Hidrógeno - elemento especial, ocupando dos celdas a la vez en el sistema periódico de Mendeleev. Se encuentra en dos grupos de elementos con propiedades opuestas, y esta característica lo hace único. El hidrógeno es una sustancia simple y parte integral muchos conexiones complejas, es un elemento organogénico y biogénico. Vale la pena familiarizarse en detalle con sus principales características y propiedades.

Hidrógeno en el sistema periódico de Mendeleev

Las principales características del hidrógeno indicadas en:

• el número de serie del elemento es 1 (hay el mismo número de protones y electrones);
• la masa atómica es 1,00795;
• el hidrógeno tiene tres isótopos, cada uno de los cuales tiene propiedades especiales;
• debido al contenido de un solo electrón, el hidrógeno puede exhibir propiedades reductoras y oxidantes, y después de la donación de un electrón, el hidrógeno tiene un orbital libre, que participa en la composición enlaces químicos según el mecanismo donante-aceptor;
• el hidrógeno es un elemento ligero y de baja densidad;
• el hidrógeno es un agente reductor fuerte, abre el grupo de metal alcalino en el primer grupo del subgrupo principal;
• cuando el hidrógeno reacciona con metales y otros agentes reductores fuertes, acepta su electrón y se convierte en un agente oxidante. Tales compuestos se llaman hidruros. Por signo indicado el hidrógeno pertenece condicionalmente al grupo de los halógenos (en la tabla se da arriba del flúor entre paréntesis), con los que tiene similitudes.

El hidrógeno como sustancia simple.

El hidrógeno es un gas cuya molécula consta de dos. Esta sustancia fue descubierta en 1766 por el científico británico Henry Cavendish. Demostró que el hidrógeno es un gas que explota cuando interactúa con el oxígeno. Después de estudiar el hidrógeno, los químicos descubrieron que esta sustancia es la más ligera de todas las conocidas por el hombre.

Otro científico, Lavoisier, le dio al elemento el nombre de "hidrogenio", que en latín significa "dar a luz agua". En 1781, Henry Cavendish demostró que el agua es una combinación de oxígeno e hidrógeno. En otras palabras, el agua es el producto de la reacción del hidrógeno con el oxígeno. Las propiedades combustibles del hidrógeno eran conocidas incluso por los científicos antiguos: Paracelso, quien vivió en el siglo XVI, dejó los registros correspondientes.

El hidrógeno molecular es un compuesto gaseoso natural común en la naturaleza, que consta de dos átomos y cuando se levanta una astilla ardiente. Una molécula de hidrógeno puede decaer en átomos que se convierten en núcleos de helio, ya que son capaces de participar en reacciones nucleares. Tales procesos ocurren regularmente en el espacio y en el Sol.

Hidrógeno y sus propiedades físicas.

El hidrógeno tiene los siguientes parámetros físicos:

• hierve a -252,76 °C;
• funde a -259,14 °C; *dentro de los límites de temperatura indicados, el hidrógeno es un líquido inodoro e incoloro;
• el hidrógeno es ligeramente soluble en agua;
• el hidrógeno teóricamente puede transformarse en un estado metálico bajo condiciones especiales (bajas temperaturas y alta presión);
• el hidrógeno puro es una sustancia explosiva y combustible;
• el hidrógeno puede difundirse a través del espesor de los metales, por lo que se disuelve bien en ellos;
• el hidrógeno es 14,5 veces más ligero que el aire;
• a alta presión, se pueden obtener cristales de hidrógeno sólido similares a la nieve.

Propiedades químicas del hidrógeno.

Métodos de laboratorio:

• interacción de ácidos diluidos con metales activos y metales de actividad media;
• hidrólisis de hidruros metálicos;
• reacción con agua de metales alcalinos y alcalinotérreos.

Compuestos de hidrógeno:

haluros de hidrógeno; compuestos de hidrógeno volátiles de no metales; hidruros; hidróxidos; hidróxido de hidrógeno (agua); peróxido de hidrógeno; compuestos orgánicos (proteínas, grasas, carbohidratos, vitaminas, lípidos, aceites esenciales, hormonas). Haga clic para ver experimentos seguros sobre el estudio de las propiedades de proteínas, grasas y carbohidratos.

Para recolectar el hidrógeno resultante, debe mantener el tubo de ensayo boca abajo. El hidrógeno no se puede recoger como el dióxido de carbono, porque es mucho más ligero que el aire. El hidrógeno se evapora rápidamente y cuando se mezcla con aire (o en una gran acumulación) explota. Por lo tanto, es necesario invertir el tubo. Inmediatamente después del llenado, el tubo se cierra con un tapón de goma.

Para verificar la pureza del hidrógeno, debe acercar un fósforo encendido al cuello del tubo de ensayo. Si se produce un estallido sordo y silencioso, el gas está limpio y las impurezas del aire son mínimas. Si el estallido es fuerte y silbante, el gas en el tubo de ensayo está sucio y contiene una gran proporción de componentes extraños.

¡Atención! ¡No intente repetir estos experimentos usted mismo!

El oxígeno es el elemento más abundante en la tierra. Junto con el nitrógeno y una pequeña cantidad de otros gases, el oxígeno libre forma la atmósfera terrestre. Su contenido en aire es de 20,95% en volumen o 23,15% en masa. En la corteza terrestre, el 58% de los átomos son átomos de oxígeno ligado (47% en masa). El oxígeno es parte del agua (las reservas de oxígeno ligado en la hidrosfera son excepcionalmente grandes), rocas, muchos minerales y sales, se encuentra en grasas, proteínas y carbohidratos que componen los organismos vivos. Casi todo el oxígeno libre en la Tierra se crea y almacena como resultado del proceso de fotosíntesis.

propiedades físicas.

gas oxigeno incoloro, insípido e inodoro, ligeramente más pesado que el aire. Es ligeramente soluble en agua (31 ml de oxígeno se disuelven en 1 litro de agua a 20 grados), pero aún así es mejor que otros gases atmosféricos, por lo que el agua se enriquece con oxígeno. Densidad de oxígeno en condiciones normales 1,429 g/l. A una temperatura de -183 0 C y una presión de 101,325 kPa, el oxígeno pasa a estado líquido. El oxígeno líquido tiene color azulado, entra en el campo magnético y, a -218,7 °C, forma cristales azules.

El oxígeno natural tiene tres isótopos O 16, O 17, O 18.

Alotropía- la capacidad de un elemento para existir como dos o más sustancias simples, que difieren solo en el número de átomos en la molécula o en la estructura.

Ozono O 3 - existe en la atmósfera superior a una altitud de 20-25 km de la superficie de la Tierra y forma el llamado " capa de ozono", que protege a la Tierra de la destrucción Radiación ultravioleta sol; púrpura pálido, venenoso grandes cantidades gas con un olor específico, acre, pero agradable. El punto de fusión es -192.7 0 C, el punto de ebullición es -111.9 0 C. Disolveremos en agua mejor que el oxígeno.

El ozono es un agente oxidante fuerte. Su actividad oxidante se basa en la capacidad de la molécula para descomponerse con la liberación de oxígeno atómico:

Oxida muchas sustancias simples y complejas. Forma ozónidos con algunos metales, por ejemplo, el ozónido de potasio:

K + O 3 \u003d KO 3

El ozono se obtiene en dispositivos especiales: ozonizadores. En ellos, bajo la acción de una descarga eléctrica, el oxígeno molecular se convierte en ozono:

Una reacción similar ocurre bajo la acción de descargas de rayos.

El uso del ozono se debe a sus fuertes propiedades oxidantes: se utiliza para blanquear tejidos, desinfectar agua potable y en medicina como desinfectante.

La inhalación de ozono en grandes cantidades es nociva: irrita las membranas mucosas de los ojos y los órganos respiratorios.

Propiedades químicas.

En las reacciones químicas con átomos de otros elementos (excepto el flúor), el oxígeno exhibe propiedades exclusivamente oxidantes.

La propiedad química más importante es la capacidad de formar óxidos con casi todos los elementos. Al mismo tiempo, el oxígeno reacciona directamente con la mayoría de las sustancias, especialmente cuando se calienta.

Como resultado de estas reacciones, por regla general, se forman óxidos, con menos frecuencia peróxidos:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

El oxígeno no interactúa directamente con los halógenos, el oro, el platino, sus óxidos se obtienen indirectamente. Cuando se calienta, el azufre, el carbono y el fósforo se queman en oxígeno.

La interacción del oxígeno con el nitrógeno comienza solo a una temperatura de 1200 0 C o en una descarga eléctrica:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

El oxígeno se combina con el hidrógeno para formar agua:

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

Durante esta reacción, se libera una cantidad significativa de calor.

Una mezcla de dos volúmenes de hidrógeno con uno de oxígeno explota cuando se enciende; se llama gas explosivo.

Muchos metales en contacto con el oxígeno atmosférico sufren destrucción: corrosión. algunos metales en condiciones normales oxidado solo desde la superficie (por ejemplo, aluminio, cromo). La película de óxido resultante evita una mayor interacción.

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3

Las sustancias complejas bajo ciertas condiciones también interactúan con el oxígeno. En este caso, se forman óxidos y, en algunos casos, óxidos y sustancias simples.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

4NH 3 + ZO 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

Al interactuar con sustancias complejas, el oxígeno actúa como un agente oxidante. Su importante propiedad se basa en la actividad oxidativa del oxígeno, la capacidad de mantener combustión sustancias

El oxígeno también forma un compuesto con hidrógeno, peróxido de hidrógeno H 2 O 2, un líquido transparente incoloro con un sabor astringente ardiente, altamente soluble en agua. Químicamente, el peróxido de hidrógeno es un compuesto muy interesante. Es característica su baja estabilidad: en reposo se descompone lentamente en agua y oxígeno:

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

La luz, el calor, la presencia de álcalis, el contacto con agentes oxidantes o reductores aceleran el proceso de descomposición. El grado de oxidación del oxígeno en peróxido de hidrógeno = - 1, es decir tiene un valor intermedio entre el estado de oxidación del oxígeno en agua (-2) y en el oxígeno molecular (0), por lo que el peróxido de hidrógeno exhibe dualidad redox. Las propiedades oxidantes del peróxido de hidrógeno son mucho más pronunciadas que las reductoras, y se presentan en medios ácidos, alcalinos y neutros.

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

Caracterización de elementos s

El bloque de elementos s incluye 13 elementos, a los cuales les es común la construcción en sus átomos del subnivel s del nivel de energía externo.

Aunque el hidrógeno y el helio se clasifican como elementos s debido a la naturaleza específica de sus propiedades, deben considerarse por separado. Hidrógeno, sodio, potasio, magnesio, calcio son elementos vitales.

Los compuestos de elementos s exhiben patrones comunes en las propiedades, lo que se explica por la similitud de la estructura electrónica de sus átomos. Todos los electrones externos son de valencia y participan en la formación de enlaces químicos. Por tanto, el estado de oxidación máximo de estos elementos en los compuestos es número electrones en la capa externa y, en consecuencia, es igual al número del grupo en el que se encuentra este elemento. El estado de oxidación de los metales del elemento s siempre es positivo. Otra característica es que tras la separación de los electrones de la capa exterior, queda un ion con una capa de gas noble. A medida que aumenta el número de serie del elemento, el radio atómico, la energía de ionización disminuye (de 5,39 eV y Li a 3,83 eV y Fr), y aumenta la actividad reductora de los elementos.

La gran mayoría de los compuestos de elementos s son incoloros (a diferencia de los compuestos de elementos d), ya que se excluye la transición de los electrones d de niveles de energía bajos a niveles de energía más altos, lo que provoca el color.

Los compuestos de elementos de los grupos IA - IIA son sales típicas; en una solución acuosa, se disocian casi por completo en iones y no están sujetos a hidrólisis catiónica (excepto las sales Be 2+ y Mg 2+).

covalente iónico de hidruro de hidrógeno

Para iones de elementos s, la formación de complejos no es típica. Complejos cristalinos de s - elementos con ligandos H 2 O-hidratos de cristal, conocidos de tiempos antiguos, por ejemplo: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-bórax, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-alumbre. Las moléculas de agua en los hidratos cristalinos se agrupan alrededor del catión, pero a veces rodean por completo al anión. Debido a la pequeña carga del ion y al gran radio del ion Metales alcalinos los menos propensos a la formación de complejos, incluidos los acuacomplejos. Los iones de litio, berilio y magnesio actúan como agentes complejantes en compuestos complejos de baja estabilidad.

Hidrógeno. Propiedades químicas del hidrógeno.

El hidrógeno es el elemento s más ligero. A él Configuración electrónica en el estado fundamental 1S 1 . Un átomo de hidrógeno consta de un protón y un electrón. La peculiaridad del hidrógeno es que su electrón de valencia está directamente en la esfera de acción. núcleo atómico. El hidrógeno no tiene una capa de electrones intermedia, por lo que el hidrógeno no puede considerarse analógico electrónico Metales alcalinos.

Al igual que los metales alcalinos, el hidrógeno es un agente reductor y presenta un estado de oxidación de + 1. Los espectros del hidrógeno son similares a los de los metales alcalinos. El hidrógeno es similar a los metales alcalinos en su capacidad para dar un ion H + hidratado cargado positivamente en soluciones.

Al igual que el halógeno, al átomo de hidrógeno le falta un electrón. Esta es la razón de la existencia del ion hidruro H - .

Además, al igual que los átomos de halógeno, los átomos de hidrógeno se caracterizan por una alta energía de ionización (1312 kJ/mol). Así, el hidrógeno ocupa una posición especial en sistema periodico elementos.

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, representando hasta la mitad de la masa del sol y la mayoría de las estrellas.

En el sol y otros planetas, el hidrógeno se encuentra en estado atómico, en el medio interestelar en forma de moléculas diatómicas parcialmente ionizadas.

El hidrógeno tiene tres isótopos; protio 1 H, deuterio 2 D y tritio 3 T, siendo el tritio un isótopo radiactivo.

Las moléculas de hidrógeno se distinguen por su alta resistencia y baja polarizabilidad, tamaño pequeño y masa baja, y tienen una gran movilidad. Por lo tanto, el hidrógeno tiene una muy temperaturas bajas fusión (-259,2 o C) y ebullición (-252,8 o C). Debido a la alta energía de disociación (436 kJ/mol), la descomposición de las moléculas en átomos se produce a temperaturas superiores a 2000 o C. El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Tiene una densidad baja - 8,99 10 -5 g/cm altas presiones el hidrógeno pasa a un estado metálico. Se cree que en planetas distantes sistema solar- Júpiter y Saturno, el hidrógeno se encuentra en estado metálico. Existe la suposición de que la composición del núcleo de la tierra también incluye hidrógeno metálico, donde se encuentra a la súper alta presión creada por el manto terrestre.

Propiedades químicas. A temperatura ambiente, el hidrógeno molecular reacciona solo con flúor, cuando se irradia con luz, con cloro y bromo, cuando se calienta con O 2, S, Se, N 2, C, I 2.

Las reacciones del hidrógeno con el oxígeno y los halógenos proceden según el mecanismo de radicales.

La interacción con el cloro es un ejemplo de una reacción no ramificada cuando se irradia con luz (activación fotoquímica), cuando se calienta (activación térmica).

Cl + H 2 \u003d HCl + H (desarrollo de la cadena)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

Una explosión de gas explosivo, una mezcla de hidrógeno y oxígeno, es un ejemplo de un proceso de cadena ramificada, cuando la cadena iniciada incluye no una, sino varias etapas:

H 2 + O 2 \u003d 2OH

H + O 2 \u003d OH + O

O + H 2 \u003d OH + H

OH + H 2 \u003d H 2 O + H

El proceso explosivo se puede evitar trabajando con hidrógeno puro.

Dado que el hidrógeno se caracteriza por estados de oxidación positivos (+1) y negativos (-1), el hidrógeno puede exhibir propiedades tanto reductoras como oxidantes.

Las propiedades reductoras del hidrógeno se manifiestan al interactuar con los no metales:

H 2 (g) + Cl 2 (g) \u003d 2HCl (g),

2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g),

Estas reacciones proceden con la liberación un número grande calor, lo que indica una alta energía (fuerza) de los enlaces H-Cl, H-O. Por lo tanto, el hidrógeno exhibe propiedades reductoras con respecto a muchos óxidos, haluros, por ejemplo:

Esta es la base para el uso del hidrógeno como agente reductor para la obtención de sustancias simples a partir de óxidos de haluros.

Un agente reductor aún más fuerte es hidrógeno atómico. Se forma a partir de moléculas en una descarga de electrones en condiciones de baja presión.

El hidrógeno tiene una alta actividad reductora en el momento de la liberación durante la interacción de un metal con un ácido. Tal hidrógeno reduce CrCl 3 a CrCl 2:

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 + H 2 ^

La interacción del hidrógeno con el óxido nítrico (II) es importante:

2NO + 2H 2 = N 2 + H 2 O

Utilizado en sistemas de purificación en la producción de ácido nítrico.

Como agente oxidante, el hidrógeno interactúa con los metales activos:

En este caso, el hidrógeno se comporta como un halógeno, formando haluros similares. hidruros.

Los hidruros de los elementos s del grupo I tienen una estructura iónica del tipo NaCl. Químicamente, los hidruros iónicos se comportan como compuestos básicos.

Los covalentes incluyen hidruros de elementos no metálicos menos electronegativos que el propio hidrógeno, por ejemplo, hidruros de composición SiH 4, BH 3, CH 4. Por naturaleza química Los hidruros no metálicos son compuestos ácidos.

Un rasgo característico de la hidrólisis de hidruros es la liberación de hidrógeno, la reacción procede de acuerdo con el mecanismo redox.

hidruro básico

hidruro de ácido

Debido a la liberación de hidrógeno, la hidrólisis procede de forma completa e irreversible (?Н<0, ?S>0). En este caso, los hidruros básicos forman un álcali y ácidos ácidos.

El potencial estándar del sistema es B. Por lo tanto, el ion H es un agente reductor fuerte.

En el laboratorio, el hidrógeno se obtiene haciendo reaccionar zinc con ácido sulfúrico al 20% en un aparato Kipp.

El zinc técnico a menudo contiene pequeñas impurezas de arsénico y antimonio, que se reducen con hidrógeno en el momento de la liberación a gases tóxicos: arsine SbH 3 y stabyne SbH Este hidrógeno puede ser venenoso. Con zinc químicamente puro, la reacción es lenta debido a la sobretensión y buena corriente No se puede obtener hidrógeno. La velocidad de esta reacción se incrementa mediante la adición de cristales de sulfato de cobre, la reacción se acelera mediante la formación de un par galvánico Cu-Zn.

Se forma hidrógeno más puro por la acción del álcali sobre el silicio o el aluminio cuando se calienta:

En la industria, el hidrógeno puro se obtiene por electrólisis de agua que contiene electrolitos (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2).

Se forma una gran cantidad de hidrógeno como subproducto durante la electrólisis. solución acuosa cloruro de sodio con un diafragma que separa el espacio del cátodo y el ánodo,

La mayor cantidad de hidrógeno se obtiene por gasificación de combustible sólido (antracita) con vapor sobrecalentado:

Ya sea por conversión gas natural(metano) vapor sobrecalentado:

La mezcla resultante (gas de síntesis) se utiliza en la producción de muchos compuestos orgánicos. El rendimiento de hidrógeno se puede aumentar pasando gas de síntesis sobre el catalizador, mientras que el CO se convierte en CO 2 .

Solicitud. Una gran cantidad de hidrógeno se consume en la síntesis de amoníaco. Para la producción de cloruro de hidrógeno y ácido clorhídrico, para la hidrogenación de grasas vegetales, para la reducción de metales (Mo, W, Fe) a partir de óxidos. Las llamas de hidrógeno-oxígeno se utilizan para soldar, cortar y fundir metales.

El hidrógeno líquido se utiliza como combustible para cohetes. El combustible de hidrógeno es Amigable con el medio ambiente y consume más energía que la gasolina, por lo que puede reemplazar a los productos derivados del petróleo en el futuro. Ya, varios cientos de automóviles funcionan con hidrógeno en el mundo. Los problemas de la energía del hidrógeno están asociados con el almacenamiento y transporte de hidrógeno. Hidrógeno almacenado en camiones cisterna subterráneos en estado liquido bajo presión de 100 atm. El transporte de grandes cantidades de hidrógeno líquido supone un grave peligro.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo. Es él quien forma la base de la sustancia combustible de las Estrellas.

El hidrógeno es el primer elemento químico de la tabla periódica de Mendeleiev. Su átomo tiene la estructura más simple: un solo electrón gira alrededor de la partícula elemental "protón" (núcleo del átomo):

El hidrógeno natural consta de tres isótopos: protio 1 H, deuterio 2 H y tritio 3 H.

Tarea 12.1. Indicar la estructura de los núcleos de los átomos de estos isótopos.

Teniendo un electrón en el nivel exterior, un átomo de hidrógeno puede exhibir la única valencia I posible para él:

Pregunta.¿Se forma un nivel exterior completo cuando un átomo de hidrógeno acepta electrones?

Por lo tanto, el átomo de hidrógeno puede aceptar y dar una electrón, es decir, es un no metal típico. EN ninguna compuestos un átomo de hidrógeno una enamorado.

La sustancia simple "hidrógeno" H 2- Gas incoloro e inodoro, muy ligero. Es poco soluble en agua, pero muy soluble en muchos metales. Entonces, un volumen de paladio d Absorbe hasta 900 volúmenes de hidrógeno.

El esquema (1) muestra que el hidrógeno puede ser tanto un agente oxidante como un agente reductor, reaccionando con metales activos y muchos no metales:

Tarea 12.2. Determinar en qué reacciones el hidrógeno es un agente oxidante y en cuáles es un agente reductor. tenga en cuenta que una molecula de hidrogeno esta formada por dos atomos.

Una mezcla de hidrógeno y oxígeno es un "gas explosivo", porque cuando se enciende, se produce una fuerte explosión, que se cobró muchas vidas. Por lo tanto, los experimentos en los que se libera hidrógeno deben realizarse lejos del fuego.

Muy a menudo, el hidrógeno exhibe propiedades reductoras, que se utilizan para obtener metales puros a partir de sus óxidos*:

* El aluminio exhibe propiedades similares (ver lección 10 - aluminotermia).

Varias reacciones tienen lugar entre el hidrógeno y compuestos orgánicos. Entonces, debido a la adición de hidrógeno ( hidrogenación) las grasas líquidas se convierten en sólidas ( más lección 25).

El hidrógeno se puede obtener de varias formas:

• La interacción de los metales con los ácidos:

Tarea 12.3. aluminio, cobre y zinc ácido clorhídrico . ¿En qué casos no se produce la reacción? ¿Por qué? En caso de dificultad, véanse las lecciones 2.2 y 8.3;

• Interacción metales activos con agua:

Tarea 12.4. Escriba ecuaciones para tales reacciones para sodio, bario, aluminio, hierro, plomo. ¿En qué casos no se produce la reacción? ¿Por qué? En caso de dificultad, ver lección 8.3.

A escala industrial, el hidrógeno se obtiene por electrólisis del agua:

así como al pasar vapor de agua a través de limaduras de hierro caliente:

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. el hace las paces el más la masa de las estrellas y participa en la fusión termonuclear, la fuente de energía que irradian estas estrellas.

Oxígeno

El oxígeno es el elemento químico más común en nuestro planeta: más de la mitad de los átomos la corteza terrestre pertenece al oxígeno. La sustancia oxígeno O 2 es aproximadamente 1/5 de nuestra atmósfera, y el elemento químico oxígeno es 8/9 de la hidrosfera (los océanos).

En el sistema Periódico de Mendeleev, el oxígeno tiene el número de serie 8 y está en el grupo VI del segundo período. Por lo tanto, la estructura del átomo de oxígeno es la siguiente:

Con 6 electrones en el nivel exterior, el oxígeno es un no metal típico, es decir, se une dos electrón hasta la finalización del nivel exterior:

Por lo tanto, el oxígeno en sus compuestos exhibe valencia II y estado de oxidación –2 (excepto peróxidos).

Al aceptar electrones, el átomo de oxígeno exhibe las propiedades de un agente oxidante. Esta propiedad del oxígeno es extremadamente importante: los procesos de oxidación ocurren durante la respiración, el metabolismo; Los procesos de oxidación ocurren durante la combustión de sustancias simples y complejas.

Combustión - oxidación de sustancias simples y complejas acompañada de la liberación de luz y calor. Casi todos los metales y no metales se queman u oxidan en una atmósfera de oxígeno. En este caso, se forman óxidos:

* Más precisamente, Fe 3 O 4 .

al quemar en oxígeno sustancias complejas se forman óxidos elementos químicos, incluido en la sustancia original. Solo el nitrógeno y los halógenos se emiten como sustancias simples:

La segunda de estas reacciones se utiliza como fuente de calor y energía en la vida cotidiana y en la industria, ya que el metano Canal 4 incluido en el gas natural.

El oxígeno permite intensificar muchos procesos industriales y biológicos. En grandes cantidades, el oxígeno se obtiene del aire, así como por electrólisis del agua (así como del hidrógeno). En pequeñas cantidades, se puede obtener por descomposición de sustancias complejas:

Tarea 12.5. Ordene los coeficientes en las ecuaciones de reacción dadas aquí.

Agua

El agua no puede ser reemplazada por nada; así es como se diferencia de casi todas las demás sustancias que se encuentran en nuestro planeta. El agua solo puede ser reemplazada por el agua misma. No hay vida sin agua: después de todo, la vida en la Tierra surgió cuando apareció el agua en ella. La vida se originó en el agua porque es un universal natural solvente. Disuelve y, por lo tanto, muele todos los nutrientes necesarios y los proporciona a las células de los organismos vivos. Y como resultado de la molienda, la velocidad de las reacciones químicas y bioquímicas aumenta considerablemente. Además, sin disolución previa, ¡el 99,5% (199 de cada 200) reacciones no pueden ocurrir! (Véase también la Lección 5.1.)

Se sabe que una persona adulta debe recibir de 2,5 a 3 litros de agua por día, la misma cantidad se excreta del cuerpo: es decir, hay un equilibrio hídrico en el cuerpo humano. Si se viola, una persona simplemente puede morir. Por ejemplo, la pérdida de una persona de solo el 1-2% del agua provoca sed, y el 5% aumenta la temperatura corporal debido a una violación de la termorregulación: se produce un latido del corazón, se producen alucinaciones. Con la pérdida del 10% o más de agua en el cuerpo, ocurren cambios que ya pueden ser irreversibles. La persona morirá de deshidratación.

El agua es una sustancia única. Su punto de ebullición debería ser de -80 °C (!), pero es de +100 °C. ¿Por qué? Porque entre las moléculas de agua polar se forman enlaces de hidrógeno:

Por tanto, tanto el hielo como la nieve están sueltos, ocupando un volumen mayor que el agua líquida. Como resultado, el hielo sube a la superficie del agua y protege a los habitantes de los embalses de la congelación. La nieve recién caída contiene mucho aire y es un excelente aislante térmico. Si la nieve cubrió la tierra con una capa gruesa, tanto los animales como las plantas se salvaron de las heladas más severas.

Además, el agua tiene una gran capacidad calorífica y es una especie de acumulador de calor. Por eso, en las costas de los mares y océanos, el clima es templado, y las plantas bien regadas sufren menos las heladas que las secas.

Imposible sin agua hidrólisis, reacción química que acompaña necesariamente a la absorción de proteínas, grasas y carbohidratos, que son obligatorio componentes de nuestra comida. Como resultado de la hidrólisis, estos complejos materia orgánica se descomponen en sustancias de bajo peso molecular que, de hecho, son absorbidas por un organismo vivo (para obtener más detalles, consulte las lecciones 25 a 27). Los procesos de hidrólisis los discutimos en la lección 6. El agua reacciona con muchos metales y no metales, óxidos, sales.

Tarea 12.6. Escribe ecuaciones de reacción:

1. sodio + agua →
2. cloro + agua →
3. óxido de calcio + agua →
4. óxido de azufre (IV) + agua →
5. cloruro de zinc + agua →
6. silicato de sodio + agua →

¿Cambia esto la reacción del medio (pH)?

Agua es producto muchas reacciones Por ejemplo, en una reacción de neutralización y en muchos OVR, necesariamente se forma agua.

Tarea 12.7. Escribe ecuaciones para tales reacciones.

recomendaciones

El hidrógeno es el elemento químico más común en el Universo, y el oxígeno es el elemento químico más común en la Tierra. Estas sustancias exhiben propiedades opuestas: el hidrógeno es un agente reductor y el oxígeno es un agente oxidante. Por lo tanto, reaccionan fácilmente entre sí, formando la sustancia más asombrosa y común en la Tierra: el agua.

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 tenemos en cuenta que los átomos de los elementos químicos en las reacciones químicas no desaparecen y no aparecen de la nada, no se convierten entre sí, 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 de 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 de +yo, a oxígeno- desde 0 antes de −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 quizás restaurar- aceptar electrones. Esto sucede si los metales alcalinos o el calcio, en los que la electronegatividad es menor que la del hidrógeno, participan en la reacción con él.