Compuesto de oxígeno e hidrógeno. Hidrógeno. Propiedades físicas y químicas, obtención

En el sistema periódico, tiene su propia posición específica, que refleja las propiedades que exhibe y habla de su estructura electrónica. Sin embargo, entre todos hay un átomo especial que ocupa dos celdas a la vez. Se encuentra en dos grupos de elementos que son completamente opuestos en sus propiedades manifestadas. Esto es hidrógeno. Estas características lo hacen único.

El hidrógeno no es sólo un elemento, sino también una sustancia simple, y también componente muchos compuestos complejos, elementos biogénicos y organogénicos. Por lo tanto, consideramos sus características y propiedades con más detalle.

El hidrógeno como elemento químico.

El hidrógeno es un elemento del primer grupo del subgrupo principal, así como el séptimo grupo del subgrupo principal en el primer período pequeño. Este período consta de solo dos átomos: el helio y el elemento que estamos considerando. Describamos las características principales de la posición del hidrógeno en el sistema periódico.

1. El número de serie del hidrógeno es 1, el número de electrones es el mismo, respectivamente, el número de protones es el mismo. La masa atómica es 1.00795. Hay tres isótopos de este elemento con números de masa 1, 2, 3. Sin embargo, las propiedades de cada uno de ellos son muy diferentes, ya que un aumento de masa incluso en uno para el hidrógeno es inmediatamente el doble.
2. El hecho de que contenga solo un electrón en el exterior le permite exhibir con éxito propiedades tanto oxidantes como reductoras. Además, después de la liberación de un electrón, permanece como un orbital libre, que participa en la formación. enlaces químicos según el mecanismo donante-receptor.
3. El hidrógeno es un fuerte agente reductor. Por lo tanto, se considera que el primer grupo del subgrupo principal es su lugar principal, donde conduce más metales activos- alcalino.
4. Sin embargo, al interactuar con agentes reductores fuertes, como por ejemplo metales, también puede ser un agente oxidante, aceptando un electrón. Estos compuestos se llaman hidruros. En base a ello, encabeza el subgrupo de los halógenos, con los que se asemeja.
5. Debido a su masa atómica muy pequeña, el hidrógeno se considera el elemento más ligero. Además, su densidad también es muy baja, por lo que también es el referente de ligereza.

Por lo tanto, es obvio que el átomo de hidrógeno es completamente único, a diferencia de todos los demás elementos. En consecuencia, sus propiedades también son especiales, y las sustancias simples y complejas que se forman son muy importantes. Considerémoslos más a fondo.

sustancia simple

Si hablamos de este elemento como molécula, entonces debemos decir que es diatómico. Es decir, el hidrógeno (una sustancia simple) es un gas. Su fórmula empírica se escribirá como H 2, y la gráfica, a través de un enlace sigma simple H-H. El mecanismo de formación de enlaces entre átomos es covalente no polar.

1. Reformado con vapor de metano.
2. Gasificación del carbón: el proceso consiste en calentar el carbón a 1000 0 C, lo que da como resultado la formación de hidrógeno y carbón con alto contenido de carbono.
3. Electrólisis. Este método solo se puede usar para soluciones acuosas de varias sales, ya que las fusiones no conducen a la descarga de agua en el cátodo.

Métodos de laboratorio para producir hidrógeno:

1. Hidrólisis de hidruros metálicos.
2. La acción de los ácidos diluidos sobre los metales activos y de media actividad.
3. Interacción de metales alcalinos y alcalinotérreos con el agua.

Para recoger el hidrógeno resultante, es necesario mantener el tubo de ensayo boca abajo. Después de todo, este gas no se puede recolectar de la misma manera que, por ejemplo, el dióxido de carbono. Esto es hidrógeno, es mucho más ligero que el aire. Se disipa rápidamente y grandes cantidades explota cuando se mezcla con el aire. Por lo tanto, el tubo debe estar invertido. Después de llenarlo, debe cerrarse con un tapón de goma.

Para verificar la pureza del hidrógeno recolectado, debe acercar un fósforo encendido al cuello. Si el algodón es sordo y silencioso, entonces el gas está limpio, con mínimas impurezas de aire. Si es ruidoso y silbante, está sucio, con una gran proporción de componentes extraños.

áreas de uso

Cuando se quema hidrógeno, se libera una cantidad tan grande de energía (calor) que este gas se considera el combustible más rentable. Además, es respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, su uso en esta área es actualmente limitado. Esto se debe a los problemas mal concebidos y no resueltos de sintetizar hidrógeno puro, que sería adecuado para su uso como combustible en reactores, motores y dispositivos portátiles, así como en calderas de calefacción residencial.

Después de todo, los métodos para obtener este gas son bastante caros, por lo que primero es necesario desarrollar un método especial de síntesis. Uno que le permitirá obtener el producto en gran volumen ya un costo mínimo.

Hay varias áreas principales en las que se utiliza el gas que estamos considerando.

1. Síntesis químicas. A base de hidrogenación se obtienen jabones, margarinas y plásticos. Con la participación de hidrógeno se sintetizan metanol y amoníaco, además de otros compuestos.
2. EN Industria de alimentos- como aditivo E949.
3. Industria de la aviación (construcción de cohetes, construcción de aviones).
4. Industria de la energía.
5. Meteorología.
6. Combustible de tipo ecológico.

Obviamente, el hidrógeno es tan importante como abundante en la naturaleza. Los diversos compuestos formados por él juegan un papel aún mayor.

Compuestos de hidrógeno

Estas son sustancias complejas que contienen átomos de hidrógeno. Hay varios tipos principales de tales sustancias.

1. Haluros de hidrógeno. Formula general- H Hal. De particular importancia entre ellos es el cloruro de hidrógeno. Es un gas que se disuelve en agua para formar una solución. de ácido clorhídrico. este ácido es ampliamente utilizado en casi todos síntesis químicas. Y tanto orgánicos como inorgánicos. El cloruro de hidrógeno es un compuesto que tiene la fórmula empírica HCL y es uno de los de mayor producción anual en nuestro país. Los haluros de hidrógeno también incluyen yoduro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno y bromuro de hidrógeno. Todos ellos forman los ácidos correspondientes.
2. Volátiles Casi todos ellos son gases bastante venenosos. Por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, metano, silano, fosfina y otros. Sin embargo, son muy inflamables.
3. Los hidruros son compuestos con metales. Pertenecen a la clase de las sales.
4. Hidróxidos: bases, ácidos y compuestos anfóteros. Su composición incluye necesariamente átomos de hidrógeno, uno o más. Ejemplo: NaOH, K 2 , H 2 SO 4 y otros.
5. Hidróxido de hidrógeno. Este compuesto es mejor conocido como agua. Otro nombre para el óxido de hidrógeno. La fórmula empírica se ve así: H 2 O.
6. Peróxido de hidrógeno. Este es el agente oxidante más fuerte, cuya fórmula es H 2 O 2.
7. Numerosos compuestos orgánicos: hidrocarburos, proteínas, grasas, lípidos, vitaminas, hormonas, aceites esenciales y otros.

Obviamente, la variedad de compuestos del elemento que estamos considerando es muy grande. Esto confirma una vez más su gran importancia para la naturaleza y el hombre, así como para todos los seres vivos.

es el mejor solvente

Como se mencionó anteriormente, el nombre común de esta sustancia es agua. Consta de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, interconectados por enlaces polares covalentes. La molécula de agua es un dipolo, lo que explica muchas de sus propiedades. En particular, el hecho de que es un solvente universal.

Es en el medio acuático donde tienen lugar casi todos los procesos químicos. Las reacciones internas del metabolismo plástico y energético en los organismos vivos también se llevan a cabo con la ayuda del óxido de hidrógeno.

El agua es considerada como la más sustancia importante en el planeta. Se sabe que ningún organismo vivo puede vivir sin él. En la Tierra, puede existir en tres estados de agregación:

• líquido;
• gas (vapor);
• sólido (hielo).

Dependiendo del isótopo de hidrógeno que forme parte de la molécula, existen tres tipos de agua.

1. Luz o protio. Un isótopo con un número de masa de 1. La fórmula es H 2 O. Esta es la forma habitual que utilizan todos los organismos.
2. Deuterio o pesado, su fórmula es D 2 O. Contiene el isótopo 2 H.
3. Súper pesado o tritio. La fórmula parece T 3 O, el isótopo es 3 H.

Las reservas de agua dulce protium en el planeta son muy importantes. Ya falta en muchos países. Se están desarrollando métodos para tratar el agua salada con el fin de obtener agua potable.

El agua oxigenada es un remedio universal

Este compuesto, como se mencionó anteriormente, es un excelente agente oxidante. Sin embargo, con representantes fuertes también puede comportarse como reductor. Además, tiene un pronunciado efecto bactericida.

Otro nombre para este compuesto es peróxido. Es en esta forma que se usa en medicina. Una solución al 3% del hidrato cristalino del compuesto en cuestión es medicina medica, que se utiliza para tratar pequeñas heridas con el fin de desinfectarlas. Sin embargo, se ha comprobado que en este caso aumenta la cicatrización de heridas con el tiempo.

El peróxido de hidrógeno también se utiliza en combustible para cohetes, en la industria para desinfección y blanqueo, como agente espumante para la producción de materiales apropiados (espuma, por ejemplo). Además, el peróxido ayuda a limpiar los acuarios, decolorar el cabello y blanquear los dientes. Sin embargo, al mismo tiempo daña los tejidos, por lo que los especialistas no lo recomiendan para este fin.

El compuesto de oxígeno más famoso y más estudiado es su óxido H 2 O - agua. Agua pura Es un líquido incoloro, transparente, inodoro e insípido. En capa gruesa tiene un color azul verdoso.

El agua existe en tres estados de agregación: sólido - hielo, líquido y gaseoso - vapor de agua.

De todo líquido y sólidos el agua tiene mas calor especifico. Debido a este hecho, el agua es un acumulador de calor en varios organismos.

En presión normal el punto de fusión del hielo es 0 0 C (273 0 K), el punto de ebullición del agua es +100 0 C (373 0 K). Estos son valores anormalmente altos. A T 0 +4 0 C, el agua tiene una baja densidad igual a 1 g / ml. Por encima o por debajo de esta temperatura, la densidad del agua es inferior a 1 g/ml. Esta característica distingue al agua de todas las demás sustancias, cuya densidad aumenta al disminuir t 0. Al pasar el agua estado liquido en estado sólido hay un aumento de volumen: de cada 92 volúmenes de agua líquida se forman 100 volúmenes de hielo. A medida que aumenta el volumen, la densidad disminuye, por lo tanto, al ser más liviano que el agua, el hielo siempre flota hacia la superficie.

Los estudios de la estructura del agua han demostrado que la molécula de agua está construida como un triángulo, en la parte superior del cual hay un átomo de oxígeno electronegativo y en las esquinas de las bases: hidrógeno. El ángulo de enlace es 104, 27. La molécula de agua es polar: la densidad de electrones se desplaza hacia el átomo de oxígeno. Tal molécula polar puede interactuar con otra molécula para formar agregados más complejos tanto a través de la interacción de dipolos como a través de la formación de enlaces de hidrógeno. Este fenómeno se llama asociación de agua. La asociación de las moléculas de agua está determinada principalmente por la formación de puentes de hidrógeno entre ellas. El peso molecular del agua en estado de vapor es 18 y corresponde a su fórmula más simple: H 2 O. En otros casos, el peso molecular del agua es un múltiplo de dieciocho veces (18).

La polaridad y el pequeño tamaño de la molécula dan como resultado fuertes propiedades hidratantes.

La constante dieléctrica del agua es tan grande (81) que tiene un poderoso efecto ionizante sobre las sustancias disueltas en ella, provocando la disociación de ácidos, sales y bases.

La molécula de agua es capaz de unir varios iones, formando hidratos. Estos compuestos se caracterizan por una fricción específica, que se asemeja a los compuestos complejos.

Uno de los productos de adición más importantes es el ion hidronio - H 3 O, que se forma como resultado de la adición del ion H + al par solitario de electrones del átomo de oxígeno.

Como resultado de esta adición, el ion hidronio resultante adquiere una carga de +1.

H + + H 2 O H 3 O +

Tal proceso es posible en sistemas que contienen sustancias que separan un ion de hidrógeno.

El agua, tanto en frío como cuando se calienta, interactúa activamente con muchos metales que están en la serie de actividad hasta el hidrógeno. En estas reacciones se forman los óxidos o hidróxidos correspondientes a ellas y se desplaza el hidrógeno.:

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

El agua se une bastante activamente a los óxidos básicos y ácidos, formando los hidróxidos correspondientes:

CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 - base

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

El agua, que se adjunta en estos casos, se denomina constitucional (en contraposición a la cristalización en hidratos cristalinos).

El agua reacciona con los halógenos, en este caso se forma una mezcla de ácidos:

H 2 + HOH HCl + HClO

Mayoría propiedad importante el agua es su solubilidad.

El agua es el disolvente más común en la naturaleza y la tecnología. La mayoría de las reacciones químicas tienen lugar en el agua. Pero quizás valor más alto tienen procesos biológicos y bioquímicos que ocurren en organismos vegetales y animales con la participación de proteínas, grasas, carbohidratos y otras sustancias en el medio acuático del cuerpo.

El segundo compuesto de hidrógeno con oxígeno es el peróxido de hidrógeno H 2 O 2.

Fórmula estructural H - O - O - H, peso molecular - 34.

Nombre latino Peroxido de hidrogeno.

Esta sustancia fue descubierta en 1818 por el científico francés Louis-Jacques Tenard, quien estudió el efecto de varios ácidos minerales sobre el peróxido de bario (BaO 2). En la naturaleza, el peróxido de hidrógeno se forma durante el proceso de oxidación. más conveniente y manera moderna la obtención de H 2 O 2 es un método electrolítico, que se utiliza en la industria. El ácido sulfúrico o el sulfato de amonio se utilizan como materiales de partida.

Se ha establecido mediante métodos fisicoquímicos modernos que ambos átomos de oxígeno en el peróxido de hidrógeno están conectados directamente entre sí por un enlace covalente no polar. los enlaces entre los átomos de hidrógeno y oxígeno (debido al desplazamiento de electrones comunes hacia el oxígeno) son polares. Por lo tanto, la molécula de H 2 O 2 también es polar. Se produce un enlace de hidrógeno entre las moléculas de H 2 O 2, lo que conduce a su asociación con una energía de enlace O-O de 210 kJ, que es mucho menor que la energía de enlace H-O (470 kJ).

solución de peróxido de hidrógeno- Líquido incoloro transparente, inodoro o con un ligero olor peculiar, reacción ligeramente ácida. Se descompone rápidamente bajo la influencia de la luz, cuando se calienta, en contacto con sustancias alcalinas, oxidantes y reductoras, liberando oxígeno. Se produce una reacción: H 2 O 2 \u003d H 2 O + O

La baja estabilidad de las moléculas de H 2 O 2 se debe a la fragilidad del enlace O - O.

Guárdelo en un recipiente de vidrio oscuro y en un lugar fresco. Bajo la acción de soluciones concentradas de peróxido de hidrógeno en la piel, se forman quemaduras y duele el área quemada.

SOLICITUD: en medicina, una solución de peróxido de hidrógeno al 3% se usa como agente hemostático, desinfectante y desodorante para lavar y enjuagar con estomatitis, amigdalitis, enfermedades ginecológicas y etc.

En contacto con la enzima catalasa (de sangre, pus, tejidos), actúa oxígeno atómico en el momento de la extracción. La acción del H 2 O 2 es de corta duración. El valor de la droga radica en el hecho de que sus productos de descomposición son inofensivos para los tejidos.

HYDROPERITE es un compuesto complejo de peróxido de hidrógeno con urea. El contenido de peróxido de hidrógeno es de alrededor del 35%. Aplicar como antiséptico en lugar de peróxido de hidrógeno.

Una de las principales propiedades químicas del H 2 O 2 son sus propiedades redox. El estado de oxidación del oxígeno en H 2 O 2 es -1, es decir tiene un valor intermedio entre el grado de oxidación del oxígeno en agua (-2) y el del oxígeno molecular (0). Por lo tanto, el peróxido de hidrógeno tiene las propiedades tanto de un agente oxidante como de un agente reductor, es decir, presenta dualidad redox. Cabe señalar que las propiedades oxidantes del H 2 O 2 son mucho más pronunciadas que las reductoras y se presentan en medios ácidos, alcalinos y neutros. Por ejemplo:

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 - en-l

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

2 yo - + H 2 O 2 + 2 H + → yo 2 + 2 H 2 O

Bajo la acción de agentes oxidantes fuertes, el H 2 O 2 exhibe propiedades reductoras:

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 - correcto

H 2 O 2 - 2ē → O 2 + 2 H + 5 - en-l

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

Conclusiones:

1. El oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra.

En la naturaleza, el oxígeno se presenta en dos modificaciones alotrópicas: O 2 - dioxígeno u "oxígeno ordinario" y O 3 - trioxígeno (ozono).

2. Alotropía- educación de diferentes sustancias simples un elemento

3. Modificaciones alotrópicas del oxígeno: oxígeno y ozono.

4.Compuestos de oxígeno con hidrógeno - agua y peróxido de hidrógeno .

5. El agua existe en tres estados agregados: en estado sólido - hielo, líquido y gaseoso - vapor de agua.

6. A T 0 +4 0 C, el agua tiene una densidad igual a 1 g / ml.

7. La molécula de agua está construida como un triángulo, en la parte superior del cual hay un átomo de oxígeno electronegativo y en las esquinas de las bases: hidrógeno.

8. El ángulo de valencia es 104.27

9. La molécula de agua es polar: la densidad de electrones se desplaza hacia el átomo de oxígeno.

12. Azufre. Características del azufre, en función de su posición en el sistema periódico, desde el punto de vista de la teoría de la estructura atómica, posibles estados de oxidación, propiedades físicas, distribución en la naturaleza, papel biológico, métodos de obtención, Propiedades químicas. . El uso del azufre y sus compuestos en la medicina y la economía nacional.

AZUFRE:

A) estar en la naturaleza

B) papel biológico

B) uso en medicina

El azufre está muy extendido en la naturaleza y se presenta tanto en estado libre (azufre nativo) como en forma de compuestos: FeSe (pirita), CuS, Ag 2 S, PbS, CaSO 4, etc. Forma parte de varios compuestos contenidos en la naturaleza. carbones, aceites y gases naturales.

El azufre es uno de los elementos que son importantes para los procesos de la vida, porque. es parte de las proteínas. El contenido de azufre en el cuerpo humano es del 0,25%. Incluido en los aminoácidos: cisteína, glutatión, metionina, etc.

Especialmente mucho azufre en las proteínas del cabello, cuernos, lana. Además, el azufre es una parte integral de las sustancias biológicamente activas del cuerpo: vitaminas y hormonas (por ejemplo, insulina).

El azufre se encuentra en forma de compuestos en tejido nervioso, en cartílagos, huesos y bilis. Está involucrado en los procesos redox del cuerpo.

Con falta de azufre en el cuerpo, se observa fragilidad y fragilidad de los huesos, pérdida de cabello.

El azufre se encuentra en grosellas, uvas, manzanas, repollo, cebollas, centeno, guisantes, cebada, trigo sarraceno y trigo.

Poseedores del récord: guisantes 190, soja 244%.

En la lección 22 " Propiedades químicas del hidrógeno.» del curso « quimica para tontos» averiguar con qué sustancias reacciona el hidrógeno; averiguar qué propiedades químicas tiene el hidrógeno.

El hidrógeno entra reacciones químicas con sencillo y sustancias complejas. Sin embargo cuando condiciones normales el hidrógeno está inactivo. Para su interacción con otras sustancias, es necesario crear condiciones: aumentar la temperatura, aplicar un catalizador, etc.

Reacciones del hidrógeno con sustancias simples.

Cuando se calienta, el hidrógeno entra en una reacción de combinación con sustancias simples: oxígeno, cloro, nitrógeno, azufre.

Si prendes fuego al hidrógeno puro en el aire, que sale del tubo de salida de gas, se quema con una llama uniforme, apenas perceptible. Ahora coloquemos un tubo con hidrógeno ardiendo en una jarra de oxígeno (Fig. 95).

La combustión del hidrógeno continúa, mientras que las gotas de agua formadas como resultado de la reacción son visibles en las paredes del recipiente:

Cuando el hidrógeno se quema, se libera mucho calor. La temperatura de la llama de oxígeno-hidrógeno alcanza más de 2000 °C.

La reacción química del hidrógeno con el oxígeno se refiere a reacciones compuestas. Como resultado de la reacción, se forma óxido de hidrógeno (agua). Esto significa que el hidrógeno fue oxidado por el oxígeno, es decir, también podemos llamar a esta reacción una reacción de oxidación.

Sin embargo, si se recoge una pequeña cantidad de hidrógeno en un tubo de ensayo invertido desplazando el aire, y luego se lleva una cerilla encendida a su orificio, entonces se escuchará un fuerte "ladrido" de una pequeña explosión de una mezcla de hidrógeno y se escuchará el aire. Tal mezcla se llama "explosiva".

En una nota: La capacidad del hidrógeno en una mezcla con aire para formar "gases explosivos" ha sido a menudo la causa de accidentes en globos llenos de hidrógeno. La violación de la estanqueidad de la carcasa de la bola provocó un incendio e incluso una explosión. En nuestro tiempo Globos lleno de helio o aire caliente constantemente bombeado.

En una atmósfera de cloro, el hidrógeno se quema para formar una sustancia compleja: cloruro de hidrogeno. En este caso, la reacción procede:

La reacción del hidrógeno con el nitrógeno ocurre cuando temperatura elevada y presión en presencia de un catalizador. Como resultado de la reacción, se forma amoníaco NH 3:

Si una corriente de hidrógeno se dirige al azufre derretido en un tubo de ensayo, entonces se sentirá el olor a huevos podridos en su orificio. Así es como huele el gas de sulfuro de hidrógeno H 2 S, el producto de la reacción del hidrógeno con el azufre:

En una nota: El hidrógeno es capaz no sólo de disolverse en algunos metales, sino también degirar con ellos. Al mismo tiempo, forman compuestos químicos, llamados hidruros (NaH es hidruro de sodio). Algunos hidruros metálicos se utilizan como combustible en motores de cohetes en combustible sólido, así como en la producción de energía termonuclear.

Reacciones del hidrógeno con sustancias complejas

El hidrógeno reacciona a temperaturas elevadas no solo con sustancias simples sino también con sustancias complejas. Considere, como ejemplo, su reacción con óxido de cobre (II) CuO (Fig. 96).

Pasemos hidrógeno sobre el polvo calentado de óxido de cobre (II) CuO. A medida que avanza la reacción, el color del polvo cambia de negro a rojo parduzco. Este es el color de la sustancia de cobre simple Cu. Durante la reacción, aparecen gotas de líquido en las partes frías del tubo de ensayo. Este es otro producto de la reacción: agua H 2 O. Tenga en cuenta que, en contraste con la sustancia simple del cobre, el agua es una sustancia compleja.

La ecuación para la reacción del óxido de cobre (II) con hidrógeno:

El hidrógeno en reacción con el óxido de cobre (II) muestra la capacidad de eliminar el oxígeno del óxido metálico, restaurando así el metal a partir de este óxido. Como resultado, hay recuperación de cobre de la sustancia compleja CuO al cobre metálico (Cu).

Reacciones de recuperación- Son reacciones en las que sustancias complejas donan átomos de oxígeno a otras sustancias.

Una sustancia que elimina los átomos de oxígeno se llama agente reductor. En la reacción con óxido de cobre (II), el agente reductor es hidrógeno. El hidrógeno también reacciona con óxidos de algunos otros metales, como PbO, HgO, MoO 3 , WO 3 y otros La oxidación y la reducción siempre están interconectadas. Si una sustancia (H 2 ) se oxida, la otra (CuO) se reduce y viceversa.

Resumen de la lección:

1. Cuando se calienta, el hidrógeno reacciona con oxígeno, cloro, nitrógeno y azufre.
2. La restauración es la entrega de átomos de oxígeno por parte de sustancias complejas a otras sustancias.
3. Los procesos de oxidación y reducción están interconectados.

Espero la lección 22" Propiedades químicas del hidrógeno.' fue claro e informativo. Si tienes alguna pregunta, escríbela en los comentarios.

Interacción hidrógeno Con oxígeno, como estableció Sir Henry Cavendish, conduce a la formación de agua. sigamos con eso ejemplo sencillo aprender a componer ecuaciones de reacciones quimicas.
que viene de hidrógeno Y oxígeno, Ya sabemos:

H 2 + O 2 → H 2 O

Ahora tomamos en cuenta que los átomos elementos químicos en las reacciones químicas no desaparecen y no aparecen de la nada, no se convierten unos en otros, sino combinar en nuevas combinaciones para formar nuevas moléculas. Esto significa que en la ecuación de la reacción química de los átomos de cada tipo debe haber el mismo número antes reacciones ( izquierda del signo igual) y después el final de la reacción ( a la derecha del signo igual), así:

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

Eso es lo que es ecuación de reacción - registro condicional de una reacción química en curso utilizando fórmulas de sustancias y coeficientes.

Esto significa que en la reacción anterior dos lunares hidrógeno debe reaccionar con por un topo oxígeno, y el resultado será dos lunares agua.

Interacción hidrógeno Con oxígeno- No es un proceso simple en absoluto. Conduce a un cambio en los estados de oxidación de estos elementos. Para seleccionar coeficientes en tales ecuaciones, generalmente se usa el método " balance electrónico".

Cuando el agua se forma a partir de hidrógeno y oxígeno, esto significa que hidrógeno cambió su estado de oxidación de 0 antes +yo, A oxígeno- de 0 antes −II. Al mismo tiempo, varios (norte) electrones:

Los electrones donadores de hidrógeno sirven aquí agente reductor, y electrones que aceptan oxígeno - agente oxidante.

Agentes oxidantes y reductores

Ahora veamos cómo se ven los procesos de dar y recibir electrones por separado. Hidrógeno, habiéndose encontrado con el "ladrón" - oxígeno, pierde todas sus propiedades - dos electrones, y su estado de oxidación se vuelve igual a +yo:

H 2 0 − 2 mi− = 2Н + yo

Sucedió ecuación de semirreacción de oxidación hidrógeno.

y el bandido oxígeno Sobre 2, habiendo tomado los últimos electrones del desafortunado hidrógeno, está muy satisfecho con su nuevo estado de oxidación -II:

O 2 + 4 mi− = 2O − II

Este ecuación de semirreacción de reducción oxígeno.

Queda por agregar que tanto el "bandido" como su "víctima" han perdido su identidad química y de sustancias simples: gases con moléculas diatómicas. H 2 Y Sobre 2 ser parte del nuevo químico - agua H2O.

Además, argumentaremos de la siguiente manera: cuántos electrones le dio el reductor al bandido oxidante, eso es cuánto recibió. El número de electrones donados por el agente reductor debe ser igual al número de electrones aceptados por el agente oxidante..

Así que tú necesitas igualar el número de electrones en la primera y segunda mitad de las reacciones. En química, se acepta la siguiente forma condicional de escribir las ecuaciones de las semirreacciones:

Aquí, los números 2 y 1 a la izquierda del paréntesis son factores que ayudarán a garantizar que la cantidad de electrones dados y recibidos sea igual. Tomamos en cuenta que en las ecuaciones de semirreacciones se ceden 2 electrones y se aceptan 4. Para igualar el número de electrones recibidos y dados se encuentra el mínimo común múltiplo y factores adicionales. En nuestro caso, el mínimo común múltiplo es 4. Los factores adicionales serán 2 para el hidrógeno (4: 2 = 2) y para el oxígeno - 1 (4: 4 = 1)
Los multiplicadores resultantes servirán como coeficientes de la futura ecuación de reacción:

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

Hidrógeno oxidado no solo al encontrarse oxígeno. Aproximadamente el mismo efecto sobre el hidrógeno y flúor F2, halógeno y el famoso "ladrón", y aparentemente inofensivo nitrógeno N 2:

Esto resulta en fluoruro de hidrógeno AF o amoníaco NH3.

En ambos compuestos, el estado de oxidación hidrógeno se vuelve igual +yo, porque obtiene socios en la molécula "codiciosos" del bien electrónico de otra persona, con alta electronegatividad - flúor F Y nitrógeno norte. En nitrógeno el valor de la electronegatividad se considera igual a tres unidades convencionales, y y flúor en general, la electronegatividad más alta entre todos los elementos químicos es de cuatro unidades. Así que no es de extrañar que dejen al pobre átomo de hidrógeno sin ningún entorno electrónico.

Pero hidrógeno tal vez restaurar- aceptar electrones. Esto sucede si en la reacción participará Metales alcalinos o el calcio, que tienen menos electronegatividad que el hidrógeno.

El elemento más abundante en el universo es el hidrógeno. En el caso de las estrellas, tiene la forma de núcleos -protones- y es el material para los procesos termonucleares. Casi la mitad de la masa del Sol también consiste en moléculas de H 2 . Su contenido en la corteza terrestre alcanza el 0,15%, y los átomos están presentes en la composición del petróleo, gas natural, agua. Junto con el oxígeno, el nitrógeno y el carbono, es un elemento organogénico que forma parte de todos los organismos vivos de la Tierra. En nuestro artículo estudiaremos las propiedades físicas y químicas del hidrógeno, determinaremos las principales áreas de su aplicación en la industria y su importancia en la naturaleza.

Posición en el sistema periódico de elementos químicos de Mendeleev

El primer elemento para abrir sistema periódico es hidrógeno. Su masa atomica es 1.0079. Tiene dos isótopos estables (protio y deuterio) y uno radiactivo (tritio). Propiedades físicas están determinados por el lugar del no metal en la tabla de elementos químicos. En condiciones normales, el hidrógeno (su fórmula es H 2 ) es un gas casi 15 veces más ligero que el aire. La estructura del átomo de un elemento es única: consta únicamente de un núcleo y un electrón. La molécula de una sustancia es diatómica, las partículas que contiene están conectadas mediante un enlace covalente no polar. Su intensidad energética es bastante alta: 431 kJ. Esto explica la baja actividad química del compuesto en condiciones normales. La fórmula electrónica del hidrógeno es: H:H.

La sustancia también tiene una serie de propiedades que no tienen análogos entre otros no metales. Consideremos algunos de ellos.

Solubilidad y conductividad térmica

Los metales conducen mejor el calor, pero el hidrógeno se acerca a ellos en términos de conductividad térmica. La explicación del fenómeno radica en la altísima velocidad del movimiento térmico de las moléculas ligeras de la materia, por lo tanto, en una atmósfera de hidrógeno, un objeto calentado se enfría 6 veces más rápido que en el aire. El compuesto puede disolverse bien en metales, por ejemplo, casi 900 volúmenes de hidrógeno pueden ser absorbidos por un volumen de paladio. Los metales pueden entrar en reacciones químicas con H 2 en las que se manifiestan las propiedades oxidantes del hidrógeno. En este caso, se forman hidruros:

2Na + H 2 \u003d 2 NaH.

En esta reacción, los átomos de un elemento aceptan electrones de partículas metálicas, convirtiéndose en aniones con una unidad de carga negativa. Una sustancia simple H 2 en este caso es un agente oxidante, que generalmente no es típico de él.

El hidrógeno como agente reductor

Los metales y el hidrógeno están unidos no solo por una alta conductividad térmica, sino también por la capacidad de sus átomos en los procesos químicos para donar sus propios electrones, es decir, para oxidarse. Por ejemplo, los óxidos básicos reaccionan con el hidrógeno. La reacción redox termina con la liberación de metal puro y la formación de moléculas de agua:

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

La interacción de una sustancia con el oxígeno durante el calentamiento también conduce a la producción de moléculas de agua. El proceso es exotérmico y va acompañado de la liberación un número grande energía térmica. Si una mezcla de gases de H 2 y O 2 reacciona en una proporción de 2: 1, entonces se llama porque explota cuando se enciende:

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

El agua es y juega un papel importante en la formación de la hidrosfera, el clima y el tiempo de la Tierra. Proporciona la circulación de elementos en la naturaleza, apoya todos los procesos de vida de los organismos, los habitantes de nuestro planeta.

Interacción con no metales

Las propiedades químicas más importantes del hidrógeno son sus reacciones con elementos no metálicos. En condiciones normales son lo suficientemente inertes químicamente, por lo que la sustancia solo puede reaccionar con halógenos, por ejemplo, con flúor o cloro, que son los más activos entre todos los no metales. Entonces, una mezcla de flúor e hidrógeno explota en la oscuridad o en el frío, y con cloro, cuando se calienta o en la luz. Los productos de reacción son haluros de hidrógeno, soluciones acuosas que se conocen como ácidos fluórico y perclórico. C interactúa a una temperatura de 450-500 grados, una presión de 30-100 MPa y en presencia de un catalizador:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

Las propiedades químicas consideradas del hidrógeno tienen gran importancia para la industria Por ejemplo, puede obtener valiosos producto químico- amoniaco. Es la principal materia prima para la producción de nitrato ácido y fertilizantes nitrogenados: urea, nitrato de amonio.

materia orgánica

Entre el carbono y el hidrógeno conduce a la producción del hidrocarburo más simple: el metano:

C + 2H 2 = CH 4.

La sustancia es el componente más importante de la sustancia natural y se utiliza como un tipo valioso de combustible y materia prima para la industria de la síntesis orgánica.

En la química de los compuestos de carbono, un elemento forma parte de una gran cantidad de sustancias: alcanos, alquenos, carbohidratos, alcoholes, etc. Se conocen muchas reacciones. compuestos orgánicos con moléculas de H2. Se conocen colectivamente como hidrogenación o hidrogenación. Entonces, los aldehídos se pueden reducir con hidrógeno a alcoholes, hidrocarburos insaturados, a alcanos. Por ejemplo, el etileno se convierte en etano:

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

Importante valor práctico tienen tales propiedades químicas de hidrógeno como, por ejemplo, la hidrogenación de aceites líquidos: girasol, maíz, colza. Conduce a la producción de grasa sólida: manteca de cerdo, que se utiliza en la producción de glicerina, jabón, estearina, margarina dura. Para mejorar la apariencia y el sabor. producto alimenticio Se le agrega leche, grasas animales, azúcar, vitaminas.

En nuestro artículo, estudiamos las propiedades del hidrógeno y descubrimos su papel en la naturaleza y la vida humana.