Chemické reakce vodíku. Chemické vlastnosti halogenů

Vodík je nejrozšířenějším chemickým prvkem ve vesmíru. Je to on, kdo tvoří základ hořlavé hmoty Hvězd.

Vodík je prvním chemickým prvkem v periodické tabulce Mendělejeva. Jeho atom má nejjednodušší strukturu: jeden elektron rotuje kolem elementární částice „proton“ (jádro atomu):

Přírodní vodík se skládá ze tří izotopů: protium 1H, deuterium 2H a tritium 3H.

Úkol 12.1. Uveďte strukturu jader atomů těchto izotopů.

Pokud má atom vodíku na vnější úrovni jeden elektron, může pro něj vykazovat jedinou možnou valenci I:

Otázka. Vznikne dokončená vnější úroveň, když atom vodíku přijímá elektrony?

Atom vodíku tedy může přijímat i dávat jeden elektron, tj. je typickým nekovem. V žádný sloučeniny atom vodíku jeden miláček.

Jednoduchá látka "vodík" H 2- bezbarvý plyn bez zápachu, velmi lehký. Je špatně rozpustný ve vodě, ale vysoce rozpustný v mnoha kovech. Takže jeden objem palladia Рd absorbuje až 900 objemů vodíku.

Schéma (1) ukazuje, že vodík může být jak oxidačním činidlem, tak redukčním činidlem, které reaguje s aktivními kovy a mnoha nekovy:

Úkol 12.2. Určete, ve kterých reakcích je vodík oxidačním činidlem a ve kterých je redukčním činidlem. Všimněte si, že molekula vodíku se skládá ze dvou atomů.

Směs vodíku a kyslíku je „výbušný plyn“, protože při jejím zapálení dochází k silné explozi, která si vyžádala mnoho lidských životů. Pokusy, při kterých se uvolňuje vodík, proto musí být prováděny mimo oheň.

Nejčastěji se projevuje vodík obnovující vlastnosti, který se používá při získávání čistých kovů z jejich oxidů *:

* Hliník vykazuje podobné vlastnosti (viz lekce 10 - aluminotermie).

Mezi vodíkem a organickými sloučeninami probíhají různé reakce. Takže díky přidání vodíku ( hydrogenace) tekuté tuky se mění na pevné (více v lekci 25).

Vodík lze získat různými způsoby:

• Interakce kovů s kyselinami:

Úkol 12.3. hliník, měď a zinek s kyselinou chlorovodíkovou. V jakých případech reakce neproběhne? Proč? V případě potíží viz lekce 2.2 a 8.3;

• Interakce aktivních kovů s vodou:

Úkol 12.4. Napište rovnice pro takové reakce pro sodík, baryum, hliník, železo, olovo. V jakých případech reakce neproběhne? Proč? V případě potíží viz lekce 8.3.

V průmyslovém měřítku se vodík získává elektrolýzou vody:

stejně jako při průchodu vodní páry horkými železnými pilinami:

Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru. Tvoří většinu hmoty hvězd a podílí se na termonukleární fúzi – zdroj energie, kterou tyto hvězdy vyzařují.

Kyslík

Kyslík je nejběžnějším chemickým prvkem na naší planetě: více než polovinu atomů v zemské kůře tvoří kyslík. Látka kyslík O 2 tvoří asi 1/5 naší atmosféry a chemický prvek kyslík tvoří 8/9 hydrosféry (oceány).

V periodickém systému Mendělejeva má kyslík pořadové číslo 8 a je ve skupině VI druhého období. Struktura atomu kyslíku je tedy následující:

Kyslík, který má na vnější úrovni 6 elektronů, je typickým nekovem, tj. dva elektron až do dokončení vnější úrovně:

Proto kyslík v jeho sloučeninách vykazuje mocenství II a oxidačním stavu –2 (kromě peroxidů).

Atom kyslíku přijímáním elektronů projevuje vlastnosti oxidačního činidla. Tato vlastnost kyslíku je nesmírně důležitá: oxidační procesy probíhají při dýchání, metabolismu; oxidační procesy vznikají při spalování jednoduchých i složitých látek.

Spalování - oxidace jednoduchých a složitých látek doprovázené uvolňováním světla a tepla. Téměř všechny kovy a nekovy hoří nebo oxidují v kyslíkové atmosféře. V tomto případě se tvoří oxidy:

* Přesněji Fe 3 O 4 .

Při hoření v kyslíku komplexní látky vznikají oxidy chemické prvky, součástí původní látky. Pouze dusík a halogeny jsou emitovány jako jednoduché látky:

Druhá z těchto reakcí se používá jako zdroj tepla a energie v každodenním životě a průmyslu, protože metan CH 4 součástí zemního plynu.

Kyslík umožňuje zintenzivnit mnoho průmyslových a biologických procesů. Ve velkém množství se kyslík získává ze vzduchu a také elektrolýzou vody (a také vodíku). V malých množstvích jej lze získat rozkladem komplexních látek:

Úkol 12.5. Uspořádejte koeficienty ve zde uvedených reakčních rovnicích.

Voda

Vodu nelze ničím nahradit – tím se liší téměř od všech ostatních látek, které se na naší planetě vyskytují. Vodu lze nahradit pouze vodou samotnou. Bez vody není života: vždyť život na Zemi vznikl, když se na ní objevila voda. Život vznikl ve vodě, protože je přirozeným univerzálem solventní. Rozpouští a tedy mele všechny potřebné živiny a dodává je buňkám živých organismů. A v důsledku broušení se prudce zvyšuje rychlost chemických a biochemických reakcí. Navíc bez předchozího rozpuštění nemůže nastat 99,5 % (199 z každých 200) reakcí! (Viz také lekce 5.1.)

Je známo, že dospělý člověk by měl přijmout 2,5–3 litry vody denně, stejné množství se z těla vyloučí: to znamená, že v lidském těle je vodní bilance. Pokud je porušen, může člověk jednoduše zemřít. Například ztráta pouze 1-2% vody u osoby způsobuje žízeň a 5% zvyšuje tělesnou teplotu v důsledku porušení termoregulace: dochází k tlukotu srdce, objevují se halucinace. Při ztrátě 10 % a více vody v těle dochází ke změnám, které již mohou být nevratné. Osoba zemře na dehydrataci.

Voda je jedinečná látka. Jeho bod varu by měl být -80 °C (!), ale je to +100 °C. Proč? Protože mezi polárními molekulami vody se tvoří Vodíkové vazby:

Proto jsou led i sníh volné a zabírají větší objem než kapalná voda. Díky tomu led stoupá na hladinu vody a chrání obyvatele nádrží před zamrznutím. Čerstvě napadaný sníh obsahuje hodně vzduchu a je výborným tepelným izolantem. Pokud sníh pokryl zemi silnou vrstvou, byla zvířata i rostliny zachráněny před nejtěžšími mrazy.

Voda má navíc vysokou tepelnou kapacitu a je jakýmsi akumulátorem tepla. Proto je na pobřeží moří a oceánů podnebí mírné a dobře zavlažované rostliny trpí méně mrazem než suché.

Bez vody to nejde hydrolýza, chemická reakce, která nutně doprovází vstřebávání bílkovin, tuků a sacharidů, které jsou povinný složky naší stravy. V důsledku hydrolýzy se tyto složité organické látky rozkládají na nízkomolekulární látky, které jsou ve skutečnosti absorbovány živým organismem (podrobněji viz lekce 25–27). Procesy hydrolýzy jsme probrali v lekci 6. Voda reaguje s mnoha kovy i nekovy, oxidy, solemi.

Úkol 12.6. Napište reakční rovnice:

1. sodík + voda →
2. chlór + voda →
3. oxid vápenatý + voda →
4. oxid sírový (IV) + voda →
5. chlorid zinečnatý + voda →
6. křemičitan sodný + voda →

Změní to reakci média (pH)?

Voda je produkt mnoho reakcí. Například při neutralizační reakci a v mnoha OVR se nutně tvoří voda.

Úkol 12.7. Napište rovnice pro takové reakce.

závěry

Vodík je nejběžnějším chemickým prvkem ve vesmíru a kyslík je nejběžnějším chemickým prvkem na Zemi. Tyto látky mají opačné vlastnosti: vodík je redukční činidlo a kyslík je oxidační činidlo. Proto spolu snadno reagují a tvoří nejúžasnější a nejběžnější látku na Zemi - vodu.

Vodík H je chemický prvek, jeden z nejběžnějších v našem vesmíru. Hmotnost vodíku jako prvku ve složení látek je 75 % z celkového obsahu atomů jiného typu. Je součástí nejdůležitějšího a životně důležitého spojení na planetě – vody. Výrazná vlastnost vodíku je také fakt, že je prvním prvkem v periodické soustavě chemických prvků D. I. Mendělejeva.

Objevování a průzkum

První zmínky o vodíku v Paracelsových spisech se datují do šestnáctého století. Ale jeho izolace od směs plynů vzduchu a studiem hořlavých vlastností se zabýval již v sedmnáctém století vědec Lemery. Vodík důkladně prostudoval anglický chemik, fyzik a přírodovědec, který experimentálně dokázal, že hmotnost vodíku je ve srovnání s jinými plyny nejmenší. V následujících fázích rozvoje vědy s ním pracovalo mnoho vědců, zejména Lavoisier, který ho nazval „zrozením vody“.

Charakteristické podle pozice v PSCE

Prvek, který otevírá periodickou tabulku D. I. Mendělejeva, je vodík. Fyzikální a chemické vlastnosti atomu vykazují určitou dualitu, protože vodík je současně přiřazen k první skupině, hlavní podskupině, pokud se chová jako kov a v procesu chemické reakce odevzdá jeden elektron, a sedmá - v případě úplného zaplnění valenčního obalu, to znamená přijímací negativní částice, která ji charakterizuje jako podobnou halogenům.

Vlastnosti elektronické struktury prvku

Vlastnosti komplexních látek, ve kterých je obsažen, a nejjednodušší látky H 2 jsou primárně určeny elektronovou konfigurací vodíku. Částice má jeden elektron se Z= (-1), který rotuje na své dráze kolem jádra, obsahující jeden proton s jednotkovou hmotností a kladným nábojem (+1). Jeho elektronová konfigurace je zapsána jako 1s 1, což znamená přítomnost jedné záporné částice v úplně prvním a jediném s-orbitalu pro vodík.

Když se elektron oddělí nebo odevzdá a atom tohoto prvku má takovou vlastnost, že je příbuzný s kovy, získá se kation. Ve skutečnosti je vodíkový iont pozitivní elementární částice. Proto se vodík bez elektronu nazývá jednoduše proton.

Fyzikální vlastnosti

Stručně popisující vodík, je to bezbarvý, mírně rozpustný plyn s relativní atomovou hmotností 2, 14,5krát lehčí než vzduch, s teplotou zkapalňování -252,8 stupňů Celsia.

Ze zkušenosti lze snadno zjistit, že H2 je nejlehčí. K tomu stačí naplnit tři kuličky různými látkami - vodíkem, oxidem uhličitým, obyčejným vzduchem - a současně je uvolnit z ruky. Ten, který je naplněný CO 2, se dostane k zemi rychleji než kdokoli jiný, poté spadne nafouknutý vzduchovou směsí a ten obsahující H 2 se zvedne ke stropu.

Malá hmotnost a velikost částic vodíku ospravedlňují jeho schopnost proniknout skrz různé látky. Na příkladu stejné koule je to snadné ověřit, za pár dní se sama vyfoukne, protože plyn prostě projde gumou. Vodík se také může hromadit ve struktuře některých kovů (palladium nebo platina) a odpařovat se z ní, když teplota stoupá.

Vlastnost nízké rozpustnosti vodíku se v laboratorní praxi využívá k jeho izolaci metodou vytěsňování vodíku (hlavní parametry níže obsahuje tabulka) určující rozsah jeho použití a způsoby výroby.

Izotopové složení

Stejně jako mnoho dalších zástupců periodického systému chemických prvků má vodík několik přirozených izotopů, tedy atomů se stejným počtem protonů v jádře, ale jiné číslo neutrony - částice s nulovým nábojem a jednotkovou hmotností. Příkladem atomů, které mají podobnou vlastnost, jsou kyslík, uhlík, chlor, brom a další, včetně radioaktivních.

Fyzikální vlastnosti vodík 1H, nejběžnější ze zástupců této skupiny, se výrazně liší od stejných charakteristik svých protějšků. Liší se zejména vlastnosti látek, ve kterých jsou obsaženy. Existuje tedy obyčejná a deuterovaná voda, která ve svém složení obsahuje místo atomu vodíku s jedním protonem deuterium 2H - jeho izotop se dvěma elementárními částicemi: kladnými a nenabitými. Tento izotop je dvakrát těžší než běžný vodík, což vysvětluje zásadní rozdíl ve vlastnostech sloučenin, které tvoří. V přírodě je deuterium 3200krát vzácnější než vodík. Třetím zástupcem je tritium 3 H, v jádře má dva neutrony a jeden proton.

Metody získávání a izolace

Laboratorní a průmyslové metody jsou velmi odlišné. Takže v malých množstvích se plyn získává hlavně reakcemi, ve kterých minerály, a velkosériová výroba v více pomocí organické syntézy.

V laboratoři se používají následující chemické interakce:

V průmyslovém zájmu se plyn získává takovými metodami, jako jsou:

1. Tepelný rozklad metanu v přítomnosti katalyzátoru na jeho jednoduché látky (350 stupňů dosahuje hodnoty takového indikátoru, jako je teplota) - vodík H2 a uhlík C.
2. Procházení páry vody přes koks o teplotě 1000 stupňů Celsia za vzniku oxid uhličitý CO 2 a H 2 (nejběžnější metoda).
3. Přeměna plynného metanu na niklovém katalyzátoru při teplotě dosahující 800 stupňů.
4. Vodík je vedlejší produkt při elektrolýze vodných roztoků chloridů draselných nebo sodných.

Chemické interakce: obecná ustanovení

Fyzikální vlastnosti vodíku do značné míry vysvětlují jeho chování v reakčních procesech s tou či onou sloučeninou. Valence vodíku je 1, protože se nachází v první skupině v periodické tabulce a stupeň oxidace je jiný. Ve všech sloučeninách, kromě hydridů, je vodík v s.o. = (1+), v molekulách jako XH, XH2, XH3 - (1-).

Molekula vodíkového plynu, vytvořená vytvořením zobecněného elektronového páru, se skládá ze dvou atomů a je poměrně energeticky stabilní, proto při normální podmínky poněkud inertní a při změně normálních podmínek vstupuje do reakcí. V závislosti na stupni oxidace vodíku ve složení jiných látek může působit jako oxidační činidlo i jako redukční činidlo.

Látky, se kterými vodík reaguje a tvoří se

Elementární interakce za vzniku komplexních látek (často při zvýšených teplotách):

1. Alkalický kov a kov alkalických zemin + vodík = hydrid.
2. Halogen + H2 = halogenovodík.
3. Síra + vodík = sirovodík.
4. Kyslík + H 2 = voda.
5. Uhlík + vodík = metan.
6. Dusík + H 2 = amoniak.

Interakce s komplexními látkami:

1. Získávání syntézního plynu z oxidu uhelnatého a vodíku.
2. Získávání kovů z jejich oxidů pomocí H 2 .
3. Nasycení nenasycených alifatických uhlovodíků vodíkem.

vodíková vazba

Fyzikální vlastnosti vodíku jsou takové, že v kombinaci s elektronegativním prvkem mu umožňují vytvořit zvláštní typ vazby se stejným atomem ze sousedních molekul, které mají nesdílené elektronové páry (například kyslík, dusík a fluor). Nejjasnějším příkladem, na kterém je lepší uvažovat o takovém jevu, je voda. Dá se říci, že je prošitý vodíkovými můstky, které jsou slabší než kovalentní nebo iontové, ale vzhledem k tomu, že jich je hodně, mají výrazný vliv na vlastnosti látky. Vodíková vazba je v podstatě elektrostatická interakce, která váže molekuly vody do dimerů a polymerů, což vede k jejímu vysokému bodu varu.

Vodík ve složení minerálních sloučenin

Zahrnuto ve všech anorganické kyseliny zahrnuje proton - kationt atomu, jako je vodík. Látka, jejíž kyselý zbytek má oxidační stav větší než (-1), se nazývá vícesytná sloučenina. Obsahuje několik atomů vodíku, což způsobuje disociaci na vodní roztoky vícestupňový. Každý následující proton se od zbytku kyseliny odděluje stále obtížněji. Podle kvantitativního obsahu vodíků v médiu se určuje jeho kyselost.

Aplikace v lidských činnostech

Lahve s látkou, stejně jako nádoby s jinými zkapalněnými plyny, jako je kyslík, mají specifické vzhled. Jsou natřeny tmavě zelenou barvou s jasně červeným nápisem „Hydrogen“. Plyn se čerpá do válce pod tlakem asi 150 atmosfér. Fyzikálních vlastností vodíku, zejména lehkosti plynného skupenství agregace, se využívá k plnění balónků, balónků atd. ve směsi s heliem.

Vodík, jehož fyzikální a chemické vlastnosti se lidé naučili využívat před mnoha lety, se v současnosti využívá v mnoha průmyslových odvětvích. Většina jde na výrobu čpavku. Vodík se také účastní (hafnium, germanium, gallium, křemík, molybden, wolfram, zirkonium a další) z oxidů působících v reakci jako redukční činidlo, kyseliny kyanovodíkové a chlorovodíkové a také umělé kapalné palivo. Potravinářský průmysl jej využívá k přeměně rostlinných olejů na tuhé tuky.

Zjišťovali jsme chemické vlastnosti a použití vodíku v různých procesech hydrogenace a hydrogenace tuků, uhlí, uhlovodíků, olejů a topného oleje. S jeho pomocí se vyrábějí drahé kameny, žárovky, kovové výrobky se kují a svařují pod vlivem kyslíko-vodíkového plamene.

Interakce vodík z kyslík, jak stanovil sir Henry Cavendish, vede k tvorbě vody. Pojďme na to jednoduchý příklad naučit se skládat rovnice chemických reakcí.
Z čeho pochází vodík A kyslík, už víme:

H2 + O2 -> H20

Nyní vezmeme v úvahu, že atomy chemických prvků v chemických reakcích nezmizí a nevznikají z ničeho, nepřeměňují se v sebe, ale kombinovat v nových kombinacích k vytvoření nových molekul. To znamená, že v rovnici chemické reakce atomů každého typu musí být stejné číslo před reakce ( vlevo, odjet od rovnítka) a po konec reakce ( napravo od rovnítka), takto:

2H2 + O2 \u003d 2H20

Tak to je reakční rovnice - podmíněný záznam probíhající chemické reakce pomocí vzorců látek a koeficientů.

To znamená, že ve výše uvedené reakci dva krtci vodík by měl reagovat s o jeden krtek kyslík, a výsledek bude dva krtci voda.

Interakce vodík z kyslík- není to vůbec jednoduchý proces. Vede ke změně oxidačních stavů těchto prvků. K výběru koeficientů v takových rovnicích se obvykle používá metoda " elektronické váhy".

Když se voda tvoří z vodíku a kyslíku, znamená to vodík změnil svůj oxidační stav z 0 před +Já, ale kyslík- z 0 před −II. Zároveň několik (n) elektrony:

Zde slouží elektrony darující vodík redukční činidlo a elektrony přijímající kyslík - oxidační činidlo.

Oxidační a redukční činidla

Nyní se podívejme, jak odděleně vypadají procesy dávání a přijímání elektronů. Vodík po setkání s "lupičem" - kyslíkem, ztratí veškerou svou vlastnost - dva elektrony a jeho oxidační stav se rovná +Já:

H 2 0 − 2 E− = 2H + I

Stalo rovnice oxidační poloviční reakce vodík.

A bandita kyslík asi 2, který odebral poslední elektrony nešťastnému vodíku, je s ním velmi spokojen nový titul oxidace -II:

O 2 + 4 E− = 2O −II

Tento redukční rovnice poloviční reakce kyslík.

Zbývá dodat, že „bandita“ i jeho „oběť“ ztratili svou chemickou identitu a z jednoduchých látek – plynů s dvouatomovými molekulami H 2 A asi 2 přeměněny na složky nové chemické látky - voda H20.

Dále budeme argumentovat následovně: kolik elektronů redukční činidlo dalo oxidujícímu banditovi, tolik jich přijal. Počet elektronů darovaných redukčním činidlem se musí rovnat počtu elektronů přijatých oxidačním činidlem..

Takže potřebujete vyrovnat počet elektronů v první a druhé poloviční reakci. V chemii je přijímána následující podmíněná forma psaní rovnic polovičních reakcí:

Zde jsou čísla 2 a 1 nalevo od složené závorky faktory, které pomohou zajistit, aby byl počet daných a přijatých elektronů stejný. Bereme v úvahu, že v rovnicích polovičních reakcí jsou 2 elektrony dány a jsou akceptovány 4. Pro vyrovnání počtu přijatých a daných elektronů je nalezen nejmenší společný násobek a doplňkové faktory. V našem případě je nejmenší společný násobek 4. Další faktory budou 2 pro vodík (4: 2 = 2) a pro kyslík - 1 (4: 4 = 1)
Výsledné multiplikátory budou sloužit jako koeficienty budoucí reakční rovnice:

2H 2 0 + O 2 0 \u003d 2H 2 + IO -II

Vodík oxidované nejen při setkání kyslík. Přibližně stejný účinek na vodík a fluor F2, halogen a slavný "loupežník", a zdánlivě neškodný dusík N 2:

To má za následek fluorovodík HF nebo amoniak NH3.

V obou sloučeninách oxidační stav vodík se stává rovným +Já, protože získává partnery v molekule "chtiví" pro elektronické dobro někoho jiného, ​​s vysokou elektronegativitou - fluor F A dusík N. V dusík hodnota elektronegativity se považuje za rovnou třem konvenčním jednotkám a y fluor obecně platí, že nejvyšší elektronegativita mezi všemi chemickými prvky jsou čtyři jednotky. Není tedy divu, že nechají ubohý atom vodíku bez jakéhokoli elektronického prostředí.

Ale vodík možná obnovit- přijímat elektrony. K tomu dochází, pokud se reakce s vodíkem účastní alkalické kovy nebo vápník, u nichž je elektronegativita menší než u vodíku.

Chemické vlastnosti vodík

Za normálních podmínek je molekulární vodík relativně neaktivní a přímo se slučuje pouze s nejaktivnějšími nekovy (s fluorem a na světle také s chlórem). Při zahřátí však reaguje s mnoha prvky.

Vodík reaguje s jednoduchými a složitými látkami:

V vysoká teplota Vodík reaguje přímo s některými kovy(alkalické, alkalické zeminy a další), tvořící bílé krystalické látky - hydridy kovů (Li H, Na H, KH, CaH 2 atd.):

H2 + 2Li = 2LiH

Hydridy kovů se snadno rozkládají vodou za vzniku odpovídajících alkálií a vodíku:

so H2 + 2H20 \u003d Ca (OH)2 + 2H2

1). S kyslíkem Vodík tvoří vodu:

Video "Spalování vodíku"

2H2 + O2 \u003d 2H20 + Q

Při běžných teplotách reakce probíhá extrémně pomalu, nad 550 ° C - s explozí (směs 2 objemů H2 a 1 objemu O2 se nazývá výbušný plyn) .

Video „Výbuch výbušného plynu“

Video "Příprava a výbuch výbušné směsi"

2). S halogeny Vodík tvoří halogenovodíky, například:

H2 + Cl2 \u003d 2HCl

Vodík exploduje s fluorem (i ve tmě a při -252°C), s chlórem a bromem reaguje pouze při osvětlení nebo zahřátí a s jódem pouze při zahřátí.

3). S dusíkem Vodík reaguje za vzniku amoniaku:

ZN2 + N2 \u003d 2NH3

pouze na katalyzátoru a při zvýšených teplotách a tlacích.

4). Při zahřátí vodík prudce reaguje se sírou:

H2 + S \u003d H2S (sirovodík),

mnohem obtížnější se selenem a tellurem.

5). s čistým uhlíkem Vodík může reagovat bez katalyzátoru pouze při vysokých teplotách:

2H2 + C (amorfní) = CH4 (methan)

- Vodík vstupuje do substituční reakce s oxidy kovů , přičemž ve výrobcích vzniká voda a kov se redukuje. Vodík - má vlastnosti redukčního činidla:

Používá se vodík pro regeneraci mnoha kovů, protože odebírá kyslík z jejich oxidů:

Fe304 + 4H2 \u003d 3Fe + 4H20 atd.

Aplikace vodíku

Video „Využití vodíku“

V současné době se vodík vyrábí v obrovském množství. Jeho velká část se používá při syntéze amoniaku, hydrogenaci tuků a hydrogenaci uhlí, olejů a uhlovodíků. Kromě toho se vodík používá pro syntézu kyseliny chlorovodíkové, metylalkoholu, kyseliny kyanovodíkové, při svařování a kování kovů, jakož i při výrobě žárovek a vzácné kameny. Vodík se prodává v lahvích pod tlakem nad 150 atm. Jsou lakované tmavě zelenou barvou a dodávají se s červeným nápisem „Hydrogen“.

Vodík se používá k přeměně kapalných tuků na tuhé tuky (hydrogenace), k výrobě kapalných paliv hydrogenací uhlí a topného oleje. V metalurgii se vodík používá jako redukční činidlo pro oxidy nebo chloridy k výrobě kovů a nekovů (germanium, křemík, gallium, zirkonium, hafnium, molybden, wolfram atd.).

Praktické využití vodíku je rozmanité: bývá plněn balónky, v chemickém průmyslu slouží jako surovina pro výrobu mnoha velmi důležitých produktů (čpavek atd.), v potravinářském průmyslu - pro výrobu pevných látek tuky z rostlinných olejů apod. Vysoká teplota (až 2600 °C), získaná spalováním vodíku v kyslíku, se používá k tavení žáruvzdorných kovů, křemene apod. Kapalný vodík je jedním z nejúčinnějších tryskových paliv. Roční světová spotřeba vodíku přesahuje 1 milion tun.

SIMULÁTORY

č. 2 Vodík

ÚKOLY PRO POSÍLENÍ

Pojďme se podívat na to, co je vodík. Chemické vlastnosti a výroba tohoto nekovu se studují v předmětu anorganická chemie ve škole. Právě tento prvek stojí v čele periodického systému Mendělejeva, a proto si zaslouží podrobný popis.

Stručné informace o otevření prvku

Než se zamyslíme nad fyzikálními a chemickými vlastnostmi vodíku, pojďme zjistit, jak byl tento důležitý prvek nalezen.

Chemici, kteří pracovali v šestnáctém a sedmnáctém století, ve svých spisech opakovaně zmiňovali hořlavý plyn, který se uvolňuje, když jsou kyseliny vystaveny aktivním kovům. V druhé polovině 18. století se G. Cavendishovi podařilo tento plyn shromáždit a analyzovat a dal mu název „hořlavý plyn“.

Fyzikální a chemické vlastnosti vodíku v té době nebyly studovány. Teprve na konci 18. století se A. Lavoisierovi podařilo rozborem zjistit, že tento plyn lze získat rozborem vody. O něco později začal nový prvek nazývat vodík, což znamená „zrodit vodu“. Vodík vděčí za své moderní ruské jméno M. F. Solovjovovi.

Být v přírodě

Chemické vlastnosti vodíku lze analyzovat pouze na základě jeho hojnosti v přírodě. Tento prvek je přítomen v hydro- a litosféře a je také součástí nerostů: přírodní a související plyn, rašelina, ropa, uhlí, roponosné břidlice. Je těžké si představit dospělého člověka, který by nevěděl, že vodík je nedílnou součástí vody.

Kromě toho se tento nekov nachází v živočišných organismech ve formě nukleové kyseliny, bílkoviny, sacharidy, tuky. Na naší planetě se tento prvek ve volné formě vyskytuje poměrně zřídka, snad jen v přírodním a sopečném plynu.

Ve formě plazmatu tvoří vodík asi polovinu hmotnosti hvězd a Slunce a je také součástí mezihvězdného plynu. Například ve volné formě, stejně jako ve formě metanu, čpavku, je tento nekov přítomen v kometách a dokonce i na některých planetách.

Fyzikální vlastnosti

Před zvážením chemických vlastností vodíku si všimneme, že za normálních podmínek je to plynná látka lehčí než vzduch, která má několik izotopových forem. Je téměř nerozpustný ve vodě a má vysokou tepelnou vodivost. Protium, které má hmotnostní číslo 1, je považováno za jeho nejlehčí formu. Tritium, které má radioaktivní vlastnosti, se v přírodě tvoří z atmosférického dusíku, když jej neurony vystaví UV záření.

Vlastnosti struktury molekuly

Abychom zvážili chemické vlastnosti vodíku, reakce pro něj charakteristické, zastavme se u vlastností jeho struktury. Tato dvouatomová molekula má kovalentní nepolární chemickou vazbu. Tvorba atomárního vodíku je možná, když aktivní kovy interagují s roztoky kyselin. Ale v této podobě je tento nekov schopen existovat jen nepatrnou dobu, téměř okamžitě se rekombinuje do molekulární formy.

Chemické vlastnosti

Zvažte chemické vlastnosti vodíku. Ve většině sloučenin, které tento chemický prvek tvoří, vykazuje oxidační stav +1, díky čemuž je podobný aktivním (alkalickým) kovům. Hlavní chemické vlastnosti vodíku, které jej charakterizují jako kov:

• interakce s kyslíkem za vzniku vody;
• reakce s halogeny, doprovázená tvorbou halogenovodíku;
• produkce sirovodíku v kombinaci se sírou.

Níže je reakční rovnice, která charakterizuje chemické vlastnosti vodíku. Upozorňujeme na skutečnost, že jako nekov (s oxidačním stavem -1) působí pouze při reakci s aktivními kovy a tvoří s nimi odpovídající hydridy.

Vodík za běžné teploty aktivně neinteraguje s jinými látkami, takže většina reakcí se provádí až po předehřátí.

Zastavme se podrobněji u některých chemických interakcí prvku, který vede periodický systém chemických prvků Mendělejeva.

Reakce tvorby vody je doprovázena uvolněním 285,937 kJ energie. V zvýšená teplota(více než 550 stupňů Celsia) je tento proces doprovázen silnou explozí.

Mezi těmi chemickými vlastnostmi plynného vodíku, které našly významné uplatnění v průmyslu, je zajímavá jeho interakce s oxidy kovů. Právě katalytickou hydrogenací v moderním průmyslu se oxidy kovů zpracovávají, například čistý kov se izoluje ze železných okují (směsný oxid železa). Tato metoda umožňuje efektivní zpracování kovového odpadu.

Syntéza amoniaku, která zahrnuje interakci vodíku se vzdušným dusíkem, je také žádaná v moderním chemickém průmyslu. Mezi podmínky pro vznik této chemické interakce zaznamenáváme tlak a teplotu.

Závěr

Je to vodík, který je neaktivní chemikálie za normálních podmínek. Se stoupající teplotou se výrazně zvyšuje jeho aktivita. Tato látka je žádaná v organické syntéze. Například hydrogenací mohou být ketony redukovány na sekundární alkoholy a aldehydy mohou být převedeny na primární alkoholy. Kromě toho lze hydrogenací převést nenasycené uhlovodíky třídy ethylenu a acetylenu na nasycené sloučeniny methanové řady. Vodík je právem považován za jednoduchou látku žádanou v moderní chemické výrobě.