چرا آب سوختگی نمی کند، هرچند از مواد قابل احتراق (هیدروژن و اکسیژن) تشکیل شده است. هیدروژن

روش های صنعتی به دست آوردن مواد ساده بستگی به آنچه که عنصر مربوطه در طبیعت شکل می گیرد، بستگی دارد، یعنی ممکن است مواد خام برای آماده سازی آن باشد. بنابراین، اکسیژن موجود در حالت آزاد با روش فیزیکی - جداسازی از هوا مایع به دست می آید. هیدروژن تقریبا به طور کامل به شکل ترکیبات است، بنابراین روش های شیمیایی برای به دست آوردن آن استفاده می شود. به طور خاص، واکنش تجزیه می تواند مورد استفاده قرار گیرد. یکی از روش های به دست آوردن هیدروژن، واکنش تجزیه آب توسط شوک الکتریکی است.

روش اصلی صنعتی به دست آوردن هیدروژن یک واکنش با آب متان است که بخشی از گاز طبیعی است. این در دماهای بالا انجام می شود (آسان است مطمئن شوید که زمانی که متان عبور می کند، حتی از طریق آب جوش، هیچ واکنش رخ نمی دهد):

CH 4 + 2N 2 0 \u003d CO 2 + 4N 2 - 165 KJ

در آزمایشگاه، لزوما مواد خام طبیعی برای به دست آوردن مواد ساده استفاده نمی شود، بلکه مواد منبع را انتخاب می کنند، که از مواد لازم استفاده می شود. به عنوان مثال، در آزمایشگاه اکسیژن از هوا به دست نمی آید. همین امر مربوط به آماده سازی هیدروژن است. یکی از روش های آزمایشگاهی برای تولید هیدروژن، که گاهی اوقات در صنعت استفاده می شود - گسترش آب با سکته مغزی الکتریکی.

معمولا آزمایشگاه های هیدروژن با اثر متقابل روی با اسید هیدروکلریک به دست می آیند.

در صنعت

1.الکترولیز نمک های آبی:

2NACL + 2H 2 O → H 2 + 2NAOH + CL 2

2.انتقال بخار آب بیش از کک داغ در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.از گاز طبیعی.

تبدیل توسط بخار آب: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C) اکسیداسیون کاتالیزوری با اکسیژن: 2Ch 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. کراكن و اصلاح هیدروکربن ها در فرآیند پالایش نفت.

در آزمایشگاه

1.اثر اسیدهای رقیق شده به فلزات. برای انجام چنین واکنش، روی و اسید هیدروکلریک اغلب استفاده می شود:

Zn + 2HCL → ZNCL 2 + H 2

2.تعامل کلسیم با آب:

Ca + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3.هیدرولیک هیدرولید:

nah + h 2 o → naoh + h 2

4.اکشن قلیایی برای روی یا آلومینیوم:

2AL + 2NAOH + 6H 2 O → 2NA + 3H 2 ZN + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.با کمک الکترولیز. با استفاده از الکترولیز محلول های آبی قلیایی یا اسیدها بر روی کاتد، هیدروژن آزاد می شود، به عنوان مثال:

2H 3 O + + 2E - → H 2 + 2H 2 O

• بیوراکتور برای تولید هیدروژن

مشخصات فیزیکی

هیدروژن گازی می تواند در دو شکل (اصلاحات) وجود داشته باشد - به شکل ارتو و پارا هیدروژن.

در مولکول Orthodorod (SOP -259.10 ° C، T. کیپ. -252.56 درجه سانتیگراد) اسپین های هسته ای به طور مساوی (موازی) و در Paravodorod (M PL. -259،32 درجه سانتیگراد، T. کیپ. -252،89 درجه سانتیگراد) - مخالف یکدیگر (ضد موازی).

ممکن است فرم های Altropy Alto هیدروژن را در یک زاویه فعال در دمای نیتروژن مایع تقسیم کنید. در دمای بسیار کم، تعادل بین ارتوپدی و ضد آب تقریبا به سمت دومی هدف قرار می گیرد. در 80 به نسبت فرم تقریبا 1: 1. پارالودین تخریب شده تحت حرارت به یک ارتدوکسید تا تشکیل تعادل در دمای اتاق مخلوط می شود (Ortho-Steam: 75:25). بدون کاتالیزور، تحول به آرامی اتفاق می افتد، که باعث می شود تا خواص فرم های مختلف آلوتروپیک را مطالعه کنید. مولکول هیدروژن Dvkhatomna - H2. در شرایط عادی، گاز بدون رنگ، بوی و طعم است. هیدروژن ساده ترین گاز است، تراکم آن چندین بار کمتر از تراکم هوا است. بدیهی است، وزن کمتر مولکول ها، سرعت آنها بالاتر از همان دما است. به عنوان ساده ترین مولکول های هیدروژن سریعتر از مولکول های هر گاز دیگر حرکت می کنند و بنابراین سریعتر می تواند گرما را از یک بدن به دیگری انتقال دهد. به این معنی است که هیدروژن دارای بالاترین هدایت حرارتی در بین مواد گازی است. هدایت حرارتی آن تقریبا هفت برابر بیشتر از هدایت حرارتی هوا است.

خواص شیمیایی

مولکول های هیدروژن H2 کاملا با دوام هستند، و به منظور ورود به هیدروژن باید به واکنش وارد شود، انرژی زیادی باید صرف شود: H 2 \u003d 2N - 432 KJ بنابراین، در دمای طبیعی، هیدروژن با فلزات بسیار فعال واکنش نشان می دهد، به عنوان مثال با کلسیم، تشکیل کلسیم هیدرید کلسیم: Ca + H 2 \u003d SAN 2 و با تک فلزی فلورین، تشکیل هیدروژن فلورین: F 2 + H 2 \u003d 2HF با اکثر فلزات و هیدروژن غیر فلزات واکنش نشان می دهد در دمای بالا یا با اثر متفاوت به عنوان مثال هنگام روشنایی. این می تواند اکسیژن را از برخی از اکسید ها خارج کند، مثلا: CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 0 معادله ثبت شده نشان دهنده واکنش بهبودی است. واکنش های بهبودی فرآیندهای نامیده می شود، در نتیجه اکسیژن از ترکیب گرفته می شود؛ مواد سازگار با اکسیژن عامل های کاهش دهنده (در همان زمان خود را اکسید شده اند) نامیده می شوند. بعد، تعریف دیگری از مفاهیم "اکسیداسیون" و "بازیابی" داده خواهد شد. و این تعریف، از لحاظ تاریخی، معنی و در حال حاضر، به ویژه در شیمی آلی، حفظ می کند. پاسخ بازیابی مخالف واکنش اکسیداسیون است. هر دو این واکنش ها همیشه به عنوان یک فرایند ادامه می دهند: هنگام اکسیداسیون (بازیابی) یک ماده واحد، به طور همزمان بهبودی (اکسیداسیون) دیگری تعریف می شود.

n 2 + 3H 2 → 2 nh 3

با اشکال هالوژن پرورش هالوژن:

F 2 + H 2 → 2 HF، واکنش با انفجار در تاریکی و در هر دمای، CL 2 + H 2 → 2 HCL، واکنش با یک انفجار، تنها در نور ادامه می یابد.

با بخار با حرارت قوی ارتباط برقرار کنید:

C + 2H 2 → CH 4

تعامل با فلزات قلیایی و گاز زمین

اشکال هیدروژن با فلزات فعال هیدرید:

Na + H 2 → 2 NAH Ca + H 2 → CAH 2 Mg + H 2 → MGH 2

هیدرید - شور، جامد، به راحتی هیدرولیز شده:

CAH 2 + 2H 2 O → CA (OH) 2 + 2H 2

تعامل با اکسید فلزات (معمولا عناصر D)

اکسید ها به فلزات بازگردانده می شوند:

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

هیدروژناسیون ترکیبات آلی

تحت عمل هیدروژن بر روی هیدروکربن های غیر اشباع در حضور کاتالیزور نیکل و درجه حرارت بالا، یک واکنش رخ می دهد هیدروژن سازی:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -ch 3

هیدروژن آلدهید ها را به الکل بازگرداند:

CH 3 Cho + H 2 → C 2 H 5 OH.

ژئوشیمی هیدروژن

هیدروژن مواد اصلی ساختمان جهان است. این شایع ترین عنصر است، و تمام عناصر از آن به عنوان یک نتیجه از واکنش های هسته ای و هسته ای تشکیل شده است.

هیدروژن H 2 آزاد نسبتا به ندرت در گازهای زمین یافت می شود، اما به شکل آب، مشارکت بسیار مهمی در فرایندهای ژئوشیمیایی دارد.

مواد معدنی هیدروژن را می توان در قالب یون آمونیوم، یون هیدروکسیل و آب بلوری قرار داد.

در اتمسفر، هیدروژن به طور مداوم به عنوان یک نتیجه از تجزیه آب توسط تابش خورشید تشکیل شده است. این به لایه های بالایی جو مهاجرت می کند و به فضا ناپدید می شود.

کاربرد

• انرژی هیدروژن

هیدروژن اتمی برای جوشکاری هیدروژنی اتمی استفاده می شود.

در صنایع غذایی، هیدروژن به عنوان یک افزودنی غذایی ثبت می شود E949مانند گاز بسته بندی

ویژگی های گردش خون

هیدروژن در مخلوط با هوا یک مخلوط انفجاری تشکیل می دهد - به اصطلاح گاز موش صحرایی. این گاز دارای بزرگترین انفجار با حجم هیدروژن و اکسیژن 2: 1 یا هیدروژن و هوا حدود 2: 5 است، زیرا در هوا اکسیژن حاوی حدود 21 درصد است. همچنین هیدروژن آتش سوزی خطرناک است. هیدروژن مایع هنگام ظاهر شدن بر روی پوست می تواند موجب یخبندان شدید شود.

غلظت انفجاری هیدروژن با اکسیژن از 4٪ تا 96٪ از حجم ها بوجود می آید. با مخلوط با هوا از 4٪ به 75 (74)٪ از حجم.

با استفاده از هیدروژن

در صنایع شیمیایی، هیدروژن در تولید آمونیاک، صابون و پلاستیک استفاده می شود. در صنایع غذایی با هیدروژن از روغن های گیاهی مایع باعث می شود مارگارین. هیدروژن بسیار ریه است و در هوا همیشه افزایش می یابد. هنگامی که سازمان ها و بالن ها با هیدروژن پر شده بودند. اما در 30 سالگی. قرن xx هنگامی که هواپیما منفجر شد و سوزانده شد، چندین فاجعه وحشتناک وجود داشت. امروزه هواپیما با هلیوم گاز پر شده است. هیدروژن نیز به عنوان سوخت موشک استفاده می شود. روزی هیدروژن ممکن است به طور گسترده ای به عنوان سوخت برای مسافر و کامیون استفاده شود. موتورهای هیدروژن محیط زیست را آلوده نمی کنند و تنها بخار آب را تخصیص می دهند (هرچند، هیدروژن به دست آوردن به برخی از آلودگی محیط زیست منجر می شود). خورشید ما عمدتا شامل هیدروژن است. گرمای خورشیدی و نور ناشی از انتشار انرژی هسته ای در طول ادغام هسته های هیدروژن است.

استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت (بهره وری اقتصادی)

مهمترین ویژگی های مواد مورد استفاده به عنوان سوخت گرما از احتراق است. از دوره شیمی عمومی شناخته شده است که واکنش تعامل هیدروژن با اکسیژن با انتشار گرما رخ می دهد. اگر شما 1 مول H 2 (2 گرم) و 0.5 مول O 2 (16 گرم) را تحت شرایط استاندارد قرار دهید و واکنش را تحریک کنید، سپس با توجه به معادله

H 2 + 0.5 O 2 \u003d H 2 O

پس از اتمام واکنش، 1 MOL H 2 O (18 گرم) با انتشار انرژی از 285.8 kJ / mol تشکیل شده است (برای مقایسه: گرما احتراق استیلن 1300 kJ / mol، پروپان - 2200 kJ / mol) . 1 m³ هیدروژن وزن 89.8 گرم (44.9 مول). بنابراین، 12832.4 کیلوگرم انرژی برای به دست آوردن 1 m³ هیدروژن صرف می شود. با توجه به این واقعیت که 1 کیلو وات H \u003d 3600 KJ، ما 3.56 کیلووات ساعت برق را دریافت می کنیم. دانستن تعرفه برای 1 کیلو وات برق و هزینه 1 m³ گاز، ممکن است در مورد امکان انتقال انتقال به سوخت هیدروژن، نتیجه گیری شود.

به عنوان مثال، مدل تجربی نسل های هوندا FCX 3 با مخزن هیدروژن 156 لیتر (شامل 3.12 کیلوگرم هیدروژن تحت فشار 255 مگاپاسکال) درایو 355 کیلومتر است. بر این اساس، 123.8 کیلووات ساعت از 3.12 کیلوگرم H2 به دست می آید. در 100 کیلومتر، مصرف انرژی 36.97 کیلووات ساعت خواهد بود. دانستن هزینه برق، هزینه گاز یا بنزین، مصرف آنها برای ماشین در هر 100 کیلومتر، محاسبه اثر اقتصادی منفی انتقال خودرو به سوخت هیدروژن آسان است. بیایید بگوییم (روسیه 2008)، 10 سنت به ازای هر کیلووات ساعت برق منجر به این واقعیت می شود که 1 m³ هیدروژن منجر به قیمت 35.6 سنت می شود و با توجه به کارایی تجزیه آب 40-45 سنت، همان تعداد KWH · H از بنزین 12832،4 کیلوگرم / 42000 کیلوگرم / 0.7 کیلوگرم / L * 80Tesunts / L \u003d 34 سنت در قیمت خرده فروشی، در حالی که برای هیدروژن، ما گزینه ای کامل را بدون توجه به حمل و نقل، استهلاک تجهیزات و غیره محاسبه کردیم متان با انرژی احتراق حدود 39 مگابایت در M³ نتیجه به دلیل تفاوت در قیمت کمتر از دو تا چهار برابر خواهد بود (1M³ برای اوکراین هزینه 179 دلار، و برای اروپا 350 دلار). به عبارت دیگر، مقدار معادل متان 10 تا 20 سنت هزینه خواهد داشت.

با این حال، ما نباید فراموش کنیم که هنگام سوزاندن هیدروژن، آب تمیز را از آن استخراج می کنیم. به این ترتیب، ما تجدید پذیر هستیم پنگ انرژی بدون آسیب رساندن به محیط زیست، در مقایسه با گاز یا بنزین، که منابع اولیه انرژی هستند.

پی اچ پی در خط 377 هشدار: نیاز به (http: //www..php): نتواند جریان را باز کند: هیچ بسته بندی مناسب در /hsphere/local/home/winexins/sight/tab/vodorod.php در خط 377 یافت نشد ERROR: مورد نیاز (): باز کردن باز شدن مورد نیاز "http: //wwwww.php" (شامل_path \u003d ".. پی اچ پی در خط 377

هیدروژن H شایع ترین عنصر در جهان است (حدود 75٪ وزن)، بر روی زمین - شيوع نهم. مهمترین ترکیب طبیعی هیدروژن آب است.
هیدروژن اول در سیستم دوره ای (Z \u003d 1) رتبه بندی می شود. این ساده ترین ساختار اتم است: هسته اتم - 1 پروتون، توسط یک ابر الکترونی متشکل از 1 الکترون احاطه شده است.
در برخی شرایط، هیدروژن دارای خواص فلز (به الکترون می دهد)، در دیگران - غیر فلزی (دریافت الکترون).
در طبیعت، ایزوتوپ های هیدروژنی وجود دارد: 1n - تاریخ (هسته شامل یک پروتون)، 2n - deuterium (D - هسته شامل یک پروتون و یک نوترون)، 3H - تریتیوم (T - هسته شامل یک پروتون و دو نوترون).

هیدروژن مواد ساده

مولکول هیدروژن شامل دو اتم است که توسط یک پیوند غیر قطبی کووالانتی متصل می شود.
مشخصات فیزیکی. هیدروژن یک گاز غیر سمی بی رنگ بدون بوی و طعم است. مولکول هیدروژن قطبی نیست. بنابراین، نیروهای تعامل بین مولکولی در هیدروژن گاز هیدروژن. این در دمای پایین جوش (-252.6 0 درجه سانتیگراد) و ذوب (-259.2 0 درجه سانتیگراد) ظاهر می شود.
هیدروژن آسان تر از هوا است، D (توسط هوا) \u003d 0.069؛ اشتباه در آب حل می شود (در 100 حجم H2O، 2 حجم H2 حل می شود). بنابراین، هیدروژن هنگام به دست آوردن آن در آزمایشگاه می تواند با روش اکستروژن هوا یا آب جمع آوری شود.

به دست آوردن هیدروژن

در آزمایشگاه:

1. برابری اسیدهای رقیق شده به فلزات:
Zn + 2HCL → ZNCL 2 + H 2

2. بازیابی آب آلکالین و SH-Z با آب:
Ca + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3. هیدرید هیدرید: هیدرید های فلزی به راحتی با آب تجزیه می شوند تا قلیایی مناسب و هیدروژن را تشکیل دهند:
nah + h 2 o → naoh + h 2
SAH 2 + 2n 2 O \u003d SA (OH) 2 + 2n 2

4. برابری قلیایی برای روی یا آلومینیوم یا سیلیکون:
2Al + 2naoh + 6H 2 O → 2NA + 3H 2
Zn + 2koh + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2naoh + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. الکترولیز آب. برای افزایش هدایت الکتریکی آب، الکترولیت به آن اضافه می شود، به عنوان مثال Nao، H 2 SO 4 یا Na 2 SO 4. در کاتد، 2 حجم هیدروژن، بر روی حجم اکسیژن آند تشکیل شده است.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

تولید صنعتی هیدروژن

1. تبدیل متان با بخار آب، Ni 800 درجه سانتی گراد (ارزان ترین):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

در مجموع:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. زوج های آب از طریق کک داغ در 1000 درجه سانتیگراد:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

اکسید کربن به دست آمده از طریق آب جذب می شود، این روش 50 درصد از هیدروژن صنعتی به دست می آید.

3. حرارت متان به 350 درجه سانتیگراد در حضور یک کاتالیزور آهن یا نیکل:
SH 4 → C + 2N 2

4. الکترولیز KCL یا راه حل های آبی NaCl، مانند یک محصول جانبی:
2N 2 O + 2NACL → CL 2 + H 2 + 2NAOH

خواص شیمیایی هیدروژن

• در ترکیبات، هیدروژن همیشه یکنواخت است. این درجه اکسیداسیون +1 مشخص می شود، اما در هیدرید فلزات برابر با -1 است.
• مولکول هیدروژن شامل دو اتم است. ظهور ارتباط بین آنها به علت تشکیل یک جفت الکترون کلیه H: H یا H 2 است
• با توجه به این تعمیم الکترون ها، مولکول H 2 بیشتر انرژی پایدار تر از اتم های فردی است. برای شکستن مولکول ها به اتم ها در 1 مول، لازم است که انرژی 436 کیلوگرم را صرف کنید: H 2 \u003d 2N، ΔH ° \u003d 436 kJ / mol
• این نشان دهنده فعالیت نسبتا کوچک هیدروژن مولکولی در دمای طبیعی است.
• با بسیاری از غیر فلزات غیر فلزات، هیدروژن ترکیبات گازی نوع RN 4، RN 3، RN 2، RN.

1) با هالوژن ها شکل هالوژن را تشکیل می دهند:
H 2 + CL 2 → 2NSL.
در همان زمان با فلوئور، آن را منفجر می کند، با کلر و بروموم تنها زمانی که نورپردازی یا گرما را واکنش نشان می دهد، و تنها با ید تنها زمانی که گرم می شود، واکنش نشان می دهد.

2) با اکسیژن:
2n 2 + O 2 → 2n 2
با انتشار گرما در دمای طبیعی، واکنش به آرامی، بیش از 550 درجه سانتیگراد - با انفجار ادامه می یابد. مخلوطی از 2 حجم H 2 و 1 حجم 2، گاز موش نامیده می شود.

3) هنگامی که گرم می شود، به شدت با خاکستری واکنش نشان می دهد (بسیار سخت تر با سلنیوم و تلوریم):
H 2 + S → H 2 S (سولفید هیدروژن)،

4) با نیتروژن با تشکیل آمونیاک تنها بر روی کاتالیزور و در دمای بالا و فشار:
Zn 2 + N 2 → 2nn 3

5) با کربن در دمای بالا:
2n 2 + c → CH 4 (متان)

6) با فلزات قلیایی و قلیایی زمین هیدرید ها را تشکیل می دهند (هیدروژن - عامل اکسید کننده):
H 2 + 2LI → 2LIH
در هیدرید فلزات، یون هیدروژن منفی (درجه اکسیداسیون -1)، یعنی هیدرید Na + H به عنوان یک کلرید Na + Cl ساخته شده است -

با مواد پیچیده:

7) با اکسید فلزات (برای بازگرداندن فلزات):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3FE + 4N 2

8) با اکسید کربن (II):
CO + 2H 2 → CH 3 آه
سنتز - گاز (ترکیبی از هیدروژن و مونوکسید کربن) دارای ارزش عملی مهمی است، TC، بسته به درجه حرارت، فشار و کاتالیزور، ترکیبات مختلف ارگانیک تشکیل شده است، به عنوان مثال، NSO، آن را در حال حاضر 3 و دیگران است.

9) هیدروکربن های غیر اشباع واکنش نشان می دهند با هیدروژن، حرکت به اشباع:
با n 2n + h 2 → c n 2n + 2.

اکسیژن شایع ترین عنصر بر روی زمین است. همراه با نیتروژن و تعداد کمی از گازهای دیگر، اکسیژن آزاد فضای زمین را تشکیل می دهد. محتوای آن در هوا به میزان 20.95٪ با حجم یا وزن 23.15٪ است. در پوسته زمین، 58٪ اتم ها اتم های اکسیژن متصل هستند (47٪ وزن). اکسیژن بخشی از آب است (ذخایر اکسیژن محدود شده در هیدروسفر فوق العاده بزرگ)، سنگ ها، بسیاری از مواد معدنی و نمک، شامل چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها، که از آن موجودات زنده تشکیل شده است. تقریبا تمام اکسیژن آزاد زمین به وجود آمد و به عنوان یک نتیجه از فرایند فتوسنتز ادامه یافت.

مشخصات فیزیکی.

اکسیژن - گاز بدون رنگ، طعم و بوی، کمی سنگین تر هوا. در آب، یک حلال کوچک (در 1 لیتر آب در 20 درجه، 31 میلی لیتر اکسیژن حل شده است)، اما هنوز هم بهتر از سایر گازهای اتمسفر است، بنابراین آب با اکسیژن غنی شده است. تراکم اکسیژن تحت شرایط عادی 1.429G / L است. در دمای -183 0 C و فشار 101،325 کیلوگرم اکسیژن به حالت مایع می رود. اکسیژن مایع دارای یک رنگ آبی رنگ است، به یک میدان مغناطیسی تبدیل می شود و در -218.7 درجه سانتیگراد، کریستال های آبی را تشکیل می دهد.

اکسیژن طبیعی دارای سه ایزوتوپ حدود 16، حدود 17، حدود 18 سال است.

allotropy- توانایی عنصر شیمیایی به شکل دو یا چند ماده ساده، تنها در تعداد اتم ها در مولکول یا ساختار متفاوت است.

ازن حدود 3 - در لایه های بالایی اتمسفر در ارتفاع 20 تا 25 کیلومتر از سطح زمین وجود دارد و به اصطلاح "لایه اوزون" را تشکیل می دهد که از زمین از اشعه ماوراء بنفش مخرب خورشید محافظت می کند؛ بنفش رنگارنگ، سمی در مقادیر زیادی با بوی خاص، تیز، اما دلپذیر. نقطه ذوب - 192.7 0 ثانیه، نقطه جوش 111.9 0 C. در آب، محلول بهتر از اکسیژن است.

ازن یک عامل اکسید کننده قوی است. فعالیت اکسیداتیو آن بر اساس توانایی مولکول به تجزیه با انتشار اکسیژن اتمی است:

این بسیاری از مواد ساده و پیچیده را اکسید می کند. با برخی از فلزات، فرم های Ozonides، به عنوان مثال، Potassia Ozonide:

K + O 3 \u003d KO 3

ازن در دستگاه های خاص به دست می آید - از همکاران. در آنها، تحت عمل تخلیه الکتریکی، تبدیل اکسیژن مولکولی به اوزون:

یک واکنش مشابه تحت عمل رعد و برق رخ می دهد.

استفاده از ازن به علت خواص اکسیداتیو قوی آن است: آن را برای سفید کردن بافت، ضد عفونی آب آشامیدنی، پزشکی به عنوان یک ضد عفونی کننده استفاده می شود.

استنشاق اوزون در مقادیر زیاد مضر است: این غشاهای مخاطی چشم ها و اندام های تنفسی را آزار می دهد.

خواص شیمیایی.

در واکنش های شیمیایی با اتم های دیگر عناصر (به غیر از فلورین)، اکسیژن ویژگی های انحصاری اکسیداتیو را نشان می دهد

مهمترین اموال شیمیایی توانایی تشکیل اکسید ها با تقریبا تمام عناصر است. در همان زمان، اکسیژن به طور مستقیم واکنش نشان می دهد، به ویژه هنگامی که گرم می شود.

به عنوان یک نتیجه از این واکنش ها به عنوان یک قاعده، اکسید شکل می گیرد، کمتر - پراکسید ها:

2SA + O 2 \u003d 2SAO

2VA + O 2 \u003d 2VAO

2NA + O 2 \u003d Na 2 O 2

اکسیژن به طور مستقیم با هالوژن ها، طلا، پلاتین، اکسید آنها به طور غیرمستقیم به دست نمی آید. هنگامی که گوگرد گرم، کربن، فسفر سوختگی در اکسیژن.

تعامل اکسیژن با نیتروژن تنها در دمای 1200 0 ثانیه یا در تخلیه الکتریکی آغاز می شود:

n 2 + o 2 \u003d 2no

با اکسیژن هیدروژن آب را تشکیل می دهد:

2n 2 + O 2 \u003d 2n 2

در روند این واکنش، مقدار قابل توجهی از گرما مشخص شده است.

مخلوطی از دو حجم هیدروژن با یک اکسیژن در طول انفجار احتراق؛ این گاز گازی نامیده می شود.

بسیاری از فلزات در تماس با اکسیژن هوا نابود می شوند - خوردگی. برخی از فلزات تحت شرایط عادی فقط از سطح (به عنوان مثال، آلومینیوم، کروم) اکسید می شوند. فیلم اکسید حاصل از تعامل بیشتر جلوگیری می کند.

4Al + 3O 2 \u003d 2AL 2 O 3

مواد پیچیده تحت شرایط خاص نیز با اکسیژن ارتباط برقرار می کنند. در عین حال، اکسید ها تشکیل می شوند و در برخی موارد - اکسید و مواد ساده.

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

هنگامی که ارتباط برقرار کردن با مواد پیچیده، اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند. در فعالیت اکسیداتیو اکسیژن، اموال مهم آن بر اساس توانایی پشتیبانی است احتراقمواد.

اکسیژن با هیدروژن همچنین ترکیبی را تشکیل می دهد - هیدروژن پراکسید H 2 O 2 یک مایع شفاف بی رنگ است با طعم رطوبت سوزش، به خوبی محلول در آب است. در نسبت شیمیایی پراکسید هیدروژن یک اتصال بسیار جالب است. آن را با ثبات پایین آن مشخص می شود: هنگام ایستادن، به آرامی در آب و اکسیژن تجزیه می شود:

H 2 O 2 \u003d H 2 O + O 2

نور، گرمایش، حضور قلیایی، تماس با عوامل اکسید کننده یا عوامل کاهش دهنده، روند تجزیه را تسریع می کند. درجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید هیدروژن \u003d - 1، I.E. این مقدار متوسط \u200b\u200bبین درجه اکسیداسیون اکسیژن در آب (-2) و در اکسیژن مولکولی (0) دارد، بنابراین پراکسید هیدروژن، دوگانگی Redox را نشان می دهد. خواص اکسیداتیو پراکسید هیدروژن بسیار قوی تر از کاهش است و آنها در رسانه های اسیدی، قلیایی و خنثی ظاهر می شوند.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O O

در سیستم دوره ای، هیدروژن در دو نوع کاملا مخالف در خواص گروه های عناصر قرار دارد. این ویژگی آن را کاملا منحصر به فرد می کند. هیدروژن به سادگی یک عنصر یا ماده نیست، بلکه بخشی جدایی ناپذیر از بسیاری از ترکیبات پیچیده، عنصر ارگانیک و بیوژنیک است. بنابراین، ما خواص و ویژگی های آن را در جزئیات بیشتر در نظر می گیریم.

جداسازی گاز سوخت در فرآیند تعامل بین فلزات و اسیدها در قرن XVI مشاهده شد، یعنی در طول تشکیل شیمی به عنوان علم. دانشمند معروف انگلیسی هنری کاوندیش از سال 1766 این ماده را مورد بررسی قرار داد و به نام "هوا قابل احتراق" داد. هنگام سوزاندن، این گاز به آب داد. متأسفانه، تعهد تئوری دانشمند Phlogiston (هیپوتون ماده "فرضیه") مانع از نتیجه گیری او شد.

شیمیدان فرانسوی و طبیعتگرای A. Lavoisier، همراه با مهندس J. بیشتر و با کمک Gasometers ویژه در سال 1783، یک سنتز آب، و پس از آن و تجزیه و تحلیل آن را با تجزیه بخار آب گرم آب گرم انجام داد. بنابراین، دانشمندان توانستند نتیجه های درست را به دست آورند. آنها دریافتند که "هوا قابل احتراق" نه تنها بخشی از آب است، بلکه می تواند از آن به دست آید.

در سال 1787، Lavoisier این فرض را مطرح کرد که گاز تحت مطالعه یک ماده ساده است و بر این اساس، به تعداد عناصر شیمیایی اولیه اشاره دارد. او او را هیدروژن (از کلمات یونانی از هویدور - آب + Gennao - خدا)، به عنوان مثال "Horing Water" نامید.

نام روسی "هیدروژن" در سال 1824 یک شیمیدان M. Solovyov پیشنهاد کرد. تعیین ترکیبات آب، پایان "تئوری Flogiston" را مشخص کرد. در اتصال قرن ها XVIII و XIX، مشخص شد که اتم هیدروژن بسیار سبک است (در مقایسه با اتم های دیگر عناصر) و جرم آن برای واحد اصلی مقایسه توده های اتمی پذیرفته شده است، به دست آوردن مقدار برابر با 1.

مشخصات فیزیکی

هیدروژن ساده ترین علم شناخته شده مواد است (14.4 برابر سبک تر از هوا)، تراکم آن 0.0899 گرم در لیتر (1 ATM، 0 درجه سانتیگراد) است. این ماده ذوب می شود (سخت) و جوش (مایع شده) به ترتیب در -259.1 درجه سانتی گراد و -252.8 درجه سانتیگراد (تنها هلیوم دارای جوش پایین و ذوب T °) است.

دمای بحرانی هیدروژن بسیار کم است (-240 درجه سانتیگراد). به همین دلیل، مایع سازی خود یک فرآیند پیچیده و هزینه است. فشار بحرانی ماده 12.8 کیلوگرم / سانتی متر مربع است و تراکم بحرانی 0.0312 گرم در سانتی متر است. در میان تمام گازها، هیدروژن دارای بیشترین هدایت حرارتی است: در 1 ATM و 0 درجه سانتیگراد، آن برابر با 0.174 w / (MHC) برابر است.

ظرفیت حرارتی خاص ماده تحت شرایط مشابه - 14.208 KJ / (CGKK) یا 3،394 کال / (GC ° C). این عنصر در آب محلول در آب (حدود 0.0182 میلی لیتر در گرم در 1 ATM و 20 درجه سانتیگراد) است، اما به خوبی در اکثر فلزات (نیکل، PT، PA و دیگران)، به ویژه در پالادیوم (تقریبا 850 جلد در هر PD) است.

با آخرین اموال، توانایی انتشار آن مرتبط است، در حالی که انتشار از طریق آلیاژ کربن (به عنوان مثال، فولاد) می تواند با تخریب آلیاژ به دلیل تعامل هیدروژن با کربن همراه باشد (این فرآیند به نام کربنیزاسیون نامیده می شود). در یک حالت مایع، ماده بسیار آسان است (تراکم - 0.0708 g / cm³ در t ° \u003d -253 ° C) و مایع (ویسکوزیته - 13.8 Scholasis تحت شرایط مشابه).

در بسیاری از ترکیبات، این عنصر دارای Valence +1 (درجه اکسیداسیون)، مانند سدیم و سایر فلزات قلیایی است. این معمولا به عنوان آنالوگ این فلزات محسوب می شود. بر این اساس، او گروه من از سیستم Mendeleev را هدایت می کند. در هیدرید فلزات، یون هیدروژن یک بار منفی را نشان می دهد (درجه اکسیداسیون در همان زمان -1)، یعنی Na + H- ساختار مشابه Na + Clloride دارد. مطابق با این و برخی از حقایق دیگر (مجاورت خواص فیزیکی عنصر "H" و هالوژن، توانایی جایگزینی آن با هالوژن ها در ترکیبات آلی) هیدروژن متعلق به گروه VII سیستم Mendeleev است.

در شرایط عادی، هیدروژن مولکولی دارای فعالیت کم است، به طور مستقیم تنها با فعال ترین غیر فلزات (با فلوئور و کلر، با دومی - در نور) متصل می شود. به نوبه خود، هنگامی که گرم می شود، آن را با بسیاری از عناصر شیمیایی تعامل می کند.

هیدروژن اتمی فعالیت شیمیایی را افزایش داده است (در مقایسه با مولکولی). با اکسیژن، فرمول را تشکیل می دهد:

N2 + ½2 \u003d n₂o،

برجسته سازی 285.937 KJ / MOL گرما یا 68،3174 کیلوکالری / مول (25 درجه سانتیگراد، 1 دستگاه خودپرداز). در شرایط درجه حرارت معمولی، واکنش به آرامی ادامه می یابد و در T °\u003e 550 ° C - غیر قابل کنترل است. محدودیت های انفجار مخلوطی از هیدروژن + اکسیژن در حجم 4-94٪ H2 و مخلوط هیدروژن + هوا - 4-74٪ H2 (مخلوطی از دو حجم H2 و یک حجم O2 گاز موش صحرایی نامیده می شود.

این عنصر برای بازگرداندن اکثر فلزات استفاده می شود، زیرا اکسیژن را با اکسید می گیرد:

Fe₃o + 4H₂ \u003d 3FE + 4N2O،

CuO + H2 \u003d Cu + H2O، و غیره

با هالوژن های مختلف، هیدروژن هیدروژن هیدروژن، به عنوان مثال:

N2 + CL2 \u003d 2NSL.

با این حال، هنگامی که واکنش های فلوئور، هیدروژن منفجر می شود (این در تاریکی، در دمای -252 درجه سانتیگراد رخ می دهد)، با بروم و کلر تنها زمانی که گرم یا روشنایی، و با ید، به طور انحصاری در هنگام گرم شدن واکنش نشان می دهد. هنگامی که تعامل با نیتروژن، آمونیاک تشکیل می شود، اما تنها بر روی کاتالیزور، در فشار بالا و درجه حرارت:

Zn2 + n2 \u003d 2nn₃.

هنگامی که گرما، هیدروژن به طور فعال با گوگرد واکنش نشان می دهد:

N2 + s \u003d h2S (سولفید هیدروژن)

و این بسیار سخت تر است - با تلوریم یا سلنیوم. با کربن خالص، هیدروژن بدون کاتالیزور واکنش نشان می دهد، اما در دمای بالا:

2n2 + c (آمورف) \u003d ch₄ (متان).

این ماده به طور مستقیم با برخی از فلزات (قلیایی، زمین قلیایی، زمین قلیایی و دیگر) واکنش نشان می دهد، به عنوان مثال:

H2 + 2LI \u003d 2LIH.

اهمیت عملی قابل ارزیابی، تعاملات هیدروژن و اکسید کربن (II) دارد. در این مورد، بسته به فشار، دما و کاتالیزور، ترکیبات مختلف ارگانیک تشکیل شده است: NSNO، CN₃ON، و غیره هیدروکربن های غیر اشباع در روند واکنش به اشباع منتقل می شوند، به عنوان مثال:

با n ₂ n + h2 \u003d c n ₂ n ₊2.

هیدروژن و ترکیبات آن نقش استثنایی در شیمی دارند. این باعث می شود خواص اسید T. n. اسید پروتونیک تمایل به تشکیل یک پیوند هیدروژنی با عناصر مختلفی دارد که تأثیر قابل توجهی بر خواص بسیاری از ترکیبات غیر معدنی و آلی دارند.

به دست آوردن هیدروژن

انواع اصلی مواد خام برای تولید صنعتی این عنصر گازهای پالایش، گاز های قابل احتراق و گاز کک هستند. همچنین از طریق الکترولیز از آب (در مکان هایی با برق مقرون به صرفه) به دست آمده است. یکی از مهمترین روش های تولید مواد طبیعی گاز طبیعی، تعامل کاتالیزوری هیدروکربن ها، عمدتا متان، با بخار آب (T.N. تبدیل) است. مثلا:

Ch₄ + H2O \u003d CO + Zn2.

اکسیداسیون ناقص هیدروکربن ها با اکسیژن:

Ch₄ + ½O22 \u003d CO + 2n2.

ترکیب اکسید کربن سنتز شده (II):

CO + N₂O \u003d SO + H2.

هیدروژن تولید شده از گاز طبیعی ارزان ترین است.

برای الکترولیز آب، جریان ثابت استفاده می شود، که از طریق یک راه حل NaOH یا CON منتقل می شود (اسیدها برای جلوگیری از خوردگی ابزارها استفاده نمی شود). در آزمایشگاه، مواد توسط الکترولیز آب یا به عنوان یک نتیجه از واکنش بین اسید هیدروکلریک و روی به دست می آید. با این حال، اغلب از مواد کارخانه آماده ساخته شده در سیلندرها استفاده می شود.

از گاز پالایش نفت و گاز کک، این عنصر با حذف تمام اجزای دیگر مخلوط گاز جدا شده است، زیرا آنها با خنک شدن عمیق آسان تر می شوند.

به طور صنعتی، این مواد حتی در پایان قرن XVIII نیز دریافت شد. سپس آن را برای پر کردن بالن استفاده شد. در حال حاضر، هیدروژن به طور گسترده ای در صنعت، به طور عمده در مواد شیمیایی، برای تولید آمونیاک استفاده می شود.

مصرف کنندگان توده ماده، تولید کنندگان متیل و سایر الکل ها، بنزین مصنوعی و بسیاری از محصولات دیگر هستند. آنها توسط سنتز اکسید کربن (II) و هیدروژن به دست می آیند. هیدروژن برای هیدروژنه سازی سوخت های مایع و جامد مایع، چربی ها و غیره استفاده می شود، برای سنتز HCL، هیدرولیک از محصولات نفتی، و همچنین برش / جوشکاری فلزات. مهمترین عناصر انرژی هسته ای ایزوتوپ های آن - تریتیوم و دوتریوم است.

نقش بیولوژیکی هیدروژن

حدود 10 درصد از توده های موجود زنده (به طور متوسط) بر این عنصر می افتد. این بخشی از آب و گروه های ضروری ترکیبات طبیعی، از جمله پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها، کربوهیدرات ها است. چرا خدمت می کند؟

این ماده نقش تعیین کننده ای را ایفا می کند: هنگام حفظ ساختار فضایی پروتئین ها (کواترنر)، در اجرای اصل مجاورت اسید نوکلئیک (یعنی در اجرای و ذخیره سازی اطلاعات ژنتیکی)، به طور کلی در "شناخت" در مولکولی مرحله.

هیدروژن یون H + در واکنش های پویای مهم / فرایندهای بدن قرار دارد. از جمله: در اکسیداسیون بیولوژیک، که سلول های زنده را با انرژی، در واکنش های بیوسنتز، در فتوسنتز در گیاهان، در فتوسنتز باکتریایی و نیتروژن، در حفظ تعادل اسید قلیایی و هوموستاز، در فرآیندهای حمل و نقل غشایی، فراهم می کند. همراه با کربن و اکسیژن، پایه عملکردی و ساختاری پدیده های زندگی را تشکیل می دهد.