Kemijske lastnosti vodika. Pomen vodika v naravi

Najpogostejši element v vesolju je vodik. V zvezi z zvezdami ima obliko jedra - protone - in je material za termonuklearne procese. Skoraj polovica mase Sonca je sestavljena tudi iz molekul H₂

Položaj v periodičnem sistemu kemičnih elementov Mendelejev

Prvi element, ki odpira periodični sistem, je vodik. Njena atomska masa je 1.0079. Ima dve stabilni (protium in devterij) in en radioaktivni izotop (tritij). Fizikalne lastnosti določajo mesto nekovine v tabeli kemičnih elementov. V normalnih razmerah je vodik (njegova formula je H₂) predstavlja plin, ki je skoraj 15-krat lažji od zraka. Struktura atoma elementa je edinstvena: sestoji le iz jedra in enega elektrona. Molekula snovi je diatomska, delci v njem so povezani s kovalentno nepolarno vezjo. Njena energetska intenzivnost je precej visoka - 431 kJ. To pojasnjuje nizko kemijsko aktivnost spojine v normalnih pogojih. Elektronska formula vodika je naslednja: H: H.

Snov ima več lastnosti, ki nimajo analogov med drugimi ne-metali. Poglejmo jih nekaj.

Topnost in toplotna prevodnost

Kovine se najbolje uporabljajo za toploto, vendar se vodik približuje toplotni prevodnosti. Razlaga pojava leži v zelo visoki stopnji termičnega gibanja svetlih molekul snovi, zato se v ogljikovem ozračju ogrevan predmet ohladi 6-krat hitreje kot v zraku. Spojina se lahko dobro raztopi v kovinih, na primer skoraj en volumski del vodika lahko absorbira en sam volumen paladija. Kovine se lahko pridruži s H₂ v kemijskih reakcijah, v katerih se kažejo oksidacijske lastnosti vodika. V tem primeru se oblikujejo hidridi:

2Na + H₂ = 2 NaH.

V tej reakciji atomov elementa vzamejo elektrone iz kovinskih delcev, ki se pretvorijo v anione z enim negativnim nabojem. Enostavna snov H₂ v tem primeru je oksidant, ki za njega običajno ni značilen.

Vodik kot redukcijsko sredstvo

Združuje kovine in vodik ne samo z visoko toplotno prevodnostjo, temveč tudi sposobnost njihovih atomov v kemičnih procesih, da se odrečejo lastnim elektronom, to je oksidaciji. Na primer, osnovni oksidi reagirajo z vodikom. Reakcija redukcije oksidacije se zaključi z izolacijo čistih kovin in tvorbo molekul vode:

CuO + H₂ = Cu + H₂O.

Medsebojno delovanje snovi s kisikom pri segrevanju vodi tudi v proizvodnjo molekul vode. Postopek je eksotermičen in ga spremlja sproščanje velike količine toplotne energije. Če je mešanica plinov H₂ in O₂ reagira v razmerju 2: 1, se imenuje eksplozivni plin, saj ko se vžge, eksplodira:

2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Voda je vodikov oksid in igra pomembno vlogo pri oblikovanju zemeljske hidrosfere, podnebja, vremena. Zagotavlja krog elementov v naravi, podpira vse življenjske procese organizmov - prebivalcev našega planeta.

Interakcija z nekovinami

Najpomembnejše kemijske lastnosti vodika so njegove reakcije z nekovinskimi elementi. Pod normalnimi pogoji molekule vodika so kemično dovolj inertni, zato lahko snov reagira le s halogeni, na primer s fluorom ali klorom, ki je najbolj aktivna med vsemi nekovinami. Tako mešanica fluora in vodika eksplodira v temi ali v mrazu in s klorom - pri segrevanju ali v svetlobi. Reakcijski produkti so halogenski halidi, katerih vodne raztopine so znane kot fluoridne in kloridne kisline. S dušikom se snov medsebojno stika s temperaturo 450-500 stopinj, tlakom od 30-100 mPa in v prisotnosti katalizatorja:

N2 + 3H2 hArr-p, t, kat hArr-2NH3.

Kemične lastnosti obravnavanih vodikov so za industrijo zelo pomembne. Na primer, lahko dobite dragocen kemični izdelek - amoniak. Je glavna surovina za proizvodnjo nitratnih kislin in dušikovih gnojil: karbamida, amonijevega nitrata.

Organske snovi

Reakcija spojine med ogljikom in vodikom vodi k proizvodnji najpreprostejšega ogljikovodikovega metana:

C + 2H₂ = CH_4.

Snov je bistveni del naravnih in povezanega zemeljskega plina. Uporabljajo se kot dragoceno gorivo in surovine za industrijo organske sinteze.

V kemiji ogljikovih spojin je element ogromnega števila snovi: alkani, alkeni, ogljikovi hidrati, alkoholi itd. Veliko reakcij organskih spojin s H molekulami₂. Imajo skupno ime - hidrogeniranje ali hidrogeniranje. Torej, aldehide lahko zmanjšamo z vodikom v alkohole, nenasičene ogljikovodike - do alkanov. Na primer, etilen pretvorimo v etan:

C₂H₄ + H₂ = C₂H₆.

Posebno praktično pomembne so kemične lastnosti vodika, na primer hidrogeniranje tekočih olj: sončnično, koruzno in oljno repično olje. Privede do proizvodnje trdnih maščob - salomasa, ki se uporablja pri proizvodnji glicerina, mila, stearina in trdnih margarinskih sort. Da bi izboljšali videz in okus prehrambenega izdelka, mu dodamo mleko, živalske maščobe, sladkor, vitamine.

V tem članku smo proučevali lastnosti vodika in ugotovili njegovo vlogo v naravi in ​​človeškem življenju.