Composto di ossigeno e idrogeno. Idrogeno. Proprietà fisiche e chimiche, ottenimento

Nel sistema periodico ha una sua posizione specifica, che riflette le proprietà che esibisce e parla della sua struttura elettronica. Tuttavia, tra tutti c'è un atomo speciale che occupa due celle contemporaneamente. Si trova in due gruppi di elementi completamente opposti nelle loro proprietà manifestate. Questo è idrogeno. Queste caratteristiche lo rendono unico.

L'idrogeno non è solo un elemento, ma anche una sostanza semplice e anche componente molti composti complessi, elementi biogenici e organogeni. Pertanto, consideriamo le sue caratteristiche e proprietà in modo più dettagliato.

L'idrogeno come elemento chimico

L'idrogeno è un elemento del primo gruppo del sottogruppo principale, così come il settimo gruppo del sottogruppo principale nel primo piccolo periodo. Questo periodo consiste di soli due atomi: l'elio e l'elemento che stiamo considerando. Descriviamo le caratteristiche principali della posizione dell'idrogeno nel sistema periodico.

1. Il numero di serie dell'idrogeno è 1, il numero di elettroni è lo stesso, rispettivamente, il numero di protoni è lo stesso. La massa atomica è 1,00795. Esistono tre isotopi di questo elemento con numeri di massa 1, 2, 3. Tuttavia, le proprietà di ciascuno di essi sono molto diverse, poiché un aumento di massa anche di uno per l'idrogeno è immediatamente doppio.
2. Il fatto che contenga un solo elettrone all'esterno gli consente di esibire con successo sia proprietà ossidanti che riducenti. Inoltre, dopo il rilascio di un elettrone, rimane un orbitale libero, che prende parte alla formazione legami chimici secondo il meccanismo donatore-accettore.
3. L'idrogeno è un forte agente riducente. Pertanto, il primo gruppo del sottogruppo principale è considerato il suo posto principale, dove guida di più metalli attivi- alcalino.
4. Tuttavia, quando interagisce con forti agenti riducenti, come, ad esempio, i metalli, può anche essere un agente ossidante, accettando un elettrone. Questi composti sono chiamati idruri. Su questa base, è a capo del sottogruppo degli alogeni, con cui è simile.
5. A causa della sua massa atomica molto piccola, l'idrogeno è considerato l'elemento più leggero. Inoltre, anche la sua densità è molto bassa, quindi è anche il punto di riferimento per la leggerezza.

Pertanto, è ovvio che l'atomo di idrogeno è completamente unico, a differenza di tutti gli altri elementi. Di conseguenza, anche le sue proprietà sono speciali e le sostanze semplici e complesse che si formano sono molto importanti. Consideriamoli ulteriormente.

sostanza semplice

Se parliamo di questo elemento come molecola, allora dobbiamo dire che è biatomico. Cioè, l'idrogeno (una sostanza semplice) è un gas. La sua formula empirica sarà scritta come H 2 e quella grafica - attraverso un singolo legame sigma H-H. Il meccanismo di formazione del legame tra gli atomi è covalente non polare.

1. Steam reforming del metano.
2. Gassificazione del carbone: il processo prevede il riscaldamento del carbone a 1000 0 C, con conseguente formazione di idrogeno e carbone ad alto tenore di carbonio.
3. Elettrolisi. Questo metodo può essere utilizzato solo per soluzioni acquose di vari sali, poiché le fusioni non portano allo scarico dell'acqua al catodo.

Metodi di laboratorio per la produzione di idrogeno:

1. Idrolisi degli idruri metallici.
2. L'azione degli acidi diluiti sui metalli attivi e l'attività media.
3. Interazione di metalli alcalini e alcalino terrosi con l'acqua.

Per raccogliere l'idrogeno risultante, è necessario tenere la provetta capovolta. Dopotutto, questo gas non può essere raccolto allo stesso modo, ad esempio, dell'anidride carbonica. Questo è idrogeno, è molto più leggero dell'aria. Dissipa rapidamente e grandi quantità esplode se miscelato con l'aria. Pertanto, il tubo deve essere capovolto. Dopo averlo riempito, deve essere chiuso con un tappo di gomma.

Per verificare la purezza dell'idrogeno raccolto, dovresti portare un fiammifero acceso al collo. Se il cotone è sordo e silenzioso, il gas è pulito, con impurità d'aria minime. Se è rumoroso e fischiante, è sporco, con una grande percentuale di componenti estranei.

Aree di utilizzo

Quando l'idrogeno viene bruciato, viene rilasciata una quantità così grande di energia (calore) che questo gas è considerato il combustibile più redditizio. Inoltre, è rispettoso dell'ambiente. Tuttavia, il suo utilizzo in questo settore è attualmente limitato. Ciò è dovuto ai problemi mal concepiti e irrisolti della sintesi dell'idrogeno puro, che sarebbe adatto all'uso come combustibile in reattori, motori e dispositivi portatili, nonché caldaie per il riscaldamento residenziale.

Dopotutto, i metodi per ottenere questo gas sono piuttosto costosi, quindi prima è necessario sviluppare uno speciale metodo di sintesi. Uno che ti consentirà di ottenere il prodotto in grandi volumi ea un costo minimo.

Esistono diverse aree principali in cui viene utilizzato il gas che stiamo considerando.

1. Sintesi chimiche. Sulla base dell'idrogenazione si ottengono saponi, margarine e plastiche. Con la partecipazione di idrogeno, vengono sintetizzati metanolo e ammoniaca, così come altri composti.
2. IN Industria alimentare- come additivo E949.
3. Industria aeronautica (costruzione di razzi, costruzione di aeromobili).
4. Industria energetica.
5. Meteorologia.
6. Combustibile di tipo ecologico.

Ovviamente, l'idrogeno è tanto importante quanto abbondante in natura. Un ruolo ancora maggiore è svolto dai vari composti da esso formati.

Composti dell'idrogeno

Queste sono sostanze complesse contenenti atomi di idrogeno. Esistono diversi tipi principali di tali sostanze.

1. Alogenuri di idrogeno. Formula generale- H Hal. Di particolare importanza tra questi è l'acido cloridrico. È un gas che si dissolve in acqua per formare una soluzione di acido cloridrico. Questo acidoè ampiamente utilizzato in quasi tutti sintesi chimiche. E sia organico che inorganico. Il cloruro di idrogeno è un composto che ha la formula empirica HCL ed è uno dei più grandi in termini di produzione annua nel nostro paese. Gli alogenuri di idrogeno includono anche ioduro di idrogeno, acido fluoridrico e acido bromidrico. Tutti loro formano gli acidi corrispondenti.
2. Volatile Quasi tutti sono gas abbastanza velenosi. Ad esempio, idrogeno solforato, metano, silano, fosfina e altri. Tuttavia, sono molto infiammabili.
3. Gli idruri sono composti con metalli. Appartengono alla classe dei sali.
4. Idrossidi: basi, acidi e composti anfoteri. La loro composizione include necessariamente atomi di idrogeno, uno o più. Esempio: NaOH, K 2 , H 2 SO 4 e altri.
5. Idrossido di idrogeno. Questo composto è meglio conosciuto come acqua. Un altro nome per l'ossido di idrogeno. La formula empirica è simile a questa: H 2 O.
6. Perossido di idrogeno. Questo è l'agente ossidante più forte, la cui formula è H 2 O 2.
7. Numerosi composti organici: idrocarburi, proteine, grassi, lipidi, vitamine, ormoni, oli essenziali e altri.

Ovviamente, la varietà di composti dell'elemento che stiamo considerando è molto ampia. Ciò conferma ancora una volta la sua grande importanza per la natura e l'uomo, così come per tutti gli esseri viventi.

è il miglior solvente

Come accennato in precedenza, il nome comune di questa sostanza è acqua. Consiste di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, interconnessi da legami polari covalenti. La molecola d'acqua è un dipolo, il che spiega molte delle sue proprietà. In particolare, il fatto che sia un solvente universale.

È nell'ambiente acquatico che avvengono quasi tutti i processi chimici. Anche le reazioni interne del metabolismo plastico ed energetico negli organismi viventi vengono eseguite con l'aiuto dell'ossido di idrogeno.

L'acqua è considerata la cosa più importante sostanza importante sul pianeta. È noto che nessun organismo vivente può vivere senza di essa. Sulla Terra, è in grado di esistere in tre stati di aggregazione:

• liquido;
• gas (vapore);
• solido (ghiaccio).

A seconda dell'isotopo dell'idrogeno che fa parte della molecola, ci sono tre tipi di acqua.

1. Luce o protio. Un isotopo con un numero di massa pari a 1. La formula è H 2 O. Questa è la forma abituale utilizzata da tutti gli organismi.
2. Deuterio o pesante, la sua formula è D 2 O. Contiene l'isotopo 2 H.
3. Super pesante o trizio. La formula sembra T 3 O, l'isotopo è 3 H.

Le riserve di acqua dolce protium sul pianeta sono molto importanti. Manca già in molti paesi. Si stanno sviluppando metodi per trattare l'acqua salata al fine di ottenere acqua potabile.

Il perossido di idrogeno è un rimedio universale

Questo composto, come accennato in precedenza, è un ottimo agente ossidante. Tuttavia, con rappresentanti forti può anche comportarsi da riduttore. Inoltre, ha un pronunciato effetto battericida.

Un altro nome per questo composto è perossido. È in questa forma che è usato in medicina. Una soluzione al 3% dell'idrato cristallino del composto in questione è medicina medica, che viene utilizzato per trattare piccole ferite al fine di disinfettarle. Tuttavia, è stato dimostrato che in questo caso aumenta la guarigione della ferita nel tempo.

Il perossido di idrogeno è utilizzato anche nel carburante per missili, nell'industria per la disinfezione e lo sbiancamento, come agente schiumogeno per la produzione di materiali appropriati (schiuma, per esempio). Inoltre, il perossido aiuta a pulire gli acquari, sbiancare i capelli e sbiancare i denti. Tuttavia, allo stesso tempo danneggia i tessuti, quindi non è raccomandato dagli specialisti per questo scopo.

Il composto di ossigeno più famoso e più studiato è il suo ossido H 2 O - acqua. Acqua puraÈ un liquido incolore, trasparente, inodore e insapore. In uno spesso strato ha un colore bluastro-verdastro.

L'acqua esiste in tre stati di aggregazione: solido - ghiaccio, liquido e gassoso - vapore acqueo.

Di tutto liquido e solidi l'acqua ne ha di più calore specifico. A causa di questo fatto, l'acqua è un accumulatore di calore in vari organismi.

A pressione normale il punto di fusione del ghiaccio è 0 0 C (273 0 K), il punto di ebollizione dell'acqua è +100 0 C (373 0 K). Questi sono valori anormalmente alti. A T 0 +4 0 C l'acqua ha una bassa densità pari a 1 g/ml. Al di sopra o al di sotto di questa temperatura, la densità dell'acqua è inferiore a 1 g/ml. Questa caratteristica distingue l'acqua da tutte le altre sostanze, la cui densità aumenta al diminuire di t 0. Quando si passa l'acqua stato liquido allo stato solido si ha un aumento di volume: su 92 volumi di acqua liquida si formano 100 volumi di ghiaccio. All'aumentare del volume, la densità diminuisce, quindi, essendo più leggero dell'acqua, il ghiaccio galleggia sempre in superficie.

Studi sulla struttura dell'acqua hanno dimostrato che la molecola d'acqua è costruita come un triangolo, in cima al quale c'è un atomo di ossigeno elettronegativo, e agli angoli delle basi - idrogeno. L'angolo di legame è 104, 27. La molecola d'acqua è polare: la densità elettronica viene spostata sull'atomo di ossigeno. Una tale molecola polare può interagire con un'altra molecola per formare aggregati più complessi sia attraverso l'interazione di dipoli che attraverso la formazione di legami idrogeno. Questo fenomeno è chiamato associazione dell'acqua. L'associazione delle molecole d'acqua è determinata principalmente dalla formazione di legami idrogeno tra di loro. Il peso molecolare dell'acqua allo stato di vapore è 18 e corrisponde alla sua formula più semplice - H 2 O. In altri casi, il peso molecolare dell'acqua è un multiplo di diciotto volte (18).

La polarità e le piccole dimensioni della molecola si traducono in forti proprietà idratanti.

La costante dielettrica dell'acqua è così grande (81) che ha un potente effetto ionizzante sulle sostanze in essa disciolte, provocando la dissociazione di acidi, sali e basi.

La molecola d'acqua è in grado di unire vari ioni, formando idrati. Questi composti sono caratterizzati da un attrito specifico, simile a composti complessi.

Uno dei prodotti di addizione più importanti è lo ione idronio - H 3 O, che si forma a seguito dell'aggiunta dello ione H + alla coppia solitaria di elettroni dell'atomo di ossigeno.

Come risultato di questa aggiunta, lo ione idronio risultante acquisisce una carica +1.

H + + H 2 O H 3 O +

Tale processo è possibile in sistemi contenenti sostanze che scindono uno ione idrogeno.

L'acqua, sia fredda che riscaldata, interagisce attivamente con molti metalli che si trovano nella serie di attività fino all'idrogeno. In queste reazioni si formano ossidi o idrossidi ad essi corrispondenti e l'idrogeno viene spostato.:

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

L'acqua si unisce abbastanza attivamente agli ossidi basici e acidi, formando i corrispondenti idrossidi:

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

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

L'acqua, che è attaccata in questi casi, è chiamata costituzionale (al contrario della cristallizzazione in idrati cristallini).

L'acqua reagisce con gli alogeni, in questo caso si forma una miscela di acidi:

H 2 + HOH HCl + HClO

Maggior parte proprietà importante l'acqua è la sua solubilità.

L'acqua è il solvente più comune in natura e tecnologia. La maggior parte delle reazioni chimiche avviene in acqua. Ma forse valore più alto hanno processi biologici e biochimici che si verificano negli organismi vegetali e animali con la partecipazione di proteine, grassi, carboidrati e altre sostanze nell'ambiente acquatico del corpo.

Il secondo composto di idrogeno con ossigeno è il perossido di idrogeno H 2 O 2.

Formula strutturale H - O - O - H, peso molecolare - 34.

Nome latino Hydrogenii peroxydum.

Questa sostanza fu scoperta nel 1818 dallo scienziato francese Louis-Jacques Tenard, che studiò l'effetto di vari acidi minerali sul perossido di bario (BaO 2). In natura, il perossido di idrogeno si forma durante il processo di ossidazione. più conveniente e modo moderno ottenere H 2 O 2 è un metodo elettrolitico, utilizzato nell'industria. Come materiali di partenza vengono utilizzati acido solforico o solfato di ammonio.

È stato stabilito con moderni metodi fisico-chimici che entrambi gli atomi di ossigeno nel perossido di idrogeno sono direttamente collegati tra loro da un legame covalente non polare. i legami tra atomi di idrogeno e ossigeno (dovuti allo spostamento di elettroni comuni verso l'ossigeno) sono polari. Pertanto, anche la molecola H 2 O 2 è polare. Un legame idrogeno si verifica tra le molecole di H 2 O 2, che porta alla loro associazione con un'energia di legame O–O di 210 kJ, che è molto inferiore all'energia di legame H–O (470 kJ).

Soluzione di perossido di idrogeno- liquido trasparente incolore, inodore o con un leggero odore particolare, reazione leggermente acida. Si decompone rapidamente sotto l'influenza della luce, se riscaldato, a contatto con sostanze alcaline, ossidanti e riducenti, rilasciando ossigeno. Si verifica una reazione: H 2 O 2 \u003d H 2 O + O

La bassa stabilità delle molecole di H 2 O 2 è dovuta alla fragilità del legame O - O.

Conservalo in un contenitore di vetro scuro e in un luogo fresco. Sotto l'azione di soluzioni concentrate di perossido di idrogeno sulla pelle, si formano ustioni e l'area bruciata fa male.

APPLICAZIONE: in medicina, una soluzione di perossido di idrogeno al 3% viene utilizzata come agente emostatico, disinfettante e deodorante per il lavaggio e il risciacquo con stomatite, tonsillite, malattie ginecologiche e così via.

A contatto con l'enzima catalasi (dal sangue, pus, tessuti), agisce ossigeno atomico al momento dell'estrazione. L'azione di H 2 O 2 è a breve termine. Il valore del farmaco sta nel fatto che i suoi prodotti di decomposizione sono innocui per i tessuti.

L'IDROPERITE è un composto complesso di perossido di idrogeno con urea. Il contenuto di perossido di idrogeno è di circa il 35%. Applica come antisettico al posto del perossido di idrogeno.

Una delle principali proprietà chimiche dell'H 2 O 2 sono le sue proprietà redox. Lo stato di ossidazione dell'ossigeno in H 2 O 2 è -1, cioè ha un valore intermedio tra il grado di ossidazione dell'ossigeno in acqua (-2) e in ossigeno molecolare (0). Pertanto, il perossido di idrogeno ha le proprietà sia di un agente ossidante che di un agente riducente, ad es. presenta dualità redox. Va notato che le proprietà ossidanti dell'H 2 O 2 sono molto più pronunciate di quelle riducenti e compaiono in ambienti acidi, alcalini e neutri. Per esempio:

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 - in-l

H 2 O 2 + 2 H + + 2ē → 2 H 2 O 1 - ok

2 io - + H 2 O 2 + 2 H + → io 2 + 2 H 2 O

Sotto l'azione di forti agenti ossidanti, H 2 O 2 mostra proprietà riducenti:

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 - ok

H 2 O 2 - 2ē → O 2 + 2 H + 5 - in-l

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

Conclusioni:

1. L'ossigeno è l'elemento più abbondante sulla terra.

In natura, l'ossigeno si presenta in due modificazioni allotropiche: O 2 - diossigeno o "ossigeno ordinario" e O 3 - triossigeno (ozono).

2. Allotropia- educazione dei diversi sostanze semplici un elemento.

3. Modificazioni allotropiche dell'ossigeno: ossigeno e ozono.

4.Composti di ossigeno con idrogeno - acqua e perossido di idrogeno .

5. L'acqua esiste in tre stati aggregati: in solido - ghiaccio, liquido e gassoso - vapore acqueo.

6. A T 0 +4 0 C, l'acqua ha una densità pari a 1 g / ml.

7. La molecola d'acqua è costruita come un triangolo, in cima al quale c'è un atomo di ossigeno elettronegativo, e agli angoli delle basi - idrogeno.

8. L'angolo di valenza è 104,27

9. La molecola d'acqua è polare: la densità elettronica viene spostata sull'atomo di ossigeno.

12. Zolfo. Caratteristiche dello zolfo, in base alla sua posizione nel sistema periodico, dal punto di vista della teoria della struttura atomica, possibili stati di ossidazione, proprietà fisiche, distribuzione in natura, ruolo biologico, modalità di ottenimento, Proprietà chimiche. . L'uso dello zolfo e dei suoi composti in medicina e nell'economia nazionale.

ZOLFO:

A) essere nella natura

B) ruolo biologico

B) uso in medicina

Lo zolfo è molto diffuso in natura e si presenta sia allo stato libero (zolfo nativo) sia sotto forma di composti: FeSe (pirite), CuS, Ag 2 S, PbS, CaSO 4, ecc. Fa parte di vari composti contenuti in natura carboni, oli e gas naturali.

Lo zolfo è uno degli elementi importanti per i processi vitali, perché. fa parte delle proteine. Il contenuto di zolfo nel corpo umano è dello 0,25%. Incluso negli aminoacidi: cisteina, glutatione, metionina, ecc.

Soprattutto molto zolfo nelle proteine ​​​​di capelli, corna, lana. Inoltre, lo zolfo è parte integrante delle sostanze biologicamente attive del corpo: vitamine e ormoni (ad esempio, insulina).

Lo zolfo si trova sotto forma di composti in tessuto nervoso, nella cartilagine, nelle ossa e nella bile. È coinvolto nei processi redox del corpo.

Con una mancanza di zolfo nel corpo, si osservano fragilità e fragilità delle ossa, perdita di capelli.

Lo zolfo si trova in uva spina, uva, mele, cavoli, cipolle, segale, piselli, orzo, grano saraceno e frumento.

Detentori del record: piselli 190, soia 244%.

Nella lezione 22 " Proprietà chimiche dell'idrogeno» dal corso « Chimica per manichini» scoprire con quali sostanze reagisce l'idrogeno; scopri quali proprietà chimiche ha l'idrogeno.

L'idrogeno entra reazioni chimiche con semplice e sostanze complesse. Tuttavia, quando condizioni normali l'idrogeno è inattivo. Per la sua interazione con altre sostanze, è necessario creare condizioni: aumentare la temperatura, applicare un catalizzatore, ecc.

Reazioni dell'idrogeno con sostanze semplici

Quando riscaldato, l'idrogeno entra in una reazione combinata con sostanze semplici: ossigeno, cloro, azoto, zolfo.

Se dai fuoco all'idrogeno puro nell'aria, uscendo dal tubo di uscita del gas, brucia con una fiamma uniforme, appena percettibile. Ora mettiamo un tubo con idrogeno in fiamme in un barattolo di ossigeno (Fig. 95).

La combustione dell'idrogeno continua, mentre sulle pareti della giara sono visibili le gocce d'acqua formatesi a seguito della reazione:

Quando l'idrogeno brucia, viene rilasciato molto calore. La temperatura della fiamma ossigeno-idrogeno supera i 2000 °C.

La reazione chimica dell'idrogeno con l'ossigeno si riferisce a reazioni composte. Come risultato della reazione, si forma ossido di idrogeno (acqua). Ciò significa che l'idrogeno è stato ossidato dall'ossigeno, cioè possiamo anche chiamare questa reazione una reazione di ossidazione.

Se, tuttavia, una piccola quantità di idrogeno viene raccolta in una provetta capovolta spostando l'aria, e quindi un fiammifero acceso viene portato nel suo foro, allora un forte suono di "abbaiare" di una piccola esplosione di una miscela di idrogeno e si sentirà l'aria. Tale miscela è chiamata "esplosiva".

Su una nota: La capacità dell'idrogeno in miscela con l'aria di formare "gas esplosivo" è stata spesso causa di incidenti in palloni pieni di idrogeno. La violazione della tenuta del guscio della palla ha provocato un incendio e persino un'esplosione. Nel nostro tempo Palloncini riempito con elio o aria calda costantemente pompata.

In un'atmosfera di cloro, l'idrogeno brucia formando una sostanza complessa - cloruro di idrogeno. In questo caso la reazione procede:

La reazione dell'idrogeno con l'azoto si verifica quando temperatura elevata e pressione in presenza di un catalizzatore. Come risultato della reazione, si forma ammoniaca NH 3:

Se un flusso di idrogeno viene diretto allo zolfo sciolto in una provetta, si sentirà l'odore di uova marce al suo foro. Ecco come odora il gas di idrogeno solforato H 2 S - il prodotto della reazione dell'idrogeno con lo zolfo:

Su una nota: L'idrogeno è in grado non solo di dissolversi in alcuni metalli, ma anche di farlogira con loro. Allo stesso tempo, si formano composti chimici, chiamati idruri (NaH è idruro di sodio). Alcuni idruri metallici sono usati come combustibile motori a razzo sui combustibili solidi, nonché nella produzione di energia termonucleare.

Reazioni dell'idrogeno con sostanze complesse

L'idrogeno reagisce a temperature elevate non solo con sostanze semplici ma anche complesse. Si consideri, ad esempio, la sua reazione con l'ossido di rame (II) CuO (Fig. 96).

Facciamo passare l'idrogeno sulla polvere riscaldata di ossido di rame (II) CuO. Con il procedere della reazione, il colore della polvere passa dal nero al rosso brunastro. Questo è il colore della semplice sostanza di rame Cu. Durante la reazione, sulle parti fredde della provetta compaiono goccioline di liquido. Questo è un altro prodotto della reazione: acqua H 2 O. Si noti che, a differenza della semplice sostanza del rame, l'acqua è una sostanza complessa.

L'equazione per la reazione dell'ossido di rame (II) con l'idrogeno:

L'idrogeno in reazione con l'ossido di rame (II) mostra la capacità di sottrarre ossigeno all'ossido di metallo, ripristinando così il metallo da questo ossido. Di conseguenza, lì recupero del rame dalla sostanza complessa CuO al rame metallico (Cu).

Reazioni di recupero- Queste sono reazioni in cui sostanze complesse donano atomi di ossigeno ad altre sostanze.

Una sostanza che rimuove gli atomi di ossigeno è chiamata agente riducente. Nella reazione con l'ossido di rame (II), l'agente riducente è l'idrogeno. L'idrogeno reagisce anche con ossidi di alcuni altri metalli, come PbO, HgO, MoO 3 , WO 3 e altri L'ossidazione e la riduzione sono sempre interconnesse. Se una sostanza (H 2) viene ossidata, l'altra (CuO) viene ridotta e viceversa.

Riepilogo della lezione:

1. Quando riscaldato, l'idrogeno reagisce con ossigeno, cloro, azoto e zolfo.
2. La restaurazione è la cessione di atomi di ossigeno da parte di sostanze complesse ad altre sostanze.
3. I processi di ossidazione e riduzione sono interconnessi.

Spero lezione 22" Proprietà chimiche dell'idrogeno' è stato chiaro e informativo. Se hai domande, scrivile nei commenti.

Interazione idrogeno Con ossigeno, come stabilito da Sir Henry Cavendish, porta alla formazione dell'acqua. Andiamo avanti semplice esempio imparare a comporre equazioni delle reazioni chimiche.
Da cosa viene idrogeno E ossigeno, sappiamo già:

H 2 + O 2 → H 2 O

Ora prendiamo in considerazione che gli atomi elementi chimici nelle reazioni chimiche non scompaiono e non compaiono dal nulla, non si trasformano l'una nell'altra, ma combinare in nuove combinazioni per formare nuove molecole. Ciò significa che nell'equazione della reazione chimica degli atomi di ogni tipo deve esserci lo stesso numero Prima reazioni ( Sinistra dal segno uguale) e Dopo la fine della reazione ( sulla destra dal segno di uguale), così:

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

Questo è quello che è equazione di reazione - registrazione condizionale di una reazione chimica in corso utilizzando formule di sostanze e coefficienti.

Ciò significa che nella reazione di cui sopra due talpe idrogeno dovrebbe reagire con da una mole ossigeno, e il risultato sarà due talpe acqua.

Interazione idrogeno Con ossigeno- non è affatto un processo semplice. Porta a un cambiamento negli stati di ossidazione di questi elementi. Per selezionare i coefficienti in tali equazioni, si usa solitamente il metodo " saldo elettronico".

Quando l'acqua è formata da idrogeno e ossigeno, ciò significa che idrogeno ha cambiato il suo stato di ossidazione da 0 Prima +io, UN ossigeno- da 0 Prima −II. Allo stesso tempo, diversi (N) elettroni:

Gli elettroni donatori di idrogeno servono qui agente riducente, ed elettroni che accettano ossigeno - agente ossidante.

Agenti ossidanti e riducenti

Ora vediamo come appaiono separatamente i processi di dare e ricevere elettroni. Idrogeno, avendo incontrato il "ladro" - l'ossigeno, perde tutte le sue proprietà - due elettroni, e il suo stato di ossidazione diventa uguale a +io:

H20-2 e− = 2Н + I

Accaduto equazione della semireazione di ossidazione idrogeno.

E il bandito ossigeno Circa 2, avendo preso gli ultimi elettroni dallo sfortunato idrogeno, è molto soddisfatto del suo nuovo stato di ossidazione -II:

O2 + 4 e− = 2O −II

Questo equazione della semireazione di riduzione ossigeno.

Resta da aggiungere che sia il "bandito" che la sua "vittima" hanno perso la loro identità chimica e da sostanze semplici - gas con molecole biatomiche H 2 E Circa 2 diventare parte del nuovo chimico - acqua H2O.

Inoltre, discuteremo come segue: quanti elettroni ha dato il riducente al bandito ossidante, cioè quanto ha ricevuto. Il numero di elettroni donati dall'agente riducente deve essere uguale al numero di elettroni accettati dall'agente ossidante..

Quindi hai bisogno eguagliare il numero di elettroni nella prima e nella seconda semireazione. In chimica, è accettata la seguente forma condizionale di scrittura delle equazioni delle semireazioni:

Qui, i numeri 2 e 1 a sinistra della parentesi graffa sono fattori che contribuiranno a garantire che il numero di elettroni dati e ricevuti sia uguale. Teniamo conto che nelle equazioni delle semireazioni vengono ceduti 2 elettroni e ne vengono accettati 4. Per eguagliare il numero di elettroni ricevuti e dati, si trovano il minimo comune multiplo e fattori aggiuntivi. Nel nostro caso, il minimo comune multiplo è 4. Ulteriori fattori saranno 2 per l'idrogeno (4: 2 = 2) e per l'ossigeno - 1 (4: 4 = 1)
I moltiplicatori risultanti serviranno come coefficienti della futura equazione di reazione:

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

Idrogeno ossidato non solo quando ci si incontra ossigeno. Approssimativamente lo stesso effetto sull'idrogeno e fluoro F2, alogeno e il famoso "ladro", e apparentemente innocuo azoto N 2:

Questo risulta in fluoruro di idrogeno HF O ammoniaca NH3.

In entrambi i composti, lo stato di ossidazione idrogeno diventa uguale +io, perché ottiene partner nella molecola "avida" per il bene elettronico di qualcun altro, con alta elettronegatività - fluoro F E azoto N. A azoto il valore dell'elettronegatività è considerato pari a tre unità convenzionali, e y fluoro in generale, l'elettronegatività più alta tra tutti gli elementi chimici è di quattro unità. Quindi non c'è da meravigliarsi se lasciano il povero atomo di idrogeno senza alcun ambiente elettronico.

Ma idrogeno Forse ristabilire- Accetta elettroni. Questo accade se nella reazione con esso parteciperà metalli alcalini o calcio, che hanno meno elettronegatività dell'idrogeno.

L'elemento più abbondante nell'universo è l'idrogeno. Per quanto riguarda le stelle, ha la forma di nuclei - protoni - ed è il materiale per i processi termonucleari. Quasi la metà della massa del Sole è costituita anche da molecole di H 2. Il suo contenuto nella crosta terrestre raggiunge lo 0,15% e gli atomi sono presenti nella composizione dell'olio, gas naturale, acqua. Insieme all'ossigeno, all'azoto e al carbonio, è un elemento organogenico che fa parte di tutti gli organismi viventi sulla Terra. Nel nostro articolo studieremo le proprietà fisiche e chimiche dell'idrogeno, determineremo le principali aree della sua applicazione nell'industria e la sua importanza in natura.

Posizione nel sistema periodico degli elementi chimici di Mendeleev

Il primo elemento da aprire sistema periodicoè idrogeno. Il suo massa atomicaè 1,0079. Ha due isotopi stabili (protio e deuterio) e uno radioattivo (trizio). Proprietà fisiche sono determinati dal posto del non metallo nella tabella degli elementi chimici. In condizioni normali, l'idrogeno (la sua formula è H 2) è un gas quasi 15 volte più leggero dell'aria. La struttura dell'atomo di un elemento è unica: consiste solo di un nucleo e di un elettrone. La molecola di una sostanza è biatomica, le particelle in essa contenute sono collegate tramite un legame covalente non polare. La sua intensità energetica è piuttosto elevata - 431 kJ. Questo spiega la bassa attività chimica del composto in condizioni normali. La formula elettronica dell'idrogeno è: H:H.

La sostanza ha anche una serie di proprietà che non hanno analoghi tra gli altri non metalli. Consideriamo alcuni di loro.

Solubilità e conducibilità termica

I metalli conducono meglio il calore, ma l'idrogeno li avvicina in termini di conduttività termica. La spiegazione del fenomeno sta nell'altissima velocità del movimento termico delle molecole leggere della materia, quindi, in un'atmosfera di idrogeno, un oggetto riscaldato si raffredda 6 volte più velocemente che nell'aria. Il composto può dissolversi bene nei metalli, ad esempio quasi 900 volumi di idrogeno possono essere assorbiti da un volume di palladio. I metalli possono entrare in reazioni chimiche con H 2 in cui si manifestano le proprietà ossidanti dell'idrogeno. In questo caso si formano idruri:

2Na + H 2 \u003d 2 NaH.

In questa reazione, gli atomi di un elemento accettano elettroni dalle particelle metalliche, trasformandosi in anioni con una carica negativa unitaria. Una semplice sostanza H 2 in questo caso è un agente ossidante, che di solito non è tipico per esso.

L'idrogeno come agente riducente

I metalli e l'idrogeno sono uniti non solo dall'elevata conduttività termica, ma anche dalla capacità dei loro atomi nei processi chimici di donare i propri elettroni, cioè di essere ossidati. Ad esempio, gli ossidi basici reagiscono con l'idrogeno. La reazione redox termina con il rilascio di metallo puro e la formazione di molecole d'acqua:

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

L'interazione di una sostanza con l'ossigeno durante il riscaldamento porta anche alla produzione di molecole d'acqua. Il processo è esotermico ed è accompagnato dal rilascio un largo numero energia termica. Se una miscela di gas di H 2 e O 2 reagisce in un rapporto di 2: 1, viene chiamata perché esplode quando viene accesa:

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

L'acqua è e gioca un ruolo importante nella formazione dell'idrosfera, del clima e del clima della Terra. Fornisce la circolazione degli elementi in natura, supporta tutti i processi vitali degli organismi: gli abitanti del nostro pianeta.

Interazione con non metalli

Le proprietà chimiche più importanti dell'idrogeno sono le sue reazioni con elementi non metallici. A condizioni normali sono abbastanza inerti chimicamente, quindi la sostanza può reagire solo con alogeni, ad esempio con fluoro o cloro, che sono i più attivi tra tutti i non metalli. Quindi, una miscela di fluoro e idrogeno esplode al buio o al freddo, e con il cloro, quando viene riscaldata o alla luce. I prodotti di reazione sono alogenuri di idrogeno, soluzione acquosa che sono noti come acidi fluoridrico e perclorico. C interagisce a una temperatura di 450-500 gradi, una pressione di 30-100 MPa e in presenza di un catalizzatore:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

Le proprietà chimiche considerate dell'idrogeno hanno Grande importanza per l'industria. Ad esempio, puoi ottenere valore prodotto chimico- ammoniaca. È la principale materia prima per la produzione di acido nitrico e fertilizzanti azotati: urea, nitrato di ammonio.

materia organica

Tra carbonio e idrogeno porta alla produzione del più semplice idrocarburo - metano:

C + 2 H 2 = CH 4.

La sostanza è il componente più importante della sostanza naturale ed è utilizzata come prezioso tipo di combustibile e materia prima per l'industria della sintesi organica.

Nella chimica dei composti del carbonio, un elemento fa parte di un numero enorme di sostanze: alcani, alcheni, carboidrati, alcoli, ecc. Sono note molte reazioni composti organici con molecole di H2. Sono noti collettivamente come idrogenazione o idrogenazione. Quindi, le aldeidi possono essere ridotte con idrogeno ad alcoli, idrocarburi insaturi - ad alcani. Ad esempio, l'etilene viene convertito in etano:

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

Importante valore pratico hanno tali proprietà chimiche dell'idrogeno come, ad esempio, l'idrogenazione di oli liquidi: girasole, mais, colza. Porta alla produzione di grasso solido - strutto, che viene utilizzato nella produzione di glicerina, sapone, stearina, margarina dura. Per migliorare aspetto e gusto prodotto alimentare ad esso si aggiungono latte, grassi animali, zucchero, vitamine.

Nel nostro articolo abbiamo studiato le proprietà dell'idrogeno e scoperto il suo ruolo nella natura e nella vita umana.