Por qué el agua no se quema, aunque consiste en sustancias combustibles (hidrógeno y oxígeno). Hidrógeno
Los métodos industriales de obtener sustancias simples dependen de qué forma el elemento correspondiente es de naturaleza, es decir, que pueden ser materias primas para su preparación. Por lo tanto, el oxígeno existente en estado libre se obtiene mediante un método físico: la separación del aire líquido. El hidrógeno está casi en su totalidad en forma de compuestos, por lo tanto, los métodos químicos se utilizan para obtenerlo. En particular, se pueden usar reacciones de descomposición. Uno de los métodos para obtener hidrógeno es la reacción de la descomposición del agua por descarga eléctrica.
El principal método industrial para obtener hidrógeno es una reacción con agua de metano, que forma parte del gas natural. Se lleva a cabo a altas temperaturas (es fácil asegurarse de que cuando el metano pase, incluso a través del agua hirviendo, no se produce ninguna reacción):
CH 4 + 2N 2 0 \u003d CO 2 + 4N 2 - 165 KJ
En el laboratorio, no se utilizan materias primas necesariamente naturales para obtener sustancias simples, pero elige las sustancias de origen, de las cuales es más fácil seleccionar la sustancia necesaria. Por ejemplo, en el laboratorio, el oxígeno no se obtiene del aire. Lo mismo se aplica a la preparación del hidrógeno. Uno de los métodos de laboratorio para producir hidrógeno, que a veces se usa en la industria, expansión de agua con accidente cerebrovascular eléctrico.
Por lo general, los laboratorios de hidrógeno se obtienen mediante la interacción de zinc con ácido clorhídrico.
En la industria
1.Electrolisis de sales acuosas:
2nacl + 2h 2 O → H 2 + 2ANAOH + CL 2
2.Transmisión de vapor de agua sobre coque caliente. a una temperatura de aproximadamente 1000 ° C:
H 2 O + C ⇄ H 2 + CO
3.De gas natural.
Conversión por vapor de agua: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C) Oxidación catalítica con oxígeno: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2
4. CRIPEN y reformando los hidrocarburos en el proceso de refinación de petróleo.
En el laboratorio
1.El efecto de los ácidos diluidos a los metales. Para llevar a cabo dicha reacción, se usan los más a menudo ácido zinc y clorhídrico:
Zn + 2HCL → ZNCL 2 + H 2
2.Interacción de calcio con agua:
CA + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2
3.Hidrósis de hidruros:
Nah + H 2 O → NaOH + H 2
4.Alcalis de acción para zinc o aluminio:
2A + 2NAOH + 6H 2 O → 2NA + 3H 2 ZN + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5.Con la ayuda de la electrólisis. Con la electrólisis de las soluciones acuosas de álcali o ácidos en el cátodo, se libera hidrógeno, por ejemplo:
2H3 O + + 2E - → H 2 + 2H 2 O
- Biorreactor para la producción de hidrógeno.
Propiedades físicas
El hidrógeno gaseoso puede existir en dos formas (modificaciones), en forma de orto y para-hidrógeno.
En la molécula de Orthodorod (SO PL. -259.10 ° C, t. Kip. -252.56 ° C) Los giros nucleares están dirigidos igualmente (paralelos), y en paravodorod (m. Pl. -259,32 ° C, t. Kip. -252,89 ° C) - opuesto entre sí (anti-paralelo).
Es posible dividir las formas de Alto Hidrógeno en un ángulo activo a la temperatura de nitrógeno líquido. A temperaturas muy bajas, el equilibrio entre la ortopomía y la impermeable está casi dirigida a este último. A 80 a la proporción de forma de aproximadamente 1: 1. El paralodín de desorbido bajo calefacción se convierte en un ortodoxido hasta la formación de equilibrio a temperatura ambiente de la mezcla (orto-vapor: 75:25). Sin un catalizador, la transformación se produce lentamente, lo que hace posible estudiar las propiedades de las formas alotrópicas individuales. Molécula de hidrógeno DVKHATOMNA - H₂. En condiciones normales, es gas sin color, olor y sabor. El hidrógeno es el gas más fácil, su densidad es muchas veces menos que la densidad del aire. Obviamente, cuanto menos peso de las moléculas, cuanto mayor sea su velocidad a la misma temperatura. Como las moléculas de hidrógeno más fáciles se están moviendo más rápido que las moléculas de cualquier otro gas y, por lo tanto, más rápido pueden transmitir el calor de un cuerpo a otro. De ello se deduce que el hidrógeno tiene la mayor conductividad térmica entre las sustancias gaseosas. Su conductividad térmica es aproximadamente siete veces mayor que la conductividad térmica del aire.
Propiedades químicas
Las moléculas de hidrógeno H₂ son bastante duraderas, y para que el hidrógeno entre en la reacción, se debe gastar una gran energía: H 2 \u003d 2N - 432 KJ Entonces, a temperaturas normales, el hidrógeno reacciona con metales muy activos, por ejemplo, con calcio, por ejemplo, con calcio. Formando el hidruro de calcio: CA + H 2 \u003d SAN 2 y con un solo fluorino no metalol, formando hidrógeno flúor: F 2 + H 2 \u003d 2HF con la mayoría de los metales y los no metales que reaccionan hidrógeno a temperaturas elevadas o con un efecto diferente, Por ejemplo, al iluminar. Puede "quitarle" oxígeno de algunos óxidos, por ejemplo: cuo + h 2 \u003d cu + h 2 0 La ecuación registrada refleja la reacción de recuperación. Las reacciones de recuperación se denominan procesos, como resultado de lo cual se toma el oxígeno del compuesto; Las sustancias consistentes de oxígeno se denominan agentes reductores (al mismo tiempo, se oxidan en sí mismos). A continuación, se dará otra definición de los conceptos de "oxidación" y "recuperación". Y esta definición, históricamente primero, conserva el significado y ahora, especialmente en la química orgánica. La respuesta de recuperación es lo opuesto a la reacción de oxidación. Ambas reacciones siempre continúan al mismo tiempo que un proceso: cuando se oxidera (recuperación) de una sola sustancia, se define simultáneamente recuperación (oxidación) de otra.
N 2 + 3H 2 → 2 NH 3
Con formas halógenas crianza halógena:
F 2 + H 2 → 2 HF, la reacción procede con una explosión en la oscuridad y en cualquier temperatura, CL 2 + H 2 → 2 HCl, la reacción procede con una explosión, solo en la luz.
Con un hollín interactúa con fuerte calefacción:
C + 2H 2 → CH 4
Interacción con metales alcalinos y luminosos.
Formas de hidrógeno con metales activos. hidruros:
Na + H 2 → 2 NAH CA + H 2 → CAH 2 MG + H 2 → MGH 2
Hidruros - Salina, sólidos, se hidroliza fácilmente:
CAH 2 + 2H 2 O → CA (OH) 2 + 2H 2
Interacción con los óxidos de metales (generalmente D-Elementos)
Los óxidos se restauran a los metales:
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
Hidrogenación de compuestos orgánicos.
Bajo la acción de hidrógeno en hidrocarburos insaturados en presencia de un catalizador de níquel y una temperatura elevada, se produce una reacción hidrogenación:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3
El hidrógeno restaura aldehídos a los alcoholes:
CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.
Geoquímica de Hidrógeno.
El hidrógeno es el material principal del edificio del universo. Este es el elemento más común, y todos los elementos se forman a partir de él como resultado de las reacciones termonucleares y nucleares.
El libre hidrógeno H 2 se encuentra relativamente rara vez en los gases de la Tierra, pero en forma de agua, se necesita una participación extremadamente importante en los procesos geoquímicos.
Los minerales de hidrógeno se pueden incluir en forma de ión de amonio, ión hidroxil y agua cristalina.
En la atmósfera, el hidrógeno se forma continuamente como resultado de la descomposición del agua por radiación solar. Migra a las capas superiores de la atmósfera y desaparece en el espacio.
Solicitud
- Energía de hidrógeno
El hidrógeno atómico se utiliza para la soldadura de hidrógeno atómico.
En la industria alimentaria, el hidrógeno está registrado como un aditivo alimentario. E949.Como el gas de embalaje.
Características de la circulación.
El hidrógeno en una mezcla con aire forma una mezcla explosiva: el llamado gas de ratas. Este gas tiene la mayor explosividad con un volumen de hidrógeno y oxígeno 2: 1, o hidrógeno y aire aproximadamente 2: 5, ya que en el aire de oxígeno contiene aproximadamente el 21%. También el hidrógeno está despedido. El hidrógeno líquido al apartar la piel puede causar congelación severa.
Las concentraciones explosivas de hidrógeno con oxígeno surgen del 4% al 96% de volumétricas. Con una mezcla con aire de 4% a 75 (74)% de volumétricos.
Usando hidrógeno
En la industria química, el hidrógeno se utiliza en la producción de amoníaco, jabón y plásticos. En la industria alimentaria con hidrógeno de aceites vegetales líquidos hacen margarina. El hidrógeno es muy pulmón y en el aire siempre se levanta. Una vez que las agencias y los globos se llenaron de hidrógeno. Pero en los años 30. Siglo xx Hubo varias catástrofes terribles cuando las aeronaves explotaron y se quemaron. Hoy en día, las aeronaves están llenas de helio de gas. El hidrógeno también se usa como combustible de cohete. El hidrógeno algún día puede ser ampliamente utilizado como combustible para pasajeros y camiones. Los motores de hidrógeno no contaminan el medio ambiente y asignan solo el vapor de agua (sin embargo, la obtención de hidrógeno que obtiene a cierta contaminación ambiental). Nuestro sol consiste principalmente en hidrógeno. El calor y la luz solar son el resultado de la liberación de energía nuclear durante la fusión de los núcleos de hidrógeno.
Utilizando hidrógeno como combustible (eficiencia económica)
La característica más importante de las sustancias utilizadas como combustible es su calor de combustión. Desde el curso de la química general, se sabe que la reacción de la interacción de hidrógeno con oxígeno ocurre con la liberación de calor. Si toma 1 mol H 2 (2 g) y 0.5 mol O 2 (16 g) en condiciones estándar y excitan la reacción, luego de acuerdo con la ecuación
H 2 + 0.5 O 2 \u003d H 2 O
después de completar la reacción, 1 mol H2O (18 g) se forma con una liberación de energía de 285.8 kJ / mol (para comparación: el calor de la combustión de acetileno es 1300 kJ / mol, propano - 2200 kJ / mol) . 1 m³ de hidrógeno pesa 89.8 g (44.9 mol). Por lo tanto, se gastará 12832.4 kJ de energía para obtener 1 m³ de hidrógeno. Teniendo en cuenta el hecho de que 1 kW · h \u003d 3600 kJ, obtenemos 3.56 kWh de electricidad. Conocer la tarifa por 1 kW de electricidad y el costo de 1 m³ de gas, es posible concluir la viabilidad de la transición al combustible de hidrógeno.
Por ejemplo, el modelo experimental de Honda FCX 3 generaciones con un tanque de hidrógeno 156 L (contiene 3,12 kg de hidrógeno bajo presión de 25 MPa) 355 km. En consecuencia, 123.8 kWh se obtiene de 3.12 kg H2. A 100 km, el consumo de energía será de 36.97 kWh. Conocer el costo de la electricidad, el costo del gas o la gasolina, su consumo para un automóvil por 100 km es fácil calcular el efecto económico negativo de la transición del automóvil al combustible de hidrógeno. Digamos (Rusia 2008), 10 centavos por kWh de electricidad conducen al hecho de que 1 m³ de hidrógeno conduce al precio de 35.6 centavos, y teniendo en cuenta la eficiencia de la descomposición del agua de 40-45 centavos, el mismo número de kWh · H de la quema de gasolina 12832,4kg / 42000kj / 0.7kg / l * 80Tesunts / L \u003d 34 centavos a precios minoristas, mientras que para el hidrógeno, calculamos la opción perfecta, sin tener en cuenta el transporte, la depreciación del equipo, etc. para Metano con la energía de combustión de aproximadamente 39 MJ en m³, el resultado será inferior a dos a cuatro veces debido a la diferencia en el precio (1 m³ para Ucrania, cuesta $ 179 y para Europa $ 350). Es decir, una cantidad equivalente de metano costará 10-20 centavos.
Sin embargo, no debemos olvidar que al quemar hidrógeno, obtenemos agua limpia de la que se minó. Es decir, tenemos renovable pavo Energía sin daño al medio ambiente, en contraste con el gas o la gasolina, que son fuentes de energía primaria.
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El hidrógeno H es el elemento más común en el universo (alrededor del 75% en peso), en la Tierra, la novena prevalencia. El compuesto natural más importante del hidrógeno es el agua.
El hidrógeno se ubica primero en el sistema periódico (z \u003d 1). Tiene la estructura más sencilla del átomo: el núcleo del átomo - 1 protón, está rodeado por una nube de electrones que consta de 1 electrón.
En algunas condiciones, el hidrógeno exhibe propiedades metálicas (le da un electrón), en otras: no metálico (recibir un electrón).
En la naturaleza, hay isótopos de hidrógeno: 1N - Fechas (el núcleo consiste en un protón), 2N - Deuterium (D - El núcleo consiste en un protón y un neutrón), 3H - Tritium (T - El núcleo consiste en un protón y Dos neutrones).
Sustancia simple hidrógeno
La molécula de hidrógeno consta de dos átomos, interconectados por un enlace no polar covalente.
Propiedades físicas. El hidrógeno es un gas incoloro no tóxico sin olor y sabor. La molécula de hidrógeno no es polar. Por lo tanto, las fuerzas de la interacción intermolecular en hidrógeno gaseoso de hidrógeno. Esto se manifiesta en bajas temperaturas de ebullición (-252.6 0 ° C) y fusión (-259.2 0 ° C).
El hidrógeno es más fácil que el aire, D (por aire) \u003d 0.069; Desplega erróneamente en el agua (en 100 volúmenes de H2O, se disuelven 2 volúmenes de H2). Por lo tanto, el hidrógeno al obtenerlo en el laboratorio se puede recolectar por los métodos de extrusión de aire o agua.
Obteniendo hidrógeno
En el laboratorio:
1. Igualdad de ácidos diluidos a metales:
Zn + 2HCL → ZNCL 2 + H 2
2. Recuperación de agua alcalina y SH-Z con agua:
CA + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2
3. Hidridea hidruros: los hidruros metálicos se descomponen fácilmente con agua para formar alcalinos y hidrógeno apropiados:
Nah + H 2 O → NaOH + H 2
SAH 2 + 2N 2 O \u003d CA (OH) 2 + 2N 2
4. Alcalis de igualdad para zinc o aluminio o silicio:
2A + 2NAOH + 6H 2 O → 2NA + 3H 2
Zn + 2koh + 2h 2 O → k 2 + h 2
SI + 2NAOH + H2O → NA 2 SiO 3 + 2H 2
5. Electrolisis del agua. Para aumentar la conductividad eléctrica del agua, se le agrega electrolito, por ejemplo, NAO, H2 SO 4 o NA 2 SO 4. En el cátodo, se forma 2 volumen de hidrógeno, en el ánodo - 1 volumen de oxígeno.
2h 2 O → 2H 2 + O 2
Producción industrial de hidrógeno.
1. Conversión de metano con vapor de agua, NI 800 ° C (más barato):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
En total:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2
2. Parejas de agua a través de COKE HOT AT 1000 O C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
El óxido de carbono (IV) resultante es absorbido por agua, este método se obtiene en un 50% del hidrógeno industrial.
3. Calentar el metano a 350 ° C en presencia de un catalizador de hierro o níquel:
SH 4 → C + 2N 2
4. La electrólisis de las soluciones acuosas de KCl o NaCl, como un subproducto:
2N2 O + 2NACL → CL 2 + H 2 + 2NAH
Propiedades químicas del hidrógeno.
- En los compuestos, el hidrógeno es siempre monovalente. Se caracteriza por el grado de oxidación +1, pero en las hidruros de los metales es igual a -1.
- La molécula de hidrógeno consta de dos átomos. El surgimiento de la comunicación entre ellos se debe a la formación de un par generalizado de electrones H: H o H 2
- Debido a esta generalización de los electrones, la molécula H 2 es más estable enérgicamente que sus átomos individuales. Para romper las moléculas a los átomos en 1 mol, es necesario gastar la energía de 436 kJ: H 2 \u003d 2N, ΔH ° \u003d 436 KJ / MOL
- Esto explica la actividad relativamente pequeña de hidrógeno molecular a temperatura normal.
- Con muchos no metales, hidrógeno forma compuestos gaseosos de tipo RN 4, RN 3, RN 2, RN.
1) Con los halógenos forman razas halógenas:
H 2 + CL 2 → 2nsl.
Al mismo tiempo, con flúor, explota, con cloro y bromomo reacciona solo cuando la iluminación o la calefacción, y con el yodo solo cuando se calienta.
2) con oxígeno:
2N 2 + O 2 → 2N 2
Con liberación de calor. A temperaturas normales, la reacción procede lentamente, por encima de 550 ° C, con una explosión. Una mezcla de 2 volúmenes H 2 y 1 volumen de 2 se llama gas de ratas.
3) Cuando se calienta, reacciona fuertemente con gris (mucho más difícil con selenio y telurio):
H 2 + S → H 2 S (sulfuro de hidrógeno),
4) con nitrógeno con la formación de amoníaco solo en el catalizador y a temperaturas y presiones elevadas:
Zn 2 + n 2 → 2nn 3
5) con carbono a altas temperaturas:
2n 2 + C → CH 4 (metano)
6) Con metales alcalinotérreos y alcalinotérreos forman hidruros (hidrógeno - agente oxidante):
H 2 + 2LI → 2LIH
en las hidruros de metales, el ion hidrógeno se carga negativamente (grado de oxidación -1), es decir, el hidruro de Na + H se construye como un cloruro de Na + CL -
Con sustancias complicadas:
7) Con los óxidos de metales (usados \u200b\u200bpara restaurar los metales):
Cuo + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3FE + 4N 2
8) Con óxido de carbono (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Síntesis: el gas (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono) tiene un valor práctico importante, el TC, dependiendo de la temperatura, la presión y el catalizador, se forman varios compuestos orgánicos, por ejemplo, es ONS, ya es 3 y otros.
9) Los hidrocarburos insaturados reaccionan con hidrógeno, moviéndose a saturado:
Con n 2n + H 2 → C n 2n + 2.
El oxígeno es el elemento más común en la Tierra. Junto con el nitrógeno y el número insignificante de otros gases, el oxígeno libre forma la atmósfera de la tierra. Su contenido en el aire es de 20.95% en volumen o 23.15% en peso. En la corteza terrestre, el 58% de los átomos son átomos de oxígeno unido (47% en peso). El oxígeno es parte del agua (las reservas de oxígeno unido en la hidrosfera son excepcionalmente grandes), las rocas, muchos minerales y sales, contienen grasas, proteínas y carbohidratos, de los cuales consisten los organismos vivos. Prácticamente todo el oxígeno libre de la Tierra surgió y persistió como resultado del proceso de fotosíntesis.
Propiedades físicas.
Oxígeno: gas sin color, sabor y olor, un poco más pesado. En el agua, se disuelve un pequeño disolvente (en 1 litro de agua a 20 grados, 31 ml de oxígeno), pero aún mejor que otros gases atmosféricos, por lo tanto, el agua se enriquece con el oxígeno. La densidad del oxígeno en condiciones normales es de 1.429 g / l. A temperaturas -183 0 c y una presión de 101,325 kPa de oxígeno se convierten en un estado líquido. El oxígeno líquido tiene un color azulado, se basa en un campo magnético, y a -218.7 ° C, forma cristales azules.
El oxígeno natural tiene tres isótopos alrededor de 16, aproximadamente 17, aproximadamente 18.
Alotropía- la capacidad del elemento químico existe en forma de dos o varias sustancias simples, que se diferencian solo en el número de átomos en la molécula o la estructura.
El ozono alrededor de 3: existe en las capas superiores de la atmósfera a una altitud de 20-25 km de la superficie de la tierra y forma la llamada "capa de ozono", que protege la tierra de la radiación ultravioleta destructiva del sol; Violeta pálida, venenosa en grandes cantidades con un olor específico, agudo pero agradable. El punto de fusión es - 192.7 0 s, el punto de ebullición-111.9 0 C. En agua, soluble es mejor que el oxígeno.
El ozono es un agente oxidante fuerte. Su actividad oxidativa se basa en la capacidad de la molécula para descomponerse con la liberación de oxígeno atómico:
Oxidina muchas sustancias simples y complejas. Con algunos metales, se forman ozonidas, por ejemplo, Potasia Ozonida:
K + o 3 \u003d ko 3
El ozono se obtiene en dispositivos especiales - ozonomadores. En ellos, bajo la acción de una descarga eléctrica, la conversión de oxígeno molecular en el ozono:
Una reacción similar ocurre bajo la acción de las tormentas eléctricas.
El uso de ozono se debe a sus fuertes propiedades oxidativas: se usa para blanquear los tejidos, desinfección de agua potable, en medicina como desinfectante.
La inhalación del ozono en grandes cantidades es dañino: es molesto las membranas mucosas de los ojos y los órganos respiratorios.
Propiedades químicas.
En reacciones químicas con átomos de otros elementos (excepto el flúor), el oxígeno exhibe propiedades exclusivamente oxidativas.
La propiedad química más importante es la capacidad de formar óxidos con casi todos los elementos. Al mismo tiempo, con la mayoría de las sustancias, el oxígeno reacciona directamente, especialmente cuando se calienta.
Como resultado de estas reacciones, por regla general, se forman óxidos, con menos frecuencia: los peróxidos:
2SA + O 2 \u003d 2SAOOO
2VA + O 2 \u003d 2VAO
2NA + O 2 \u003d NA 2 O 2
El oxígeno no interactúa directamente con halógenos, oro, platino, sus óxidos se obtienen indirectamente. Cuando el azufre se calienta, el carbono, el fósforo se quema en oxígeno.
La interacción de oxígeno con nitrógeno comienza solo a una temperatura de 1200 0 s o en una descarga eléctrica:
N 2 + O 2 \u003d 2NO
Con forma de oxígeno de hidrógeno agua:
2n 2 + o 2 \u003d 2n 2
En el proceso de esta reacción, se resalta una cantidad significativa de calor.
Una mezcla de dos volúmenes de hidrógeno con un oxígeno durante el encendido explota; Se llama gas sacudido.
Muchos metales en contacto con el oxígeno aéreo se destruyen: la corrosión. Algunos metales en condiciones normales se oxidan solo de la superficie (por ejemplo, aluminio, cromo). La película de óxido resultante previene una mayor interacción.
4A + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3
Las sustancias complicadas bajo ciertas condiciones también interactúan con el oxígeno. Al mismo tiempo, se forman óxidos, y en algunos casos, óxidos y sustancias simples.
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2N 2
H 2 S + O 2 \u003d 2SO 2 + 2N 2
4NN 3 + ZO 2 \u003d 2N 2 + 6N 2
4CH 3 NH 2 + 9O 2 \u003d 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O
Al interactuar con sustancias complejas, el oxígeno actúa como un agente oxidante. Sobre la actividad oxidativa del oxígeno, se basa su propiedad importante: la capacidad de soportar combustiónsustancias.
El oxígeno con hidrógeno también forma un compuesto: el peróxido de hidrógeno H2O2 es un líquido transparente incoloro con un sabor astringente quemado, bien soluble en agua. En la proporción química del peróxido de hidrógeno es una conexión muy interesante. Se caracteriza por su baja estabilidad: cuando está de pie, se descompone lentamente sobre el agua y el oxígeno:
H2O 2 \u003d H 2 O + O 2
La luz, la calefacción, la presencia alcalina, el contacto con los agentes oxidantes o los agentes reductores aceleran el proceso de descomposición. El grado de oxidación de oxígeno en peróxido de hidrógeno \u003d - 1, es decir, es decir. Tiene un valor intermedio entre el grado de oxidación de oxígeno en agua (-2) y en oxígeno molecular (0), por lo que el peróxido de hidrógeno exhibe la dualidad redox. Las propiedades oxidativas del peróxido de hidrógeno son mucho más fuertes que reducir, y aparecen en medios ácidos, alcalinos y neutrales.
H2O 2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O
En el sistema periódico, el hidrógeno se encuentra en dos absolutamente opuesto en sus propiedades de grupos de elementos. Esta característica lo hace completamente único. El hidrógeno no es simplemente un elemento o sustancia, sino que también es una parte integral de muchos compuestos complejos, elemento orgánico y biogénico. Por lo tanto, consideramos sus propiedades y características con más detalle.
La separación de gas de combustible en el proceso de interacción entre metales y ácidos se observó en el siglo XVI, es decir, durante la formación de química como ciencia. El famoso científico inglés Henry Cavendish exploró la sustancia desde 1766, y le dio el nombre "aire combustible". Cuando se quema, este gas le dio agua. Desafortunadamente, el compromiso de la teoría científica de Phlogiston (hipotótica hipotótica de la materia ") le impidió que llegara a las conclusiones correctas.
El químico francés y el naturalista A. Lavoisier, junto con el ingeniero J. Más y con la ayuda de gasómetros especiales en 1783, realizó una síntesis de agua, y después y su análisis al descomponer el agua caliente del vapor de agua. Por lo tanto, los científicos pudieron llegar a las conclusiones correctas. Encontraron que el "aire combustible" no solo es parte del agua, sino que también se puede obtener de ella.
En 1787, Lavoisier presentó el supuesto de que el gas en estudio es una sustancia simple y, en consecuencia, se refiere al número de elementos químicos primarios. Lo llamó hidrogen (de las palabras griegas de Hydor - Water + Gennao - Dios), es decir, "Horing Water".
El nombre ruso "hidrógeno" en 1824 propuso un químico M. Solovyov. La determinación de la composición del agua marcó el final de la "teoría de flogiston". En el cruce de los siglos XVIII y XIX, se encontró que el átomo de hidrógeno es muy ligero (en comparación con los átomos de otros elementos) y su masa se adoptó para la unidad principal de comparación de masas atómicas, obteniendo un valor igual a 1.
Propiedades físicas
El hidrógeno es el más fácil de toda la ciencia conocida de las sustancias (es 14.4 veces más liviana que el aire), su densidad es de 0.0899 g / l (1 ATM, 0 ° C). Este material se derrite (se endurece) y hierve (licuado), respectivamente, a -259.1 ° C y -252.8 ° C (solo el helio tiene la ebullición más baja y la fusión T °).
La temperatura crítica del hidrógeno es extremadamente baja (-240 ° C). Por esta razón, su licuefacción es un proceso bastante complicado y de costo. La presión crítica de la sustancia es de 12.8 kgf / cm², y la densidad crítica es de 0.0312 g / cm³. Entre todos los gases, el hidrógeno tiene la mayor conductividad térmica: a 1 ATM y 0 ° C, es igual a 0.174 W / (MHC).
Capacidad de calor específica de la sustancia en las mismas condiciones: 14.208 kJ / (cgkk) o 3,394 cal / (gc ° C). Este elemento es débilmente soluble en agua (aproximadamente 0,0182 ml / g a 1 ATM y 20 ° C), pero en la mayoría de los metales (NI, PT, PA y otros), especialmente en paladio (aproximadamente 850 volúmenes por una PD).
Con la última propiedad, su capacidad de difusión está asociada, mientras que la difusión a través de una aleación de carbono (por ejemplo, acero) puede ir acompañada de la destrucción de la aleación debido a la interacción de hidrógeno con carbono (este proceso se denomina descarbonización). En un estado líquido, la sustancia es muy fácil (densidad - 0.0708 g / cm³ a \u200b\u200bt ° \u003d -253 ° C) y líquido (viscosidad - 13.8 escolásis en las mismas condiciones).
En muchos compuestos, este elemento exhibe la valencia +1 (grado de oxidación), como sodio y otros metales alcalinos. Por lo general, se considera como análogo de estos metales. En consecuencia, él dirige el grupo I del sistema Mendeleev. En las hidruros de metales, el iones de hidrógeno muestra una carga negativa (el grado de oxidación al mismo tiempo -1), es decir, Na + H- tiene una estructura similar al cloruro de Na +. De acuerdo con esto y algunos otros hechos (la proximidad de las propiedades físicas del elemento "H" y halógeno, la capacidad de reemplazarlo con halógenos en compuestos orgánicos) El hidrogeneno pertenece al grupo VII del sistema MENDELEEV.
En condiciones normales, el hidrógeno molecular tiene una actividad baja, se conecta directamente solo con los no metales más activos (con flúor y cloro, con este último, en la luz). A su vez, cuando se calienta, interactúa con muchos elementos químicos.
El hidrógeno atómico ha aumentado la actividad química (si se compara con molecular). Con oxígeno, forma agua por la fórmula:
N₂ + ½₂ \u003d N₂O,
destacando 285.937 KJ / mol calor o 68,3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm). En condiciones de temperatura convencionales, la reacción procede bastante lentamente, y en T °\u003e \u003d 550 ° C - incontrolable. Los límites de explosión de la mezcla de hidrógeno + oxígeno en volumen son 4-94% H₂, y las mezclas de hidrógeno + aire - 4-74% H₂ (una mezcla de dos volúmenes de H₂ y un volumen de O₂ se llama gas de rata.
Este elemento se usa para restaurar la mayoría de los metales, ya que toma oxígeno por los óxidos:
Fe₃o₄ + 4h₂ \u003d 3fe + 4N₂O,
Cuo + H₂ \u003d Cu + H₂O, etc.
Con diferentes halógenos, el hidrógeno forma halógeno halógeno sodis, por ejemplo:
N₂ + cl₂ \u003d 2nsl.
Sin embargo, cuando se reacciona con flúor, explota el hidrógeno (esto ocurre en la oscuridad, a -252 ° C), con bromo y cloro solo reacciona cuando se calienta o la iluminación, y con el yodo, exclusivamente cuando se calienta. Al interactuar con nitrógeno, se forma amoníaco, pero solo en el catalizador, a presiones elevadas y temperaturas:
Zn₂ + n₂ \u003d 2nn₃.
Cuando se calienta, hidrógeno reacciona activamente con azufre:
N₂ + S \u003d H₂S (sulfuro de hidrógeno)
y es mucho más difícil, con telurio o selenio. Con carbono puro, el hidrógeno reacciona sin un catalizador, sino a altas temperaturas:
2N₂ + C (amorfo) \u003d CH₄ (metano).
Esta sustancia reacciona directamente con algunos de los metales (alcalina, alcalina de la tierra y otros), formando hidruros, por ejemplo:
H₂ + 2LI \u003d 2LIH.
La importancia práctica evalible tiene las interacciones de hidrógeno y óxido de carbono (II). En este caso, dependiendo de la presión, la temperatura y el catalizador, se forman diferentes compuestos orgánicos: NSNO, CN₃ON, etc. Los hidrocarburos insaturados en el proceso de reacción se están moviendo en saturado, por ejemplo:
Con N ₂ N + H₂ \u003d C N ₂ N ₊₂.
El hidrógeno y sus compuestos desempeñan un papel excepcional en la química. Causa las propiedades ácidas de la T. N. Los ácidos protónicos se inclinan a formar un enlace de hidrógeno con diferentes elementos que tienen un impacto significativo en las propiedades de muchos compuestos inorgánicos y orgánicos.
Obteniendo hidrógeno
Los principales tipos de materias primas para la producción industrial de este elemento son gases de refinación, gases naturales combustibles y de coque. También se obtiene del agua a través de la electrólisis (en lugares con electricidad asequible). Uno de los métodos más importantes para la producción de material de gas natural es la interacción catalítica de hidrocarburos, principalmente metano, con vapor de agua (t.n. conversión). Por ejemplo:
CH₄ + H₂O \u003d CO + ZN₂.
Oxidación incompleta de hidrocarburos con oxígeno:
CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2N₂.
Conversión de óxido de carbono sintetizado (II):
CO + N₂O \u003d SO + H₂.
El hidrógeno producido a partir de gas natural es el más barato.
Para la electrólisis del agua, se usa una corriente constante, que se pasa a través de una solución de NaOH o con (los ácidos no se utilizan para evitar la corrosión de los instrumentos). En el laboratorio, el material se obtiene por electrólisis de agua o como resultado de la reacción entre ácido clorhídrico y zinc. Sin embargo, más a menudo utilizan material de fábrica preparado en los cilindros.
Desde el gas de refinación de aceite y gas de coque, este elemento se aísla eliminando todos los demás componentes de la mezcla de gases, ya que son más fáciles de licuarse con enfriamiento profundo.
Industrialmente, este material comenzó a recibir incluso al final del siglo XVIII. Luego se usaba para llenar globos. En este momento, el hidrógeno se usa ampliamente en la industria, principalmente en el químico, para la producción de amoníaco.
Los consumidores masivos de la sustancia son fabricantes de alcoholes metilo y otros alcoholes, gasolina sintética y muchos otros productos. Se obtienen por síntesis de óxido de carbono (II) e hidrógeno. El hidrogeneno se usa para hidrogenizar combustibles líquidos pesados \u200b\u200by sólidos, grasas, etc., para la síntesis de HCl, hidrotreating de productos derivados del petróleo, así como en corte / soldadura de metales. Los elementos más importantes para la energía nuclear son sus isótopos, tritio y deuterio.
Papel biológico del hidrógeno.
Alrededor del 10% de la masa de organismos vivos (en promedio) cae sobre este elemento. Es parte del agua y grupos esenciales de compuestos naturales, incluidas proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos. ¿Por qué sirve?
Este material desempeña un papel decisivo: al mantener la estructura espacial de las proteínas (cuaternario), en la implementación del principio de complemento de ácido nucleico (es decir, en la implementación y almacenamiento de la información genética), en general en "reconocimiento" en el molecular. nivel.
El iones de hidrógeno H + participa en importantes reacciones dinámicas / procesos en el cuerpo. Incluyendo: en la oxidación biológica, que proporciona células vivas por energía, en las reacciones de la biosíntesis, en la fotosíntesis en plantas, en la fotosíntesis bacteriana y la nitrogenación, en el mantenimiento del equilibrio ácido-alcalino y la homeostasis, en los procesos de transporte de membrana. Junto con el carbono y el oxígeno, forma una base funcional y estructural de fenómenos de vida.
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