Dlaczego woda nie spala, chociaż składa się z substancji palnych (wodór i tlenu). Wodór

Metody przemysłowe uzyskiwania prostych substancji zależą od tego, co formularz odpowiadający jest w naturze, czyli, że może to być surowce do jego przygotowania. Tak więc, tlen istniejący w stanie wolnym uzyskuje się metodą fizyczną - oddzielanie od płynnego powietrza. Wodór jest prawie całkowicie w postaci związków, więc metody chemiczne są używane do jej uzyskania. W szczególności można stosować reakcje rozkładu. Jedną z metod uzyskiwania wodoru jest reakcja rozkładu wody przez porażenie prądem.

Główną metodą przybierania wodoru jest reakcją z wodą metanu, która jest częścią gazu ziemnego. Jest prowadzony w wysokich temperaturach (łatwo jest upewnić się, że gdy metan przechodzi, nawet przez wrzącą wodę, nie ma reakcji):

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

W laboratorium, niekoniecznie naturalne surowce stosowane są do uzyskania prostych substancji, ale wybrać substancje źródłowe, których łatwiej jest wybrać niezbędną substancję. Na przykład, w tlen laboratoryjny nie jest uzyskany z powietrza. To samo dotyczy wytwarzania wodoru. Jedna z metod laboratoryjnych do wytwarzania wodoru, który czasami jest używany w branży - rozszerzenie wody ze skokiem elektrycznym.

Zwykle laboratoria wodorowe uzyskuje się przez interakcję cynku z kwasem chlorowodorowym.

W przemyśle

1.Elektroliza wodnych soli:

2NACl + 2H2O → H2 + 2NAOH + CL 2

2.Przenoszenie pary wodnej nad gorącą koką W temperaturze około 1000 ° C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Z gazu ziemnego.

Konwersja wodą Steam: CH 4 + H2O ⇄ CO + 3H2 (1000 ° C) Utlenianie katalityczne z tlenem: 2CH 4 + O2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Krquen i reformowanie węglowodorów w procesie rafinacji ropy naftowej.

W laboratorium

1.Efekt rozcieńczonych kwasów do metali. Wykonanie tak często stosuje się tak często stosowaną reakcję, cynk i kwas chlorowodorowy:

Zn + 2HCl → ZNCL 2 + H 2

2.Interakcja wapnia z wodą:

CA + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3.Hydrolizy wodoodporne:

Nah + H2O → NaOH + H 2

4.Action alkalis na cynku lub aluminium:

2AL + 2NAOH + 6H2O → 2NA + 3H2 ZN + 2KOH + 2H2O → K2 + H 2

5.Z pomocą elektrolizy. W przypadku elektrolizy wodnych roztworów alkalicznych lub kwasów na katodzie jest zwolniony, na przykład:

2H3 O + + 2E - → H2 + 2H 2 o

• Bioreaktor do produkcji wodoru

Właściwości fizyczne

Gazowy wodór może występować w dwóch formach (modyfikacji) - w postaci orto i para-wodoru.

W cząsteczce ortodorodowej (tak pl. -259.10 ° C, t. KIP. -252.56 ° C) Spiny jądrowe są skierowane w równo (równolegle), aw Paravodorod (m. Pl. -259,32 ° C, t. KIP. -252,89 ° C) - naprzeciwko do siebie (przeciw równolegle).

Możliwe jest podzielone formularze altropii wodorowej pod kątem aktywnym w temperaturze ciekłej azotu. W bardzo niskich temperaturach równowaga między ortoperem a wodoodpornością jest prawie na celu do tego ostatniego. W 80 do współczynnika formularza około 1: 1. Desorbed paralodina pod ogrzewaniem zamienia się w ortodoksydowy do tworzenia równowagi w temperaturze pokojowej mieszaniny (orto-pary: 75:25). Bez katalizatora transformacja występuje powoli, co umożliwia zbadanie właściwości poszczególnych form alotropowych. Molekuła wodoru Dvkhatomna - H₂. W normalnych warunkach jest gaz bez koloru, zapachu i smaku. Wodór jest najłatwiejszym gazem, jego gęstość jest wiele razy mniejsza niż gęstość powietrza. Oczywiście, mniejsza waga cząsteczek, tym wyższa ich prędkość w tej samej temperaturze. Jak najłatwiejsze cząsteczki wodoru poruszają się szybciej niż cząsteczki dowolnego innego gazu, a zatem szybciej przenoszą ciepło z jednego korpusu do drugiego. Wynika z tego, że wodór ma najwyższą przewodność cieplną wśród substancji gazowych. Jego przewodność cieplna jest około siedem razy wyższa niż przewodność cieplna powietrza.

Właściwości chemiczne

Cząsteczki wodorowe H₂ są dość trwałe, a w celu uzyskania wodoru do wejścia do reakcji, należy wydać dużą energię: H2 \u003d 2N - 432 KJ, więc w normalnych temperaturach wodor reaguje z bardzo aktywnymi metali, na przykład z wapniem, tworzący wodorek wapnia: CA + H2 \u003d SAN 2 i za pomocą pojedynczego non-Metallol - fluor, tworzący wodór fluorowy: F 2 + H2 \u003d 2HF z większością metali i wodór bez metali reaguje w podwyższonych temperaturach lub innym efektem, na przykład podczas oświetlenia. Może "zablokować" tlen z niektórych tlenków, na przykład: CUO + H2 \u003d CU + H 2 0 Nagrane równanie odzwierciedla reakcję odzyskiwania. Reakcje odzyskiwania nazywane są procesami, w wyniku czego tlen jest pobierany ze związku; Spójne substancje tlenu nazywane są środki zmniejszające (jednocześnie same są utlenione). Następnie zostanie podana kolejna definicja koncepcji "utleniania" i "odzyskiwania". A ta definicja, historycznie najpierw zachowuje znaczenie, a teraz, zwłaszcza w chemii organicznej. Odpowiedź odzyskiwania jest przeciwieństwem reakcji utleniania. Oba te reakcje zawsze postępują w tym samym czasie co jeden proces: Podczas utleniania (odzyskiwania) pojedynczej substancji jest zdefiniowany jednocześnie odzyskiwanie (utlenianie) innego.

N2 + 3H 2 → 2 NH3

Z formami halogenowymi hodowla halogenowa:

F2 + H2 → 2 HF, reakcja przebiega do wybuchu w ciemności i w dowolnej temperaturze, CL2 + H2 → 2 HCl, reakcja przebiega do wybuchu, tylko w świetle.

W interakcja z szybkim ogrzewaniem:

C + 2H 2 → CH 4

Interakcja z metalami alkalicznymi i ziemnymi

Formy wodoru z metali aktywnych hydroki:

Na + H 2 → 2 Nah Ca + H 2 → CAH 2 mg + H 2 → MGH 2

Hydroki - Saline, ciała stałe, łatwo hydrolizowane:

CAH 2 + 2H2O → CA (OH) 2 + 2H 2

Interakcja z tlenkami metali (zwykle D-Elements)

Tlenki są przywracane do metali:

CUO + H2 → CU + H2O FE2 O 3 + 3H2 → 2 FE + 3H2O WO 3 + 3H2 → W + 3H2O

Uwodornienie związków organicznych

Zgodnie z działaniem wodoru na nienasyconych węglowodorów w obecności katalizatora niklu i podwyższoną temperaturę, reakcja występuje uwodornienie:

CH2 \u003d CH2 + H 2 → CH3 -CH 3

Wodór przywraca aldehydów do alkoholi:

CH3 CHO + H 2 → C2H5 OH.

Geochemia wodoru

Wodór jest głównym materiałem budowlanym wszechświata. Jest to najczęstszy element, a wszystkie elementy są uformowane z niego w wyniku termonuklearnych i reakcji jądrowych.

Wolny wodór H2 jest stosunkowo rzadko występujący w gazach Ziemi, ale w postaci wody wymaga niezwykle ważnego uczestnictwa w procesach geochemicznych.

Minerały wodorowe mogą być zawarte w postaci jonów amonu, jonów hydroksylowych i wody krystalicznej.

W atmosferze wodór jest stale uformowany w wyniku rozkładu wody przez promieniowanie słoneczne. Migruje do górnych warstw atmosfery i znika w przestrzeni.

Podanie

• Energia wodoru

Wodór atomowy stosuje się do spawania wodoru atomowego.

W przemyśle spożywczym wodór jest zarejestrowany jako dodatek do żywności E949.jak gaz pakujący.

Cechy obiegu

Wodór w mieszaninie z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową - tzw. Gaz szczura. Gaz ten ma największą eksplozjęzywność z objętością wodoru i tlenu 2: 1, lub wodoru i powietrza około 2: 5, ponieważ w powietrzu tlenu zawiera około 21%. Również wodór jest niebezpieczny. Ciekły wodór podczas pojawienia się na skórze może spowodować poważne odmrożenie.

Wybuchowe stężenia wodoru z tlenem pojawiają się od 4% do 96% objętościowej. Z mieszaniną z powietrzem od 4% do 75 (74)% objętościowego.

Stosując wodór

W przemyśle chemicznym wodór stosuje się do produkcji amoniaku, mydła i tworzyw sztucznych. W przemyśle spożywczym z wodorem z płynnych olejów roślinnych wykonują margarynę. Wodór jest bardzo płuc, aw powietrzu zawsze wznosi się. Raz na agencjach i balonów wypełniono wodorem. Ale w 30s. XX wiek. Było kilka strasznych katastrofów, gdy airships eksplodowały i spalone. W dzisiejszych czasach sterowce są wypełnione helem gazowym. Wodór jest również używany jako paliwo rakietowe. Pewnego dnia wodór może być szeroko stosowany jako paliwo dla pasażerów i ciężarówek. Silniki wodorowe nie zanieczyszczają środowiska i przydzielają tylko pary wodnej (choć bardzo uzyskiwanie wodoru prowadzi do niektórych zanieczyszczeń środowiskowych). Nasze słońce składa się głównie z wodoru. Ciepło słoneczne i światło są wynikiem uwalniania energii jądrowej podczas połączenia jąder wodoru.

Stosując wodór jako paliwo (efektywność ekonomiczna)

Najważniejszą cechą substancji stosowanych jako paliwa jest ich ciepło spalania. Od kursu chemii ogólnej wiadomo, że reakcja interakcji wodoru z tlenem występuje z uwalnianiem ciepła. Jeśli weźmiesz 1 mol H2 (2 g) i 0,5 mol o2 (16 g) w standardowych warunkach i podnieśli reakcję, a następnie zgodnie z równaniem

H2 + 0,5 o 2 \u003d H2O

po zakończeniu reakcji, 1 mol H2O (18 g) powstaje z uwalnianiem energii z 285,8 kJ / mola (dla porównania: ciepło spalania acetylenu wynosi 1300 kJ / mol, propan - 2200 kj / mol) . 1 m³ wodoru waży 89,8 g (44,9 mol). Dlatego 12832,4 kJ energii zostanie wydane na uzyskanie 1 m³ wodoru. Biorąc pod uwagę fakt, że 1 kW · h \u003d 3600 KJ, otrzymujemy 3,56 kWh energii elektrycznej. Znając taryfę na 1 kW energii elektrycznej i koszt 1 m³ gazu, możliwe jest stwierdzenie o wykonalności przejścia do paliwa wodorowego.

Na przykład, eksperymentalny model generacji Hondy FCX 3 z zbiornikiem wodoru 156 L (zawiera 3,12 kg wodoru pod ciśnieniem 25 MPa) 355 km. Odpowiednio, 123,8 kWh otrzymuje się od 3,12 kg H2. Przy 100 km, zużycie energii wynosi 36,97 kWh. Znając koszt energii elektrycznej, koszt gazu lub benzyny, ich zużycie samochodu na 100 km jest łatwe do obliczenia negatywnego efektu ekonomicznego przejścia samochodowego do paliwa wodorowego. Powiedzmy (Rosja 2008), 10 centów za kWh energii elektrycznej prowadzi do faktu, że 1 m³ wodoru prowadzi do ceny 35,6 centów i biorąc pod uwagę wydajność rozkładu wody 40-45 centów, taką samą liczbę kWh · H z benzyny spalania 12832,4 kg / 42000 kj / 0,7 kg / l * 80tesunts / L \u003d 34 centów w cenach detalicznych, podczas gdy do wodoru obliczymy doskonałą opcję, bez uwzględnienia transportu, amortyzacji sprzętu itp Metan z energią spalinową około 39 mj na M3 wynik będzie poniżej dwóch do czterech razy ze względu na różnicę w cenie (1 m³ na Ukrainę kosztuje 179 USD, a dla Europy 350 USD). Oznacza to, że równoważna ilość metanu będzie kosztować 10-20 centów.

Nie powinniśmy jednak zapominać, że podczas spalania wodoru otrzymujemy czystą wodę, z której został wydobywany. To znaczy, mamy odnawialne plash. Energia bez szkody dla środowiska, w przeciwieństwie do gazu lub benzyny, które są podstawowymi źródłami energii.

PHP ON LINE 377 OSTRZEŻENIE: Wymagaj (http: //www..php): Nie można otworzyć strumienia: Nie można znaleźć odpowiedniego opakowania/winxin/sight/tab/vodorod.php w linii 377 Fatal Błąd: Wymagaj (): Nieudana wymagana otwarcie "http: //www..php" (obejmuje_path \u003d ".. PHP w linii 377

Hydrogen H jest najczęstszym elementem we wszechświecie (około 75% wagowych), na Ziemi - dziewiąte częstotliwość. Najważniejszym naturalnym związkiem z wodoru jest woda.
Wodór pozytywnie w systemie okresowym (z \u003d 1). Posiada najprostszą strukturę atomu: Rdzeń Atom - 1 proton, jest otoczony chmurą elektronową składającą się z 1 elektronów.
W niektórych warunkach wodór wykazuje właściwości metalowe (podaje elektron), w innych - niemetalowych (odbieranie elektronu).
W naturze znajdują się izotopy wodorowe: 1N - daty (rdzeń składa się z jednego protonu), 2N - Deuter (D - Kernel składa się z jednego protonu i jednego neutronu), 3H - tryt (T - rdzeń składa się z jednego protonu i dwa neutrony).

Prosta substancja wodór

Cząsteczka wodoru składa się z dwóch atomów, połączonymi przez kowalencyjne wiązanie nie-polarne.
Właściwości fizyczne. Wodór jest bezbarwny nietoksyczny gaz bez zapachu i smaku. Cząsteczka wodoru nie jest polarna. W związku z tym siły związane z interakcją międzycząską w wodorze gazowym wodorowym. Jest to objawiane w niskich temperaturach wrzącej (-252.6 0 ° C) i topnienia (-259,2 0 ° C).
Wodór jest łatwiejszy niż powietrze, D (drogą powietrzną) \u003d 0,069; Zasadniczo rozpuszcza się w wodzie (w 100 objętości H2O, rozpuszcza się 2 objętości H2). Dlatego też wodór przy uzyskaniu go w laboratorium można zebrać metodami wytłaczania powietrza lub wody.

Uzyskanie wodoru

W laboratorium:

1. Równość rozcieńczonych kwasów do metali:
Zn + 2HCl → ZNCL 2 + H 2

2. Odzyskiwanie wody alkalicznej i sh-z wodą:
CA + 2H 2 O → CA (OH) 2 + H 2

3. Wodorady wodoodporne: hydroki metalowe są łatwo rozłożone wodą do utworzenia odpowiedniego alkalii i wodoru:
Nah + H2O → NaOH + H 2
SAH 2 + 2N 2 O \u003d SA (OH) 2 + 2N 2

4. Equality alkalis dla cynku lub aluminium lub krzemu:
2AL + 2NAOH + 6H 2 O → 2NA + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H2O → K 2 + H 2
Si + 2NAOH + H2O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Elektroliza wody. Aby zwiększyć przewodność elektryczną wody, dodawana jest do niego elektrolit, na przykład NaO, H2SO4 lub Na2SO 4. Na katodzie utworzono 2 objętość wodoru na anodzie - 1 objętości tlenu.
2H 2O → 2H 2 + O 2

Produkcja przemysłowach wodoru

1. Konwersja metanu z pary wodną, \u200b\u200bNI 800 ° C (najtańsze):
CH 4 + H2O → CO + 3 H 2
CO + H2O → CO 2 + H 2

W całości:
CH 4 + 2 H2O → 4 H 2 + CO 2

2. Pary wody przez gorącą koks na 1000 o C:
C + H2O → CO + H 2
CO + H2O → CO 2 + H 2

Otrzymany tlenek węgla (IV) jest absorbowany wodą, sposób ten otrzymuje się o 50% wodoru przemysłowego.

3. Metan ogrzewania do 350 ° C w obecności katalizatora żelaza lub niklu:
SH 4 → C + 2N 2

4. Elektroliza wodnych roztworów KCL lub NaCl, jak produkt uboczny:
2N2 O + 2NACL → CL2 + H2 + 2NAOH

Właściwości chemiczne wodoru

• W związkach wodór jest zawsze monowalentny. Charakteryzuje się stopniem utleniania +1, ale we wodórzach metali jest równe -1.
• Cząsteczka wodoru składa się z dwóch atomów. Pojawienie się komunikacji między nimi jest spowodowane tworzeniem uogólnionej pary elektronów H: H lub H2
• Ze względu na to uogólnienie elektronów cząsteczka H 2 jest bardziej energetycznie stabilna niż poszczególne atomy. Aby przełamać cząsteczki do atomów w 1 molie, konieczne jest spędzenie energii 436 KJ: H2 \u003d 2N, ΔH ° \u003d 436 KJ / mol
• Wyjaśnia to stosunkowo małą aktywność wodoru molekularnego w normalnej temperaturze.
• Z wieloma nieetalnymi wodorem tworzy związki gazowe typu RN 4, RN 3, RN 2, RN.

1) Z halogenami tworzy rasy halogenowe:
H 2 + CL 2 → 2NSL.
W tym samym czasie z fluorem, eksploduje, z chlorami i bromoma reaguje tylko podczas oświetlenia lub ogrzewania oraz jodu tylko wtedy, gdy podgrzano.

2) z tlenem:
2N 2 + O 2 → 2N 2
Z uwalnianiem ciepła. W normalnych temperaturach reakcja wpływa powoli, powyżej 550 ° C - z eksplozją. Mieszanina 2 woluminów H2 i 1 objętość 2 nazywana jest gazem szczura.

3) Po podgrzaniu mocno reaguje z szarą (znacznie trudniejszą z selenem i tellurem):
H2 + S → H2S (siarkowodór),

4) z azotem z tworzeniem amoniaku tylko na katalizatorze i podwyższone temperatury i ciśnienia:
Zn2 + N2 → 2nn 3

5) Z węglem w wysokich temperaturach:
2N 2 + C → CH 4 (metan)

6) z alkalicznymi i alkalicznymi metali ziemskich tworzy wodorownice (środek wodoru - środek utleniający):
H 2 + 2LI → 2lih
w wodach metali, jon wodorowy naliczany jest negatywnie (stopień utleniania -1), czyli wodorek Na + H jest zbudowany jak chlorek Na + Cl -

Ze skomplikowanymi substancjami:

7) z tlenkami metali (używane do przywracania metali):
CUO + H 2 → CU + H2O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3FE + 4N 2

8) z tlenkiem węgla (II):
CO + 2H 2 → CH3 OH
Synteza - gaz (mieszanina wodoru i tlenku węgla) ma ważną wartość praktyczną, TC, w zależności od temperatury, ciśnienia i katalizatora, w zależności od temperatury, różnych związków organicznych, na przykład, jest to NSO, jest to już 3 i inne.

9) nienasycone węglowodory reagują z wodorem, przenosząc się do nasyconego:
Z N2N + H2 → C N2N + 2.

Tlen jest najczęstszym elementem na ziemi. Wraz z azotem i nieznaczną liczbą innych gazów, wolny tlen tworzy atmosferę Ziemi. Jego zawartość w powietrzu wynosi 20,95% objętościowej lub 23,15% wagowych. W skorupie ziemskiej 58% atomów jest atomami związanego tlenu (47% wagowych). Tlen jest częścią wody (rezerwy związanego tlenu w hydrofie są wyjątkowo duże), skały, wiele minerałów i soli, zawiera w tłuszczach, białek i węglowodanach, z których składają się żywe organizmy. Praktycznie cały wolny tlen Ziemi pojawił się i utrzymywał się w wyniku procesu fotosyntezy.

Właściwości fizyczne.

Tlen - gaz bez koloru, smaku i zapachu, trochę cięższe powietrze. W wodzie, mały rozpuszczalnik (w 1 litr wody w 20 stopniach rozpuszcza się 31 ml tlenu), ale nadal lepsze niż inne gazy atmosferyczne, dlatego woda jest wzbogacona o tlen. Gęstość tlenu w normalnych warunkach wynosi 1,429 g / l. W temperaturze -183 0 C i ciśnienie 101,325 kPa tlenu przechodzi do stanu ciekłego. Ciekły tlen ma niebieskawy kolor, rysuje w polu magnetycznym, a w -218,7 ° C, tworzy niebieskie kryształy.

Naturalny tlen ma trzy izotop około 16, około 17 około 18.

Alotropia- zdolność elementu chemicznego istnieje w postaci dwóch lub kilku prostych substancji, różniących się tylko w liczbie atomów w cząsteczce lub strukturze.

Ozon około 3 - istnieje w górnych warstwach atmosfery na wysokości 20-25 km od powierzchni ziemi i tworzy tak zwaną "warstwę ozonową", która chroni ziemię z destrukcyjnego promieniowania ultrafioletowego słońca; Blady fioletowy, trujący w dużych ilościach o określonym, ostrym, ale przyjemnym zapachem. Punkt topnienia wynosi - 192.7 0 s, temperatura wrzenia-111,9 0 C. W wodzie rozpuszczalna jest lepsza niż tlen.

Ozon jest silnym środkiem utleniającym. Jego aktywność oksydacyjna opiera się na zdolności cząsteczki do rozkładu za pomocą uwalniania atomowego tlenu:

Utlenia wiele prostych i złożonych substancji. Z niektórymi metali, ozonides formularza, na przykład, potassia ozonid:

K + O 3 \u003d KO 3

Ozon otrzymuje się w specjalnych urządzeniach - Ozonomators. W nich, pod działaniem rozładowania elektrycznego, konwersja tlenu molekularnego do ozonu:

Podobna reakcja występuje pod działaniem burzy.

Zastosowanie ozonu wynika z silnych właściwości oksydacyjnych: stosuje się do wybielania tkanek, dezynfekcji wody pitnej, w medycynie jako środek dezynfekujący.

Wdychanie ozonu w dużych ilościach jest szkodliwe: denerwuje błony śluzowe oczu i narządy oddechowe.

Właściwości chemiczne.

W reakcjach chemicznych z atomami innych elementów (z wyjątkiem fluoru) tlen wykazuje wyłącznie właściwości oksydacyjne

Najważniejszą właściwością chemiczną jest zdolność do tworzenia tlenków o prawie wszystkich elementach. W tym samym czasie, z większością substancji, tlen reaguje bezpośrednio, zwłaszcza gdy podgrzewany.

W wyniku tych reakcji z reguły powstają tlenki, rzadziej - nadtlenki:

2SA + O 2 \u003d 2SAO

2va + o 2 \u003d 2vao

2NA + O 2 \u003d Na2O2

Tlen nie wchodzi w interakcje bezpośrednio z halogenami, złotem, platyną, ich tlenków są pośrednio uzyskane. Kiedy podgrzewany siarka, węgiel, spalanie fosforu w tlenu.

Interakcja tlenu z azotem zaczyna się dopiero w temperaturze 1200 0 s lub w wyładowaniu elektrycznym:

N2 + o 2 \u003d 2NO

Przy wodorowych tlen tworzy wodę:

2N 2 + O2 \u003d 2N 2

W procesie tej reakcji podświetlona jest znaczna ilość ciepła.

Mieszanina dwóch wolumenów wodoru z jednym tlenem podczas eksplodowania zapłonu; Nazywa się, że grzechotany gaz.

Wiele metali w kontakcie z tlenem powietrza jest zniszczone - korozja. Niektóre metale w normalnych warunkach są utleniane tylko z powierzchni (na przykład aluminium, chrom). Uzyskaną folię tlenkową zapobiega dalszej interakcji.

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

Skomplikowane substancje w pewnych warunkach współdziałają również z tlenem. W tym samym czasie powstają tlenki, aw niektórych przypadkach - tlenki i proste substancje.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO2 + 2N 2

H 2 S + O2 \u003d 2SO2 + 2N 2

4NN 3 + ZO 2 \u003d 2N 2 + 6N 2

4CH 3 NH2 + 9O 2 \u003d 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

Podczas interakcji z złożonymi substancjami, tlen działa jako środek utleniający. Na aktywność oksydacyjną tlenu oparta jest jej ważną własnością - możliwość wsparcia spalaniesubstancje.

Tlen z wodorem tworzy również związek - nadtlenek wodoru H2O2 jest bezbarwny przezroczysty ciecz z płonącym środkiem ściągającym, dobrze rozpuszczalny w wodzie. W stosunku chemicznym nadtlenku wodoru jest bardzo ciekawym połączeniem. Charakteryzuje się niską stabilnością: gdy stojąc, powoli rozkłada się na wodę i tlen:

H 2 o 2 \u003d H 2 O + O2

Lekkie, ogrzewanie, obecność alkaliczna, kontakt z środkami utleniającymi lub środkami redukującymi przyspiesza proces rozkładu. Stopień utleniania tlenu w nadtlenku wodoru \u003d - 1, tj. Posiada średnią wartość między stopniem utleniania tlenu w wodzie (-2) i w tlenu cząsteczkowym (0), więc nadtlenek wodoru wykazuje dwoistość redoks. Właściwości oksydacyjne nadtlenku wodoru są znacznie silniejsze niż redukcja i pojawiają się w nośnikach kwaśnych, alkalicznych i neutralnych.

H2O2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O

W systemie okresowym wodór znajduje się w dwóch absolutnie przeciwieństwie do swoich właściwości grup elementów. Ta funkcja sprawia, że \u200b\u200bjest całkowicie wyjątkowy. Wodór nie jest po prostu elementem lub substancją, ale jest również integralną częścią wielu złożonych związków, elementu organogennego i biogennego. Dlatego pod uwagę jego właściwości i cechy bardziej szczegółowo.

Oddzielenie gazu paliwa w procesie interakcji między metalami a kwasami obserwowano w XVI wieku, czyli podczas tworzenia chemii jako nauki. Słynny angielski naukowiec Henry Cavendish zbadał substancję od 1766 r. I dał mu nazwę "Paintowalne powietrze". Podczas palenia ten gaz dał wodę. Niestety, zobowiązanie naukowej teorii flogistonu (hipotetycznego "hipoteku materii") uniemożliwiło mu dojść do właściwych wniosków.

Francuski chemik i przyrodnikiem A. Lavoisier, wraz z inżynierem J. więcej iz pomocy specjalnych gazometrów w 1783 r., Przeprowadził syntezę wody, a po jego analizie poprzez rozkładanie pary wodnej gorące żelazo. W ten sposób naukowcy byli w stanie dojść do właściwych wniosków. Okazało się, że "palne powietrze" jest nie tylko częścią wody, ale można go również uzyskać z niego.

W 1787 r. Lavoisier przedstawił założenie, że badanie gazu jest prostą substancją, a zatem odnosi się do liczby pierwotnych elementów chemicznych. Nazwał go hydrogen (z greckich słów hydrątrów - woda + gennoo - bóg), tj. "Horing Water".

Rosyjska nazwa "wodór" w 1824 r. Zaproponował chemik M. Solovyov. Określenie składu wody oznaczało koniec "teorii flogiston". Na skrzyżowaniu stuleci XVIII i XIX stwierdzono, że atom wodoru jest bardzo lekki (w porównaniu z atomami innych elementów), a jego masa została przyjęta dla głównej jednostki porównania mszaków atomowych, uzyskanie wartości równej 1.

Właściwości fizyczne

Wodór jest najłatwiejszy ze wszystkich znanych naukę substancji (14.4 razy lżejszy niż powietrze), jego gęstość wynosi 0,0899 g / l (1 ATM, 0 ° C). Ten materiał topi się (twardo) i wrzenia (skroplony), odpowiednio w -259,1 ° C i -252,8 ° C (tylko hel ma niższy wrzący i topienie T °).

Krytyczna temperatura wodoru jest wyjątkowo niska (-240 ° C). Z tego powodu jego upłynnia jest raczej skomplikowany i koszt. Ciśnienie krytyczne substancji wynosi 12,8 kgf / cm², a gęstość krytyczna wynosi 0,0312 g / cm³. Wśród wszystkich gazów wodór ma największa przewodność cieplna: w 1 ATM i 0 ° C równa się 0,174 W / (MHC).

Specyficzna pojemność cieplna substancji w tych samych warunkach - 14.208 KJ / (CGKK) lub 3,394 CAL / (GC ° C). Element ten jest słabo rozpuszczalny w wodzie (około 0,0182 ml / g przy 1 ATM i 20 ° C), ale dobrze - w większości metali (NI, PT, PA i innych), zwłaszcza w palladach (około 850 tomów na jeden PD).

Dzięki najnowszym właściwościom jego zdolność dyfuzji jest związana, podczas gdy dyfuzja w stosunku do stopu węgla (na przykład stalowa) może towarzyszyć zniszczenie stopu ze względu na interakcję wodoru z węglem (proces ten nazywany jest dekarbonizacją). W stanie ciekłym substancja jest bardzo łatwa (gęstość - 0,0708 g / cm³ w t ° \u003d -253 ° C) i płynu (lepkość - 13.8 Scholaza w tych samych warunkach).

W wielu związkach, ten element wykazuje Valence +1 (stopień utleniania), podobnie jak sód i inne metale alkaliczne. Zwykle uważany jest za analog tych metali. W związku z tym kieruje grupę I systemu MendeleEV. W wodach metali, jon wodoru pokazuje ujemny ładunek (stopień utleniania w tym samym czasie -1), czyli, Na + H- ma strukturę podobną do klapki na + chlorku. Zgodnie z tym i niektórymi innymi faktami (bliskość właściwości fizycznych elementu "H" i halogen, zdolność do zastąpienia go halogenami w związkach organicznych) Hydrogen należy do grupy VII systemu MendeleEEV.

W normalnych warunkach wodór molekularny ma niską aktywność, bezpośrednio łącząca się tylko z najbardziej aktywnymi niemetalami (z fluorem i chlorem, z tym drugim - w świetle). Z kolei po podgrzaniu współdziała z wieloma elementami chemicznymi.

Wodór atomowy zwiększył aktywność chemiczną (w porównaniu z molekularną). Z tlenem tworzy wodę o wzorze:

N₂ + ½₂ \u003d n₂o,

podświetlanie 285,937 KJ / ciepło molowe lub 68 3174 kcal / mol (25 ° C, 1 bankomat). W konwencjonalnych warunkach temperatur, reakcja wpływa dość powoli, a w t °\u003e \u003d 550 ° C - niekontrolowany. Granice wybuchowe mieszaniny wodoru + tlenu objętościowe wynoszą 4-94% H₂, a mieszaniny wodoru + powietrza - 4-74% H₂ (mieszanina dwóch woluminów H₂ i jednej objętości O₂ nazywana jest gaz szczura.

Element ten służy do przywrócenia większości metali, ponieważ wymaga tlenu przez tlenki:

FE₃O₄ + 4H₂ \u003d 3FE + 4N₂O,

CUO + H₂ \u003d CU + H₂O itp.

Z różnymi halogenami wodór wytwarza halogenowe sody wodorowe, na przykład:

N₂ + cl₂ \u003d 2nsl.

Jednakże, gdy reakcje z fluorem, eksploduje wodór (występuje w ciemności, w temperaturze -252 ° C), z bromem i chlorem reaguje tylko wtedy, gdy podgrzewasz lub oświetlenie i jod - wyłącznie po podgrzaniu. Podczas interakcji z azotem powstaje amoniak, ale tylko na katalizatorze, przy podwyższonych presjach i temperaturach:

Zn₂ + N₂ \u003d 2nn₃.

Po podgrzaniu wodór aktywnie reaguje z siarką:

N₂ + S \u003d H₂S (siarczowodór)

i jest o wiele trudniejsze - z tellurem lub selenem. Z czystym węglem wodorem reaguje bez katalizatora, ale w wysokich temperaturach:

2N₂ + C (amorficzne) \u003d CH₄ (metan).

Ta substancja bezpośrednio reaguje z niektórymi z niektórych metali (alkalicznych, alkalicznych Ziemi i innych), tworząc wodorki, na przykład:

H₂ + 2LI \u003d 2LIH.

Ważne znaczenie praktyczne ma interakcje wodoru i tlenku węgla (II). W tym przypadku, w zależności od ciśnienia, temperatury i katalizatora, powstają różne związki organiczne: NSNO, CN₃ON itp. Nasycone węglowodory w procesie reakcji przenoszą się na nasycony, na przykład:

Z n ₂ n + h₂ \u003d c n ₂ n ₊₂.

Wodór i jego związki odgrywają wyjątkową rolę w chemii. Powoduje to właściwości kwasowe T. N. Kwasy protonowe są skłonne do utworzenia wiązania wodoru o różnych elementach, które mają znaczący wpływ na właściwości wielu związków nieorganicznych i organicznych.

Uzyskanie wodoru

Głównymi rodzajami surowców do produkcji przemysłowej tego elementu są gazy rafinacji, naturalnych gazów palnych i kokskowych. Otrzymuje się również z wody przez elektroliza (w miejscach z przystępną elektrycznością). Jedną z najważniejszych sposobów wytwarzania materiału gazu ziemnego jest katalityczna interakcja węglowodorów, głównie metanu, z parą wodną (T.N. Konwersja). Na przykład:

CH₄ + H₂O \u003d CO + ZN₂.

Niekompletne utlenianie węglowodorów z tlenem:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2N₂.

Konwersja zsyntetyzowanym tlenkiem węgla (II):

CO + N₂O \u003d SO + H₂.

Wodór wytwarzany z gazu ziemnego jest najtańsze.

Do elektrolizy wody stosuje się prąd stałego, który jest przekazywany przez roztwór NaOH lub Con (kwasy nie są używane do uniknięcia korozji instrumentów). W laboratorium materiał otrzymuje się przez elektroliza wody lub w wyniku reakcji między kwasem chlorowodorowym a cynkiem. Jednak częściej stosuje się gotowy materiał fabryczny w cylindrach.

Z gazu rafinacji ropy naftowej i koksu, element ten jest izolowany przez usunięcie wszystkich innych składników mieszanki gazowej, ponieważ są łatwiejsze do upłynnice z głębokim chłodzeniem.

Przemysłowo, ten materiał zaczął otrzymywać nawet na końcu XVIII wieku. Następnie był używany do wypełnienia balonów. W tej chwili wodór jest szeroko stosowany w przemyśle, głównie w chemicznym, do produkcji amoniaku.

Masowych konsumentów substancji są producentami metylowych i innych alkoholi, benzyny syntetycznej i wielu innych produktów. Otrzymywane są przez syntezę tlenku węgla (II) i wodoru. Hydrogen stosuje się do uwodorniania ciężkich i stałych paliw ciekłych, tłuszczów itp., Do syntezy HCl, hydroleging produktów naftowych, a także w cięciu / spawaniu metali. Najważniejszym elementami energii jądrowej są jego izotopy - tryt i deuterium.

Biologiczna rola wodoru

Około 10% masy żywych organizmów (średnio) spada na ten element. Jest częścią wody i niezbędnych grup związków naturalnych, w tym białek, kwasów nukleinowych, lipidów, węglowodanów. Dlaczego to służy?

Materiał ten odgrywa decydującą rolę: przy utrzymaniu struktury przestrzennej białek (czwartorzędowa), we wdrażaniu zasady bezwzględności kwasu nukleinowego (tj. W realizacji i przechowywaniu informacji genetycznej), ogólnie w "Uznanie" w molekularnym poziom.

Ion wodór H + bierze udział w ważnych dynamicznych reakcjach / procesach w organizmie. W tym: w utlenianiu biologicznym, który zapewnia żywe komórki energii, w reakcjach biosyntezy, w fotosyntezie w roślinach, w fotosyntezie bakteryjnej i azotowaniu, w utrzymaniu równowagi kwasowo-alkalicznej i homeostazy, w procesach transportu membranowego. Wraz z węglem i tlenem tworzy funkcjonalne i strukturalne podstawy zjawisk życia.