Підстава водень. Водень в природі (0,9% в Земній корі)

Хімічні властивості водню

При звичайних умовах молекулярний Водень порівняно мало активний, безпосередньо з'єднуючись лише з найбільш активними з неметалів (з фтором, а на світлі і з хлором). Однак при нагріванні він вступає в реакції з багатьма елементами.

Водень вступає в реакції з простими і складними речовинами:

- Взаємодія водню з металами призводить до утворення складних речовин - гідридів, в хімічних формулах яких атом металу завжди стоїть на першому місці:

При високій температурі Водень безпосередньо реагує з деякими металами (Лужними, лужноземельними і іншими), утворюючи білі кристалічні речовини - гідриди металів (Li Н, Na Н, КН, СаН 2 і ін.):

Н 2 + 2Li \u003d 2LiH

Гідриди металів легко розкладаються водою з утворенням відповідної лугу і водню:

Са H 2 + 2Н 2 О \u003d Са (ОН) 2 + 2Н 2

- При взаємодії водню з неметалами утворюються летючі водневі сполуки. У хімічній формулі летючого водневого з'єднання, атом водню може стояти як на першому так і на другому місці, в залежності від місцезнаходження в ПСХЕ (див. Табличку в слайді):

1). З киснемВодень утворює воду:

Відео "Горіння водню"

2Н 2 + О 2 \u003d 2Н 2 О + Q

При звичайних температурах реакція протікає вкрай повільно, вище 550 ° С - з вибухом (Суміш 2 об'ємів Н 2 і 1 об'єму О 2 називається гримучим газом) .

Відео "Вибух гримучого газу"

Відео "Приготування і вибух гримучої суміші"

2). З галогенами Водень утворює галогеноводороди, наприклад:

Н 2 + Cl 2 \u003d 2НСl

При цьому з фтором Водень вибухає (навіть у темряві і при - 252 ° С), з хлором і бромом реагує лише при освітленні або нагріванні, а з йодом тільки при нагріванні.

3). З азотом Водень взаємодіє з утворенням аміаку:

ДТ 2 + N 2 \u003d 2NН 3

лише на каталізаторі і при підвищених температуpax і тисках.

4). При нагріванні Водень енергійно реагує з сіркою:

Н 2 + S \u003d H 2 S (сірководень),

значно важче з селеном і телуром.

5). З чистим вуглецем Водень може реагувати без каталізатора лише при високих температуpax:

2Н 2 + С (аморфний) \u003d СН 4 (метан)

- Водень вступає в реакцію заміщення з оксидами металів , При цьому утворюються в продуктах вода і відновлюється метал. Водень - проявляє властивості відновника:

водень використовується для відновлення багатьох металів, Так як забирає кисень у їх оксидів:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4Н 2 О, і т. Д.

застосування водню

Відео "Застосування водню"

В даний час водень отримують у величезних кількостях. Дуже велику частину його використовують при синтезі аміаку, гідрогенізації жирів і при гідруванні вугілля, масел і вуглеводнів. Крім того, водень застосовують для синтезу соляної кислоти, метилового спирту, синильної кислоти, при зварюванні і куванні металів, а також при виготовленні ламп розжарювання і дорогоцінного каміння. У продаж водень надходить в балонах під тиском понад 150 атм. Вони пофарбовані в темно-зелений колір і забезпечуються червоним написом "Водень".

Водень використовується для перетворення рідких жирів в тверді (гідрогенізація), виробництва рідкого палива гідрогенізації вугілля і мазуту. У металургії водень використовують як відновник оксидів або хлоридів для отримання металів і неметалів (германію, кремнію, галію, цирконію, гафнію, молібдену, вольфраму та ін.).

Практичне застосування водню різноманітне: їм зазвичай заповнюють кулі-зонди, в хімічній промисловості він служить сировиною для отримання багатьох дуже важливих продуктів (аміаку та ін.), В харчовій - для вироблення з рослинних масел твердих жирів і т. Д. Висока температура (до 2600 ° С), що виходить при горінні водню в кисні, використовується для плавлення тугоплавких металів, кварцу і т. п. Рідкий водень є одним з найбільш ефективних реактивних палив. Щорічне світове споживання водню перевищує 1 млн. Т.

ТРЕНАЖЕРИ

№2. водень

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ

завдання №1
Складіть рівняння реакцій взаємодії водню з наступними речовинами: F 2, Ca, Al 2 O 3, оксидом ртуті (II), оксидом вольфраму (VI). Назвіть продукти реакції, вкажіть типи реакцій.

завдання №2
Здійсніть перетворення за схемою:
H 2 O -\u003e H 2 -\u003e H 2 S -\u003e SO 2

Завдання №3.
Обчисліть масу води, яку можна отримати при спалюванні 8 г водню?

Історія відкриття водню

Якщо є найпоширенішим хімічним елементом на Землі, то водень - найпоширеніший елемент у всьому Всесвіті. Наше (і інші зірки) приблизно на половину складається з водню, а що стосується міжзоряного газу, то він на 90% складається з атомів водню. Чимале місце цей хімічний елемент займає і на Землі, адже разом з киснем він входить до складу води, а сама його назва «водень» походить від двох давньогрецьких слів: «вода» і «народжую». Крім води водень присутній в більшості органічних речовин і клітин, без нього, як і без кисню, була б немислима сама Життя.

Історія відкриття водню

Першим серед вчених водень зауважив ще великий алхімік і лікар середньовіччя Теофраст Парацельс. У своїх алхімічних дослідах, в надії відшукати «філософський камінь» змішуючи з кислотами Парацельс отримав якийсь невідомий до того горючий газ. Правда відокремити цей газ від повітря так і не вдалося.

Тільки через півтора століття після Парацельса французькому хіміку Лемері таки вдалося відокремити водень від повітря і довести його горючість. Правда Лемері так і не зрозумів, що отриманий їм газ є чистим воднем. Паралельно подібними хімічними дослідами займався і російський вчений Ломоносов, але справжній прорив в дослідженні водню був зроблений англійським хіміком Генрі Кавендіш, якого по праву вважають першовідкривачем водню.

У 1766 р Кавендишу вдалося отримати чистий водень, який він називав «горючим повітрям». Ще через 20 років талановитий французький хімік Антуан Лавуазьє зміг синтезувати воду і виділити з неї цей самий «горючий повітря» - водень. І до речі саме Лавуазьє запропонував водню його назва - «Hydrogenium», він же «водень».

Антуан Лавуазьє зі своєю дружиною, яка допомагала йому проводити хімічні досліди, в тому числі і по синтезу водню.

В основі розташування хімічних елементів у періодичній системі Менделєєва лежить їх атомна вага, розрахований щодо атомної ваги водню. Тобто іншими словами водень і його атомна вага є наріжним каменем таблиці Менделєєва, тією точкою опори, на основі якої великий хімік створив свою систему. Тому не дивно, що в таблиці Менделєєва водень займає почесне перше місце.

Крім цього водень має такі характеристики:

Атомна маса водню становить 1,00795.
У водню в наявності три ізотопи, кожен з яких має індивідуальні властивості.
Водень - легкий елемент має малу щільність.
Водень має відновлювальні та окислювальні властивості.
Вступаючи в с металами, водень приймає їх електрон і стає окислювачем. Такі сполуки називаються гідратами.

Водень це газ, молекула його складається з двох атомів.

Так схематично виглядає молекула водню.

Молекулярний водень, утворений з таких ось двоатомних молекул вибухає при піднесеної палаючої сірнику. Молекула водню під час вибуху розпадається на атоми, які перетворюються в ядра гелію. Саме таким чином відбуваються на Сонці та інших зірках - за рахунок постійного розпадання молекул водню наше світило горить і обігріває нас своїм теплом.

Фізичні властивості водню

У водню в наявність наступні фізичні властивості:

Температура кипіння водню становить 252,76 ° C;
А при температурі 259,14 ° C він вже починає плавитися.
У воді водень розчиняється слабо.
Чистий водень - дуже небезпечну вибухову і горюча речовина.
Водень легше повітря в 14,5 разів.

Хімічні властивості водню

Оскільки водень може бути в різних ситуаціях і окислювачем і відновником його використовують для здійснення реакцій і з'єднань.

Окисні властивості водню взаємодіють з активними (зазвичай лужними і лужноземельними) металами, результатом цих взаємодій є утворення гідридів - солеподібний з'єднань. Втім, гідриди утворюються і при реакціях водню з малоактивними металами.

Відновлювальні властивості водню мають здатність відновлювати метали до простих речовин з їх оксидів, в промисловості це називається водородотерміей.

Як отримати водень?

Серед промислових засобів отримання водню можна виділити:

газифікацію вугілля,
парову конверсію метану,
електроліз.

У лабораторії водень можна отримати:

при гідролізі гідридів металів,
при реакції з водою лужних і лужноземельних металів,
при взаємодії розбавлених кислот з активними металами.

застосування водню

Так як водень в 14 разів легший за повітря, то в минулі часи їм начиняли повітряні кулі та дирижаблі. Але після серії катастроф, що відбулися з дирижаблями конструкторам довелося шукати водню заміну (нагадаємо, чистий водень - вибухонебезпечну речовину, і найменшої іскри було достатньо, щоб трапився вибух).

Вибух дирижабля Гінденбург в 1937 році, причиною вибуху якраз і стало займання водню (внаслідок короткого замикання), на якому літав цей величезний дирижабль.

Тому для подібних літальних апаратів замість водню стали використовувати гелій, який також легший за повітря, отримання гелію більш трудомістке, зате він не такий вибухонебезпечний як водень.

Також за допомогою водню проводиться очищення різних видів палива, особливо на основі нафти і нафтопродуктів.

Водень, відео

І на завершення освітній відео по темі нашої статті.

Будова і фізичні властивості воднюВодень - двоатомний газ Н2. Він не має ні кольору, ні запаху. Це найлегший газ. Завдяки цій властивості він використовувався в аеростатах, дирижаблях і тому подібних пристроях, проте широкого застосування водню в цих цілях заважає його вибухонебезпечність в суміші з повітрям.

Молекули водню неполярні і дуже маленькі, тому взаємодія між ними мало. У зв'язку з цим він має дуже низькі температури плавлення (-259оС) і кипіння (-253оС). Водень практично не розчиняється у воді.

Водень має 3 ізотопи: звичайний 1Н, дейтерій 2H або D, і радіоактивний тритій 3Н або Т. Важкі ізотопи водню унікальні тим, що важче звичайного водню в 2 або навіть в 3 рази! Саме тому заміна звичайного водню на дейтерій або тритій помітно позначається на властивостях речовини (так, температури кипіння звичайного водню Н2 і дейтерію D2 різняться на 3,2 градуса). Взаємодія водню з простими речовинами Водень - неметалл среднейелектроотріцательності. Тому йому притаманні і окисні, і відновні властивості.

Окисні властивості водню виявляються в реакціях з типовими металами - елементами головних підгруп I-II групи таблиці Менделєєва. Найактивніші метали (лужні і лужноземельні) при нагріванні з воднем дають гідриди - тверді солеобразние речовини, що містять в кристалічній решітці гідрид-іон Н. 2Na + Н2 \u003d 2NaН ; Са + Н2 \u003d СаН2 Відновлювальні властивості водню виявляються в реакціях з більш типовими неметалами, ніж водень: 1) Взаємодія з галогенами H2 + F2 \u003d 2HF

Аналогічно протікає взаємодія з аналогами фтору - хлором, бромом, йодом. У міру зменшення активності галогену інтенсивність протікання реакції зменшується. Реакція з фтором відбувається при звичайних умовах з вибухом, для реакції з хлором потрібно освітлення або нагрівання, а реакція з йодом протікає лише при сильному нагріванні і оборотно. 2) Взаємодія з киснем2Н2 + О2 \u003d 2Н2О Реакція протікає з великим виділенням тепла, іноді з вибухом. 3) Взаємодія з сіркою Н2 + S \u003d H2S Сірка - набагато менш активний неметалл, ніж кисень, і взаємодія з воднем протікає спокойно.Ь 4) Взаємодія з азотом 3Н2 + N2↔ 2NH3 Реакція оборотна, протікає в помітному ступені тільки в присутності каталізатора, при нагріванні і під тиском. Продукт називається аміак. 5) Взаємодія з вуглецем З + 2Н2↔ СН4 Реакція протікає в електричній дузі або при дуже високих температурах. В якості побічних продуктів утворюються і інші вуглеводні. 3. Взаємодія водню зі складними речовинами Водень проявляє відновні властивості і в реакціях зі складними речовинами: 1) відновлення оксидів металів, що стоять в електрохімічному ряді напруг правіше алюмінію, а також неметалів: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; CuO + H2 Cu + H2OВодород застосовують як відновник для вилучення металів з оксидних руд. Реакції йдуть при нагреваніі.2) Приєднання до органічних ненасичених речовин; С2Н4 + Н2 (t; p) → С2Н6 Реакції протікають в присутності каталізатора і під тиском. Інших реакцій водню ми поки торкатися не будемо. 4. Отримання воднюУ промисловості водень отримують переробкою вуглеводневої сировини - природного і попутного газу, коксу і т.п. Лабораторні методи отримання водню:

1) Взаємодія металів, що стоять в електрохімічному ряді напруг металів лівіше водню, з кислотами. Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Mg + 2HCl \u003d MgCl2 + H22) Взаємодія металів, що стоять в електрохімічному ряді напруг металів лівіше магнію, з холодною водою. При цьому також утворюється луг.

2Na + 2H2O \u003d 2NaOH + H2 Метал, що знаходиться в електрохімічному ряді напруг металів лівіше марганцю, здатний витісняти водень із води при певних умовах (магній - з гарячої води, алюміній - за умови зняття оксидної плівки з поверхні).

Mg + 2H2O Mg (OH) 2 + H2

Метал, що знаходиться в електрохімічному ряді напруг металів лівіше кобальту, здатний витісняти водень з водяної пари. При цьому також утворюється оксид.

3Fe + 4H2Oпар Fe3O4 + 4H23) Взаємодія металів, гідроксиди яких амфотерни, з розчинами лугів.

Метали, гідроксиди яких амфотерни, витісняють водень з розчинів лугів. Вам необхідно знати 2 таких метали - алюміній і цинк:

2Al + 2NaOH + 6H2O \u003d 2Na + + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2

При цьому утворюються комплексні солі - гідроксоалюмінат і гідроксоцінкати.

Всі методи, перераховані до сих пір, засновані на одному і тому ж процесі - окисленні металу атомом водню в ступені окислення +1:

М0 + NН + \u003d Мn + + n / 2 H2

4) Взаємодія гідридів активних металів з водою:

СаН2 + 2Н2О \u003d Са (ОН) 2 + 2Н2

Цей процес заснований на взаємодії водню в ступені окислення -1 з воднем в ступені окислення +1:

5) Електроліз водних розчинів лугів, кислот, деяких солей:

2Н2О 2Н2 + О2

5. Водневі сполукиУ цій таблиці зліва легкою тінню виділені клітини елементів, що утворюють з воднем іонні сполуки - гідриди. Ці речовини мають в своєму складі гідрид-іон Н. Вони являють собою тверді безбарвні солеобразние речовини і реагують з водою з виділенням водню.

Елементи головних підгруп IV-VII груп утворюють з воднем сполуки молекулярного будови. Іноді їх також називають гідридами, але це некоректно. У їх складі немає гідрид-іона, вони складаються з молекул. Як правило, найпростіші водневі сполуки цих елементів - безбарвні гази. Винятки - вода, що є рідиною, і фтороводород, який при кімнатній температурі газообразующую, але при нормальних умовах - рідина.

Темними клітинами відзначені елементи, що утворюють з воднем сполуки, що проявляють кислотні властивості.

Темними клітинами з хрестом позначені елементи, що утворюють з воднем сполуки, що проявляють основні властивості.

=================================================================================

29). загальна характеристика властивостей елементів головної підгрупи 7гр. Хлор. Властивості лора. Соляна кислота.У підгрупу галогенів входять фтор, хлор, бром, йод і астат (астат - радіоактивний елемент, вивчений мало). Це р-елементи VII групи періодичної системи Д. І. Менделєєва. На зовнішньому енергетичному рівні їх атоми мають по 7 електронів ns2np5. Цим пояснюється спільність їх властивостей.

Вони легко приєднують по одному електрону, проявляючи ступінь окислення -1. Таку ступінь окислення галогени мають в з'єднаннях з воднем і металами.

Однак атоми галогенів, крім фтору, можуть проявляти і позитивні ступеня окислення: +1, +3, +5, +7. Можливі значеніястепеней окислення пояснюються електронною будовою, яке у атомів фтору можна представітьсхемой

Будучи найбільш електронегативний елементом, фтор може тільки приймати один електрон на 2р подуровень.У нього один неспарених електронів, тому фтор буває тільки одновалентним, а ступінь окислення завжди -1.

Електронна будова атома хлору виражається схемойУ атома хлору один неспарених електронів на 3р-підрівні і звичайному (не збудженому) стані хлор одновалентен. Але оскільки хлор знаходиться в третьому періоді, то у нього є ще п'ять орбіталей 3d-підрівні, в яких можуть розміститися 10 електронів.

У фтору немає вільних орбіталей, а значить, при хімічних реакціях не відбувається роз'єднання спарених електронів в атомі. Тому при рассмотреніісвойств галогенів завжди треба враховувати особливості фтору і з'єднань.

Водні розчини водневих з'єднань галогенів є кислотами: НF - фтороводородной (плавикова), НСl - хлороводородная (соляна), НВr - бромводородная, НI - йодоводородная.

Хлор (лат.Chlorum), Cl, хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 17, атомна маса 35,453; відноситься до сімейства галогенів. При нормальних умовах (0 ° С, 0,1 Мн / м2, або 1 кгс / см2) жовто-зелений газ з різким запахом дратівливим. Природний Хлор складається з двох стабільних ізотопів: 35Сl (75,77%) і 37Cl (24,23%).

Хімічні властивості Хлора. Зовнішня електронна конфігурація атома Cl 3s2Зр5. Відповідно до цього Хлор у сполуках виявляє ступені окиснення -1, + 1, 3, 4, +5, +6 і +7. Ковалентний радіус атома 0,99Å, іонний радіус Cl- 1.82Å, спорідненість атома Хлору до електрона 3,65 ев, енергія іонізації 12,97 ев.

Хімічно Хлор дуже активний, безпосередньо з'єднується майже з усіма металами (із деякими тільки в присутності вологи або при нагріванні) і з неметалами (крім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), утворюючи відповідні хлориди, вступає в реакцію з багатьма сполуками, заміщає водень в граничних вуглеводнях і приєднується до ненасичених сполук. Хлор витісняє бром і йод з їхніх сполук з воднем і металами; із з'єднань Хлора з цими елементами він витісняється фтором. Лужні метали в присутності слідів вологи взаємодіють з Хлором із запалюванням, більшість металів реагує з сухим Хлором тільки при нагріванні Фосфор спалахує в атмосфері Хлора, утворюючи РCl3, а при подальшому хлоруванні - РСl5; сірка з Хлором при нагріванні дає S2Cl2, SCl2 і інші SnClm. Миш'як, сурма, вісмут, стронцій, телур енергійно взаємодіють з Хлором. Суміш Хлора з воднем горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям з утворенням хлористого водню (це ланцюгова реакція). З киснем Хлор утворює оксиди: Cl2О, СlO2, Cl2О6, Сl2О7, Cl2О8, а також гіпохлорити (солі хлорнуватистої кислоти), хлорити, хлорати і перхлорати. Всі кисневі сполуки хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з легко окиснюються. Хлор у воді гідролізується, утворюючи хлорноватистую і соляну кислоти: Cl2 + Н2О \u003d НClО + НCl. При хлоруванні водних розчинів лугів нахолоду утворюються гіпохлорити і хлориди: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + Н2О, а при нагріванні - хлорати. Хлоруванням сухого гідроксиду кальцію отримують хлорне вапно. При взаємодії аміаку з Хлором утворюється треххлорістий азот. При хлоруванні органічних сполук Хлор або заміщає водень, або приєднується за кратними зв'язками, утворюючи різні хлорсодержащие органічних з'єднання. Хлор утворює з інших галогенами міжгалогенні з'єднання. Фториди ClF, ClF3, ClF3 дуже реакційноздатні; наприклад, в атмосфері ClF3 скляна вата самозаймається. Відомі сполуки хлору з киснем і фтором - оксифториди Хлора: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 і перхлорат фтору FClO4. Соляна кислота (хлороводородная, хлористоводнева, хлористий водень) - HCl, розчин хлороводню у воді; сильна одноосновная кислота. Безбарвна (технічна соляна кислота жовтувата із-за домішок Fe, Cl2 та ін.), «Димить» на повітрі, їдка рідина. Максимальна концентрація при 20 ° C дорівнює 38% по масі. Солі соляної кислоти називаються хлоридами.

Взаємодія з сильними окислювачами (перманганат калію, діоксид марганцю) з виділенням газоподібного хлору:

Взаємодія з аміаком з утворенням густого білого диму, що складається з дрібних кристаликів хлориду амонію:

Якісною реакцією на соляну кислоту і її солі є її взаємодія з нітратом срібла, при якому образуетсятворожістий осад хлориду срібла, нерозчинний в азотній кислоті:

===============================================================================

Водень був відкритий у другій половині 18 століття англійським ученим в галузі фізики і хімії Г. Кавендіш. Він зумів виділити речовину в чистому стані, зайнявся його вивченням і описав властивості.

Така історія відкриття водню. В ході експериментів дослідник визначив, що це горючий газ, згоряння якого в повітрі дає воду. Це призвело до визначення якісного складу води.

Що таке водень

Про водні, як про просте речовині, вперше заявив французький хімік А. Лавуазьє в 1784 році, оскільки визначив, що до складу його молекули входять атоми одного виду.

Назва хімічного елемента по-латині звучить як hydrogenium (читається «гідрогеніумом»), що означає «воду народжує». Назва відсилає до реакції горіння, в результаті якої утворюється вода.

характеристика водню

Позначення водню Н. Менделєєв присвоїв цьому хімічному елементу перший порядковий номер, розмістивши його в головній підгрупі першої групи і першому періоді і умовно в головній підгрупі сьомої групи.

Атомарний вага (атомна маса) водню становить 1,00797. Молекулярна маса H 2 дорівнює 2 а. е. Молярна маса чисельно дорівнює їй.

Представлений трьома ізотопами, що мають спеціальну назву: найпоширеніший протий (H), важкий дейтерій (D), радіоактивний тритій (Т).

Це перший елемент, який може бути повністю розділений на ізотопи простим способом. Грунтується він на високій різниці мас ізотопів. Вперше процес був здійснений в 1933 році. Пояснюється це тим, що лише в 1932 році був виявлений ізотоп з масою 2.

Фізичні властивості

У нормальних умовах проста речовина водень у вигляді двохатомних молекул є газом, без кольору, у якого відсутня смак і запах. Мало розчинний у воді і інших розчинниках.

Температура кристалізації - 259,2 про C, температура кипіння - 252,8 о C. Діаметр молекул водню настільки малий, що вони мають здатність до повільної дифузії через ряд матеріалів (гума, скло, метали). Це властивість знаходить застосування, коли потрібно очистити водень від газоподібних домішок. При н. у. водень має щільність, рівну 0,09 кг / м3.

Чи можливо перетворення водню в метал за аналогією з елементами, розташованими в першій групі? Вченими встановлено, що водень в умовах, коли тиск наближається до 2 млн. Атмосфер, починає поглинати інфрачервоні промені, що свідчить про поляризацію молекул речовини. Можливо, при ще більш високому тиску, водень стане металом.

Це цікаво: є припущення, що на планетах-гігантах, Юпітер і Сатурн, водень знаходиться в вигляді металу. Передбачається, що в складі земного ядра теж присутній металевий твердий водень, завдяки надвисокого тиску, створюваному земної мантією.

Хімічні властивості

У хімічну взаємодію з воднем вступають як прості, так і складні речовини. Але малу активність водню потрібно збільшити створенням відповідних умов - підвищенням температури, застосуванням каталізаторів і ін.

При нагріванні в реакцію з воднем вступають такі прості речовини, як кисень (O 2), хлор (Cl 2), азот (N 2), сірка (S).

Якщо підпалити чистий водень на кінці газовідвідної трубки в повітрі, він буде горіти рівно, але ледве помітно. Якщо ж помістити газовідвідну трубку в атмосферу чистого кисню, то горіння продовжиться з утворенням на стінках посудини крапель води, як результат реакції:

Горіння води супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Це екзотермічна реакція сполуки, в процесі якої водень окислюється киснем з утворенням оксиду H 2 O. Це також і окислювально-відновна реакція, в якій водень окислюється, а кисень відновлюється.

Аналогічно відбувається реакція з Cl 2 з утворенням хлороводню.

Для здійснення взаємодії азоту з воднем потрібна висока температура і підвищений тиск, а також присутність каталізатора. Результатом є аміак.

В результаті реакції з сіркою утворюється сірководень, розпізнавання якого полегшує характерний запах тухлих яєць.

Ступінь окислення водню в цих реакціях +1, а в гидридах, описуваних нижче, - 1.

При реакції з деякими металами утворюються гідриди, наприклад, гідрид натрію - NaH. Деякі з цих складних з'єднань використовуються як пальне для ракет, а також в термоядерної енергетиці.

Водень реагує і з речовинами з категорії складних. Наприклад, з оксидом міді (II), формула CuO. Для здійснення реакції, водень міді пропускається над нагрітим порошкоподібною оксидом міді (II). В ході взаємодії реагент змінює свій колір і стає червоно-коричневим, а на холодних стінках пробірки осідають крапельки води.

Водень в ході реакції окислюється, утворюючи воду, а мідь відновлюється з оксиду до простого речовини (Cu).

Області застосування

Водень має велике значення для людини і знаходить застосування в самих різних сферах:

У хімічному виробництві - це сировина, в інших галузях - паливо. Чи не обходяться без водню і підприємства нафтохімії і нафтопереробки.
В електроенергетиці це проста речовина виконує функцію охолоджуючого агента.
У чорної і кольорової металургії водню відводиться роль відновника.
Цього допомогою створюють інертну середу при упаковці продуктів.
Фармацевтична промисловість - користується воднем як реагентом у виробництві перекису водню.
Цим легким газом наповнюють метеорологічні зонди.
Відомий цей елемент і в якості відновника палива для ракетних двигунів.

Вчені одностайно пророкують водневого палива пальму першості в енергетиці.

Отримання в промисловості

У промисловості водень отримують методом електролізу, якому піддають хлориди або гідроксиди лужних металів, розчинені у воді. Також можна отримувати водень цим способом безпосередньо з води.

Використовується в цих цілях конверсія коксу або метану з водяною парою. Розкладання метану при підвищеній температурі також дає водень. Скраплення коксового газу фракційним методом теж застосовується для промислового отримання водню.

Отримання в лабораторії

У лабораторії для отримання водню використовують апарат кіп.

В якості реагентів виступають соляна або сірчана кислота і цинк. В результаті реакції утворюється водень.

Знаходження водню в природі

Водень частіше інших елементів зустрічається у Всесвіті. Основну масу зірок, в тому числі Сонця, і інших космічних тіл становить водень.

У земній корі його всього 0,15%. Він присутній у багатьох мінералах, у всіх органічних речовинах, а також у воді, що покриває на 3/4 поверхню нашої планети.

У верхніх шарах атмосфери можна виявити сліди водню в чистому вигляді. Знаходять його і в ряді горючих природних газів.

Газоподібний водень є нещільним, а рідкий - самим щільним речовиною на нашій планеті. За допомогою водню можна змінити тембр голосу, якщо вдихнути його, а на видиху заговорити.

В основі дії найпотужнішої водневої бомби лежить розщеплення найлегшого атома.

Промислові способи отримання простих речовин залежать від того, в якому вигляді відповідний елемент знаходиться в природі, тобто що може бути сировиною для його отримання. Так, кисень, наявний у вільному стані, отримують фізичним способом - виділенням з рідкого повітря. Водень ж практично весь знаходиться у вигляді сполук, тому для його отримання застосовують хімічні методи. Зокрема, можуть бути використані реакції розкладання. Одним із способів отримання водню служить реакція розкладання води електричним струмом.

Основний промисловий спосіб отримання водню - реакція з водою метану, який входить до складу природного газу. Вона проводиться при високій температурі (легко переконатися, що при пропущенні метану навіть через киплячу воду ніякої реакції не відбувається):

СН 4 + 2Н 2 0 \u003d CO 2 + 4Н 2 - 165 кДж

У лабораторії для отримання простих речовин використовують не обов'язково природна сировина, а вибирають ті вихідні речовини, з яких легше виділити необхідне речовина. Наприклад, в лабораторії кисень не отримують з повітря. Це саме можна сказати і до отримання водню. Один з лабораторних методів отримання водню, який застосовується іноді і в промисловості, - розкладання води електричним струмом.

Зазвичай в лабораторії водень отримують взаємодією цинку з соляною кислотою.

У промисловості

1.Електроліз водних розчинів солей:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Пропускання парів води над розпеченим коксом при температурі близько 1000 ° C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.З природного газу.

Конверсіяс водяною парою: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C) Каталітичне окислення киснем: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Крекінг і реформінг вуглеводнів в процесі переробки нафти.

В лабораторії

1.Дія розбавлених кислот на метали. Для проведення такої реакції найчастіше використовують цинк і соляну кислоту:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Взаємодія кальцію з водою:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.Гідроліз гідридів:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Дія лугів на цинк або алюміній:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.За допомогою електролізу. При електролізі водних розчинів лугів або кислот на катоді відбувається виділення водню, наприклад:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

Біореактор для виробництва водню

Фізичні властивості

Газоподібний водень може існувати в двох формах (модифікаціях) - у вигляді орто - і пара-водню.

У молекулі ортоводорода (т. Пл. -259,10 ° C, т. Кип. -252,56 ° C) ядерні спини спрямовані однаково (паралельні), а у параводорода (т. Пл. -259,32 ° C, т . кип. -252,89 ° C) - протилежно одна одній (антіпараллельни).

Розділити аллотропние форми водню можна адсорбцією на активному вугіллі при температурі рідкого азоту. При дуже низьких температурах рівновагу між ортоводорода і параводорода майже без остачі зрушено в бік останнього. При 80 К співвідношення форм приблизно 1: 1. Десорбувати параводорода при нагріванні перетворюється в ортоводорода аж до утворення рівноважної при кімнатній температурі суміші (орто-пара: 75:25). Без каталізатора перетворення відбувається повільно, що дає можливість вивчити властивості окремих аллотропних форм. Молекула водню двохатомних - Н₂. При звичайних умовах - це газ без кольору, запаху і смаку. Водень - найлегший газ, його щільність у багато разів менше щільності повітря. Очевидно, що чим менше маса молекул, тим вище їх швидкість при одній і тій же температурі. Як найлегші, молекули водню рухаються швидше молекул будь-якого іншого газу і тим самим швидше можуть передавати теплоту від одного тіла до іншого. Звідси випливає, що водень має найвищу теплопровідність серед газоподібних речовин. Його теплопровідність приблизно в сім разів вище теплопровідності повітря.

Хімічні властивості

Молекули водню Н₂ досить міцні, і для того, щоб водень міг вступити в реакцію, повинна бути витрачена велика енергія: Н 2 \u003d 2Н - 432 кДж Тому при звичайних температурах водень реагує тільки з дуже активними металами, наприклад з кальцієм, утворюючи гідрид кальцію: Ca + Н 2 \u003d СаН 2 і з єдиним неметаллом - фтором, утворюючи фтороводород: F 2 + H 2 \u003d 2HF з більшістю же металів і неметалів водень реагує при підвищеній температурі або при іншому впливі, наприклад при освітленні. Він може «забирати» кисень від деяких оксидів, наприме: CuO + Н 2 \u003d Cu + Н 2 0 Записане рівняння відображає реакцію відновлення. Реакціями відновлення називаються процеси, в результаті яких від з'єднання віднімається кисень; речовини, що віднімають кисень, називаються відновниками (при цьому вони самі окислюються). Далі буде дано і інше визначення поняттям «окислення» і «відновлення». А дане визначення, історично першим, зберігає значення і в даний час, особливо в органічній хімії. Реакція відновлення протилежна реакції окислення. Обидві ці реакції завжди протікають одночасно як один процес: при окисленні (відновленні) однієї речовини обов'язково одночасно відбувається відновлення (окислення) іншого.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

З галогенами утворює галогеноводороди:

F 2 + H 2 → 2 HF, реакція протікає з вибухом в темряві і при будь-якій температурі, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, реакція протікає з вибухом, тільки на світлі.

З сажею взаємодіє при сильному нагріванні:

C + 2H 2 → CH 4

Взаємодія з лужними і лужноземельними металами

Водень утворює з активними металами гідриди:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

гідриди - солеобразние, тверді речовини, легко гідролізуються:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2

Взаємодія з оксидами металів (як правило, d-елементів)

Оксиди відновлюються до металів:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Гідрування органічних сполук

При дії водню на ненасичені вуглеводні у присутності нікелевого каталізатора і підвищеній температурі відбувається реакція гідрування:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Водень відновлює альдегіди до спиртів:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

геохімія водню

Водень - основний будівельний матеріал всесвіту. Це найпоширеніший елемент, і всі елементи утворюються з нього в результаті термоядерних і ядерних реакцій.

Вільний водень H 2 відносно рідко зустрічається в земних газах, але у вигляді води він приймає виключно важливе участь в геохімічних процесах.

До складу мінералів водень може входити у вигляді іона амонію, гідроксил-іона і кристалічної води.

В атмосфері водень безперервно утворюється в результаті розкладання води сонячним випромінюванням. Він мігрує в верхні шари атмосфери і випаровується в космос.

застосування

воднева енергетика

Атомарний водень використовується для атомно-водневої зварювання.

У харчовій промисловості водень зареєстрований в якості харчової добавки E949, Як пакувальний газ.

особливості звернення

Водень при суміші з повітрям утворює вибухонебезпечну суміш - так званий гримучий газ. Найбільшу вибухонебезпечність цей газ має при об'ємному відношенні водню і кисню 2: 1, або водню і повітря приблизно 2: 5, так як в повітрі кисню міститься приблизно 21%. Також водень пожежонебезпечний. Рідкий водень при попаданні на шкіру може викликати сильне обмороження.

Вибухонебезпечні концентрації водню з киснем виникають від 4% до 96% об'ємних. При суміші з повітрям від 4% до 75 (74)% об'ємних.

Використання водню

У хімічній промисловості водень використовують при виробництві аміаку, мила і пластмас. У харчовій промисловості за допомогою водню з рідких рослинних масел роблять маргарин. Водень дуже легкий і в повітрі завжди піднімається вгору. Колись дирижаблі та повітряні кулі наповнювали воднем. Але в 30-х рр. XX ст. відбулося кілька жахливих катастроф, коли дирижаблі вибухали і згорали. У наш час дирижаблі наповнюють газом гелієм. Водень використовують також в якості ракетного палива. Коли-небудь водень, можливо, будуть широко застосовувати як паливо для легкових і вантажних автомобілів. Водневі двигуни не забруднюють довкілля і виділяють тільки водяну пару (правда, саме отримання водню призводить до деякого забруднення навколишнього середовища). Наше Сонце в основному складається з водню. Сонячне тепло і світло - це результат виділення ядерної енергії при злитті ядер водню.

Використання водню як палива (економічна ефективність)

Найважливішою характеристикою речовин, що використовуються в якості палива, є їх теплота згоряння. З курсу загальної хімії відомо, що реакція взаємодії водню з киснем відбувається з виділенням тепла. Якщо взяти 1 моль H 2 (2 г) і 0,5 моль O 2 (16 г) при стандартних умовах і порушити реакцію, то відповідно до рівняння

Н 2 + 0,5 О 2 \u003d Н 2 О

після завершення реакції утворюється 1 моль H 2 O (18 г) з виділенням енергії 285,8 кДж / моль (для порівняння: теплота згоряння ацетилену становить 1300 кДж / моль, пропану - 2200 кДж / моль). 1 м³ водню важить 89,8 г (44,9 моль). Тому для отримання 1 м³ водню буде витрачено 12832,4 кДж енергії. З урахуванням того, що 1 кВт · год \u003d 3600 кДж, отримаємо 3,56 кВт · год електроенергії. Знаючи тариф на 1 кВт · год електроенергії і вартість 1 м³ газу, можна робити висновок про доцільність переходу на водневе паливо.

Наприклад, експериментальна модель Honda FCX 3 покоління з баком водню 156 л (містить 3,12 кг водню під тиском 25 МПа) проїжджає 355 км. Відповідно з 3,12 кг H2 виходить 123,8 кВт · год. На 100 км витрата енергії складе 36,97 кВт · год. Знаючи вартість електроенергії, вартість газу або бензину, їх витрата для автомобіля на 100 км легко підрахувати негативний економічний ефект переходу автомобілів на водневе паливо. Скажімо (Росія 2008), 10 центів за кВт · год електроенергії призводять до того, що 1 м³ водню призводять до ціни 35,6 цента, а з урахуванням ККД розкладання води 40-45 центів, така ж кількість кВт · год від спалювання бензину коштує 12832,4кДж / 42000кДж / 0,7 кг / л * 80центов / л \u003d 34 цента за роздрібними цінами, тоді як для водню ми вираховували ідеальний варіант, без урахування транспортування, амортизації обладнання і т. д. для метану з енергією згоряння близько 39 МДж на м³ результат буде нижче в два-чотири рази через різницю в ціні (1м для України коштує 179 $, а для Європи 350 $). Тобто еквівалентну кількість метану буде коштувати 10-20 центів.

Однак не слід забувати того, що при спалюванні водню ми отримуємо чисту воду, з якої його і добули. Тобто маємо поновлюваний запасатель енергії без шкоди для навколишнього середовища, на відміну від газу або бензину, які є первинними джерелами енергії.

Php on line 377 Warning: require (http: //www..php): failed to open stream: no suitable wrapper could be found in /hsphere/local/home/winexins/сайт/tab/vodorod.php on line 377 Fatal error: require (): Failed opening required "http: //www..php" (include_path \u003d ".. php on line 377