vijek bilo je nekoliko strašnih nesreća kada su vazdušni brodovi eksplodirali i izgorjeli. Danas su vazdušni brodovi punjeni gasom helijuma. Vodonik se takođe koristi kao raketno gorivo. Jednog dana, vodonik bi se mogao naširoko koristiti kao gorivo za automobile i kamione. Motori na vodik ne zagađuju okolinu i emituju samo vodenu paru (međutim, sama proizvodnja vodonika dovodi do određenog zagađenja životne sredine). Naše Sunce je uglavnom sastavljeno od vodonika. Sunčeva toplina i svjetlost su rezultat oslobađanja nuklearne energije tokom fuzije jezgri vodika.

Upotreba vodonika kao goriva (ekonomska efikasnost)

Najvažnija karakteristika tvari koje se koriste kao gorivo je njihova toplina sagorijevanja. Sa kursa opšta hemija Poznato je da se reakcija interakcije vodika s kisikom događa oslobađanjem topline. Ako uzmemo 1 mol H 2 (2 g) i 0,5 mol O 2 (16 g) pod standardnim uslovima i pobudimo reakciju, onda prema jednačini

H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O

nakon završetka reakcije nastaje 1 mol H 2 O (18 g) sa oslobađanjem energije od 285,8 kJ / mol (za poređenje: toplina sagorijevanja acetilena je 1300 kJ / mol, propana - 2200 kJ / mol) . 1 m³ vodonika teži 89,8 g (44,9 mola). Dakle, da bi se dobio 1 m³ vodonika, potrošit će se 12832,4 kJ energije. Uzimajući u obzir činjenicu da je 1 kWh = 3600 kJ, dobijamo 3,56 kWh električne energije. Poznavajući tarifu za 1 kWh električne energije i cijenu 1 m³ plina, možemo zaključiti da je preporučljivo preći na vodonično gorivo.

Na primjer, eksperimentalni model Honda FCX 3. generacije sa rezervoarom za vodonik od 156L (sadrži 3,12 kg vodonika pri pritisku od 25 MPa) putuje 355 km. Prema tome, 123,8 kWh se dobija iz 3,12 kg H2. Na 100 km potrošnja energije iznosit će 36,97 kWh. Poznavajući cijenu električne energije, cijenu plina ili benzina, njihovu potrošnju za automobil na 100 km, lako je izračunati negativan ekonomski učinak prebacivanja automobila na vodikovo gorivo. Recimo (Rusija 2008), 10 centi po kWh električne energije dovodi do toga da 1 m³ vodonika dovodi do cijene od 35,6 centi, a uzimajući u obzir efikasnost razlaganja vode od 40-45 centi, isto toliko kWh od sagorevanja benzina košta 12832,4 kJ/42 000 kJ/0,7 kg/l*80 centi/l=34 centa u maloprodajnim cenama, dok smo za vodonik izračunali idealnu varijantu, bez uzimanja u obzir transporta, amortizacije opreme i sl. Za metan sa energije sagorevanja od oko 39 MJ po m³, rezultat će biti dva do četiri puta manji zbog razlike u ceni (1m³ za Ukrajinu košta 179 dolara, a za Evropu 350 dolara). Odnosno, ekvivalentna količina metana koštat će 10-20 centi.

Međutim, ne treba zaboraviti da kada sagorijevamo vodonik, dobijamo čista voda iz koje je izvađen. Odnosno, imamo obnovljivi izvor energije magacioner energije bez štete po okoliš, za razliku od plina ili benzina, koji su primarni izvori energije.

PHP na liniji 377 Upozorenje: require(http://www..php): nije uspjelo otvoriti stream: nije pronađen odgovarajući omot u /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php na liniji 377 Fatal greška: require(): Neuspješno otvaranje je potrebno "http://www..php" (include_path="..php na liniji 377

VODIK
H (lat. hydrogenium),
najlakši gasoviti hemijski element - član podgrupe IA periodični sistem elemenata, ponekad se naziva VIIA podgrupom. U Zemljinoj atmosferi vodonik u nevezanom stanju postoji samo djeliće minute, njegova količina je 1-2 dijela na 1.500.000 dijelova zraka. Obično se oslobađa sa drugim gasovima tokom vulkanskih erupcija, iz naftnih bušotina i na mestima gde se razlažu velike količine organske materije. Vodik se kombinuje sa ugljenikom i/ili kiseonikom da bi se formirao organska materija vrste ugljikohidrata, ugljikohidrata, masti i životinjskih proteina. U hidrosferi, vodonik je dio vode, najčešće jedinjenje na Zemlji. U stijenama, tlu, zemljištu i drugim dijelovima zemljine kore, vodonik se spaja s kisikom i formira vodu i hidroksidni jon OH-. Vodonik čini 16% svih atoma u zemljinoj kori, ali samo oko 1% mase, jer je 16 puta lakši od kiseonika. Masa Sunca i zvijezda je 70% vodonikove plazme: u svemiru je to najčešći element. Koncentracija vodonika u Zemljinoj atmosferi raste s visinom zbog njegove male gustine i sposobnosti da se podigne do velike visine. Meteoriti pronađeni na površini Zemlje sadrže 6-10 atoma vodika na 100 atoma silicijuma.
Istorijat. Još jedan nemački lekar i prirodnjak Paracelzus iz 16. veka. odredio zapaljivost vodonika. Godine 1700. N. Lemery je otkrio da plin koji se oslobađa djelovanjem sumporne kiseline na željezo eksplodira u zraku. Vodonik kao element identifikovao je G. Cavendish 1766. godine i nazvao ga "zapaljivim vazduhom", a 1781. dokazao da je voda proizvod njene interakcije sa kiseonikom. Latinski hidrogenijum, koji dolazi od grčke kombinacije "rađanje vode", ovom elementu je dodelio A. Lavoisier.
Opće karakteristike vodonika. Vodonik je prvi element u periodnom sistemu elemenata; njegov atom se sastoji od jednog protona i jednog elektrona koji se okreću oko njega
(vidi i PERIODIČNI TABEL ELEMENTA).
Jedan od 5000 atoma vodika odlikuje se prisustvom jednog neutrona u jezgru, što povećava masu jezgra sa 1 na 2. Ovaj izotop vodonika naziva se deuterijum 21H ili 21D. Drugi, rjeđi izotop vodonika sadrži dva neutrona u jezgru i naziva se tricij 31H ili 31T. Tricij je radioaktivan i raspada se oslobađanjem helija i elektrona. Jezgra različitih izotopa vodika razlikuju se po spinovima protona. Vodik se može dobiti a) djelovanjem aktivnog metala na vodu, b) djelovanjem kiselina na određene metale, c) djelovanjem baza na silicijum i neke amfoterne metale, d) djelovanjem pregrijane pare na uglja i metana, a takođe i na gvožđe, e) elektrolitičkom razgradnjom vode i termičkom razgradnjom ugljovodonika. Hemijska aktivnost vodika određena je njegovom sposobnošću da donira elektron drugom atomu ili da ga dijeli gotovo jednako s drugim elementima u formiranju kemijske veze, ili da veže elektron na drugi element u kemijskom spoju zvanom hidrid. Vodik koji proizvodi industrija koristi se u velikim količinama za sintezu amonijaka, dušične kiseline i metalnih hidrida. prehrambena industrija koristi vodonik za hidrogeniranje (hidrogeniranje) tečnih biljnih ulja u čvrste masti (kao što je margarin). Hidrogenacija pretvara zasićena organska ulja koja sadrže dvostruke veze između atoma ugljika u zasićena koja imaju jednostruke veze ugljik-ugljik. Tečni vodonik visoke čistoće (99,9998%) koristi se u svemirskim raketama kao visoko efikasno gorivo.
Fizička svojstva. Ukapljivanje i skrućivanje vodonika zahtevaju veoma niske temperature i visokog pritiska (vidi tabelu sa svojstvima). U normalnim uslovima, vodonik je bezbojan gas, bez mirisa i ukusa, veoma lagan: 1 litar vodonika na 0°C i atmosferskom pritisku ima masu od 0,08987 g (uporedi gustina vazduha i helijuma je 1,2929 i 0,1785 g/l , odnosno ; dakle, balon napunjen helijumom i koji ima isto podizanje kao balon sa vodonikom trebao bi imati 8% veći volumen). Tabela prikazuje neka fizička i termodinamička svojstva vodika. SVOJSTVA OBIČNOG VODNIKA
(na 273,16 K ili 0°C)
Atomski broj 1 Atomska masa 11H 1.00797 Gustina, g/l

at normalan pritisak 0,08987 na 2,5*10 5 atm 0,66 na 2,7*10 18 atm 1,12*10 7

Kovalentni radijus, 0,74 Tačka topljenja, ° C -259,14 Tačka ključanja, ° C -252,5 Kritična temperatura, ° C -239,92 (33,24 K) Kritični pritisak, atm 12,8 (12,80 K) Toplotni kapacitet, J/(molChK) 28,8 (molChK) 28,8 (molChK) Rastvorljivost

u vodi, vol/100 zapremina H2O (pod standardnim uslovima) 2,148 u benzenu, ml/g (35,2°C, 150,2 atm) 11,77 u amonijaku, ml/g (25°C) na 50 atm 4,47 na 1000 atm 79.25

Oksidacija -1, +1
Struktura atoma. Obični atom vodika (procijum) sastoji se od dvije osnovne čestice (protona i elektrona) i ima atomsku masu 1. Zbog ogromne brzine elektrona (2,25 km/s ili 7*1015 o/s) i njegove dualističke prirode korpuskularnog talasa, nemoguće je precizno odrediti koordinatu (položaj) elektrona u bilo kojoj ovog trenutka vremena, ali postoje neke oblasti velike vjerovatnoće pronalaženja elektrona, a one određuju veličinu atoma. Većina hemijskih i fizičkih svojstava vodonika, posebno onih vezanih za ekscitaciju (apsorpciju energije), je matematički tačno predviđena (vidi SPEKTROSKOPIJA). Vodik je sličan alkalnim metalima po tome što su svi ovi elementi sposobni donirati elektron atomu akceptora kako bi formirali kemijsku vezu koja može varirati od djelomično ionske (prijenos elektrona) do kovalentne (zajednički elektronski par). Sa jakim akceptorom elektrona, vodonik formira pozitivan H+ jon; proton. U elektronskoj orbiti atoma vodika mogu biti 2 elektrona, stoga je i vodonik u stanju da prihvati elektron, formirajući negativni ion H-, hidridni ion, što vodi vodik srodnim halogenima, koji se odlikuju prihvatanjem elektron sa formiranjem negativnog halogenidnog jona tipa Cl. Dualizam vodonika se ogleda u tome što je u periodnom sistemu elemenata smešten u podgrupu IA (alkalni metali), a ponekad i u podgrupu VIIA (halogeni) (vidi i HEMIJU).
Hemijska svojstva. Hemijska svojstva vodonika određena su njegovim jednim elektronom. Količina energije potrebna da se ovaj elektron odvoji veća je od bilo koje poznate hemijske oksidacije koju može pružiti. dakle hemijska veza vodonik sa drugim atomima je bliži kovalentnom nego ionskom. Čisto kovalentna veza nastaje kada se formira molekul vodonika: H + H H2
Formiranjem jednog mola (tj. 2 g) H2 oslobađa se 434 kJ. Čak i na 3000 K stepen disocijacije vodonika je veoma nizak i iznosi 9,03%, na 5000 K dostiže 94%, a tek na 10000 K disocijacija postaje potpuna. Kada se od atomskog vodonika i kiseonika (4H + O2 -> 2H2O) formiraju dva mola (36 g) vode, oslobađa se više od 1250 kJ i temperatura dostiže 3000-4000 °C, dok sagorevanje molekularnog vodonika (2H2 + O2 -> 2H2O) oslobađa samo 285,8 kJ, a temperatura plamena dostiže samo 2500 °C. Na sobnoj temperaturi vodonik je manje reaktivan. Da bi se pokrenula većina reakcija, potrebno je prekinuti ili oslabiti jaku H-H vezu, trošeći mnogo energije. Brzina vodikovih reakcija povećava se upotrebom katalizatora (metali platinaste grupe, oksidi prelaznih ili teških metala) i metodama pobuđivanja molekula (svjetlo, električno pražnjenje, električni luk, visoke temperature). U takvim uslovima, vodonik reaguje sa gotovo svim elementima osim plemenitih gasova. Aktivni alkalni i zemnoalkalni elementi (npr. litijum i kalcijum) reaguju sa vodonikom kao donori elektrona i formiraju jedinjenja koja se nazivaju hidridi soli (2Li + H2 -> 2LiH; Ca + H2 -> CaH2).
Općenito, spojevi koji sadrže vodonik nazivaju se hidridi. Širok spektar svojstava takvih spojeva (ovisno o atomu koji je povezan s vodonikom) objašnjava se sposobnošću vodonika da ispoljava naboj od -1 do skoro +1. Ovo se jasno očituje u sličnosti između LiH i CaH2 i soli poput NaCl i CaCl2. Vjeruje se da je u hidridima vodonik negativno nabijen (H-); takav jon je redukciono sredstvo u kiseloj vodenoj sredini: 2H- H2 + 2e- + 2,25B. H- jon je u stanju da reducira proton vode H+ u vodonik: H- + H2O (r) H2 + OH-.
Jedinjenja vodika sa borom - borohidridi (borohidridi) - predstavljaju neobičnu klasu supstanci zvanih borani. Njihov najjednostavniji predstavnik je BH3, koji postoji samo u stabilnom obliku diborana B2H6. Veze sa velika količina atomi bora dobijaju Različiti putevi. Na primjer, poznati su tetraboran B4H10, stabilni pentaboran B5H9 i nestabilni pentaboran B5H11, heksaboran B6H10, dekaboran B10H14. Diboran se može dobiti iz H2 i BCl3 preko intermedijara B2H5Cl, koji je nesrazmjeran sa B2H6 na 0°C, kao i reakcijom LiH ili litijum aluminijum hidrida LiAlH4 sa BCl3. U litijum aluminijum hidridu (kompleksno jedinjenje - hidrid soli), četiri atoma vodika formiraju kovalentne veze sa Al, ali postoji jonska veza Li + sa [] -. Drugi primjer jona koji sadrži vodonik je borohidridni jon BH4-. Slijedi približna klasifikacija hidrida prema njihovim svojstvima prema položaju elemenata u periodnom sistemu elemenata. Hidridi prelaznih metala nazivaju se metalni ili intermedijarni hidridi i često ne formiraju stehiometrijska jedinjenja, tj. omjer atoma vodika i metala se ne izražava kao cijeli broj, na primjer, vanadij hidrid VH0.6 i torijum hidrid ThH3.1. Metali platinaste grupe (Ru, Rh, Pd, Os, Ir i Pt) aktivno apsorbuju vodonik i služe kao efikasni katalizatori za reakcije hidrogenacije (na primjer, hidrogenacija tečnih ulja u masti, konverzija dušika u amonijak, sinteza metanola CH3OH iz CO). Hidridi Be, Mg, Al i podgrupe Cu, Zn, Ga su polarni, termički nestabilni.

Nemetali formiraju isparljive hidride opšta formula MHx (x je cijeli broj) s relativno niskom tačkom ključanja i visokog pritiska isparenja. Ovi se hidridi značajno razlikuju od hidrida soli u kojima vodik ima negativniji naboj. U hlapljivim hidridima (na primjer, ugljovodonicima) dominira kovalentna veza između nemetala i vodika. Kako se nemetalni karakter povećava, nastaju jedinjenja sa djelimično jonskom vezom, na primjer H + Cl-, (H2) 2 + O2-, N3-(H3) 3 +. U nastavku su dati zasebni primjeri formiranja različitih hidrida (toplina formiranja hidrida je navedena u zagradama):

Izomerija i izotopi vodonika. Atomi izotopa vodika nisu slični. Obični vodonik, protij, je uvijek proton oko kojeg se okreće jedan elektron, koji se nalazi na velikoj udaljenosti od protona (u odnosu na veličinu protona). Obje čestice imaju spin, tako da se atomi vodika mogu razlikovati ili po spinu elektrona, ili po spinu protona, ili oboje. Atomi vodika koji se razlikuju po spinu protona ili elektrona nazivaju se izomeri. Kombinacija dva atoma sa paralelnim spinovima dovodi do formiranja molekule "ortovodonika", a sa suprotnim spinovima protona - do molekule "paravodonika". Hemijski, oba molekula su identična. Ortovodonik ima vrlo slab magnetni moment. Na sobnoj ili povišenoj temperaturi, oba izomera, ortovodonik i paravodonik, obično su u ravnoteži u omjeru 3:1. Kada se ohladi na 20 K (-253°C), sadržaj paravodonika se povećava na 99%, jer je stabilniji. Kada se ukapljuje industrijskim metodama pročišćavanja, orto oblik prelazi u para oblik sa oslobađanjem toplote, što uzrokuje gubitak vodika isparavanjem. Brzina konverzije orto forme u para formu se povećava u prisustvu katalizatora, na primjer ugalj, nikl oksid, krom oksid naneseni na glinicu. Protij je neobičan element jer nema neutrone u svom jezgru. Ako se u jezgri pojavi neutron, tada se takav vodik naziva deuterijum 21D. Elementi sa istim brojem protona i elektrona i različit iznos neutroni se nazivaju izotopi. Prirodni vodonik sadrži mali udio HD i D2. Slično tome, prirodna voda sadrži niske koncentracije (manje od 0,1%) DOH i D2O. Teška voda D2O, koja ima masu veću od H2O, razlikuje se po fizičkim i hemijskim svojstvima, na primjer, gustina obične vode je 0,9982 g / ml (20 ° C), a teške - 1,105 g / ml, tačka topljenja obične vode je 0,0°C, a teške - 3,82°C, tačka ključanja je 100°C i 101,42°C, respektivno. Reakcije koje uključuju D2O odvijaju se nižom brzinom (na primjer, elektroliza prirodne vode koja sadrži mješavina D2O, uz dodatak alkalnog NaOH). Brzina elektrolitičke razgradnje protium oksida H2O veća je od D2O (uzimajući u obzir stalno povećanje udjela D2O podvrgnutog elektrolizi). Zbog blizine svojstava protijuma i deuterijuma, moguće je zameniti protijum deuterijumom. Takve veze se nazivaju etiketama. Miješanjem jedinjenja deuterijuma sa običnom supstancom koja sadrži vodik, moguće je proučavati načine, prirodu i mehanizam mnogih reakcija. Ova metoda se koristi za proučavanje bioloških i biohemijskih reakcija, na primjer, procesa probave. Treći izotop vodonika, tricijum (31T), prisutan je u prirodi u tragovima. Za razliku od stabilnog deuterija, tricijum je radioaktivan i ima poluživot od 12,26 godina. Tricijum se raspada u helijum (32He) uz oslobađanje b-čestice (elektrona). Tritij i metalni tritidi se koriste za proizvodnju nuklearne energije; na primjer, u hidrogenska bomba javlja se sljedeća reakcija fuzije: 21H + 31H -> 42He + 10n + 17,6 MeV
Dobijanje vodonika.Često je dalja upotreba vodika određena prirodom same proizvodnje. U nekim slučajevima, na primjer, u sintezi amonijaka, male količine dušika u izvornom vodiku, naravno, nisu štetna nečistoća. Smjesa ugljičnog monoksida(II) također neće ometati ako se vodik koristi kao redukcijski agens. 1. Najveća proizvodnja vodika zasniva se na katalitičkoj konverziji ugljovodonika parom prema šemi CnH2n + 2 + nH2O (r) nCO + (2n + 1)H2 i CnH2n + 2 + 2nH2O (r) nCO2 + (3n + 1)H2. Temperatura procesa zavisi od sastava katalizatora. Poznato je da se temperatura reakcije sa propanom može smanjiti na 370°C upotrebom boksita kao katalizatora. Do 95% proizvedenog CO se troši u daljoj reakciji sa vodenom parom: H2O + CO -> CO2 + H2
2. Metoda vodenog plina osigurava značajan dio ukupne proizvodnje vodonika. Suština metode je reakcija vodene pare sa koksom kako bi se formirala mješavina CO i H2. Reakcija je endotermna (DH° = 121,8 kJ/mol) i odvija se na 1000° C. Zagrijani koks se obrađuje parom; oslobođena mješavina pročišćenog plina sadrži malo vodika, veliki postotak CO i malu primjesu CO2. Da bi se povećao prinos H2, CO monoksid se uklanja daljom obradom parom na 370°C, proizvodeći više CO2. Ugljični dioksid se prilično lako uklanja propuštanjem mješavine plina kroz čistač koji se navodnjava protustrujnom vodom. 3. Elektroliza. U elektrolitičkom procesu, vodik je zapravo nusproizvod proizvodnje glavnih proizvoda, hlora i alkalija (NaOH). Elektroliza se izvodi u slabo alkalnom vodenom mediju na 80°C i naponu od oko 2V, koristeći željeznu katodu i niklovanu anodu:

4. Metoda gvožđe-para, prema kojoj se para na 500-1000°C propušta preko gvožđa: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160,67 kJ. Vodik proizveden ovom metodom obično se koristi za hidrogenizaciju masti i ulja. Sastav željeznog oksida ovisi o temperaturi procesa; za nC + (n + 1)H2
6. Sljedeća po proizvodnji je metanol-parna metoda: CH3OH + H2O -> 3H2 + CO2. Reakcija je endotermna i izvodi se na 260°C VODIKA u konvencionalnim čeličnim reaktorima pri pritiscima do 20 atm. 7. Katalitička razgradnja amonijaka: 2NH3 -> Reakcija je reverzibilna. Uz male potrebe za vodonikom, ovaj proces je neekonomičan. Postoje i različiti načini za proizvodnju vodika, koji, iako nisu od velike industrijske važnosti, u nekim slučajevima mogu biti ekonomski najpovoljniji. Vrlo čist vodonik se dobija hidrolizom pročišćenih hidrida alkalni metali; u ovom slučaju nastaje mnogo vodonika iz male količine hidrida: LiH + H2O -> LiOH + H2
(Ova metoda je pogodna kada se dobijeni vodonik koristi direktno.) Vodik se takođe oslobađa kada kiseline reaguju sa aktivnim metalima, ali je obično kontaminiran kiselinom ili drugim gasovitim proizvodom, kao što je fosfin PH3, sumporovodik H2S, arsin AsH3. Većina aktivni metali, u reakciji s vodom, istiskuju vodonik i formiraju alkalni rastvor: 2H2O + 2Na -> H2 + 2NaOH Uobičajeno laboratorijska metoda dobijanje H2 u Kipp aparatu reakcijom cinka sa hlorovodoničnom ili sumpornom kiselinom:
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. Hidridi zemnoalkalnih metala (npr. CaH2), kompleksni hidridi soli (npr. LiAlH4 ili NaBH4) i neki borohidridi (npr. B2H6) oslobađaju vodonik kada reaguju sa vodom ili tokom termičke disocijacije. Mrki ugalj i para na visokoj temperaturi također djeluju u interakciji s oslobađanjem vodonika.
Prečišćavanje vodonika. Stepen potrebne čistoće vodonika određuje se njegovim obimom. Primjesa ugljičnog dioksida uklanja se smrzavanjem ili ukapljivanjem (na primjer, propuštanjem plinovite smjese kroz tekući dušik). Ista nečistoća se može potpuno ukloniti propuštanjem vode. CO se može ukloniti katalitičkom konverzijom u CH4 ili CO2 ili ukapljivanjem tokom obrade tečni azot. Nečistoća kiseonika nastala tokom procesa elektrolize uklanja se u obliku vode nakon iskričnog pražnjenja.
Upotreba vodonika. Vodik se uglavnom koristi u hemijskoj industriji za proizvodnju hlorovodonika, amonijaka, metanola i dr. organska jedinjenja. Koristi se u hidrogenizaciji ulja, kao i uglja i nafte (za pretvaranje goriva niskog kvaliteta u visokokvalitetna). U metalurgiji se vodik koristi za redukciju nekih obojenih metala iz njihovih oksida. Vodik se koristi za hlađenje snažnih električnih generatora. Izotopi vodika se koriste u nuklearnoj energiji. Vodonik-kiseonički plamen se koristi za rezanje i zavarivanje metala.
LITERATURA
Nekrasov B.V. Osnove opšte hemije. M., 1973. Tečni vodonik. M., 1980 Vodik u metalima. M., 1981

Collier Encyclopedia. - Otvoreno društvo. 2000 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "VODIK" u drugim rječnicima:

Tabela nuklida Opće informacije Naziv, simbol Vodik 4, 4H Neutroni 3 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 4.027810 (110) ... Wikipedia

Tabela nuklida Opšte informacije Naziv, simbol Vodonik 5, 5H Neutroni 4 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 5.035310 (110) ... Wikipedia

Tabela nuklida Opšte informacije Naziv, simbol Vodonik 6, 6H Neutroni 5 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 6,044940 (280) ... Wikipedia

Tabela nuklida Opšte informacije Naziv, simbol Vodonik 7, 7H Neutroni 6 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 7,052750 (1080) ... Wikipedia

Počevši da razmatramo hemijska i fizička svojstva vodonika, treba napomenuti da je u uobičajenom stanju ovaj hemijski element u gasovitom obliku. Bezbojni gas vodonik je bez mirisa i ukusa. Po prvi put ovaj hemijski element dobio je naziv vodonik po naučniku A. Lavoisieru koji je sproveo eksperimente sa vodom, prema čijim rezultatima je svetska nauka saznala da je voda višekomponentna tečnost, koja uključuje i vodonik. Ovaj događaj se dogodio 1787. godine, ali mnogo prije tog datuma, vodonik je naučnicima bio poznat pod nazivom "zapaljivi plin".

Vodonik u prirodi

Prema naučnicima, vodonik se nalazi u zemljine kore i u vodi (približno 11,2% in ukupna zapremina voda). Ovaj gas je deo mnogih minerala koje čovečanstvo vekovima vadi iz utrobe zemlje. Djelomično su svojstva vodonika karakteristična za naftu, prirodne plinove i glinu, za životinjske i biljne organizme. Ali unutra čista forma, odnosno nije u kombinaciji sa drugim hemijskim elementima periodnog sistema, ovaj gas je izuzetno redak u prirodi. Ovaj gas može izaći na površinu zemlje tokom vulkanskih erupcija. Slobodni vodonik je prisutan u atmosferi u tragovima.

Hemijska svojstva vodonika

Pošto hemijska svojstva vodonika nisu ujednačena, ovaj hemijski element pripada i grupi I Mendeljejevskog sistema i grupi VII sistema. Kao predstavnik prve grupe, vodonik je, u stvari, alkalni metal koji ima oksidaciono stanje +1 u većini jedinjenja u koje je uključen. Ista valencija je karakteristična za natrijum i druge alkalne metale. S obzirom na ova hemijska svojstva, vodonik se smatra elementom sličnim ovim metalima.

Ako govorimo o metalnim hidridima, onda vodikov ion ima negativnu valenciju - njegovo oksidacijsko stanje je -1. Na + H- se gradi na isti način kao Na + Cl- hlorid. Ova činjenica je razlog za pripisivanje vodonika grupi VII Mendeljejevskog sistema. Vodik, koji je u stanju molekule, pod uslovom da je u običnom okruženju, neaktivan je i može se kombinovati samo sa nemetalima koji su za njega aktivniji. Takvi metali uključuju fluor, u prisustvu svjetlosti, vodonik se kombinuje sa hlorom. Ako se vodonik zagreva, postaje aktivniji, reagujući sa mnogim elementima periodnog sistema Mendeljejeva.

Atomski vodonik pokazuje aktivnija hemijska svojstva od molekularnog vodonika. Molekuli kiseonika formiraju vodu - H2 + 1/2O2 = H2O. Kada vodik stupa u interakciju s halogenima, nastaju vodikovi halogenidi H2 + Cl2 = 2HCl, a vodik ulazi u ovu reakciju u odsustvu svjetlosti i na dovoljno visokim negativnim temperaturama - do - 252 ° C. Hemijska svojstva vodika omogućuju da se koristi za redukciju mnogih metala, jer, prilikom reakcije, vodik apsorbira kisik iz metalnih oksida, na primjer, CuO + H2 = Cu + H2O. Vodik je uključen u stvaranje amonijaka, u interakciji sa dušikom u reakciji 3H2 + N2 = 2NH3, ali pod uslovom da se koristi katalizator, a temperatura i pritisak se povećaju.

Energetska reakcija nastaje kada vodik stupi u interakciju sa sumporom u reakciji H2 + S = H2S, što rezultira vodonik sulfidom. Interakcija vodika sa telurom i selenom je nešto manje aktivna. Ako nema katalizatora, onda on reaguje sa čistim ugljenikom, vodonikom samo pod uslovom da se stvore visoke temperature. 2H2 + C (amorfni) = CH4 (metan). U procesu aktivnosti vodonika sa nekim alkalnim i drugim metalima, dobijaju se hidridi, na primjer, H2 + 2Li = 2LiH.

Fizička svojstva vodonika

Vodonik je veoma lagan hemijski. U najmanju ruku, naučnici tvrde da trenutno ne postoji lakša supstanca od vodonika. Njegova masa je 14,4 puta lakša od vazduha, a gustina mu je 0,0899 g/l na 0°C. Na temperaturama od -259,1 ° C, vodik se može otopiti - ovo je vrlo kritična temperatura, koja nije tipična za transformaciju većine hemijska jedinjenja iz jedne države u drugu. Samo takav element kao što je helijum premašuje fizička svojstva vodonika u tom pogledu. Ukapljivanje vodonika je teško, jer je njegova kritična temperatura (-240°C). Vodik je plin koji najviše proizvodi toplinu od svih poznatih čovječanstvu. Sva gore opisana svojstva su najznačajnija fizička svojstva vodonika koja čovjek koristi u određene svrhe. Takođe, ova svojstva su najrelevantnija za savremenu nauku.

Vodonik u periodnom sistemu nalazi se na prvom mestu, u grupama I i VII odjednom. Simbol za vodonik je H (lat. Hydrogenium). To je vrlo lagan plin bez boje i mirisa. Postoje tri izotopa vodonika: 1H - protij, 2H - deuterijum i 3H - tricijum (radioaktivan). Vazduh ili kiseonik u reakciji sa jednostavni vodonik H₂ je vrlo zapaljiv i eksplozivan. Vodik ne emituje toksične proizvode. Rastvorljiv je u etanolu i nizu metala (posebno bočne podgrupe).

Rasprostranjenost vodonika na Zemlji

Kao i kiseonik, vodonik je od velike važnosti. Ali, za razliku od kisika, gotovo sav vodik je u vezanom obliku s drugim tvarima. U slobodnom stanju nalazi se samo u atmosferi, ali je njegova količina tamo krajnje zanemarljiva. Vodonik je sastavni dio gotovo svih organskih spojeva i živih organizama. Najčešće se javlja u obliku oksida - vode.

Fizičko-hemijske karakteristike

Vodik nije aktivan, a kada se zagrije ili u prisustvu katalizatora, reagira sa gotovo svim jednostavnim i složenim kemijskim elementima.

Reakcija vodika sa jednostavnim hemijskim elementima

Na povišenim temperaturama vodonik reaguje sa kiseonikom, sumporom, hlorom i azotom. naučit ćete koje eksperimente s plinovima možete raditi kod kuće.

Iskustvo u interakciji vodonika sa kiseonikom u laboratoriji

Uzmimo čisti vodonik, koji dolazi kroz cijev za izlaz plina, i zapalimo ga. Gorit će jedva primjetnim plamenom. Ako stavite vodoničnu cijev u posudu, ona će nastaviti da gori, a na zidovima će se formirati kapljice vode. Ovaj kiseonik je reagovao sa vodonikom:

2H₂ + O₂ = 2H₂O + Q

Kada se sagori vodonik, stvara se mnogo toplotne energije. Temperatura kombinacije kiseonika i vodika dostiže 2000 °C. Kiseonik je oksidirao vodik, pa se ova reakcija naziva oksidaciona reakcija.

U normalnim uslovima (bez zagrijavanja), reakcija se odvija sporo. A na temperaturama iznad 550 ° C dolazi do eksplozije (formira se takozvani eksplozivni plin). U prošlosti se često koristio vodonik baloni, ali zbog stvaranja eksplozivnog gasa, došlo je do mnogih katastrofa. Integritet lopte je prekinut i došlo je do eksplozije: vodonik je reagovao sa kiseonikom. Stoga se sada koristi helijum, koji se periodično zagrijava plamenom.

Hlor reaguje sa vodonikom i formira hlorovodonik (samo u prisustvu svetlosti i toplote). Hemijska reakcija vodonika i hlora izgleda ovako:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Zanimljiva činjenica: reakcija fluora s vodikom uzrokuje eksploziju čak i u mraku i na temperaturama ispod 0 °C.

Interakcija dušika sa vodonikom može se dogoditi samo kada se zagrije iu prisustvu katalizatora. Ova reakcija proizvodi amonijak. Jednačina reakcije:

ZN₂ + N₂ = 2NN₃

Reakcija sumpora i vodika dolazi do stvaranja plina - sumporovodika. Kao rezultat toga, osjeća se miris pokvarenih jaja:

H₂ + S = H₂S

U metalima, vodonik se ne samo rastvara, već može i reagovati s njima. Kao rezultat, nastaju spojevi koji se nazivaju hidridi. Neki hidridi se koriste kao gorivo u raketama. Oni također proizvode nuklearnu energiju.

Reakcija sa složenim hemijskim elementima

Na primjer, vodik sa bakrenim oksidom. Uzmite cijev vodonika i provucite je kroz prah bakrenog oksida. Celokupna reakcija se odvija pri zagrevanju. Crni bakreni prah će postati smeđe-crveni (boja običnog bakra). Kapljice tečnosti će se pojaviti i na nezagrejanim delovima tikvice - to je formirano.

Hemijska reakcija:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Kao što vidite, vodonik je reagirao sa oksidom i reducirao bakar.

Reakcije oporavka

Ako supstanca tokom reakcije oduzima oksid, ona je redukciono sredstvo. Na primjeru reakcije bakrenog oksida sa vidimo da je vodik bio redukcijski agens. Takođe reaguje sa nekim drugim oksidima kao što su HgO, MoO₃ i PbO. U bilo kojoj reakciji, ako je jedan od elemenata oksidacijski agens, drugi će biti redukcijski agens.

Sva vodonikova jedinjenja

Jedinjenja vodonika sa nemetalima- veoma isparljivi i otrovni gasovi (npr. sumporovodik, silan, metan).

Halogenidi vodonika Hlorovodonik se najčešće koristi. Kada se rastvori, formira hlorovodoničnu kiselinu. U ovu grupu spadaju i: fluorovodonik, vodonik jodid i bromovodonik. Svi ovi spojevi kao rezultat formiraju odgovarajuće kiseline.

Vodikov peroksid (hemijska formula N₂O₂) pokazuje najjača oksidaciona svojstva.

Vodonik hidroksidi ili voda H₂O.

hidridi su jedinjenja sa metalima.

Hidroksidi su kiseline, baze i druga jedinjenja koja sadrže vodonik.

organska jedinjenja: proteini, masti, lipidi, hormoni i dr.

Vodonik H je hemijski element, jedan od najčešćih u našem svemiru. Masa vodika kao elementa u sastavu supstanci je 75% ukupnog sadržaja atoma druge vrste. Uključen je u najvažniju i vitalnu vezu na planeti - vodu. Posebnost vodonika je i to što je on prvi element u periodičnom sistemu hemijski elementi D. I. Mendeljejev.

Otkriće i istraživanje

Prva spominjanja vodonika u Paracelsusovim spisima datiraju iz šesnaestog veka. Ali njegovo izolovanje od gasne mešavine vazduha i proučavanje zapaljivih svojstava već je u sedamnaestom veku napravio naučnik Lemeri. Vodonik je detaljno proučavao engleski hemičar, fizičar i prirodnjak koji je eksperimentalno dokazao da je masa vodonika najmanja u poređenju sa drugim gasovima. U kasnijim fazama razvoja nauke, mnogi naučnici su radili s njim, posebno Lavoisier, koji ga je nazvao "rađanjem vode".

Karakteristika prema poziciji u PSCE

Element koji otvara periodni sistem D. I. Mendeljejeva je vodonik. Fizička i hemijska svojstva atoma pokazuju neku vrstu dualnosti, budući da se vodonik istovremeno odnosi na prvu grupu, glavnu podgrupu, ako se ponaša kao metal i u tom procesu odustane od jednog elektrona. hemijska reakcija, a do sedme - u slučaju potpunog punjenja valentne ljuske, odnosno prijema negativne čestice, što je karakterizira sličnom halogenima.

Karakteristike elektronske strukture elementa

Svojstva složene supstance, u koji je uključen, i najjednostavnija supstanca H 2 prvenstveno su određene elektronskom konfiguracijom vodonika. Čestica ima jedan elektron sa Z= (-1), koji rotira u svojoj orbiti oko jezgra, koji sadrži jedan proton jedinične mase i pozitivnog naboja (+1). Njegovo elektronska konfiguracija zapisuje se kao 1s 1, što znači prisustvo jedne negativne čestice u prvoj i jedinoj s-orbitali za vodonik.

Kada se elektron odvoji ili preda, a atom ovog elementa ima takvo svojstvo da je povezan s metalima, dobije se kation. U stvari, jon vodonika je pozitivna elementarna čestica. Stoga se vodonik bez elektrona jednostavno naziva proton.

Fizička svojstva

Ukratko opisujući vodonik, to je bezbojan, slabo rastvorljiv gas sa srodnikom atomska masa jednak 2,14,5 puta lakši od vazduha, sa temperaturom tečenja od -252,8 stepeni Celzijusa.

Iz iskustva se lako može vidjeti da je H2 najlakši. Da biste to učinili, dovoljno je napuniti tri kuglice raznim tvarima - vodikom, ugljičnim dioksidom, običnim zrakom - i istovremeno ih pustiti iz ruke. Onaj koji je ispunjen CO 2 brže će dospjeti do tla, nakon čega će pasti naduvan mješavinom zraka, a onaj koji sadrži H 2 podići će se do stropa.

Mala masa i veličina čestica vodika opravdavaju njegovu sposobnost prodiranja kroz različite tvari. Na primjeru iste lopte to je lako provjeriti, za par dana će se sama ispuhati, jer će plin jednostavno proći kroz gumu. Takođe, vodonik se može akumulirati u strukturi nekih metala (paladija ili platine), i ispariti iz njega kada temperatura poraste.

Svojstvo niske rastvorljivosti vodika koristi se u laboratorijskoj praksi za njegovo izdvajanje metodom istiskivanja vodika (tabela ispod sadrži glavne parametre) koji određuju opseg njegove primene i metode proizvodnje.

Parametar atoma ili molekula jednostavne supstance	Značenje
Atomska masa (molarna masa)	1,008 g/mol
Elektronska konfiguracija	1s 1
Kristalna ćelija	Hexagonal
Toplotna provodljivost	(300 K) 0,1815 W/(m K)
Gustina na n. y.	0,08987 g/l
Temperatura ključanja	-252,76°C
Specifična toplota sagorevanja	120,9 10 6 J/kg
Temperatura topljenja	-259,2°C
Rastvorljivost u vodi	18,8 ml/l

Izotopski sastav

Kao i mnogi drugi predstavnici periodnog sistema hemijskih elemenata, vodonik ima nekoliko prirodnih izotopa, odnosno atoma sa isti broj protona u jezgru, ali različit broj neutrona - čestica s nultim nabojem i jediničnom masom. Primjeri atoma koji imaju slična svojstva su kisik, ugljik, klor, brom i drugi, uključujući i radioaktivne.

Fizička svojstva vodika 1 H, najčešćeg od predstavnika ove grupe, značajno se razlikuju od istih karakteristika njegovih kolega. Posebno se razlikuju karakteristike tvari u koje su uključene. Dakle, postoji obična i deuterirana voda, koja u svom sastavu sadrži, umjesto atoma vodika s jednim protonom, deuterijum 2 H - njegov izotop s dvije elementarne čestice: pozitivnom i nenabijenom. Ovaj izotop je dvostruko teži od običnog vodonika, što objašnjava fundamentalnu razliku u svojstvima spojeva koje čine. U prirodi je deuterijum 3200 puta rjeđi od vodonika. Treći predstavnik je tricijum 3 H, u jezgru ima dva neutrona i jedan proton.

Metode dobijanja i izolacije

Laboratorijske i industrijske metode su veoma različite. Dakle, u malim količinama gas se dobija uglavnom kroz reakcije u kojima minerali, a proizvodnja velikih razmjera u većoj mjeri koristi organsku sintezu.

U laboratoriji se koriste sljedeće hemijske interakcije:

U industrijskim interesima, plin se dobiva sljedećim metodama:

1. Termička razgradnja metana u prisustvu katalizatora na njegove sastavne jednostavne supstance (350 stepeni dostiže vrednost takvog indikatora kao što je temperatura) - vodik H 2 i ugljenik C.
2. Propuštanje parne vode kroz koks na 1000 stepeni Celzijusa sa stvaranjem ugljen-dioksida CO 2 i H 2 (najčešća metoda).
3. Konverzija gasovitog metana na nikalnom katalizatoru na temperaturi koja dostiže 800 stepeni.
4. Vodik je nusproizvod u elektrolizi vodenih otopina kalijevih ili natrijum hlorida.

Hemijske interakcije: opšte odredbe

Fizička svojstva vodika u velikoj mjeri objašnjavaju njegovo ponašanje u reakcionim procesima s jednim ili drugim spojem. Valentnost vodonika je 1, jer se nalazi u prvoj grupi periodnog sistema, a stepen oksidacije pokazuje drugačiji. U svim jedinjenjima, osim u hidridima, vodonik u s.o. = (1+), u molekulima kao što su XH, XH 2, XH 3 - (1-).

Molekula gasa vodika, nastala stvaranjem generalizovanog elektronskog para, sastoji se od dva atoma i energetski je prilično stabilna, zbog čega je u normalnim uslovima donekle inertna i ulazi u reakcije kada normalnim uslovima. U zavisnosti od stepena oksidacije vodika u sastavu drugih supstanci, može delovati i kao oksidaciono i kao redukciono sredstvo.

Tvari sa kojima vodonik reaguje i nastaje

Elementarne interakcije za formiranje složenih supstanci (često na povišenim temperaturama):

1. Alkalni i zemnoalkalni metal + vodonik = hidrid.
2. Halogen + H 2 = halogen vodonik.
3. Sumpor + vodonik = vodonik sulfid.
4. Kiseonik + H 2 = voda.
5. Ugljik + vodonik = metan.
6. Azot + H 2 = amonijak.

Interakcija sa složenim supstancama:

1. Dobivanje sintetskog plina iz ugljičnog monoksida i vodonika.
2. Obnavljanje metala iz njihovih oksida sa H 2 .
3. Zasićenje nezasićenih alifatskih ugljovodonika vodikom.

vodoničnu vezu

Fizička svojstva vodika su takva da, u kombinaciji s elektronegativnim elementom, omogućavaju stvaranje posebne vrste veze sa istim atomom od susjednih molekula koji imaju nepodijeljene elektronske parove (na primjer, kisik, dušik i fluor). Najsjajniji primjer, na kojem je bolje razmotriti sličan fenomen, je voda. Može se reći da je prošivena vodoničnim vezama, koje su slabije od kovalentnih ili jonskih, ali zbog činjenice da ih ima mnogo, one značajno utiču na svojstva supstance. U suštini, vodikova veza je elektrostatička interakcija koja veže molekule vode u dimere i polimere, potkrepljujući to visoke temperature ključanje.

Vodonik u sastavu mineralnih jedinjenja

Svi sadrže proton - katjon atoma kao što je vodonik. Supstanca čiji kiselinski ostatak ima oksidaciono stanje veće od (-1) naziva se polibazičnim spojem. Sadrži nekoliko atoma vodika, što čini disocijaciju na vodeni rastvori višestepeni. Svaki sljedeći proton se sve teže odvaja od ostatka kiseline. Prema kvantitativnom sadržaju vodonika u mediju, određuje se njegova kiselost.

Primjena u ljudskim aktivnostima

Boce sa supstancom, kao i posude sa drugim tečnim gasovima, kao što je kiseonik, imaju specifičan izgled. Oslikane su tamno zelenom bojom sa jarko crvenim slovima "Hydrogen". Plin se pumpa u cilindar pod pritiskom od oko 150 atmosfera. Fizička svojstva vodonika, posebno lakoća plinovitog agregatnog stanja, koriste se za punjenje balona, ​​balona itd. pomiješanih sa helijumom.

Vodik, čija su fizička i kemijska svojstva ljudi naučili koristiti prije mnogo godina, trenutno se koristi u mnogim industrijama. Najveći dio odlazi na proizvodnju amonijaka. Takođe, vodik je uključen u (hafnij, germanijum, galijum, silicijum, molibden, volfram, cirkonijum i drugi) iz oksida, delujući u reakciji kao redukciono sredstvo, cijanovodonične i hlorovodonične kiseline, kao i veštačko tečno gorivo. Prehrambena industrija ga koristi za pretvaranje biljnih ulja u čvrste masti.

Utvrdili smo hemijska svojstva i upotrebu vodonika u različitim procesima hidrogenacije i hidrogenacije masti, uglja, ugljovodonika, ulja i lož ulja. Uz to proizvode gems, žarulje sa žarnom niti, izvode kovanje i zavarivanje metalnih proizvoda pod uticajem plamena kiseonik-vodik.