Por qué el agua no se quema, aunque consiste en sustancias combustibles (hidrógeno y oxígeno). Sector de oxígeno de hidrógeno orgánico química
§3. La ecuación de reacción y cómo hacerlo.
Interacción hidrógeno de oxígenoCómo se instaló esto, Sir Henry Cavendish, conduce a la formación de agua. Tomemos una oportunidad en este simple ejemplo ecuaciones de reacciones químicas..
Que se obtiene de hidrógeno y oxígeno, Ya sabemos:
H 2 + O 2 → H 2 O
Ahora tomamos en cuenta que los átomos de los elementos químicos en reacciones químicas no desaparecen y no aparecen de la nada, no se conviertan entre sí, y conectar en nuevas combinaciones.Formando nuevas moléculas. Significa que la ecuación de la reacción química de los átomos de cada variedad debe ser la misma cantidad antes de reacciones ( izquierda desde el signo de la igualdad) y después el final de la reacción ( a la derecha Desde el signo de la igualdad), como este:
2n 2 + o 2 \u003d 2n 2
Eso es lo que es ecuación de reacción - entrada condicional de la reacción química que fluye con la ayuda de las fórmulas de sustancias y coeficientes..
Esto significa que en la reacción reducida. dos oraciones hidrógeno Debe reaccionar S. un lunar oxígenoy como resultado se resultará dos oraciones agua.
Interacción hidrógeno de oxígeno - No es un proceso simple. Conduce a un cambio en los grados de oxidación de estos elementos. Para seleccionar coeficientes en tales ecuaciones, generalmente use el método " balance electrónico".
Cuando el agua está formada por hidrógeno y oxígeno, significa que hidrógeno cambió su grado de oxidación de 0 antes de + I., pero oxígeno - OT 0 antes de -I.. Al mismo tiempo, varios oxígeno vinieron de átomos de hidrógeno. (NORTE) electrones:
Hidrógeno, electrones de excavación, sirve aquí. restarodero, y oxígeno, receptando electrones - oxidante.
Oxidificadores y agentes reductores.
Veamos ahora cómo se por separado los procesos de retorno y la ingesta electrónica. Hidrógeno, que se reunió con el "ladrón" - cilindro, pierde todo su patrimonio: dos electrones, y su grado de oxidación se vuelve igual + I.:
H 2 0 - 2 mI. - \u003d 2n + i
Sucedió ecuación de oxidación de semi-recursos hidrógeno.
Y un gángster oxígeno O 2.Relacionado por los últimos electrones del desafortunado hidrógeno, está muy satisfecho con su nuevo grado de oxidación. -I.:
O 2 + 4 mI. - \u003d 2o -ii
eso ecuación de la recuperación de semi-reacción. oxígeno.
Queda por agregar que tanto "gángster" y su "sacrificio" perdieron su individualidad química y de sustancias simples: gases con moléculas diatómicas H 2 y O 2. convertido en parte del nuevo químico - agua H 2 O..
Seguiremos discutiendo de la siguiente manera: cuántos electrones le dieron al agente reductor al agente de oxidación de gángsters, tanto como recibió. El número de electrones dado por el agente reductor debe ser igual al número de electrones adoptados por el agente oxidante.
Por lo que es necesario ecualizar el número de electrones. En la primera y la segunda mitad formaciones. En la química, se adopta una forma condicional de registro de las ecuaciones de media reacción:
2 H 2 0 - 2 mI. - \u003d 2n + i |
|
1 o 2 0 + 4 mI. - \u003d 2o -ii |
Aquí, los números 2 y 1 a la izquierda del soporte de la figura son multiplicadores que ayudarán a garantizar la igualdad del número de electrones dados y recibidos. Tomamos en cuenta que en las ecuaciones de media formación, se dieron 2 electrones, y se adoptó 4. Para igualar el número de electrones recibidos y removibles, se encuentran los múltiples multiplicadores múltiples más pequeños. En nuestro caso, el múltiplo común más pequeño es 4. Los multiplicadores adicionales serán 2 (4: 2 \u003d 2) para hidrógeno), y para oxígeno - 1 (4: 4 \u003d 1)
Los factores resultantes servirán como los coeficientes de la ecuación de reacción futura:
2h 2 0 + o 2 0 \u003d 2h 2 + i o -ii
Hidrógeno oxidina No solo cuando se encuentra con oxígeno. Aproximadamente lo mismo en actos de hidrógeno y flúor F 2., halógeno y famoso "ladrón", y aparentemente inofensivo nitrógeno N 2.:
H 2 0 + F 2 0 \u003d 2H + i f -I |
3H 2 0 + n 2 0 \u003d 2N -III H 3 + I |
Resulta fluorópodo HF. o amoníaco NH 3..
En ambas conexiones, el grado de oxidación. hidrógeno Se vuelve igual + I.Debido a que los socios en la molécula van a él "codicioso" a los buenos electrónicos de otra persona, con una alta electronegatividad. flúor F. y nitrógeno NORTE.. W. nitrógeno El valor de la electronegabilidad se considera igual a tres unidades convencionales, y flúor En general, la electronegabilidad más alta entre todos los elementos químicos es de cuatro unidades. Así que no es de extrañar que abandone el átomo defice de hidrógeno sin ningún entorno electrónico.
Pero hidrógeno Talvez yo. restaurar - Tomar electrones. Esto sucede si los metales alcalinos o el calcio están involucrados en la reacción con ella, en la que la electronegabilidad es menor que la del hidrógeno.
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 ratas.
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.
Propiedades químicas del hidrógeno.
En condiciones normales, el hidrógeno molecular es relativamente activo, se conecta directamente solo con los no metales más activos (con flúor y en la luz y con cloro). Sin embargo, cuando se calienta, entra en la reacción con muchos elementos.
El hidrógeno entra en reacciones con sustancias simples y complejas:
- Interacción de hidrógeno con metales. conduce a la formación de sustancias complejas: hidruros, en las fórmulas químicas de las cuales el átomo de metal siempre se encuentra en el primer lugar:
A altas temperaturas, el hidrógeno reacciona directamente. con algunos metales (alcalina, tierra alcalina y otros), formando sustancias cristalinas blancas - hidruros metálicos (Li H, NA N, KN, SAN 2, etc.):
H 2 + 2li \u003d 2lih
Los hidruros metálicos se descomponen fácilmente con agua con la formación de alcalinos y hidrógeno apropiados:
Sa H 2 + 2N2 O \u003d CA (OH) 2 + 2N 2
- Cuando la interacción de hidrógeno con no metales. Se forman los compuestos de hidrógeno que caen. En la fórmula química de un compuesto de hidrógeno volador, un átomo de hidrógeno puede soportar tanto en el primer como en segundo lugar, dependiendo de la ubicación en la PSHE (consulte la placa en la diapositiva):1). Con oxígenoEl hidrógeno forma el agua:
Video "Gorores de Hidrógeno"
2N 2 + O 2 \u003d 2N 2 O + Q
A temperaturas normales, la reacción procede extremadamente lentamente, por encima de 550 ° C, con una explosión (Mezcla 2 volúmenes H 2 y 1 volumen O 2 se llama gas razchim)
.
Video "Explosión de Radio Gas"
Video "Preparación y explosión de la mezcla de traqueteos".
2). Con halógeno El hidrógeno forma las razas halógenas, por ejemplo:
H 2 + CL 2 \u003d 2nsl
Al mismo tiempo con flúor, explota el hidrógeno (incluso en la oscuridad y a 252 ° C), con cloro y bromo reacciona solo cuando se iluminan o calienta, y con yodo solo cuando se calienta.
3). Con nitrógeno El hidrógeno interactúa con la formación de amoníaco:
Zn 2 + n 2 \u003d 2nn 3
sólo en el catalizador y a temperaturas y presiones elevadas.
cuatro). Cuando se calienta, el hidrógeno reacciona vigorosamente. con gris:
H 2 + S \u003d H 2 S (sulfuro de hidrógeno),
es mucho más difícil con Selenium y Tellur.
5). Con carbono puro El hidrógeno puede reaccionar sin catalizador solo a altas temperaturas:
2n 2 + C (amorfo) \u003d CH 4 (Metano)
- El hidrógeno entra reaccionar la sustitución con los óxidos de metales. Al mismo tiempo, se forma agua en productos y se restaura el metal. Hidrógeno - Exhibe las propiedades del agente reductor:
Se utiliza hidrógeno para restaurar muchos metalesDado que toma oxígeno de sus óxidos:
Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3FE + 4N 2 O, etc.
El uso de hidrógeno.
Video "aplicación de hidrógeno"
Actualmente, el hidrógeno se obtiene en grandes cantidades. Es muy grande en la síntesis de amoníaco, hidrogenación de grasas e hidrogenación de carbón, aceites e hidrocarburos. Además, el hidrógeno se usa para la síntesis de ácido clorhídrico, alcohol metílico, ácido azul, con metales de soldadura y forja, así como en la fabricación de lámparas incandescentes y piedras preciosas. Para la venta, el hidrógeno ingresa a los cilindros bajo presión sobre 150 atm. Están pintados en un color verde oscuro y se suministran con una inscripción roja "hidrógeno".
El hidrógeno se usa para convertir grasas líquidas en sólido (hidrogenación), producción de combustible líquido por hidrogenación de carbón y aceite de combustible. En la metalurgia, el hidrógeno se utiliza como un agente reductor de óxidos o cloruros para obtener metales y no metales (Alemania, silicio, galio, circonio, hafnio, molibdeno, tungsteno, etc.).
El uso práctico del hidrógeno es diverso: generalmente llenan las sondas de bolas, en la industria química, sirve como una materia prima para obtener muchos productos muy importantes (amoníaco, etc.), en alimentos, para la producción de grasas sólidas, y así sucesivamente. Altas temperaturas (hasta 2600 ° C), obtenidas al quemar hidrógeno en oxígeno, se usa para fusionar metales refractarios, cuarzo, etc. El hidrógeno líquido es uno de los combustibles chorros más eficientes. El consumo global anual de hidrógeno supera los 1 millón de toneladas.
Simuladores
№2. Hidrógeno
Tareas para la fijación
Número de tarea 1Haga la ecuación de reacciones de reacción de hidrógeno con las siguientes sustancias: F 2, CA, AL2 O 3, óxido de mercurio (II), óxido de tungsteno (VI). Nombra los productos de reacción, especifique los tipos de reacciones.
Tarea número 2.
Transforma el esquema:
H2O -\u003e H 2 -\u003e H 2 S -\u003e SO 2
Tarea número 3.
Calcule la masa de agua, que se puede obtener al quemar 8 g de 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 en 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 propósito de la lección. En esta lección, usted aprenderá, quizás, los elementos químicos más importantes de la vida en la Tierra: hidrógeno y oxígeno, aprenda sobre sus propiedades químicas, así como sobre las propiedades físicas de las sustancias simples, se forman, aprenda más sobre el Papel de oxígeno e hidrógeno en la naturaleza y la vida.
Hidrógeno - El elemento más común en el universo. Oxígeno - El elemento más común en la Tierra. Juntos forman agua, una sustancia que es más de la mitad de la masa del cuerpo humano. Oxígeno: gas requerido para la respiración, y sin agua no podíamos vivir y pasar varios días, así que, sin duda, es posible considerar el oxígeno e hidrógeno con los elementos químicos más importantes necesarios para la vida.
La estructura de los átomos de hidrógeno y oxígeno.
Por lo tanto, el hidrógeno exhibe propiedades no metálicas. En la naturaleza, el hidrógeno se encuentra en forma de tres isótopos, tráfico, deuterio y tritio, los isótopos de hidrógeno son muy diferentes entre sí en las propiedades físicas, por lo que incluso se les asigna caracteres individuales.
Si no recuerda o no sabe qué son los isótopos, trabaje con los materiales de los "isótopos como una variedad de átomos de un elemento químico". En él, aprenderá lo que es diferente de los isótopos de un elemento, lo que conduce a la presencia de varios isótopos en un elemento, y también familiarizados con los isótopos de varios elementos.
Por lo tanto, los posibles grados de oxígena de oxígeno están limitados a valores de -2 a +2. Si el oxígeno toma dos electrones (convertirse en aniones) o formas dos enlaces covalentes con elementos menos electronegativos, entra en el grado de oxidación -2. Si el oxígeno forma un vínculo con otro átomo de oxígeno, y el segundo, con un átomo de elemento menos electronegativo, procede al grado de oxidación -1. Llegando a dos vínculos covalentes con flúor (el único elemento con un valor de electronegabilidad más alto), el oxígeno entra en el grado de oxidación +2. Formando un enlace con otro átomo de oxígeno, y el segundo, con el átomo de flúor - +1. Finalmente, si el oxígeno forma una conexión con un átomo menos electronegativo, y el segundo, con flúor, estará en el grado de oxidación 0.
Propiedades físicas de hidrógeno y oxígeno, oxígeno altopía.
Hidrógeno - Gas sin color sin sabor y olor. Muy ligero (14.5 veces más ligero que el aire). La temperatura de licuefacción de hidrógeno: -252.8 ° C es casi la más baja entre todos los gases (inferiores solo con helio). Hidrógeno líquido y sólido - sustancias incoloras muy claras.
Oxígeno - Gas incoloro sin sabor y olor, un poco más duro. A una temperatura de -182,9 ° C, se convierte en un líquido pesado de azul, a -218 ° C endurece a la formación de cristales azules. Las moléculas de oxígeno son paramagnéticas, es decir, el oxígeno se siente atraído por un imán. El oxígeno es poco soluble en agua.
En contraste con el hidrógeno, formando una molécula de un solo tipo, el oxígeno exhibe la alotropía y forma dos tipos de moléculas, es decir, un elemento de oxígeno forma dos sustancias simples: oxígeno y ozono.
Propiedades químicas y obteniendo sustancias simples.
Hidrógeno.
La comunicación en la molécula de hidrógeno es soltera, pero es uno de los enlaces individuales más duraderos, y para que sea necesario gastar mucha energía para romperla, por esta razón, el hidrógeno es muy bajo a temperatura ambiente, Pero cuando se levanta la temperatura (o en presencia de un catalizador), el hidrógeno interactúa fácilmente con muchas sustancias simples y sofisticadas.
El hidrógeno desde un punto de vista químico es un típico no metalol. Es decir, es capaz de interactuar con metales activos con la formación de los hidruros en los que muestra el grado de oxidación -1. Con algunos metales (litio, calcio), la interacción se produce incluso a temperatura ambiente, sino, por lo tanto, lentamente, por lo tanto, durante la síntesis de hidruros, se utiliza calentamiento:
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La formación de hidruros mediante la interacción directa de sustancias simples es posible solo para metales activos. Aluminio no interactúa con hidrógeno directamente, su hidruro se obtiene mediante reacciones de intercambio.
Con los no metales, el hidrógeno también reacciona solo cuando se calienta. Las excepciones son halógenas de cloro y bromo, la reacción con la que se puede inducir por la luz:
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La respuesta al flúor tampoco requiere calefacción, se procede con una explosión incluso con un enfriamiento fuerte y en la oscuridad absoluta.
La reacción con el oxígeno procede a través de un extenso mecanismo de cadena, por lo que la velocidad de reacción aumenta rápidamente, y en una mezcla de oxígeno con hidrógeno en una proporción de 1: 2, la reacción procede con una explosión (tal mezcla se llama "gas armonía" )
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La reacción con gris procede mucho más tranquilamente, casi sin liberación de calor:
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Reacciones con nitrógeno y yodo.
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Esta circunstancia complica enormemente la producción de amoníaco en la industria: el proceso requiere el uso de una mayor presión para mezclar el equilibrio hacia la forma de amoníaco. El hidrógeno de yodo no se recibe la síntesis directa, porque hay formas algo más convenientes de su síntesis.
Con no metales de bajo activo (), el hidrógeno no reacciona directamente directamente, aunque los compuestos se les conoce.
En reacciones con sustancias compuestas, el hidrógeno actúa en la mayoría de los casos como un agente reductor. En soluciones, el hidrógeno puede restaurar los metales de bajo nivel (ubicados después del hidrógeno en una fila de tensiones) de sus sales:
Cuando se calienta, el hidrógeno puede restaurar muchos metales de sus óxidos. Al mismo tiempo, cuanto más activo sea el metal, más difícil es restaurarlo y cuanto más alto para esto necesita una temperatura:
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Los metales son más activos que el zinc, es casi imposible restaurar el hidrógeno.
El hidrógeno en el laboratorio se obtiene mediante la interacción de metales con ácidos graves. A menudo se utilizan ácido zinc y clorhídrico.
Es una electrólisis de agua con menos frecuencia en presencia de electrolitos fuertes:
En la industria, el hidrógeno se obtiene como un subproducto al obtener una electrólisis de cloruro de sodio cáustico de la solución de cloruro de sodio:
Además, el hidrógeno se obtiene al refinar el aceite.
La preparación de hidrógeno con la fotolisis del agua es uno de los métodos más prometedores en el futuro, sin embargo, en este momento, el uso industrial de este método es de manera finca.
Trabajar con los materiales del trabajo de laboratorio de recursos educativos electrónicos "Obtención y propiedades del hidrógeno" y trabajos de laboratorio "Propiedades restaurativas de hidrógeno". Explore el principio del aparato de KIPP y el aparato de Kiryushkin. Piense en qué casos es más conveniente utilizar el aparato de Chipre, y en qué: Kiryushkin. ¿Qué propiedades exhibe hidrógeno en reacciones?
Oxígeno.
La comunicación en la molécula de oxígeno es doble y muy duradera. Por lo tanto, el oxígeno es bastante bajo eficiente a temperatura ambiente. Cuando se calienta,, sin embargo, comienza a mostrar fuertes propiedades oxidativas.
Oxígeno sin calefacción reacciona con metales activos (alcalina, alcalina tierra y algunos lanthanoids):
Cuando se calienta, el oxígeno interactúa con la mayoría de los metales para formar óxidos:
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Los metales de plata y menos activos no se oxidan por oxígeno.
El oxígeno también reacciona con la mayoría de los no metales con la formación de óxido:
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La interacción con el nitrógeno se produce solo a temperaturas muy altas, aproximadamente 2000 ° C.
Con cloro, bromo y oxígeno de yodo no reacciona, aunque muchos de sus óxidos se pueden obtener indirectamente.
La interacción de oxígeno con flúor se puede llevar a cabo al pasar una descarga eléctrica a través de una mezcla de gases:
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El fluoruro de oxígeno (II) es un compuesto inestable, se descompone fácilmente y es un agente oxidante muy fuerte.
En soluciones, el oxígeno es fuerte, aunque un agente lento y oxidante. Como regla general, el oxígeno contribuye a la transición de metales a grados más altos de oxidación:
La presencia de oxígeno a menudo permite disolver metales en ácidos ubicados inmediatamente detrás de hidrógeno en una fila de tensiones:
Cuando el oxígeno calentado puede oxidar los óxidos metálicos inferiores:
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El oxígeno en la industria no se obtiene mediante métodos químicos, se obtiene de la destilación del aire.
El laboratorio utiliza reacciones de descomposición de compuestos ricos en oxígeno: nitratos, cloratos, permanganats cuando se calientan:
También puede obtener oxígeno cuando la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno:
Además, la reducción de la electrólisis del agua se puede usar para obtener oxígeno.
Trabajar con los materiales del trabajo de laboratorio de recursos educativos electrónicos "obtener oxígeno y sus propiedades".
¿Cuál es el nombre de la colección de oxígeno utilizada en el trabajo de laboratorio? ¿Qué otras formas de cobrar gases existen y cuáles de ellas son adecuadas para la recolección de oxígeno?
Tarea 1. Mire el video "descomposición del permanganato de potasio cuando se calienta".
Responde a las preguntas:
- ¿Cuál de los productos de reacción sólida es soluble en agua?
- ¿De qué color tiene una solución de permanganato de potasio?
- ¿De qué color hace la solución de manga de potasio?
Escribe las ecuaciones de reacciones ocurridas. Iguales con el método de balance electrónico.
Discuta la tarea con el maestro en o en la oficina de video.
Ozono.
La molécula de ozono es trekhamatoma y la conexión en ella es menos duradera que en la molécula de oxígeno, que conduce a una mayor actividad química de ozono: el ozono se oxida fácilmente en muchas sustancias en soluciones o seque sin calefacción:
El ozono es capaz de oxidar fácilmente el óxido de nitrógeno (IV) al óxido de nitrógeno (V) y el óxido de azufre (IV) al óxido de azufre (VI) sin catalizador:
El ozono se descompone gradualmente con la formación de oxígeno:
Los dispositivos especiales se utilizan para obtener ozono-ozonizadores en los que se pasa la descarga del brillo a través de oxígeno.
En el laboratorio, las reacciones de descomposición de los compuestos de peroxo y algunos de los óxidos más altos se utilizan a veces para obtener cantidades menores de ozono.
Trabaje con los materiales del recurso educativo electrónico El trabajo de laboratorio "Observación de Ozono y el estudio de sus propiedades".
Explica por qué la solución de índigo está descolorida. Escriba las ecuaciones de reacciones que ocurren mientras se mezcla soluciones de nitrato de plomo y sulfuro de sodio y al pasar a través de la suspensión resultante del aire ozonizado. Para la reacción de intercambio de iones, haga que las ecuaciones de iones. Para una reacción redox, haga un balance electrónico.
Discuta la tarea con el maestro en o en la oficina de video.
Propiedades químicas del agua.
Para una mejor familiarización con las propiedades físicas del agua y su importancia, trabajamos con los materiales de los recursos educativos electrónicos "propiedades anomalosas del agua" y "el agua es el líquido más importante en la Tierra".
El agua tiene una importancia tremenda para cualquier organismos vivos, de hecho, muchos organismos vivos consisten en agua más de la mitad. El agua es uno de los disolventes más universales (a altas temperaturas y presiones de sus posibilidades como un aumento de solvente significativamente). Desde un punto de vista químico, el agua es un óxido de hidrógeno, mientras que en una solución acuosa se disocia (aunque en un grado muy bajo) en cationes de hidrógeno y aniones de hidróxido:
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El agua interactúa con muchos metales. Con activo (alcalina, alcalina y algunos lanthanoids), agua reacciona sin calefacción:
Con una interacción menos activa se produce cuando se calienta.
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