Reacciones químicas del hidrógeno. Propiedades químicas de los halógenos.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo. Es él quien forma la base de la sustancia combustible de las Estrellas.

El hidrógeno es el primer elemento químico de la tabla periódica de Mendeleiev. Su átomo tiene la estructura más simple: un solo electrón gira alrededor de la partícula elemental "protón" (núcleo del átomo):

El hidrógeno natural consta de tres isótopos: protio 1 H, deuterio 2 H y tritio 3 H.

Tarea 12.1. Indicar la estructura de los núcleos de los átomos de estos isótopos.

Teniendo un electrón en el nivel exterior, un átomo de hidrógeno puede exhibir la única valencia I posible para él:

Pregunta.¿Se forma un nivel exterior completo cuando un átomo de hidrógeno acepta electrones?

Por lo tanto, el átomo de hidrógeno puede aceptar y dar uno electrón, es decir, es un no metal típico. EN ninguna compuestos un átomo de hidrógeno uno enamorado.

La sustancia simple "hidrógeno" H 2- Gas incoloro e inodoro, muy ligero. Es poco soluble en agua, pero muy soluble en muchos metales. Entonces, un volumen de paladio d Absorbe hasta 900 volúmenes de hidrógeno.

El esquema (1) muestra que el hidrógeno puede ser tanto un agente oxidante como un agente reductor, reaccionando con metales activos y muchos no metales:

Tarea 12.2. Determinar en qué reacciones el hidrógeno es un agente oxidante y en cuáles es un agente reductor. tenga en cuenta que una molecula de hidrogeno esta formada por dos atomos.

Una mezcla de hidrógeno y oxígeno es un "gas explosivo", porque cuando se enciende, se produce una fuerte explosión, que se cobró muchas vidas. Por lo tanto, los experimentos en los que se libera hidrógeno deben realizarse lejos del fuego.

Muy a menudo, el hidrógeno exhibe propiedades restauradoras, que se utiliza en la obtención de metales puros a partir de sus óxidos*:

* El aluminio exhibe propiedades similares (ver lección 10 - aluminotermia).

Una variedad de reacciones tienen lugar entre el hidrógeno y los compuestos orgánicos. Entonces, debido a la adición de hidrógeno ( hidrogenación) las grasas líquidas se convierten en sólidas (más en la lección 25).

El hidrógeno se puede obtener de varias formas:

• La interacción de los metales con los ácidos:

Tarea 12.3. aluminio, cobre y zinc con ácido clorhídrico. ¿En qué casos no se produce la reacción? ¿Por qué? En caso de dificultad, véanse las lecciones 2.2 y 8.3;

• Interacción de metales activos con agua:

Tarea 12.4. Escriba ecuaciones para tales reacciones para sodio, bario, aluminio, hierro, plomo. ¿En qué casos no se produce la reacción? ¿Por qué? En caso de dificultad, ver lección 8.3.

A escala industrial, el hidrógeno se obtiene por electrólisis del agua:

así como al pasar vapor de agua a través de limaduras de hierro caliente:

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Constituye la mayor parte de la masa de las estrellas y participa en la fusión termonuclear, la fuente de energía que irradian estas estrellas.

Oxígeno

El oxígeno es el elemento químico más común en nuestro planeta: más de la mitad de los átomos en la corteza terrestre son oxígeno. La sustancia oxígeno O 2 es aproximadamente 1/5 de nuestra atmósfera, y el elemento químico oxígeno es 8/9 de la hidrosfera (los océanos).

En el sistema Periódico de Mendeleev, el oxígeno tiene el número de serie 8 y está en el grupo VI del segundo período. Por lo tanto, la estructura del átomo de oxígeno es la siguiente:

Con 6 electrones en el nivel exterior, el oxígeno es un no metal típico, es decir, se une dos electrón hasta la finalización del nivel exterior:

Por lo tanto, el oxígeno en sus compuestos exhibe valencia Yo y estado de oxidación –2 (excepto peróxidos).

Al aceptar electrones, el átomo de oxígeno exhibe las propiedades de un agente oxidante. Esta propiedad del oxígeno es extremadamente importante: los procesos de oxidación ocurren durante la respiración, el metabolismo; Los procesos de oxidación ocurren durante la combustión de sustancias simples y complejas.

Combustión - oxidación de sustancias simples y complejas acompañada de la liberación de luz y calor. Casi todos los metales y no metales se queman u oxidan en una atmósfera de oxígeno. En este caso, se forman óxidos:

* Más precisamente, Fe 3 O 4 .

al quemar en oxígeno sustancias complejas se forman óxidos elementos químicos, incluido en la sustancia original. Solo el nitrógeno y los halógenos se emiten como sustancias simples:

La segunda de estas reacciones se utiliza como fuente de calor y energía en la vida cotidiana y en la industria, ya que el metano Canal 4 incluido en el gas natural.

El oxígeno permite intensificar muchos procesos industriales y biológicos. En grandes cantidades, el oxígeno se obtiene del aire, así como por electrólisis del agua (así como del hidrógeno). En pequeñas cantidades, se puede obtener por descomposición de sustancias complejas:

Tarea 12.5. Ordene los coeficientes en las ecuaciones de reacción dadas aquí.

Agua

El agua no puede ser reemplazada por nada; así es como se diferencia de casi todas las demás sustancias que se encuentran en nuestro planeta. El agua solo puede ser reemplazada por el agua misma. No hay vida sin agua: después de todo, la vida en la Tierra surgió cuando apareció el agua en ella. La vida se originó en el agua porque es un universal natural solvente. Disuelve y, por lo tanto, muele todos los nutrientes necesarios y los proporciona a las células de los organismos vivos. Y como resultado de la molienda, la velocidad de las reacciones químicas y bioquímicas aumenta considerablemente. Además, sin disolución previa, ¡el 99,5% (199 de cada 200) reacciones no pueden ocurrir! (Véase también la Lección 5.1.)

Se sabe que una persona adulta debe recibir de 2,5 a 3 litros de agua por día, la misma cantidad se excreta del cuerpo: es decir, hay un equilibrio hídrico en el cuerpo humano. Si se viola, una persona simplemente puede morir. Por ejemplo, la pérdida de una persona de solo el 1-2% del agua provoca sed, y el 5% aumenta la temperatura corporal debido a una violación de la termorregulación: se produce un latido del corazón, se producen alucinaciones. Con la pérdida del 10% o más de agua en el cuerpo, ocurren cambios que ya pueden ser irreversibles. La persona morirá de deshidratación.

El agua es una sustancia única. Su punto de ebullición debería ser de -80 °C (!), pero es de +100 °C. ¿Por qué? Porque entre las moléculas de agua polar se forman enlaces de hidrógeno:

Por tanto, tanto el hielo como la nieve están sueltos, ocupando un volumen mayor que el agua líquida. Como resultado, el hielo sube a la superficie del agua y protege a los habitantes de los embalses de la congelación. La nieve recién caída contiene mucho aire y es un excelente aislante térmico. Si la nieve cubrió la tierra con una capa gruesa, tanto los animales como las plantas se salvaron de las heladas más severas.

Además, el agua tiene una gran capacidad calorífica y es una especie de acumulador de calor. Por eso, en las costas de los mares y océanos, el clima es templado, y las plantas bien regadas sufren menos las heladas que las secas.

Imposible sin agua hidrólisis, reacción química que acompaña necesariamente a la absorción de proteínas, grasas y carbohidratos, que son obligatorio componentes de nuestra comida. Como resultado de la hidrólisis, estas sustancias orgánicas complejas se descomponen en sustancias de bajo peso molecular que, de hecho, son absorbidas por un organismo vivo (para obtener más detalles, consulte las lecciones 25–27). Los procesos de hidrólisis los discutimos en la lección 6. El agua reacciona con muchos metales y no metales, óxidos, sales.

Tarea 12.6. Escribe ecuaciones de reacción:

1. sodio + agua →
2. cloro + agua →
3. óxido de calcio + agua →
4. óxido de azufre (IV) + agua →
5. cloruro de zinc + agua →
6. silicato de sodio + agua →

¿Cambia esto la reacción del medio (pH)?

Agua es producto muchas reacciones Por ejemplo, en una reacción de neutralización y en muchos OVR, necesariamente se forma agua.

Tarea 12.7. Escribe ecuaciones para tales reacciones.

recomendaciones

El hidrógeno es el elemento químico más común en el Universo, y el oxígeno es el elemento químico más común en la Tierra. Estas sustancias exhiben propiedades opuestas: el hidrógeno es un agente reductor y el oxígeno es un agente oxidante. Por lo tanto, reaccionan fácilmente entre sí, formando la sustancia más asombrosa y común en la Tierra: el agua.

El hidrógeno H es un elemento químico, uno de los más comunes en nuestro universo. La masa de hidrógeno como elemento en la composición de las sustancias es el 75% del contenido total de átomos de otro tipo. Está incluido en la conexión más importante y vital del planeta: el agua. Rasgo distintivo hidrógeno es también el hecho de que es el primer elemento en el sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev.

Descubrimiento y exploración

Las primeras referencias al hidrógeno en los escritos de Paracelso datan del siglo XVI. Pero su aislamiento de mezcla de gases el aire y el estudio de las propiedades combustibles ya fueron realizados en el siglo XVII por el científico Lemery. El hidrógeno fue estudiado a fondo por un químico, físico y naturalista inglés que demostró experimentalmente que la masa de hidrógeno es la más pequeña en comparación con otros gases. En las etapas posteriores del desarrollo de la ciencia, muchos científicos trabajaron con él, en particular Lavoisier, quien lo llamó "dar a luz agua".

Característica según el cargo en el PSCE

El elemento que abre la tabla periódica de D. I. Mendeleev es el hidrógeno. Las propiedades físicas y químicas del átomo muestran cierta dualidad, ya que el hidrógeno se asigna simultáneamente al primer grupo, el subgrupo principal, si se comporta como un metal y cede un solo electrón en el proceso de una reacción química, y al séptimo - en el caso de llenado completo de la capa de valencia, es decir, recepción de partículas negativas, que lo caracteriza como similar a los halógenos.

Características de la estructura electrónica del elemento.

Las propiedades de las sustancias complejas en las que se incluye, y la sustancia más simple H 2 están determinadas principalmente por la configuración electrónica del hidrógeno. La partícula tiene un electrón con Z= (-1), que gira en su órbita alrededor del núcleo, conteniendo un protón con unidad de masa y carga positiva (+1). Su configuración electrónica está escrita como 1s 1, lo que significa la presencia de una partícula negativa en el primer y único orbital s del hidrógeno.

Cuando se desprende o cede un electrón, y un átomo de este elemento tiene tal propiedad que se relaciona con los metales, se obtiene un catión. De hecho, el ion hidrógeno es una partícula elemental positiva. Por lo tanto, un hidrógeno desprovisto de un electrón se llama simplemente protón.

Propiedades físicas

Describiendo brevemente el hidrógeno, es un gas incoloro, ligeramente soluble con una masa atómica relativa de 2, 14,5 veces más ligero que el aire, con una temperatura de licuefacción de -252,8 grados centígrados.

Se puede ver fácilmente por experiencia que el H2 es el más ligero. Para hacer esto, basta con llenar tres bolas con varias sustancias (hidrógeno, dióxido de carbono, aire común) y liberarlas simultáneamente de su mano. El que está lleno de CO 2 llegará al suelo más rápido que nadie, después de lo cual caerá inflado con una mezcla de aire, y el que contiene H 2 subirá hasta el techo.

La pequeña masa y tamaño de las partículas de hidrógeno justifican su capacidad para penetrar a través varias sustancias. En el ejemplo de la misma pelota, esto es fácil de comprobar, en un par de días se desinflará sola, ya que el gas simplemente atravesará la goma. Además, el hidrógeno puede acumularse en la estructura de algunos metales (paladio o platino) y evaporarse cuando aumenta la temperatura.

La propiedad de baja solubilidad del hidrógeno se utiliza en la práctica de laboratorio para aislarlo por el método de desplazamiento de hidrógeno (la tabla a continuación contiene los parámetros principales) determinar el alcance de su aplicación y los métodos de producción.

Parámetro de un átomo o molécula de una sustancia simple	Significado
Masa atómica (masa molar)	1,008 g/mol
Configuración electrónica	1s 1
celda de cristal	Hexagonal
Conductividad térmica	(300 K) 0,1815 W/(m·K)
Densidad en n. y.	0,08987 g/l
Temperatura de ebullición	-252,76 °C
Calor específico de combustión	120,9 10 6 J/kg
Temperatura de fusión	-259,2°C
solubilidad en agua	18,8ml/l

Composición isotópica

Como muchos otros representantes del sistema periódico de elementos químicos, el hidrógeno tiene varios isótopos naturales, es decir, átomos con el mismo número de protones en el núcleo, pero número diferente neutrones - partículas con carga cero y masa unitaria. Ejemplos de átomos que tienen una propiedad similar son el oxígeno, el carbono, el cloro, el bromo y otros, incluidos los radiactivos.

Propiedades físicas el hidrógeno 1 H, el más común de los representantes de este grupo, difiere significativamente de las mismas características de sus contrapartes. En particular, difieren las características de las sustancias en las que se incluyen. Entonces, hay agua ordinaria y deuterada, que contiene en su composición en lugar de un átomo de hidrógeno con un solo protón, deuterio 2 H, su isótopo con dos partículas elementales: positiva y sin carga. Este isótopo es dos veces más pesado que el hidrógeno ordinario, lo que explica la diferencia fundamental en las propiedades de los compuestos que forman. En la naturaleza, el deuterio es 3200 veces más raro que el hidrógeno. El tercer representante es el tritio 3 H, en el núcleo tiene dos neutrones y un protón.

Métodos para obtener y aislar

Los métodos industriales y de laboratorio son muy diferentes. Así, en pequeñas cantidades, el gas se obtiene principalmente a través de reacciones en las que minerales y la producción a gran escala en más mediante síntesis orgánica.

En el laboratorio se utilizan las siguientes interacciones químicas:

En intereses industriales, el gas se obtiene por métodos tales como:

1. Descomposición térmica del metano en presencia de un catalizador a sus sustancias simples constituyentes (350 grados alcanza el valor de un indicador como la temperatura): hidrógeno H 2 y carbono C.
2. Pasar agua vaporizada a través de coque a 1000 grados centígrados para formar dióxido de carbono CO 2 y H 2 (el método más común).
3. Conversión de metano gaseoso en un catalizador de níquel a una temperatura que alcanza los 800 grados.
4. El hidrógeno es subproducto en la electrólisis de soluciones acuosas de cloruros de potasio o sodio.

Interacciones químicas: disposiciones generales

Las propiedades físicas del hidrógeno explican en gran medida su comportamiento en los procesos de reacción con uno u otro compuesto. La valencia del hidrógeno es 1, ya que se ubica en el primer grupo de la tabla periódica, y el grado de oxidación muestra otro diferente. En todos los compuestos, a excepción de los hidruros, el hidrógeno en s.o. = (1+), en moléculas como XH, XH 2, XH 3 - (1-).

La molécula de gas hidrógeno, formada por la creación de un par de electrones generalizado, consta de dos átomos y es bastante estable energéticamente, por lo que cuando condiciones normales algo inerte y entra en reacciones cuando cambian las condiciones normales. Dependiendo del grado de oxidación del hidrógeno en la composición de otras sustancias, puede actuar tanto como agente oxidante como reductor.

Sustancias con las que reacciona el hidrógeno y se forma

Interacciones elementales para formar sustancias complejas (a menudo a temperaturas elevadas):

1. Metal alcalino y alcalinotérreo + hidrógeno = hidruro.
2. Halógeno + H 2 = haluro de hidrógeno.
3. Azufre + hidrógeno = sulfuro de hidrógeno.
4. Oxígeno + H 2 = agua.
5. Carbono + hidrógeno = metano.
6. Nitrógeno + H 2 = amoníaco.

Interacción con sustancias complejas:

1. Obtención de gas de síntesis a partir de monóxido de carbono e hidrógeno.
2. Recuperación de metales a partir de sus óxidos con H 2 .
3. Saturación de hidrógeno de hidrocarburos alifáticos insaturados.

enlace de hidrógeno

Las propiedades físicas del hidrógeno son tales que, cuando se combina con un elemento electronegativo, le permite formar un tipo especial de enlace con el mismo átomo de moléculas vecinas que tienen pares de electrones no compartidos (por ejemplo, oxígeno, nitrógeno y flúor). El ejemplo más claro sobre el que es mejor considerar tal fenómeno es el agua. Se puede decir que está unido con enlaces de hidrógeno, que son más débiles que los covalentes o iónicos, pero debido a que hay muchos de ellos, tienen un efecto significativo en las propiedades de la sustancia. Esencialmente, el enlace de hidrógeno es una interacción electrostática que une las moléculas de agua en dímeros y polímeros, dando lugar a su alto punto de ebullición.

Hidrógeno en la composición de compuestos minerales.

Incluido en todo ácidos inorgánicos incluye un protón, un catión de un átomo como el hidrógeno. Una sustancia cuyo residuo ácido tiene un estado de oxidación mayor que (-1) se denomina compuesto polibásico. Contiene varios átomos de hidrógeno, lo que hace que la disociación en soluciones acuosas multietapa Cada protón subsiguiente se separa del resto del ácido cada vez con más dificultad. Según el contenido cuantitativo de hidrógenos en el medio, se determina su acidez.

Aplicación en actividades humanas

Los cilindros con una sustancia, así como los recipientes con otros gases licuados, como el oxígeno, tienen un apariencia. Están pintados de verde oscuro con letras de "Hidrógeno" en rojo brillante. Se bombea gas a un cilindro a una presión de unas 150 atmósferas. Las propiedades físicas del hidrógeno, en particular la ligereza del estado gaseoso de agregación, se aprovechan para llenar globos, balones, etc. mezclados con helio.

El hidrógeno, cuyas propiedades físicas y químicas la gente aprendió a usar hace muchos años, se usa actualmente en muchas industrias. La mayor parte se destina a la producción de amoníaco. También participa el hidrógeno (hafnio, germanio, galio, silicio, molibdeno, tungsteno, zirconio y otros) a partir de los óxidos, actuando en la reacción como agente reductor, los ácidos cianhídrico y clorhídrico, así como combustible líquido artificial. La industria alimentaria lo utiliza para convertir los aceites vegetales en grasas sólidas.

Determinamos las propiedades químicas y el uso del hidrógeno en diversos procesos de hidrogenación e hidrogenación de grasas, carbones, hidrocarburos, aceites y fuel oil. Con su ayuda, se producen piedras preciosas, lámparas incandescentes, se forjan y se sueldan productos metálicos bajo la influencia de una llama de oxígeno e hidrógeno.

§3. Ecuación de reacción y cómo escribirla

Interacción hidrógeno con oxígeno, como estableció Sir Henry Cavendish, conduce a la formación de agua. sigamos con eso ejemplo sencillo aprender a componer ecuaciones de reacciones quimicas.
que viene de hidrógeno y oxígeno, Ya sabemos:

H 2 + O 2 → H 2 O

Ahora tenemos en cuenta que los átomos de los elementos químicos en las reacciones químicas no desaparecen y no aparecen de la nada, no se convierten entre sí, sino combinar en nuevas combinaciones para formar nuevas moléculas. Esto significa que en la ecuación de la reacción química de los átomos de cada tipo debe haber el mismo número antes de reacciones ( izquierda del signo igual) y después el final de la reacción ( a la derecha del signo igual), así:

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

Eso es lo que es ecuación de reacción - registro condicional de una reacción química en curso utilizando fórmulas de sustancias y coeficientes.

Esto significa que en la reacción anterior dos lunares hidrógeno debe reaccionar con por un topo oxígeno, y el resultado será dos lunares agua.

Interacción hidrógeno con oxígeno- No es un proceso simple en absoluto. Conduce a un cambio en los estados de oxidación de estos elementos. Para seleccionar coeficientes en tales ecuaciones, generalmente se usa el método " balance electrónico".

Cuando el agua se forma a partir de hidrógeno y oxígeno, esto significa que hidrógeno cambió su estado de oxidación de 0 antes de +yo, un oxígeno- desde 0 antes de −II. Al mismo tiempo, varios (norte) electrones:

Los electrones donadores de hidrógeno sirven aquí agente reductor, y electrones que aceptan oxígeno - agente oxidante.

Agentes oxidantes y reductores

Ahora veamos cómo se ven los procesos de dar y recibir electrones por separado. Hidrógeno, habiéndose encontrado con el "ladrón" - oxígeno, pierde todas sus propiedades - dos electrones, y su estado de oxidación se vuelve igual a +yo:

H 2 0 − 2 mi− = 2Н + yo

Sucedió ecuación de semirreacción de oxidación hidrógeno.

y el bandido oxígeno Sobre 2, habiendo quitado los últimos electrones del desafortunado hidrógeno, está muy satisfecho con su nuevo grado oxidación -II:

O 2 + 4 mi− = 2O −II

Este es ecuación de semirreacción de reducción oxígeno.

Queda por agregar que tanto el "bandido" como su "víctima" han perdido su identidad química y de sustancias simples: gases con moléculas diatómicas. H 2 y Sobre 2 convertidos en componentes de una nueva sustancia química - agua H2O.

Además, argumentaremos de la siguiente manera: cuántos electrones le dio el reductor al bandido oxidante, eso es cuánto recibió. El número de electrones donados por el agente reductor debe ser igual al número de electrones aceptados por el agente oxidante..

Así que tú necesitas igualar el número de electrones en la primera y segunda mitad de las reacciones. En química, se acepta la siguiente forma condicional de escribir las ecuaciones de las semirreacciones:

	2 H 2 0 - 2 mi− = 2Н + yo
	1 O 2 0 + 4 mi− = 2O −II

Aquí, los números 2 y 1 a la izquierda del paréntesis son factores que ayudarán a garantizar que la cantidad de electrones dados y recibidos sea igual. Tomamos en cuenta que en las ecuaciones de semirreacciones se ceden 2 electrones y se aceptan 4. Para igualar el número de electrones recibidos y dados se encuentra el mínimo común múltiplo y factores adicionales. En nuestro caso, el mínimo común múltiplo es 4. Los factores adicionales serán 2 para el hidrógeno (4: 2 = 2) y para el oxígeno - 1 (4: 4 = 1)
Los multiplicadores resultantes servirán como coeficientes de la futura ecuación de reacción:

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

Hidrógeno oxidado no solo al encontrarse oxígeno. Aproximadamente el mismo efecto sobre el hidrógeno y flúor F2, halógeno y el famoso "ladrón", y aparentemente inofensivo nitrógeno N 2:

H 2 0 + F 2 0 = 2H + yo F −yo

3H 2 0 + N 2 0 \u003d 2N -III H 3 + I

Esto resulta en fluoruro de hidrógeno AF o amoníaco NH3.

En ambos compuestos, el estado de oxidación hidrógeno se vuelve igual +yo, porque obtiene socios en la molécula "codiciosos" del bien electrónico de otra persona, con alta electronegatividad - flúor F y nitrógeno norte. En nitrógeno el valor de la electronegatividad se considera igual a tres unidades convencionales, y y flúor en general, la electronegatividad más alta entre todos los elementos químicos es de cuatro unidades. Así que no es de extrañar que dejen al pobre átomo de hidrógeno sin ningún entorno electrónico.

Pero hidrógeno quizás restaurar- aceptar electrones. Esto sucede si los metales alcalinos o el calcio, en los que la electronegatividad es menor que la del hidrógeno, participan en la reacción con él.

Propiedades químicas hidrógeno

En condiciones normales, el hidrógeno molecular es relativamente inactivo, combinándose directamente solo con los no metales más activos (con flúor y, a la luz, también con cloro). Sin embargo, cuando se calienta, reacciona con muchos elementos.

El hidrógeno reacciona con sustancias simples y complejas:

- Interacción del hidrógeno con los metales conduce a la formación de sustancias complejas: hidruros, en cuyas fórmulas químicas el átomo de metal siempre ocupa el primer lugar:

En alta temperatura El hidrógeno reacciona directamente. con algunos metales(alcalino, alcalinotérreo y otros), formando sustancias cristalinas blancas - hidruros metálicos (Li H, Na H, KH, CaH 2, etc.):

H2 + 2Li = 2LiH

Los hidruros metálicos se descomponen fácilmente con agua con la formación del correspondiente álcali e hidrógeno:

Sá. H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

- Cuando el hidrógeno interactúa con los no metales se forman compuestos volátiles de hidrógeno. EN fórmula química compuesto de hidrógeno volátil, el átomo de hidrógeno puede estar en el primer o en el segundo lugar, dependiendo de la ubicación en el PSCE (ver la placa en la diapositiva):

1). con oxigeno El hidrógeno forma agua:

Vídeo "Combustión de hidrógeno"

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

A temperaturas ordinarias, la reacción procede extremadamente lentamente, por encima de 550 ° C, con una explosión. (una mezcla de 2 volúmenes de H 2 y 1 volumen de O 2 se llama gas explosivo) .

Video "Explosión de gas explosivo"

Video "Preparación y explosión de una mezcla explosiva"

2). con halógenos El hidrógeno forma haluros de hidrógeno, por ejemplo:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

El hidrógeno explota con el flúor (incluso en la oscuridad ya -252°C), reacciona con el cloro y el bromo solo cuando se ilumina o se calienta, y con el yodo solo cuando se calienta.

3). con nitrógeno El hidrógeno reacciona con la formación de amoníaco:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

sólo en un catalizador y a temperaturas y presiones elevadas.

4). Cuando se calienta, el hidrógeno reacciona vigorosamente. con azufre:

H 2 + S \u003d H 2 S (sulfuro de hidrógeno),

mucho más difícil con selenio y telurio.

5). con carbono puro El hidrógeno puede reaccionar sin un catalizador solo a altas temperaturas:

2H 2 + C (amorfo) = CH 4 (metano)

- El hidrógeno entra en una reacción de sustitución con óxidos metálicos. , mientras que se forma agua en los productos y se reduce el metal. Hidrógeno - exhibe las propiedades de un agente reductor:

Se utiliza hidrógeno para la recuperación de muchos metales, ya que les quita oxígeno a sus óxidos:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O, etc.

Aplicación de hidrógeno

Vídeo "Uso de hidrógeno"

Actualmente, el hidrógeno se produce en grandes cantidades. Una parte muy importante se utiliza en la síntesis de amoníaco, la hidrogenación de grasas y la hidrogenación de carbón, aceites e hidrocarburos. Además, el hidrógeno se utiliza para la síntesis de ácido clorhídrico, alcohol metílico, ácido cianhídrico, en la soldadura y forja de metales, así como en la fabricación de lámparas incandescentes y piedras preciosas. El hidrógeno sale a la venta en cilindros a presión superior a 150 atm. Están pintados de verde oscuro y se suministran con una inscripción roja "Hidrógeno".

El hidrógeno se utiliza para convertir grasas líquidas en grasas sólidas (hidrogenación), para producir combustibles líquidos hidrogenando carbón y fuel oil. En metalurgia, el hidrógeno se utiliza como agente reductor de óxidos o cloruros para producir metales y no metales (germanio, silicio, galio, circonio, hafnio, molibdeno, tungsteno, etc.).

La aplicación práctica del hidrógeno es diversa: generalmente se llena con globos, en la industria química sirve como materia prima para la producción de muchos productos muy importantes (amoníaco, etc.), en la industria alimentaria - para la producción de sólidos grasas de aceites vegetales, etc. La alta temperatura (hasta 2600 °C), obtenida quemando hidrógeno en oxígeno, se utiliza para fundir metales refractarios, cuarzo, etc. El hidrógeno líquido es uno de los combustibles para aviones más eficientes. El consumo mundial anual de hidrógeno supera el millón de toneladas.

SIMULADORES

n° 2 Hidrógeno

TAREAS DE REFUERZO

Tarea número 1
Formule las ecuaciones para las reacciones de interacción del hidrógeno con las siguientes sustancias: F 2 , Ca, Al 2 O 3 , óxido de mercurio (II), óxido de tungsteno (VI). Nombre los productos de reacción, indique los tipos de reacciones.

Tarea número 2
Realiza las transformaciones según el esquema:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Tarea número 3.
¿Calcular la masa de agua que se puede obtener quemando 8 g de hidrógeno?

Echemos un vistazo a lo que es el hidrógeno. Las propiedades químicas y la producción de este no metal se estudian en el curso de química inorgánica en la escuela. Es este elemento el que encabeza el sistema periódico de Mendeleev, y por tanto merece una descripción detallada.

Breve información sobre la apertura de un elemento

Antes de considerar las propiedades físicas y químicas del hidrógeno, averigüemos cómo se encontró este importante elemento.

Los químicos que trabajaron en los siglos XVI y XVII mencionaron repetidamente en sus escritos el gas combustible que se libera cuando los ácidos se exponen a metales activos. En la segunda mitad del siglo XVIII, G. Cavendish logró recolectar y analizar este gas, dándole el nombre de "gas combustible".

Las propiedades físicas y químicas del hidrógeno en ese momento no fueron estudiadas. Solo a fines del siglo XVIII, A. Lavoisier logró establecer mediante análisis que este gas se puede obtener analizando agua. Un poco más tarde, comenzó a llamar al nuevo elemento hidrógeno, que significa "dar a luz agua". El hidrógeno debe su nombre ruso moderno a MF Solovyov.

estar en la naturaleza

Las propiedades químicas del hidrógeno solo pueden analizarse en función de su abundancia en la naturaleza. Este elemento está presente en la hidro y litosfera, y también forma parte de los minerales: gas natural y asociado, turba, petróleo, carbón, esquisto bituminoso. Es difícil imaginar a un adulto que no supiera que el hidrógeno es una parte integral del agua.

Además, este no metal se encuentra en los organismos animales en forma ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, grasas. En nuestro planeta, este elemento se encuentra en forma libre muy raramente, quizás solo en gas natural y volcánico.

En forma de plasma, el hidrógeno constituye aproximadamente la mitad de la masa de las estrellas y del Sol, y también forma parte del gas interestelar. Por ejemplo, en forma libre, así como en forma de metano, amoníaco, este no metal está presente en los cometas e incluso en algunos planetas.

Propiedades físicas

Antes de considerar las propiedades químicas del hidrógeno, notemos que en condiciones normales es una sustancia gaseosa más ligera que el aire, que tiene varias formas isotópicas. Es casi insoluble en agua y tiene una alta conductividad térmica. Protium, que tiene un número de masa de 1, se considera su forma más ligera. El tritio, que tiene propiedades radiactivas, se forma en la naturaleza a partir del nitrógeno atmosférico cuando las neuronas lo exponen a los rayos ultravioleta.

Características de la estructura de la molécula.

Para considerar las propiedades químicas del hidrógeno, las reacciones que lo caracterizan, detengámonos en las características de su estructura. Esta molécula diatómica tiene un enlace químico no polar covalente. La formación de hidrógeno atómico es posible cuando los metales activos interactúan con soluciones ácidas. Pero en esta forma, este no metal puede existir solo por un período de tiempo insignificante, casi inmediatamente se recombina en una forma molecular.

Propiedades químicas

Considere las propiedades químicas del hidrógeno. En la mayoría de los compuestos que forma este elemento químico, presenta un estado de oxidación de +1, lo que lo hace similar a los metales activos (alcalinos). Las principales propiedades químicas del hidrógeno, caracterizándolo como metal:

• interacción con el oxígeno para formar agua;
• reacción con halógenos, acompañada de la formación de haluro de hidrógeno;
• producción de sulfuro de hidrógeno cuando se combina con azufre.

A continuación se muestra la ecuación de reacción que caracteriza las propiedades químicas del hidrógeno. Llamamos la atención sobre el hecho de que, como no metal (con un estado de oxidación de -1), actúa solo en la reacción con metales activos, formando con ellos los correspondientes hidruros.

El hidrógeno a temperatura ordinaria no interactúa activamente con otras sustancias, por lo que la mayoría de las reacciones se llevan a cabo solo después del precalentamiento.

Detengámonos con más detalle en algunas interacciones químicas del elemento que encabeza el sistema periódico de elementos químicos de Mendeleev.

La reacción de formación de agua va acompañada de la liberación de 285.937 kJ de energía. En temperatura elevada(más de 550 grados centígrados) este proceso va acompañado de una fuerte explosión.

Entre aquellas propiedades químicas del hidrógeno gaseoso que han encontrado una importante aplicación en la industria, es de interés su interacción con los óxidos metálicos. Es por hidrogenación catalítica en la industria moderna que se procesan los óxidos metálicos, por ejemplo, el metal puro se aísla de la escala de hierro (óxido de hierro mixto). Este método permite un procesamiento eficiente de la chatarra.

La síntesis de amoníaco, que implica la interacción del hidrógeno con el nitrógeno atmosférico, también tiene demanda en la industria química moderna. Entre las condiciones para que se produzca esta interacción química, destacamos la presión y la temperatura.

Conclusión

Es hidrógeno que está inactivo. químico bajo condiciones normales. A medida que aumenta la temperatura, su actividad aumenta significativamente. Esta sustancia tiene demanda en síntesis orgánica. Por ejemplo, por hidrogenación, las cetonas se pueden reducir a alcoholes secundarios y los aldehídos se pueden convertir a alcoholes primarios. Además, por hidrogenación, los hidrocarburos insaturados de las clases de etileno y acetileno se pueden convertir en compuestos saturados de la serie del metano. El hidrógeno se considera con razón una sustancia simple en demanda en la producción química moderna.