Vodik je to stvar? Kemijske in fizikalne lastnosti vodika

Vsi kemični element

Vodik ni samo element, temveč tudi preprosta snov, kot tudi sestavni del mnogih kompleksnih spojin, biogenega in organogenega elementa. Zato podrobneje obravnavamo njegove lastnosti in lastnosti.

Vodik kot kemični element

Vodik je element prve skupine glavne podskupine in sedma skupina glavne podskupine v prvem majhnem obdobju. To obdobje sestavljajo samo dva atoma: helij in element, ki ga razmišljamo. Opišite glavne značilnosti položaja vodika v periodičnem sistemu.

1. Redno število vodikov je 1, število elektronov pa je enako, s tem enakega števila protonov. Atomska masa je 1.00795. Obstajajo trije izotopi danega elementa z masnim številom 1, 2, 3. Vendar pa so lastnosti vsakega od njih zelo različne, saj je povečanje mase celo po enotnosti samo dvojno za vodik.
2. Kaj je zunaj energetska raven vsebuje le en elektron, ki mu omogoča, da se manifestira tako oksidativnim kot tudi zmanjševalnim lastnostim. Poleg tega, ko se sprosti elektron, v njej ostane prosta orbitalna enota, ki sodeluje pri nastajanju kemičnih vezi s pomočjo mehanizma donator-sprejemnik.
3. Vodik je močno redukcijsko sredstvo. Zato je glavna skupina prva skupina glavne podskupine, kjer vodi najaktivnejše kovine - alkalne.
4. Vendar pa lahko pri interakciji z močnimi redukcijskimi sredstvi, kot so na primer kovine, lahko oksidira z elektronom. Te spojine imenujemo hidridi. Na tej osnovi vodi podskupino halogenov, s katero je podobna.
5. Zahvaljujoč zelo majhni atomski masi se vodik šteje za najlažji element. Poleg tega je njegova gostota zelo majhna, zato je tudi standard svetlosti.

Tako je očitno, da je atom vodika popolnoma drugačen element, za razliko od katerega koli drugega elementa. Zato so njegove lastnosti tudi posebne, preproste in zapletene snovi pa so zelo pomembne. Razmislimo jih še naprej.

Enostavna snov

Če govorimo o tem elementu kot molekuli, moramo reči, da je diatomski. To pomeni, da je vodik (preprosta snov) plin. Njegova empirična formula bo zapisana kot H₂, in grafično - preko enojne sigma-vezi H-H. Mehanizem tvorbe vezi med atomi je kovalenten nepolaren.

Tudi Henry Cavendish leta 1766 je odkril to snov. On je dokazal, da je vodik plin in tisti, ki je sposoben eksplodirati v zraku. Kasneje so bile lastnosti dobro preučene, postalo je jasno, da je snov najlažja med znanimi.

Še kasneje je Lavoisier dal ime (tako elementu kot snov, ki temelji na njej) v latinščini - hidrogenij, kar v prevodu pomeni "rojevanje vode". Leta 1781 je odkritelj tega elementa Henry Cavendish dokazal, da je voda kombinacija vodika in kisika, to je produkt njihove interakcije. In ta svetlobni plin je bil tudi zelo vnetljiv, znan je že v 16. stoletju, kar se je odražalo v zapisih Paracelsusa.

Tako je molekularni vodik zelo naravna in naravno oblikovana plinska spojina, sestavljena iz dveh atomov, ki lahko eksplodira v zraku. Poleg tega se lahko molekula razpade v atome, ki sodelujejo v jedrskih reakcijah in se vrtijo v helijeva jedra. Ti procesi se nenehno pojavljajo na Soncu in v vesolju, ki so glavni dobavitelji te povezave.

Vodik je snov, ki se lahko manifestira kot oksidant in kot reducent. Tudi v človeški dejavnosti je zelo široka uporaba.

Fizične lastnosti

Fizikalni parametri vodika so naslednji:

1. Vrelišče je (-252.76 ⁰C).
2. Tališče - (-259.2 ⁰C).
3. V označenem temperaturnem območju je brezbarvna tekočina, ki nima vonja.
4. Pri zelo visokem tlaku obstajajo snežni kristali trdnega vodika.
5. Pod določenimi pogoji (visokim pritiskom in nizkimi temperaturami) je mogoče spremeniti v kovinsko stanje.
6. Praktično nerastvorim v vodi, zato je mogoče z metodo premikanja vode zbrati v proizvodnji v laboratoriju.
7. V normalnih razmerah je vodik plin, ki ne diši, barva in okus.
8. Je vnetljiva in eksplozivna snov.
9. Dobro se raztopi v kovinah, ker je sposoben razpršiti skozi njihovo debelino.
10. Približno 14,5-kratni plin je lažji od zraka.

Kristalna mreža preproste snovi je molekularna, vezice so šibke, zato so zlahka uničene.

Kemijske lastnosti

Kot je bilo že omenjeno, je vodik sposoben prikazati tako reducirne kot oksidativne lastnosti. Možna oksidacijska stanja elementa so 1- 1-. Zato se v industriji pogosto uporablja za sinteze in različne reakcije.

Oksidativne lastnosti vodika

1. Interakcija z aktivnim kovine (alkalno in alkalna zemlja) v normalnih pogojih vodi do nastajanja soli podobnih spojin, imenovanih hidridov. Na primer: LiH, CaH₂, KH, MgH₂ in drugi.
2. Spojine z nizko aktivnimi kovinami pod vplivom visokih temperatur ali močne osvetlitve (fotokemična iniciacija reakcij) tvorijo tudi hidride.

Reduktivne lastnosti vodika

1. Interakcija v normalnih pogojih le s fluorom (kot močnim oksidantom). Zato se tvori vodikov fluorid ali HF fluorovodikova kislina.
2. Interakcija s skoraj vsemi nekovinami, vendar pod določenimi precej strogimi pogoji. Primeri spojin: H₂S, NH₃, H₂O, PH₃, SiH₄ in drugi.
3. Obnavlja kovine iz njihovih oksidov v preproste snovi. To je ena od industrijskih metode pridobivanja kovin, imenujemo hidrogentermijo.

Ločeno bi morali izločiti reakcije, ki se uporabljajo pri organski sintezi. Imenujejo se hidrogenacija-vodikova nasičenost in dehidrogenacija, to je njena cepitev iz molekule. Na podlagi teh transformacijskih metod nastajajo številni ogljikovodiki in druge organske spojine.

Biti v naravi

Vodik je najpogostejša snov na našem planetu in zunaj nje. Navsezadnje je praktično vse medzvezdni prostor in zvezne zvezde prav ta povezava. V vesolju lahko obstaja v obliki:

• plazma;
• plin;
• ioni;
• atomi;
• molekule.

Obstaja več vrst oblakov z različno gostoto, ki jih sestavlja ravno ta snov.

Če govorimo o razmnoževanju, posebej v zemeljski skorji, potem je vodik na drugem mestu v številu atomov po kisiku, približno 17%. V prosti obliki je redka, le v manjših količinah v sestavi suhega zraka. Najpogostejša spojina tega elementa je voda. V svoji sestavi je sestanek na planetu.

Tudi vodik je obvezen sestavni del katerega koli živega organizma. V človeškem telesu je delež tega atoma 63%. Vodik je organogen, zato tvori molekule beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov in nukleinskih kislin ter številne druge življenjske spojine.

Prejemanje

Obstajajo različni načini pridobivanja plina, ki ga razmišljamo. Te vključujejo več industrijskih in laboratorijskih sinteznih možnosti.

Industrijske metode proizvodnja vodika:

1. Pretvorba metana s paro.
2. Uplinjanje premoga - postopek vključuje segrevanje premoga na 1000 ⁰C, kar ima za posledico tvorbo vodika in ogljikovega premoga.
3. Elektroliza. Ta metoda se lahko uporablja samo za vodne raztopine različnih soli, ker taline ne vodijo do odvajanja vode na katodo.

Laboratorijske metode proizvodnje vodika:

1. Hidroliza kovinskih hidridov.
2. Učinek razredčenih kislin na aktivne kovine in povprečna aktivnost.
3. Medsebojno delovanje alkalnih in zemeljskoalkalijskih kovin z vodo.

Za zbiranje vodika, ki se tvorijo, je treba držati cev navzdol. Navsezadnje tega plina ni mogoče zbrati, kot je npr. Ogljikov dioksid. Vodik je veliko lažji od zraka. Hitro izhlapi in v velikih količinah, ko se zmeša z zrakom, eksplodira. Zato je treba preskusno cev obrniti. Po polnjenju ga je treba zapreti z gumijastim zamaškom.

Da bi preverili čistost zbranega vodika, bi morali prinesti osvetljeno tekmo na vratu. Če je bombaž gluh in tih - to pomeni, da je plin čist, z minimalnimi nečistočami zraka. Če glasno in žvižganje - umazano, z velikim deležem tujih komponent.

Področja uporabe

Ko se ožge vodik, se sprosti toliko energije (toplota), da se ta plin šteje za najbolj donosno gorivo. Poleg tega je okolju prijazen. Vendar je doslej njegova uporaba na tem področju omejena. To je posledica nerazumnih in nerešenih problemov sinteze čistega vodika, ki bi bil primeren za uporabo kot gorivo v reaktorjih, motorjih in prenosnih napravah ter kotlov za ogrevanje stanovanjskih zgradb.

Navsezadnje so metode pridobivanja tega plina precej drage, zato je treba najprej razviti posebno metodo sinteze. Ena, ki vam bo omogočila sprejem izdelka v velikih količinah in z minimalnimi stroški.

Možno je izločiti več glavnih področij, v katerih plin, ki ga obravnavamo, najde aplikacijo.

1. Kemijska sinteza. Na osnovi hidrogeniranja dobimo mila, margarine in plastiko. S sodelovanjem vodika se sintetizirata metanol in amoniak, pa tudi druge spojine.
2. V prehrambeni industriji - kot dodatek E949.
3. Letalska industrija (raketni inženiring, konstrukcija letal).
4. Energetika.
5. Meteorologija.
6. Gorivo ekološko čiste vrste.

Očitno je, da je vodik tako pomemben kot v naravi. Še večjo vlogo imajo različne spojine, ki jih tvorijo.

Vodikove spojine

To so zapletene snovi, ki vsebujejo atome vodika. Obstaja več osnovnih vrst takšnih snovi.

1. Vodikov halogenidi. Splošna formula je HHal. Med njimi je zlasti pomemben vodikov klorid. Ta plin, ki se topi v vodi, da se tvori raztopina klorovodikove kisline. Ta kislina se pogosto uporablja v skoraj vseh kemičnih sintezah. In tako organska in anorganska. Vodikov klorid - spojina z empirično formulo HCl in je eden največjih v smislu proizvodnje na leto v tej državi. Obstaja tudi vodikov halid vsebujejo vodikov jodid, vodikov fluorid in bromovodika. Vsi tvorijo ustrezne kisline.
2. Hlapne vodikove spojine nemetalov. Skoraj vsi so dovolj strupeni plini. Na primer, vodikov sulfid, metan, silan, fosfin in drugi. Hkrati je zelo vnetljiv.
3. Hidridi so spojine s kovinami. Nanašajo se na razred soli.
4. Hidroksidi: baze, kisline in amfoterne spojine. Njihova sestava nujno vključuje atome vodika, enega ali več. Primer: NaOH, K₂[AL (OH)₄], H₂Tako₄ in drugi.
5. Vodikov hidroksid. Ta spojina je bolj znana kot voda. Drugo ime je vodikov oksid. Empirična formula je taka: H₂O.
6. Vodikov peroksid. To je najmočnejši oksidant, katerega formula ima obliko H₂O podjetju₂.
7. Številne organske spojine: ogljikovodiki, beljakovine, maščobe, lipidi, vitamini, hormoni, eterična olja in drugi.

Očitno je, da je raznolikost spojin obravnavanega elementa zelo velika. To še enkrat potrjuje svoj velik pomen za naravo in človeka, pa tudi za vsa živa bitja.

Vodikov oksid - to je najboljše topilo

Kot je bilo že omenjeno, je splošno ime te snovi voda. Sestavljen je iz dveh atomov vodika in enega kisika, ki sta povezana s kovalentnimi polarnimi vezmi. Molekula vode je dipol, kar pojasnjuje veliko lastnosti, ki jih ima. Zlasti je univerzalno topilo.

V vodnem okolju se pojavljajo skoraj vsi kemični procesi. Notranje reakcije plastične in energetske metabolizma v živih organizmih se izvajajo tudi s pomočjo vodikovega oksida.

Voda se upravičeno šteje za najpomembnejšo snov na planetu. Znano je, da brez njega živi organizem ne more živeti. Na Zemlji lahko obstaja v treh agregatnih stanjih:

• tekočina;
• plin (para);
• trdna (led).

Odvisno od vodikovega izotopa, ki je del molekule, obstajajo tri vrste vode.

1. Svetloba ali protikonkuren. Izotop z masnim številom 1. Formula - H₂A. Je navadna oblika, ki jo uporabljajo vsi organizmi.
2. Deuterij ali težka, njegova formula je D₂O. Vsebuje izotop ²N.
3. Super težka ali tritija. Formula izgleda kot T₃O, izotop - ³N.

Zelo pomembne so rezerve sveže protie vode na planetu. Že v mnogih državah je to pomanjkanje. Razvijajo se metode za obdelavo slane vode za namene pitja.

Vodikov peroksid je univerzalno sredstvo

Ta spojina, kot je omenjeno zgoraj, je odličen oksidant. Vendar pa se močni predstavniki lahko obnašajo tudi kot sredstvo za oskrbo. Poleg tega ima izrazit baktericidni ucinek.

Drugo ime za to spojino je peroksid. V tej obliki se uporablja v medicini. 3% raztopino kristalnih spojin Obravnavani - to, zdravila, ki se uporablja za zdravljenje majhnih ran z namenom njihovega dekontaminacijo. Vendar pa se je izkazalo, da je hkrati celjenje ran povečuje.

Tudi vodikov peroksid se uporablja v raketnem gorivu, v industriji za dezinfekcijo in beljenje, kot penasto sredstvo za proizvodnjo primernih materialov (npr. Pena). Poleg tega peroksid pomaga čistiti akvarije, razbarvati lase in pobijati zobe. Vendar hkrati poškoduje tkiva, zato strokovnjaki za ta namen niso priporočeni.