Vodik - poseban element, zauzimajući dvije ćelije odjednom u periodnom sustavu Mendeljejeva. Nalazi se u dvije skupine elemenata suprotnih svojstava, a to ga svojstvo čini jedinstvenim. Vodik je jednostavna tvar i sastavni dio puno složene veze, to je organogeni i biogeni element. Vrijedi se detaljno upoznati s njegovim glavnim značajkama i svojstvima.

Vodik u Mendeljejevljevom periodnom sustavu

Glavne značajke vodika navedene su u:

• redni broj elementa je 1 (ima isti broj protona i elektrona);
• atomska masa je 1,00795;
• vodik ima tri izotopa od kojih svaki ima posebna svojstva;
• zbog sadržaja samo jednog elektrona, vodik može pokazivati ​​redukcijska i oksidacijska svojstva, a nakon donacije elektrona vodik ima slobodnu orbitalu koja sudjeluje u sastavu kemijske veze prema donor-akceptorskom mehanizmu;
• vodik je lagani element niske gustoće;
• vodik je jako redukcijsko sredstvo, otvara skupinu alkalijskih metala u prvoj skupini glavne podskupine;
• kada vodik reagira s metalima i drugim jakim redukcijskim agensima, on prihvaća njihov elektron i postaje oksidacijsko sredstvo. Takvi spojevi nazivaju se hidridi. Po naznačeni znak vodik uvjetno pripada skupini halogena (u tablici je naveden iznad fluora u zagradi), s kojima ima sličnosti.

Vodik kao jednostavna tvar

Vodik je plin čija se molekula sastoji od dva. Ovu tvar otkrio je 1766. godine britanski znanstvenik Henry Cavendish. Dokazao je da je vodik plin koji eksplodira u interakciji s kisikom. Nakon proučavanja vodika, kemičari su otkrili da je ova tvar najlakša od svih poznatih čovjeku.

Drugi znanstvenik, Lavoisier, dao je elementu ime "hydrogenium", što na latinskom znači "rađanje vode". Godine 1781. Henry Cavendish dokazao je da je voda kombinacija kisika i vodika. Drugim riječima, voda je produkt reakcije vodika i kisika. Zapaljiva svojstva vodika bila su poznata čak i drevnim znanstvenicima: odgovarajuće zapise ostavio je Paracelsus, koji je živio u 16. stoljeću.

Molekularni vodik prirodni je plinoviti spoj uobičajen u prirodi, koji se sastoji od dva atoma i kada se goruća krhotina pojavi. Molekula vodika može se raspasti na atome koji se pretvaraju u jezgre helija, budući da mogu sudjelovati u nuklearnim reakcijama. Takvi se procesi redovito događaju u svemiru i na Suncu.

Vodik i njegova fizikalna svojstva

Vodik ima sljedeće fizičke parametre:

• vrije na -252,76 °C;
• tali se na -259,14 °C; *unutar navedenih temperaturnih granica vodik je tekućina bez mirisa i boje;
• vodik je slabo topljiv u vodi;
• vodik teoretski može prijeći u metalno stanje pod posebnim uvjetima (niske temperature i visoki tlak);
• čisti vodik je eksplozivna i zapaljiva tvar;
• vodik može difundirati kroz debljinu metala, stoga se dobro otapa u njima;
• vodik je 14,5 puta lakši od zraka;
• pri visokom tlaku mogu se dobiti snježni kristali krutog vodika.

Kemijska svojstva vodika

Laboratorijske metode:

• interakcija razrijeđenih kiselina s aktivnim metalima i metalima srednje aktivnosti;
• hidroliza metalnih hidrida;
• reakcija s vodom alkalijskih i zemnoalkalijskih metala.

Vodikovi spojevi:

Vodikovi halogenidi; hlapljivi vodikovi spojevi nemetala; hidridi; hidroksidi; vodikov hidroksid (voda); vodikov peroksid; organski spojevi (proteini, masti, ugljikohidrati, vitamini, lipidi, esencijalna ulja, hormoni). Kliknite da biste vidjeli sigurne eksperimente o proučavanju svojstava bjelančevina, masti i ugljikohidrata.

Da biste prikupili dobiveni vodik, morate držati epruvetu okrenutu naopako. Vodik se ne može skupljati kao ugljikov dioksid, jer je mnogo lakši od zraka. Vodik brzo isparava, a pomiješan sa zrakom (ili u velikoj nakupini) eksplodira. Stoga je potrebno preokrenuti cijev. Odmah nakon punjenja tuba se zatvara gumenim čepom.

Za provjeru čistoće vodika potrebno je upaljenu šibicu prinijeti grlu epruvete. Ako se pojavi gluhi i tihi prasak, plin je čist, a nečistoće zraka minimalne. Ako je pucketanje glasno i zvižduće, plin u epruveti je prljav, sadrži veliki udio stranih komponenti.

Pažnja! Ne pokušavajte sami ponoviti ove eksperimente!

Kisik je najzastupljeniji element na Zemlji. Zajedno s dušikom i malom količinom drugih plinova, slobodni kisik tvori Zemljinu atmosferu. Njegov sadržaj u zraku je 20,95% volumnih ili 23,15% masenih. U zemljinoj kori 58% atoma su atomi vezanog kisika (47% mase). Kisik je dio vode (zalihe vezanog kisika u hidrosferi su izuzetno velike), stijene, mnoge minerale i soli, nalazi se u mastima, bjelančevinama i ugljikohidratima koji čine žive organizme. Gotovo sav slobodni kisik na Zemlji nastaje i pohranjuje kao rezultat procesa fotosinteze.

fizička svojstva.

Plin kisik bez boje, okusa i mirisa, nešto teži od zraka. Slabo je topiv u vodi (u 1 litri vode na 20 stupnjeva otopi se 31 ml kisika), ali je ipak bolji od ostalih atmosferskih plinova, pa je voda obogaćena kisikom. Gustoća kisika pri normalnim uvjetima 1,429 g/l. Pri temperaturi od -183 0 C i tlaku od 101,325 kPa kisik prelazi u tekuće stanje. Tekući kisik ima plavičasta boja, uvlači se u magnetsko polje i na -218,7°C stvara plave kristale.

Prirodni kisik ima tri izotopa O 16, O 17, O 18.

alotropija- sposobnost elementa da postoji kao dva ili više jednostavne tvari, razlikuju se samo u broju atoma u molekuli ili u strukturi.

Ozon O 3 - postoji u gornjoj atmosferi na visini od 20-25 km od površine Zemlje i tvori tzv. ozonski omotač“, koji štiti Zemlju od destruktivnog ultraljubičasto zračenje Sunce; blijedoljubičasta, otrovna velike količine plin specifičnog, oštrog, ali ugodnog mirisa. Talište je -192,7 0 C, vrelište -111,9 0 C. Topimo se u vodi bolje od kisika.

Ozon je jako oksidacijsko sredstvo. Njegova oksidacijska aktivnost temelji se na sposobnosti molekule da se razgradi uz oslobađanje atomskog kisika:

Oksidira mnoge jednostavne i složene tvari. S nekim metalima, na primjer s kalijevim ozonidom, stvara ozonide:

K + O 3 \u003d KO 3

Ozon se dobiva u posebnim uređajima – ozonizatorima. U njima se pod djelovanjem električnog pražnjenja molekularni kisik pretvara u ozon:

Slična reakcija događa se pod djelovanjem pražnjenja munje.

Upotreba ozona je zbog njegovih jakih oksidacijskih svojstava: koristi se za izbjeljivanje tkanina, dezinfekciju vode za piće, au medicini kao dezinfekcijsko sredstvo.

Udisanje ozona u velikim količinama štetno je: nadražuje sluznicu očiju i dišnih organa.

Kemijska svojstva.

U kemijskim reakcijama s atomima drugih elemenata (osim fluora) kisik pokazuje isključivo oksidacijska svojstva.

Najvažnije kemijsko svojstvo je sposobnost stvaranja oksida s gotovo svim elementima. Istodobno, kisik izravno reagira s većinom tvari, osobito kada se zagrijava.

Kao rezultat ovih reakcija u pravilu nastaju oksidi, rjeđe peroksidi:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Va + O 2 = 2VaO

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

Kisik ne komunicira izravno s halogenima, zlatom, platinom, njihovi oksidi se dobivaju neizravno. Kada se zagrijavaju, sumpor, ugljik, fosfor izgaraju u kisiku.

Interakcija kisika s dušikom počinje tek pri temperaturi od 1200 0 C ili u električnom pražnjenju:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

Kisik se spaja s vodikom u vodu:

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

Tijekom ove reakcije oslobađa se značajna količina topline.

Mješavina dvaju volumena vodika s jednim kisikom eksplodira kad se zapali; naziva se eksplozivan plin.

Mnogi metali u dodiru s atmosferskim kisikom podliježu destrukciji - koroziji. Neki metali unutra normalnim uvjetima oksidira samo s površine (na primjer, aluminij, krom). Dobiveni oksidni film sprječava daljnju interakciju.

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

Složene tvari pod određenim uvjetima također stupaju u interakciju s kisikom. U tom slučaju nastaju oksidi, au nekim slučajevima oksidi i jednostavne tvari.

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

H2S + O2 \u003d 2SO2 + 2H2O

4NH3 + ZO2 \u003d 2N2 + 6H2O

4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

U interakciji sa složenim tvarima, kisik djeluje kao oksidacijsko sredstvo. Njegovo važno svojstvo temelji se na oksidativnoj aktivnosti kisika – sposobnost održavanja izgaranje tvari.

Kisik također tvori spoj s vodikom - vodikov peroksid H 2 O 2 - bezbojna prozirna tekućina gorućeg oporog okusa, vrlo topiva u vodi. Kemijski je vodikov peroksid vrlo zanimljiv spoj. Karakteristična je njegova niska stabilnost: stajanjem se polako razgrađuje na vodu i kisik:

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

Svjetlost, toplina, prisutnost lužina, kontakt s oksidirajućim ili redukcijskim sredstvima ubrzavaju proces razgradnje. Stupanj oksidacije kisika u vodikovom peroksidu = - 1, tj. ima srednju vrijednost između oksidacijskog stanja kisika u vodi (-2) i molekularnog kisika (0), tako da vodikov peroksid pokazuje redoks dvojnost. Oksidirajuća svojstva vodikovog peroksida mnogo su izraženija od redukcijskih, a javljaju se u kiselim, lužnatim i neutralnim sredinama.

H2O2 + 2KI + H2SO4 \u003d K2SO4 + I2 + 2H2O

Karakterizacija s-elemenata

Blok s-elemenata uključuje 13 elemenata, kojima je zajednička izgradnja u njihovim atomima s-podrazine vanjske energetske razine.

Iako su vodik i helij klasificirani kao s-elementi zbog specifične prirode njihovih svojstava, treba ih promatrati odvojeno. Vodik, natrij, kalij, magnezij, kalcij vitalni su elementi.

Spojevi s-elemenata pokazuju zajedničke obrasce u svojstvima, što se objašnjava sličnošću elektronske strukture njihovih atoma. Svi vanjski elektroni su valentni i sudjeluju u stvaranju kemijskih veza. Stoga je maksimalno oksidacijsko stanje ovih elemenata u spojevima broj elektrona u vanjskom sloju i, prema tome, jednak je broju skupine u kojoj se taj element nalazi. Oksidacijsko stanje metala s-elementa uvijek je pozitivno. Još jedna značajka je da nakon odvajanja elektrona vanjskog sloja ostaje ion s ljuskom plemenitog plina. Povećanjem rednog broja elementa, atomskog radijusa, energija ionizacije opada (s 5,39 eV y Li na 3,83 eV y Fr), a redukcijska aktivnost elemenata raste.

Velika većina spojeva s-elemenata je bezbojna (za razliku od spojeva d-elemenata), jer je isključen prijelaz d-elektrona s niskih energetskih razina na više energetske razine, što uzrokuje boju.

Spojevi elemenata skupina IA - IIA tipične su soli; u vodenoj otopini gotovo potpuno disociraju na ione i ne podliježu kationskoj hidrolizi (osim Be 2+ i Mg 2+ soli).

hidrogen hidrid ionski kovalentan

Za ione s-elemenata stvaranje kompleksa nije tipično. Kristalni kompleksi s - elemenata s ligandima H 2 O-kristalnih hidrata, poznatih iz drevna vremena, na primjer: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-boraks, KAl (SO 4) 2 12H 2 O-stipsa. Molekule vode u kristalnim hidratima grupirane su oko kationa, ali ponekad potpuno okružuju anion. Zbog malog naboja iona i velikog radijusa iona alkalijski metali najmanje skloni stvaranju kompleksa, uključujući akvakomplekse. Ioni litija, berilija i magnezija djeluju kao sredstva za kompleksiranje u kompleksnim spojevima niske stabilnosti.

Vodik. Kemijska svojstva vodika

Vodik je najlakši s-element. Njegovo elektronička konfiguracija u osnovnom stanju 1S 1 . Atom vodika sastoji se od jednog protona i jednog elektrona. Osobitost vodika je da je njegov valentni elektron izravno u sferi djelovanja atomska jezgra. Vodik nema međusloj elektrona, pa se vodik ne može uzeti u obzir elektronički analogni alkalijski metali.

Poput alkalnih metala, vodik je redukcijsko sredstvo i ima oksidacijsko stanje +1. Spektri vodika slični su spektrima alkalnih metala. Vodik je sličan alkalijskim metalima po svojoj sposobnosti da u otopinama daje hidratizirani pozitivno nabijeni ion H+.

Kao i halogenu, atomu vodika nedostaje jedan elektron. To je razlog postojanja hidridnog iona H - .

Osim toga, poput atoma halogena, atomi vodika karakteriziraju visoku energiju ionizacije (1312 kJ/mol). Dakle, vodik zauzima poseban položaj u Periodni sustav elementi.

Vodik je najrasprostranjeniji element u svemiru, koji čini do polovice mase Sunca i većine zvijezda.

Na suncu i drugim planetima vodik je u atomskom stanju, u međuzvjezdanom mediju u obliku djelomično ioniziranih dvoatomnih molekula.

Vodik ima tri izotopa; protij 1 H, deuterij 2 D i tricij 3 T, pri čemu je tricij radioaktivni izotop.

Molekule vodika odlikuju se velikom čvrstoćom i niskom polarizabilnosti, malom veličinom i malom masom te velikom pokretljivošću. Stoga vodik ima vrlo niske temperature taljenja (-259,2 o C) i vrenja (-252,8 o C). Zbog velike energije disocijacije (436 kJ/mol) dolazi do razgradnje molekula na atome na temperaturama iznad 2000 o C. Vodik je plin bez boje, mirisa i okusa. Ima nisku gustoću - 8,99 10 -5 g / cm visoki pritisci vodik prelazi u metalno stanje. Vjeruje se da na dalekim planetima Sunčev sustav- Jupiter i Saturn, vodik je u metalnom stanju. Postoji pretpostavka da u sastav zemljine jezgre ulazi i metalni vodik, gdje se nalazi pod supervisokim tlakom koji stvara zemljin omotač.

Kemijska svojstva. Na sobnoj temperaturi, molekularni vodik reagira samo s fluorom, kada je ozračen svjetlom - s klorom i bromom, kada se zagrijava s O 2, S, Se, N 2, C, I 2.

Reakcije vodika s kisikom i halogenima odvijaju se prema radikalskom mehanizmu.

Interakcija s klorom primjer je nerazgranate reakcije pri ozračivanju svjetlom (fotokemijska aktivacija), pri zagrijavanju (toplinska aktivacija).

Cl + H 2 \u003d HCl + H (razvoj lanca)

H + Cl 2 \u003d HCl + Cl

Eksplozija eksplozivnog plina - smjese vodika i kisika - primjer je procesa razgranatog lanca, kada započeti lanac uključuje ne jednu, već nekoliko faza:

H2 + O2 \u003d 2OH

H + O 2 \u003d OH + O

O + H 2 \u003d OH + H

OH + H2 \u003d H2O + H

Eksplozivni proces može se izbjeći radom s čistim vodikom.

Budući da vodik karakteriziraju pozitivna (+1) i negativna (-1) oksidacijska stanja, vodik može pokazivati ​​i redukcijska i oksidacijska svojstva.

Reducirajuća svojstva vodika očituju se u interakciji s nemetalima:

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

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

Ove reakcije nastavljaju se s otpuštanjem veliki broj topline, što ukazuje na veliku energiju (jakoću) veza H-Cl, H-O. Stoga vodik pokazuje redukcijska svojstva u odnosu na mnoge okside, halogenide, na primjer:

To je osnova za upotrebu vodika kao redukcijskog sredstva za dobivanje jednostavnih tvari iz halogenidnih oksida.

Još jače redukcijsko sredstvo je atomski vodik. Nastaje iz molekule u izboju elektrona pod uvjetima niskog tlaka.

Vodik ima visoku redukcijsku aktivnost u trenutku oslobađanja tijekom interakcije metala s kiselinom. Takav vodik reducira CrCl3 u CrCl2:

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

Međudjelovanje vodika s dušikovim oksidom (II) je važno:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Koristi se u sustavima za pročišćavanje u proizvodnji dušične kiseline.

Kao oksidacijsko sredstvo, vodik stupa u interakciju s aktivnim metalima:

U ovom slučaju, vodik se ponaša kao halogen, tvoreći slične halogenide hidridi.

Hidridi s-elemenata I. skupine imaju ionsku strukturu tipa NaCl. Kemijski se ionski hidridi ponašaju kao bazični spojevi.

U kovalentne spadaju hidridi nemetalnih elemenata koji su manje elektronegativni od samog vodika, na primjer, hidridi sastava SiH 4, BH 3, CH 4. Po kemijske prirode Nemetalni hidridi su kiseli spojevi.

Karakteristična značajka hidrolize hidrida je oslobađanje vodika, reakcija se odvija prema redoks mehanizmu.

Bazični hidrid

acid hidrid

Zbog oslobađanja vodika, hidroliza se odvija potpuno i nepovratno (?N<0, ?S>0). U tom slučaju bazični hidridi tvore alkalije, a kisele kiseline.

Standardni potencijal sustava je B. Stoga je H ion jako redukcijsko sredstvo.

U laboratoriju se vodik dobiva reakcijom cinka s 20% sumpornom kiselinom u Kippovom aparatu.

Tehnički cink često sadrži male nečistoće arsena i antimona, koje vodik reducira u trenutku ispuštanja u otrovne plinove: arsin SbH 3 i stabin SbH. Takav vodik može biti otrovan. Kod kemijski čistog cinka reakcija je spora zbog prenapona i dobra struja vodik se ne može dobiti. Brzina ove reakcije se povećava dodavanjem kristala bakrenog sulfata, reakcija se ubrzava stvaranjem galvanskog Cu-Zn para.

Čistiji vodik nastaje djelovanjem lužine na silicij ili aluminij pri zagrijavanju:

U industriji se čisti vodik dobiva elektrolizom vode koja sadrži elektrolite (Na 2 SO 4 , Ba (OH) 2).

Kao nusprodukt tijekom elektrolize nastaje velika količina vodika Vodena otopina natrijev klorid s dijafragmom koja odvaja katodni i anodni prostor,

Najveća količina vodika dobiva se rasplinjavanjem krutog goriva (antracita) pregrijanom parom:

Bilo obraćenjem prirodni gas(metan) pregrijana para:

Dobivena smjesa (sintezni plin) koristi se u proizvodnji mnogih organskih spojeva. Prinos vodika može se povećati propuštanjem sinteznog plina preko katalizatora, dok se CO pretvara u CO 2 .

Primjena. U sintezi amonijaka troši se velika količina vodika. Za proizvodnju klorovodika i klorovodične kiseline, za hidrogenaciju biljnih masti, za redukciju metala (Mo, W, Fe) iz oksida. Plamen vodik-kisik koristi se za zavarivanje, rezanje i taljenje metala.

Kao raketno gorivo koristi se tekući vodik. Vodikovo gorivo je ekološki prihvatljiv i energetski intenzivniji od benzina, pa bi u budućnosti mogao zamijeniti naftne derivate. Na vodik u svijetu već radi nekoliko stotina automobila. Problemi vodikove energetike povezani su sa skladištenjem i transportom vodika. Vodik pohranjen u podzemnim tankerima u tekuće stanje pod pritiskom od 100 atm. Prijevoz velikih količina tekućeg vodika predstavlja ozbiljnu opasnost.

Vodik je najrasprostranjeniji kemijski element u svemiru. On je taj koji čini osnovu zapaljive tvari Zvijezda.

Vodik je prvi kemijski element u Mendeljejevom periodnom sustavu. Njegov atom ima najjednostavniju strukturu: jedan elektron rotira oko elementarne čestice "protona" (jezgre atoma):

Prirodni vodik sastoji se od tri izotopa: protij 1 H, deuterij 2 H i tricij 3 H.

Zadatak 12.1. Navedite strukturu jezgri atoma tih izotopa.

Imajući jedan elektron na vanjskoj razini, atom vodika može pokazati jedinu moguću valenciju I za sebe:

Pitanje. Nastaje li završena vanjska razina kada atom vodika prihvati elektrone?

Dakle, atom vodika može i prihvatiti i dati jedan elektron, tj. tipičan je nemetal. NA bilo koji spojevi atom vodika jedan voljeni.

Jednostavna tvar "vodik" H 2- plin bez boje i mirisa, vrlo lagan. Slabo je topiv u vodi, ali dobro topiv u mnogim metalima. Dakle, jedan volumen paladija Rd apsorbira do 900 volumena vodika.

Shema (1) pokazuje da vodik može biti i oksidacijsko i redukcijsko sredstvo, reagirajući s aktivnim metalima i mnogim nemetalima:

Zadatak 12.2. Odredi u kojim je reakcijama vodik oksidacijsko sredstvo, a u kojim redukcijsko sredstvo. imajte na umu da molekula vodika sastoji se od dva atoma.

Smjesa vodika i kisika je "eksplozivan plin", jer pri njenom paljenju dolazi do snažne eksplozije koja je odnijela mnoge živote. Stoga se pokusi u kojima se oslobađa vodik moraju izvoditi daleko od vatre.

Najčešće, vodik pokazuje redukcijska svojstva, koja se koriste za dobivanje čistih metala iz njihovih oksida *:

* Aluminij pokazuje slična svojstva (vidi lekciju 10 - aluminotermija).

Između vodika i vodika odvijaju se različite reakcije organski spojevi. Dakle, zbog dodatka vodika ( hidrogeniranje) tekuće masti se pretvaraju u čvrste ( više lekcija 25).

Vodik se može dobiti na različite načine:

• Interakcija metala s kiselinama:

Zadatak 12.3. aluminij, bakar i cink klorovodična kiselina . U kojim slučajevima ne dolazi do reakcije? Zašto? U slučaju poteškoća, pogledajte lekcije 2.2 i 8.3;

• Interakcija aktivni metali s vodom:

Zadatak 12.4. Napišite jednadžbe za takve reakcije natrij, barij, aluminij, željezo, olovo. U kojim slučajevima ne dolazi do reakcije? Zašto? U slučaju poteškoća, pogledajte lekciju 8.3.

U industrijskim razmjerima, vodik se dobiva elektrolizom vode:

kao i kod prolaska vodene pare kroz vruće željezne strugotine:

Vodik je najrasprostranjeniji element u svemiru. On se pomiruje najviše masu zvijezda i sudjeluje u termonuklearnoj fuziji – izvoru energije koju te zvijezde zrače.

Kisik

Kisik je najčešći kemijski element na našem planetu: više od polovice atoma Zemljina kora pripada kisiku. Tvar kisik O 2 čini oko 1/5 naše atmosfere, a kemijski element kisik čini 8/9 hidrosfere (oceana).

U Mendeljejevom periodnom sustavu kisik ima redni broj 8 i nalazi se u VI skupini druge periode. Dakle, struktura atoma kisika je sljedeća:

Imajući 6 elektrona na vanjskoj razini, kisik je tipičan nemetal, tj. veže se dva elektron do završetka vanjske razine:

Stoga kisik u svojim spojevima pokazuje valenciju II i oksidacijsko stanje –2 (isključujući perokside).

Prihvaćanjem elektrona atom kisika pokazuje svojstva oksidacijskog sredstva. Ovo svojstvo kisika je izuzetno važno: procesi oksidacije javljaju se tijekom disanja, metabolizma; pri izgaranju jednostavnih i složenih tvari javljaju se procesi oksidacije.

Izgaranje – oksidacija jednostavnih i složenih tvari popraćeno oslobađanjem svjetla i topline. Gotovo svi metali i nemetali izgaraju ili oksidiraju u atmosferi kisika. U ovom slučaju nastaju oksidi:

* Točnije, Fe 3 O 4 .

Kod gorenja u kisiku složene tvari nastaju oksidi kemijski elementi, uključeni u izvornu tvar. Samo se dušik i halogeni emitiraju kao jednostavne tvari:

Druga od ovih reakcija koristi se kao izvor topline i energije u svakodnevnom životu i industriji, od metana CH 4 uključeni u prirodni plin.

Kisik omogućuje intenziviranje mnogih industrijskih i bioloških procesa. U velikim količinama kisik se dobiva iz zraka, kao i elektrolizom vode (kao i vodika). U malim količinama može se dobiti razgradnjom složenih tvari:

Zadatak 12.5. Rasporedite koeficijente u ovdje danim jednadžbama reakcija.

Voda

Voda se ničim ne može zamijeniti - po tome se ona razlikuje od gotovo svih drugih tvari koje se nalaze na našem planetu. Vodu može zamijeniti samo sama voda. Nema života bez vode: uostalom, život na Zemlji nastao je kad se na njoj pojavila voda. Život je nastao u vodi jer je ona prirodni univerzum otapalo. Otapa i, prema tome, melje sve potrebne hranjive tvari i opskrbljuje ih stanicama živih organizama. A kao rezultat mljevenja, brzina kemijskih i biokemijskih reakcija naglo se povećava. Štoviše, bez prethodnog otapanja ne može doći do 99,5% (199 od svakih 200) reakcija! (Vidi također lekciju 5.1.)

Poznato je da bi odrasla osoba trebala dobiti 2,5-3 litre vode dnevno, ista količina se izlučuje iz tijela: to jest, u ljudskom tijelu postoji ravnoteža vode. Ako se prekrši, osoba može jednostavno umrijeti. Na primjer, gubitak samo 1-2% vode kod osobe uzrokuje žeđ, a 5% povećava tjelesnu temperaturu zbog kršenja termoregulacije: javlja se otkucaj srca, javljaju se halucinacije. Gubitkom 10% ili više vode u tijelu dolazi do promjena koje su možda već nepovratne. Osoba će umrijeti od dehidracije.

Voda je jedinstvena tvar. Vrelište bi mu trebalo biti -80 °C (!), ali je +100 °C. Zašto? Jer između polarnih molekula vode nastaju vodikove veze:

Stoga su i led i snijeg labavi i zauzimaju veći volumen od tekuće vode. Kao rezultat toga, led se diže na površinu vode i štiti stanovnike rezervoara od smrzavanja. Svježe napadali snijeg sadrži puno zraka i izvrstan je toplinski izolator. Ako je snijeg prekrio zemlju debelim slojem, tada su i životinje i biljke spašene od najtežih mrazeva.

Osim toga, voda ima veliki toplinski kapacitet i svojevrsni je akumulator topline. Stoga je na obalama mora i oceana klima blaga, a dobro zalivene biljke manje pate od mraza nego suhe.

Nemoguće bez vode hidroliza, kemijska reakcija koja nužno prati apsorpciju bjelančevina, masti i ugljikohidrata, koji su obavezan komponente naše hrane. Kao rezultat hidrolize, ovi kompleksi organska tvar razgrađuju se na tvari niske molekularne težine, koje zapravo apsorbira živi organizam (za više detalja pogledajte lekcije 25–27). O procesima hidrolize raspravljali smo u lekciji 6. Voda reagira s mnogim metalima i nemetalima, oksidima, solima.

Zadatak 12.6. Napiši jednadžbe reakcija:

1. natrij + voda →
2. klor + voda →
3. kalcijev oksid + voda →
4. sumporov oksid (IV) + voda →
5. cink klorid + voda →
6. natrijev silikat + voda →

Mijenja li to reakciju medija (pH)?

Voda je proizvod mnoge reakcije. Na primjer, u reakciji neutralizacije iu mnogim OVR-ima nužno se stvara voda.

Zadatak 12.7. Napiši jednadžbe za takve reakcije.

zaključke

Vodik je najčešći kemijski element u Svemiru, a kisik je najčešći kemijski element na Zemlji. Ove tvari pokazuju suprotna svojstva: vodik je redukcijsko sredstvo, a kisik je oksidacijsko sredstvo. Stoga oni lako reagiraju jedni s drugima, tvoreći najčudesniju i najčešću tvar na Zemlji - vodu.

Interakcija vodik s kisik, kako je ustanovio Sir Henry Cavendish, dovodi do stvaranja vode. Nastavimo s tim jednostavan primjer naučiti kako skladati jednadžbe kemijskih reakcija.
Ono iz čega dolazi vodik i kisik, već znamo:

H 2 + O 2 → H 2 O

Sada uzimamo u obzir da atomi kemijskih elemenata u kemijskim reakcijama ne nestaju i ne pojavljuju se ni iz čega, ne pretvaraju se jedni u druge, već kombinirati u nove kombinacije za stvaranje novih molekula. To znači da u jednadžbi kemijske reakcije atoma svake vrste mora postojati isti broj prije reakcije ( lijevo od znaka jednakosti) i nakon kraj reakcije ( desno od znaka jednakosti), ovako:

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

To je ono što je jednadžba reakcije - uvjetni zapis kemijske reakcije u tijeku pomoću formula tvari i koeficijenata.

To znači da u gornjoj reakciji dva madeža vodik treba reagirati s po jednom madežu kisik, a rezultat će biti dva madeža voda.

Interakcija vodik s kisik- nimalo jednostavan proces. To dovodi do promjene oksidacijskih stanja ovih elemenata. Za odabir koeficijenata u takvim jednadžbama obično se koristi metoda " elektronska vaga".

Kada se voda formira iz vodika i kisika, to znači da vodik promijenio svoje oksidacijsko stanje od 0 prije +ja, a kisik- od 0 prije −II. U isto vrijeme, nekoliko (n) elektroni:

Ovdje služi vodik koji donira elektrone redukcijsko sredstvo, i kisik koji prihvaća elektrone - oksidacijsko sredstvo.

Oksidirajuća i redukcijska sredstva

Sada da vidimo kako procesi davanja i primanja elektrona izgledaju zasebno. Vodik, nakon susreta s "pljačkašem" - kisikom, gubi sve svoje svojstvo - dva elektrona, a njegovo oksidacijsko stanje postaje jednako +ja:

H 2 0 − 2 e− = 2N + I

Dogodilo se jednadžba polureakcije oksidacije vodik.

I bandit kisik oko 2, nakon što je uzeo posljednje elektrone nesretnom vodiku, vrlo je zadovoljan svojim novim oksidacijskim stanjem -II:

O 2 + 4 e− = 2O − II

Ovaj redukcijska jednadžba polureakcije kisik.

Ostaje dodati da su i "bandit" i njegova "žrtva" izgubili svoj kemijski identitet i od jednostavnih tvari - plinova s ​​dvoatomnim molekulama H 2 i oko 2 postati dio novog kemijski - voda H 2 O.

Dalje, raspravljat ćemo na sljedeći način: koliko je elektrona reducent dao oksidirajućem banditu, toliko je i primio. Broj elektrona koje donira redukcijsko sredstvo mora biti jednak broju elektrona koje prihvati oksidacijsko sredstvo..

Dakle, trebate izjednačiti broj elektrona u prvoj i drugoj polureakciji. U kemiji je prihvaćen sljedeći uvjetni oblik pisanja jednadžbi polureakcija:

Ovdje su brojevi 2 i 1 lijevo od vitičaste zagrade faktori koji će pomoći osigurati da broj danih i primljenih elektrona bude jednak. Uzimamo u obzir da se u jednadžbama polureakcija predaju 2 elektrona, a primaju 4. Za izjednačavanje broja primljenih i predanih elektrona pronalazi se najmanji zajednički višekratnik i dodatni faktori. U našem slučaju najmanji zajednički višekratnik je 4. Dodatni faktori bit će 2 za vodik (4: 2 = 2), a za kisik - 1 (4: 4 = 1)
Dobiveni množitelji poslužit će kao koeficijenti buduće jednadžbe reakcije:

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

Vodik oksidirano ne samo pri susretu kisik. Približno isti učinak na vodik i fluor F2, halogen i poznati "pljačkaš", a naizgled bezopasan dušik N 2:

Ovo rezultira fluorovodik HF ili amonijak NH3.

U oba spoja, oksidacijsko stanje vodik postaje jednaka +ja, jer dobiva partnere u molekuli "pohlepnoj" za tuđim elektroničkim dobrom, s visokom elektronegativnošću - fluor F i dušik N. Na dušik vrijednost elektronegativnosti smatra se jednakom trima konvencionalnim jedinicama, i y fluor općenito, najveća elektronegativnost među svim kemijskim elementima je četiri jedinice. Stoga nije ni čudo što jadni atom vodika ostavljaju bez ikakvog elektroničkog okruženja.

Ali vodik može biti vratiti- prihvaćaju elektrone. To se događa ako u reakciji s njim sudjeluju alkalijski metali ili kalcij, čija je elektronegativnost manja od one kod vodika.