A hidrogén kémiai reakciói. A halogének kémiai tulajdonságai

A hidrogén a világegyetem legnagyobb mennyiségben előforduló kémiai eleme. Ő az, aki a Csillagok éghető anyagának alapját képezi.

A hidrogén az első kémiai elem Mengyelejev periódusos rendszerében. Atomja a legegyszerűbb szerkezetű: egyetlen elektron forog az elemi részecske „protonja” (az atommag) körül:

A természetes hidrogén három izotópból áll: protium 1 H, deutérium 2 H és trícium 3 H.

12.1. feladat. Mutassa be ezen izotópok atommagjainak szerkezetét!

Egy elektronnal a külső szinten a hidrogénatom az egyetlen lehetséges I vegyértéket mutathatja fel:

Kérdés. Kész külső szint jön létre, amikor egy hidrogénatom elektronokat fogad?

Így a hidrogénatom egyszerre tud elfogadni és adni is egy elektron, azaz tipikus nemfém. NÁL NÉL Bármi hidrogénatomot képez egy szerető.

Az egyszerű anyag "hidrogén" H 2- színtelen és szagtalan gáz, nagyon könnyű. Vízben rosszul, de sok fémben jól oldódik. Tehát egy térfogat palládium Рd akár 900 térfogat hidrogént is elnyel.

Az (1) ábra azt mutatja, hogy a hidrogén oxidálószer és redukálószer is lehet, reagálva aktív fémekkel és sok nemfémmel:

12.2. feladat. Határozza meg, mely reakciókban a hidrogén oxidálószer, és melyikben redukálószer. vegye figyelembe, hogy egy hidrogénmolekula két atomból áll.

A hidrogén és oxigén keveréke "robbanásveszélyes gáz", mert meggyújtásakor erős robbanás következik be, amely sok emberéletet követelt. Ezért azokat a kísérleteket, amelyekben hidrogén szabadul fel, tűztől távol kell végezni.

Leggyakrabban a hidrogént mutatják be helyreállító tulajdonságok, amelyet tiszta fémek oxidjaiból való előállítására használnak *:

* Az alumínium hasonló tulajdonságokkal rendelkezik (lásd a 10. leckét – Aluminotermia).

A hidrogén és a szerves vegyületek között sokféle reakció játszódik le. Tehát a hidrogén hozzáadása miatt ( hidrogénezés) a folyékony zsírok szilárd zsírokká alakulnak (bővebben a 25. leckében).

A hidrogént többféle módon lehet előállítani:

• Fémek kölcsönhatása savakkal:

12.3. feladat. alumínium, réz és cink sósavval. Milyen esetekben nem megy végbe a reakció? Miért? Nehézségek esetén lásd a 2.2 és 8.3 leckéket;

• Aktív fémek kölcsönhatása vízzel:

12.4. feladat.Írjon egyenleteket az ilyen reakciókra nátrium, bárium, alumínium, vas, ólom. Milyen esetekben nem megy végbe a reakció? Miért? Nehézség esetén lásd a 8.3. leckét.

Ipari méretekben a hidrogént víz elektrolízisével nyerik:

valamint amikor a vízgőzt forró vasreszeléken vezetik át:

A hidrogén a legelterjedtebb elem az univerzumban. Ez teszi ki a csillagok tömegének nagy részét, és részt vesz a termonukleáris fúzióban - ez az energiaforrás, amelyet ezek a csillagok sugároznak.

Oxigén

Az oxigén a leggyakoribb kémiai elem bolygónkon: a földkéreg atomjainak több mint fele oxigén. Az oxigén O 2 anyag légkörünk körülbelül 1/5-ét, az oxigén kémiai elem pedig a hidroszféra (az óceánok) 8/9-ét teszi ki.

Mengyelejev periódusos rendszerében az oxigén a 8-as sorozatszámú, és a második periódus VI. csoportjába tartozik. Ezért az oxigénatom szerkezete a következő:

Mivel a külső szinten 6 elektron van, az oxigén tipikus nemfém, azaz kötődik kettő elektron a külső szint befejezéséig:

Ezért a vegyületeiben lévő oxigén vegyértéket mutat IIés az oxidációs állapot –2 (a peroxidok kivételével).

Az elektronok elfogadásával az oxigénatom az oxidálószer tulajdonságait mutatja. Az oxigénnek ez a tulajdonsága rendkívül fontos: oxidációs folyamatok mennek végbe a légzés, az anyagcsere során; oxidációs folyamatok mennek végbe egyszerű és összetett anyagok égése során.

Égés - egyszerű és összetett anyagok oxidációja fény és hő felszabadulása kíséri. Szinte minden fém és nemfém ég vagy oxidálódik oxigénatmoszférában. Ebben az esetben oxidok képződnek:

* Pontosabban Fe 3 O 4 .

Égéskor oxigénben összetett anyagok oxidok keletkeznek kémiai elemek, tartalmazza az eredeti anyag. Csak nitrogén és halogének szabadulnak fel egyszerű anyagként:

A második reakciót hő- és energiaforrásként használják a mindennapi életben és az iparban, mivel a metán CH 4 szerepel a földgázban.

Az oxigén számos ipari és biológiai folyamat intenzitását teszi lehetővé. Nagy mennyiségben oxigént nyernek a levegőből, valamint a víz (valamint a hidrogén) elektrolízisével. Kis mennyiségben összetett anyagok lebontásával nyerhető:

12.5. feladat. Rendezd az együtthatókat az itt megadott reakcióegyenletekben!

Víz

A víz nem pótolható semmivel – így különbözik szinte az összes többi anyagtól, amely bolygónkon megtalálható. A vizet csak magával a vízzel lehet helyettesíteni. Nincs élet víz nélkül: elvégre az élet a Földön akkor keletkezett, amikor a víz megjelent rajta. Az élet a vízben keletkezett, mert természetes univerzális oldószer. Feloldódik, ami azt jelenti, hogy az összes szükséges tápanyagot ledarálja, és ellátja azokat az élő szervezetek sejtjeivel. És az őrlés eredményeként a kémiai és biokémiai reakciók sebessége meredeken megnő. Sőt, előzetes feloldás nélkül a reakciók 99,5%-a (minden 200-ból 199) nem jöhet létre! (Lásd még az 5.1. leckét.)

Ismeretes, hogy egy felnőtt embernek napi 2,5-3 liter vizet kell kapnia, ugyanennyi ürül ki a szervezetből: vagyis vízháztartás van az emberi szervezetben. Ha megszegik, az ember egyszerűen meghalhat. Például, ha egy személy csak 1-2% vízveszteséget okoz, szomjúságot okoz, és 5% -kal növeli a testhőmérsékletet a hőszabályozás megsértése miatt: szívverés, hallucinációk lépnek fel. 10% vagy több víz elvesztésével a szervezetben olyan változások következnek be, amelyek már visszafordíthatatlanok. A személy kiszáradástól fog meghalni.

A víz egyedülálló anyag. Forráspontja -80 °C (!), de +100 °C. Miért? Mivel a poláris vízmolekulák között képződnek hidrogénkötések:

Ezért a jég és a hó is laza, nagyobb térfogatot foglal el, mint a folyékony víz. Ennek eredményeként a jég a víz felszínére emelkedik, és megvédi a tározók lakóit a fagytól. A frissen hullott hó sok levegőt tartalmaz, és kiváló hőszigetelő. Ha a hó vastag réteggel borította a talajt, akkor az állatok és a növények is megmenekültek a legsúlyosabb fagyoktól.

Ezenkívül a víz nagy hőkapacitású, és egyfajta hőtároló. Ezért a tengerek és óceánok partjain az éghajlat enyhe, és a jól öntözött növények kevésbé szenvednek fagytól, mint a szárazak.

Víz nélkül lehetetlen hidrolízis, egy kémiai reakció, amely szükségszerűen kíséri a fehérjék, zsírok és szénhidrátok felszívódását, amelyek kötelezőételeink összetevői. A hidrolízis eredményeként ezek az összetett szerves anyagok kis molekulatömegű anyagokká bomlanak le, amelyeket valójában egy élő szervezet felvesz (bővebben lásd a 25–27. leckéket). A hidrolízis folyamatait a 6. leckében tárgyaltuk. A víz számos fémmel és nemfémmel, oxiddal, sóval reagál.

12.6. feladat.Írd fel a reakcióegyenleteket:

1. nátrium + víz →
2. klór + víz →
3. kalcium-oxid + víz →
4. kén-oxid (IV) + víz →
5. cink-klorid + víz →
6. nátrium-szilikát + víz →

Ez megváltoztatja a közeg reakcióját (pH)?

A víz az termék sok reakció. Például egy semlegesítési reakcióban és sok OVR-ben szükségszerűen víz képződik.

12.7. feladat.Írjon egyenleteket az ilyen reakciókra!

megállapításait

A hidrogén a leggyakoribb kémiai elem az Univerzumban, és az oxigén a leggyakoribb kémiai elem a Földön. Ezek az anyagok ellentétes tulajdonságokat mutatnak: a hidrogén redukálószer, az oxigén pedig oxidálószer. Ezért könnyen reagálnak egymással, és a Föld legcsodálatosabb és leggyakoribb anyagát - a vizet - alkotják.

A H hidrogén egy kémiai elem, az egyik leggyakoribb az univerzumban. A hidrogén mint elem tömege az anyagok összetételében a más típusú atomok teljes tartalmának 75%-a. Benne van a bolygó legfontosabb és legfontosabb kapcsolatában - a vízben. Megkülönböztető tulajdonság a hidrogén az is, hogy D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszerében az első elem.

Felfedezés és felfedezés

Az első utalások a hidrogénre Paracelsus írásaiban a XVI. századból származnak. De az elszigeteltsége gázkeverék a levegőt és az éghető tulajdonságok tanulmányozását már a tizenhetedik században Lemery tudós végezte. A hidrogént alaposan tanulmányozta egy angol kémikus, fizikus és természettudós, aki kísérletileg bebizonyította, hogy a hidrogén tömege a legkisebb más gázokhoz képest. A tudomány fejlődésének következő szakaszaiban sok tudós dolgozott vele, különösen Lavoisier, aki "víz születésének" nevezte.

A PSCE-ben elfoglalt pozíció szerint jellemző

D. I. Mengyelejev periódusos rendszerét megnyitó elem a hidrogén. Az atom fizikai és kémiai tulajdonságai némi kettősséget mutatnak, mivel a hidrogén egyidejűleg az első csoportba, a fő alcsoportba tartozik, ha fémként viselkedik, és egy kémiai reakció során egyetlen elektront ad fel, hetedik - a vegyértékhéj teljes kitöltése esetén, vagyis a vétel negatív részecske, amely a halogénekhez hasonlóként jellemzi.

Az elem elektronikus szerkezetének jellemzői

A benne lévő összetett anyagok és a legegyszerűbb H 2 anyag tulajdonságait elsősorban a hidrogén elektronikus konfigurációja határozza meg. A részecskének egy Z= (-1) elektronja van, amely a mag körül keringő pályáján egy egységnyi tömegű és pozitív töltésű (+1) protont tartalmaz. Elektronikus konfigurációja 1s 1-nek van írva, ami azt jelenti, hogy egy negatív részecske jelen van a hidrogén legelső és egyetlen s-pályáján.

Ha egy elektront leválasztunk vagy eladunk, és ennek az elemnek egy atomja olyan tulajdonsággal rendelkezik, hogy fémekhez kapcsolódik, kation keletkezik. Valójában a hidrogénion egy pozitív elemi részecske. Ezért az elektronoktól mentes hidrogént egyszerűen protonnak nevezzük.

Fizikai tulajdonságok

Röviden leírva a hidrogént, színtelen, gyengén oldódó gáz, relatív atomtömege 2, a levegőnél 14,5-szer könnyebb, cseppfolyósítási hőmérséklete -252,8 Celsius fok.

Tapasztalatból jól látható, hogy a H2 a legkönnyebb. Ehhez elegendő három golyót megtölteni különféle anyagokkal - hidrogénnel, szén-dioxiddal, közönséges levegővel - és egyidejűleg kiengedni őket a kezéből. A CO 2 -vel töltött gyorsabban éri el a talajt, mint bárki más, ezután levegőkeverékkel felfújva ereszkedik le, a H 2 -t tartalmazó pedig a mennyezetig emelkedik.

A hidrogénrészecskék kis tömege és mérete igazolja, hogy képes áthatolni különféle anyagok. Ugyanazon golyó példáján ez könnyen ellenőrizhető, pár nap alatt leereszti magát, mivel a gáz egyszerűen áthalad a gumin. Ezenkívül a hidrogén felhalmozódhat egyes fémek (palládium vagy platina) szerkezetében, és elpárologhat belőle, amikor a hőmérséklet emelkedik.

A hidrogén alacsony oldhatóságának tulajdonságát a laboratóriumi gyakorlatban használják hidrogénkiszorításos módszerrel történő izolálására (az alábbi táblázat tartalmazza a fő paramétereket), meghatározza az alkalmazási kört és az előállítási módszereket.

Izotópos összetétel

A kémiai elemek periodikus rendszerének sok más képviselőjéhez hasonlóan a hidrogénnek is számos természetes izotópja van, azaz a magban azonos számú protonnal rendelkező atomok, de eltérő szám neutronok - nulla töltésű és egységnyi tömegű részecskék. A hasonló tulajdonságokkal rendelkező atomok példái az oxigén, a szén, a klór, a bróm és mások, beleértve a radioaktív atomokat is.

Fizikai tulajdonságok A hidrogén 1 H, a csoport legelterjedtebb képviselője, jelentősen eltér társai azonos jellemzőitől. Különösen azon anyagok jellemzői különböznek, amelyekben szerepelnek. Tehát van közönséges és deuterált víz, amely összetételében egy protonnal rendelkező hidrogénatom helyett deutérium 2 H - izotópját tartalmazza két elemi részecskével: pozitív és töltetlen. Ez az izotóp kétszer nehezebb, mint a közönséges hidrogén, ami megmagyarázza az általuk alkotott vegyületek tulajdonságainak alapvető különbségét. A természetben a deutérium 3200-szor ritkább, mint a hidrogén. A harmadik képviselője a trícium 3 H, az atommagban két neutron és egy proton van.

Megszerzési és izolálási módszerek

A laboratóriumi és az ipari módszerek nagyon eltérőek. Tehát kis mennyiségben gázt főként olyan reakciók révén nyernek, amelyekben ásványok, és nagyüzemi termelés in több szerves szintézis segítségével.

A következő kémiai kölcsönhatásokat használják a laboratóriumban:

Ipari érdekből a gázt az alábbi módszerekkel nyerik:

1. A metán hőbomlása katalizátor jelenlétében egyszerű anyagokra (350 fok eléri egy ilyen mutató értékét, mint a hőmérséklet) - hidrogén H 2 és szén C.
2. Gőzös víz átvezetése kokszon 1000 Celsius fokon, hogy kialakuljon szén-dioxid CO 2 és H 2 (a leggyakoribb módszer).
3. Gáznemű metán átalakítása nikkelkatalizátoron 800 fokot elérő hőmérsékleten.
4. A hidrogén az melléktermék kálium- vagy nátrium-klorid vizes oldatainak elektrolízisénél.

Kémiai kölcsönhatások: általános rendelkezések

A hidrogén fizikai tulajdonságai nagymértékben megmagyarázzák viselkedését az egyik vagy másik vegyülettel való reakciófolyamatokban. A hidrogén vegyértéke 1, mivel a periódusos rendszerben az első csoportban található, és az oxidáció mértéke mást mutat. Minden vegyületben, kivéve a hidrideket, a hidrogén s.o.-ban = (1+), olyan molekulákban, mint az XH, XH2, XH3- (1-).

Az általánosított elektronpár létrehozásával létrejövő hidrogéngáz molekula két atomból áll, és energetikailag meglehetősen stabil, ezért amikor normál körülmények között kissé közömbös, és reakcióba lép a normál körülmények megváltozásakor. A hidrogén oxidációjának mértékétől függően más anyagok összetételében, oxidálószerként és redukálószerként is működhet.

Olyan anyagok, amelyekkel a hidrogén reagál és képződik

Elemi kölcsönhatások összetett anyagok képzéséhez (gyakran megemelt hőmérsékleten):

1. Alkáli és alkáliföldfém + hidrogén = hidrid.
2. Halogén + H 2 = hidrogén-halogenid.
3. Kén + hidrogén = kénhidrogén.
4. Oxigén + H 2 = víz.
5. Szén + hidrogén = metán.
6. Nitrogén + H 2 = ammónia.

Kölcsönhatás összetett anyagokkal:

1. Szintézisgáz előállítása szén-monoxidból és hidrogénből.
2. Fémek kinyerése oxidjaikból H 2 -vel.
3. Telítetlen alifás szénhidrogének hidrogénnel telítettsége.

hidrogén kötés

A hidrogén fizikai tulajdonságai olyanok, hogy egy elektronegatív elemmel kombinálva lehetővé teszi, hogy egy speciális kötést hozzon létre ugyanazzal az atommal a szomszédos molekulákból, amelyek nem osztott elektronpárokkal rendelkeznek (például oxigén, nitrogén és fluor). A víz a legvilágosabb példa, amelyen jobb egy ilyen jelenséget figyelembe venni. Elmondható, hogy hidrogénkötésekkel van varrva, amelyek gyengébbek, mint a kovalensek vagy ionosak, de abból adódóan, hogy sok van belőlük, jelentősen befolyásolják az anyag tulajdonságait. Lényegében a hidrogénkötés egy elektrosztatikus kölcsönhatás, amely a vízmolekulákat dimerekké és polimerekké köti, ami magas forráspontot eredményez.

Hidrogén az ásványi vegyületek összetételében

Mindenben benne van szervetlen savak magában foglal egy protont - egy atom kationját, például hidrogént. Azt az anyagot, amelynek savmaradékának oxidációs foka nagyobb, mint (-1), többbázisú vegyületnek nevezzük. Több hidrogénatomot tartalmaz, ami disszociációt eredményez vizes oldatok többlépcsős. Minden egyes következő proton egyre nehezebben válik el a sav többi részétől. A közegben lévő hidrogének mennyiségi tartalma alapján határozzuk meg annak savasságát.

Alkalmazása az emberi tevékenységekben

Az anyagot tartalmazó palackok, valamint az egyéb cseppfolyósított gázokat, például oxigént tartalmazó tartályok specifikus kinézet. Sötétzöldre vannak festve, élénkpiros "Hidrogén" felirattal. A gázt körülbelül 150 atmoszféra nyomáson szivattyúzzák egy hengerbe. A hidrogén fizikai tulajdonságait, különösen a gáz halmazállapotú aggregáció könnyűségét használják fel héliummal kevert léggömbök, léggömbök stb.

A hidrogént, amelynek fizikai és kémiai tulajdonságait sok évvel ezelőtt megtanulták használni az emberek, jelenleg számos iparágban használják. A legtöbb az ammónia előállítására megy el. A hidrogén is részt vesz (hafnium, germánium, gallium, szilícium, molibdén, volfrám, cirkónium és mások) oxidokból, redukálószerként működik a reakcióban, hidrogén-cianidban és sósavban, valamint mesterséges folyékony üzemanyagban. Az élelmiszeripar a növényi olajok szilárd zsírokká történő átalakítására használja.

Meghatároztuk a hidrogén kémiai tulajdonságait és felhasználását zsírok, szenek, szénhidrogének, olajok és fűtőolaj különféle hidrogénezési és hidrogénezési folyamataiban. Segítségével drágaköveket, izzólámpákat gyártanak, fémtermékeket kovácsolnak és hegesztenek oxigén-hidrogén láng hatására.

Kölcsönhatás hidrogén val vel oxigén, ahogy Sir Henry Cavendish megállapította, a víz kialakulásához vezet. Folytassuk a dolgot egyszerű példa tanulj meg komponálni kémiai reakciók egyenletei.
Amiből származik hidrogénés oxigén, már tudjuk:

H 2 + O 2 → H 2 O

Most figyelembe vesszük, hogy a kémiai reakciókban a kémiai elemek atomjai nem tűnnek el és nem a semmiből jelennek meg, nem alakulnak át egymásba, hanem új kombinációkban kombinálni hogy új molekulákat képezzenek. Ez azt jelenti, hogy az egyes típusú atomok kémiai reakcióinak egyenletében ugyanannyinak kell lennie előtt reakciók ( bal egyenlőségjelből) és után a reakció vége ( jobb oldalon egyenlőségjelből), így:

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

Az az ami reakcióegyenlet - Egy folyamatban lévő kémiai reakció feltételes rögzítése anyagok és együtthatók képletei segítségével.

Ez azt jelenti, hogy a fenti reakcióban két anyajegy hidrogén-vel kell reagálni egy vakond által oxigén, és az eredmény az lesz két anyajegy víz.

Kölcsönhatás hidrogén val vel oxigén- egyáltalán nem egyszerű folyamat. Ez ezen elemek oxidációs állapotának megváltozásához vezet. Az ilyen egyenletekben az együtthatók kiválasztásához általában a következő módszert kell használni: " elektronikus mérleg".

Amikor hidrogénből és oxigénből víz keletkezik, ez azt jelenti hidrogén megváltoztatta az oxidációs állapotát 0 előtt +I, a oxigén- tól től 0 előtt −II. Ugyanakkor több (n) elektronok:

A hidrogént adományozó elektronok szolgálnak itt redukálószerés oxigénelfogadó elektronok - oxidálószer.

Oxidáló és redukáló szerek

Most nézzük meg, hogyan néz ki külön-külön az elektronadás és -vétel folyamata. Hidrogén találkozott a "rablóval" - az oxigénnel, elveszíti minden tulajdonságát - két elektront, és oxidációs állapota egyenlő lesz +I:

H 2 0 - 2 e− = 2Н + I

Megtörtént oxidációs félreakció egyenlete hidrogén.

És a bandita oxigén Körülbelül 2, miután elvette az utolsó elektronokat a szerencsétlen hidrogéntől, nagyon elégedett az övével új fokozat oxidáció -II:

O 2 + 4 e− = 2O − II

Ez redukciós félreakció egyenlete oxigén.

Hozzá kell tenni, hogy mind a "bandita", mind az "áldozata" elvesztette kémiai azonosságát, és egyszerű anyagokból - kétatomos molekulákkal rendelkező gázokból H 2és Körülbelül 2 egy új kémiai anyag összetevőivé változott - víz H 2 O.

Továbbá a következőképpen vitatkozunk: hány elektront adott a redukálószer az oxidáló banditának, ennyit kapott. A redukálószer által adományozott elektronok számának meg kell egyeznie az oxidálószer által elfogadott elektronok számával..

Szóval kell kiegyenlíteni az elektronok számát az első és a második félreakcióban. A kémiában a félreakciók egyenletek felírásának következő feltételes formája elfogadott:

Itt a göndör zárójeltől balra lévő 2-es és 1-es számok olyan tényezők, amelyek segítenek biztosítani, hogy az adott és a vett elektronok száma egyenlő legyen. Figyelembe vesszük, hogy a félreakciók egyenleteiben 2 elektront adunk el, és fogadunk el 4. A kapott és adott elektronok számának kiegyenlítésére a legkisebb közös többszöröst és további tényezőket találjuk. Esetünkben a legkisebb közös többszörös 4. A további tényezők 2 a hidrogénre (4: 2 = 2), és az oxigénre - 1 (4: 4 = 1).
Az így kapott szorzók a jövőbeli reakcióegyenlet együtthatóiként szolgálnak majd:

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

Hidrogén oxidált nemcsak találkozáskor oxigén. Körülbelül azonos hatást gyakorol a hidrogénre és fluor F2, halogén és a híres "rabló", és látszólag ártalmatlan nitrogén N 2:

Ez azt eredményezi hidrogén-fluorid HF vagy ammónia NH3.

Mindkét vegyületben az oxidációs állapot hidrogén egyenlővé válik +I, mert a molekulában "mohó" partnereket kap valaki más elektronikus árujára, nagy elektronegativitással - fluor Fés nitrogén N. Nál nél nitrogén az elektronegativitás értékét egyenlőnek tekintjük három egyezményes egységgel, és y fluoráltalában az összes kémiai elem közül a legnagyobb elektronegativitás négy egység. Így nem csoda, hogy a szegény hidrogénatomot mindenféle elektronikus környezet nélkül hagyják.

De hidrogén talán visszaállítás- elfogadja az elektronokat. Ez akkor fordul elő, ha a vele való reakcióban olyan alkálifémek vagy kalcium vesz részt, amelyek elektronegativitása kisebb, mint a hidrogéné.

Kémiai tulajdonságok hidrogén

Normál körülmények között a molekuláris hidrogén viszonylag inaktív, és csak a legaktívabb nemfémekkel (fluorral, fényben pedig klórral) kombinálódik közvetlenül. Hevítéskor azonban számos elemmel reagál.

A hidrogén reakcióba lép egyszerű és összetett anyagokkal:

Nál nél magas hőmérsékletű A hidrogén közvetlenül reagál néhány fémmel(alkáli, alkáliföldfém és mások), fehér kristályos anyagokat képeznek - fém-hidridek (Li H, Na H, KH, CaH 2 stb.):

H2+2Li=2LiH

A fém-hidridek víz hatására könnyen lebomlanak, megfelelő lúg és hidrogén képződésével:

Sa H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

1). Oxigénnel A hidrogén vizet képez:

Videó "A hidrogén égése"

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

Normál hőmérsékleten a reakció rendkívül lassan megy végbe, 550 ° C felett - robbanással (2 térfogatrész H 2 és 1 térfogatrész O 2 keverékét nevezzük robbanásveszélyes gáz) .

Videó "Robbanásveszélyes gáz robbanása"

Videó "Robbanó keverék előkészítése és felrobbanása"

2). Halogénekkel A hidrogén hidrogén-halogenideket képez, például:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

A hidrogén a fluorral felrobban (még sötétben és -252°C-on is), klórral és brómmal csak megvilágítva vagy hevítve, jóddal csak melegítéskor lép reakcióba.

3). Nitrogénnel A hidrogén reakcióba lép ammónia képződésével:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

csak katalizátoron és magasabb hőmérsékleten és nyomáson.

4). Melegítéskor a hidrogén heves reakcióba lép kénnel:

H 2 + S \u003d H 2 S (hidrogén-szulfid),

szelénnel és tellúrral sokkal nehezebb.

5). tiszta szénnel A hidrogén katalizátor nélkül csak magas hőmérsékleten tud reagálni:

2H 2 + C (amorf) = CH 4 (metán)

- A hidrogén szubsztitúciós reakcióba lép fém-oxidokkal , miközben a termékekben víz képződik és a fém redukálódik. A hidrogén – redukálószer tulajdonságait mutatja:

Hidrogént használnak sok fém kinyerésére, mivel elvonja az oxigént az oxidjaikból:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O stb.

A hidrogén alkalmazása

Videó "A hidrogén használata"

Jelenleg a hidrogént hatalmas mennyiségben állítják elő. Nagyon nagy részét az ammónia szintézisében, a zsírok hidrogénezésében, valamint a szén, olajok és szénhidrogének hidrogénezésében használják fel. Ezenkívül a hidrogént sósav, metil-alkohol, hidrogén-cianid szintézisére, fémek hegesztésére és kovácsolására, valamint izzólámpák, ill. drágakövek. A hidrogén 150 atm feletti nyomású palackokban kerül értékesítésre. Sötétzöldre festettek és piros "Hidrogén" felirattal vannak ellátva.

A hidrogént a folyékony zsírok szilárd zsírokká történő átalakítására (hidrogénezés), szén és fűtőolaj hidrogénezésével folyékony üzemanyagok előállítására használják. A kohászatban a hidrogént oxidok vagy kloridok redukálószereként használják fémek és nemfémek (germánium, szilícium, gallium, cirkónium, hafnium, molibdén, volfrám stb.) előállítására.

A hidrogén gyakorlati alkalmazása sokrétű: általában léggömbökkel töltik, a vegyiparban számos nagyon fontos termék (ammónia stb.) előállításához szolgál alapanyagul, az élelmiszeriparban - szilárd anyag előállításához. növényi olajokból származó zsírok stb. Magas hőmérsékleten (2600 °C-ig), amelyet hidrogén oxigénben való elégetésével nyernek, tűzálló fémek, kvarcok stb. olvasztására használják. A folyékony hidrogén az egyik leghatékonyabb repülőgép-üzemanyag. A világ éves hidrogénfogyasztása meghaladja az 1 millió tonnát.

SZIMULÁTOROK

2. sz. Hidrogén

MEGERŐSÍTÉSI FELADATOK

Nézzük meg, mi is az a hidrogén. Ennek a nemfémnek a kémiai tulajdonságait és előállítását az iskolában a szervetlen kémia keretében tanulmányozzák. Ez az elem vezeti Mengyelejev periodikus rendszerét, ezért részletes leírást érdemel.

Rövid információ egy elem megnyitásáról

Mielőtt megvizsgálnánk a hidrogén fizikai és kémiai tulajdonságait, nézzük meg, hogyan találták meg ezt a fontos elemet.

A tizenhatodik és tizenhetedik században dolgozó kémikusok írásaikban többször is megemlítették az éghető gázt, amely akkor szabadul fel, amikor a savak aktív fémekkel érintkeznek. A tizennyolcadik század második felében G. Cavendishnek sikerült összegyűjtenie és elemeznie ezt a gázt, így az "éghető gáz" nevet adta neki.

A hidrogén fizikai és kémiai tulajdonságait akkoriban nem vizsgálták. A. Lavoisiernek csak a tizennyolcadik század végén sikerült elemzéssel megállapítania, hogy ez a gáz a víz elemzésével nyerhető. Kicsit később az új elemet hidrogénnek kezdte nevezni, ami azt jelenti, hogy "víz szülése". A hidrogén modern orosz nevét M. F. Szolovjovnak köszönheti.

A természetben lenni

A hidrogén kémiai tulajdonságait csak a természetben való előfordulása alapján lehet elemezni. Ez az elem jelen van a hidro- és litoszférában, valamint része az ásványoknak is: természetes és kapcsolódó gáz, tőzeg, olaj, szén, olajpala. Nehéz elképzelni egy felnőttet, aki ne tudná, hogy a hidrogén a víz szerves része.

Ezenkívül ez a nemfém az állati szervezetekben formában található nukleinsavak, fehérjék, szénhidrátok, zsírok. Bolygónkon ez az elem szabad formában meglehetősen ritkán található meg, talán csak természetes és vulkáni gázban.

Plazma formájában a hidrogén a csillagok és a Nap tömegének körülbelül a felét teszi ki, és a csillagközi gáz része is. Például szabad formában, valamint metán, ammónia formájában ez a nemfém jelen van az üstökösökben, sőt egyes bolygókon is.

Fizikai tulajdonságok

Mielőtt megvizsgálnánk a hidrogén kémiai tulajdonságait, meg kell jegyeznünk, hogy normál körülmények között a levegőnél könnyebb gázhalmazállapotú anyag, számos izotópos formával rendelkezik. Vízben szinte oldhatatlan és magas hővezető képességgel rendelkezik. A Protium, amelynek tömegszáma 1, a legkönnyebb formájának tekinthető. A radioaktív tulajdonságokkal rendelkező trícium a természetben a légköri nitrogénből képződik, amikor a neuronok UV-sugárzásnak teszik ki.

A molekula szerkezetének jellemzői

A hidrogén kémiai tulajdonságainak, a rá jellemző reakciók vizsgálatához térjünk ki szerkezetének jellemzőire. Ez a kétatomos molekula kovalens, nem poláris kémiai kötéssel rendelkezik. Az atomos hidrogén képződése akkor lehetséges, ha az aktív fémek kölcsönhatásba lépnek savas oldatokkal. De ebben a formában ez a nemfém csak jelentéktelen ideig képes létezni, szinte azonnal újraegyesül molekuláris formává.

Kémiai tulajdonságok

Vegye figyelembe a hidrogén kémiai tulajdonságait. A legtöbb vegyületben, amelyet ez a kémiai elem képez, oxidációs állapota +1, ami hasonló az aktív (alkáli) fémekhez. A hidrogén fő kémiai tulajdonságai, fémként jellemzik:

• oxigénnel való kölcsönhatás víz képződése érdekében;
• reakció halogénekkel, amelyet hidrogén-halogenid képződés kísér;
• kénhidrogén termelése kénnel kombinálva.

Alább látható a hidrogén kémiai tulajdonságait jellemző reakcióegyenlet. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy nemfémként (-1 oxidációs állapotú) csak az aktív fémekkel való reakcióban fejti ki hatását, és ezekkel a megfelelő hidrideket képezi.

A hidrogén normál hőmérsékleten nem lép aktív kölcsönhatásba más anyagokkal, ezért a reakciók többsége csak előmelegítés után megy végbe.

Nézzünk meg részletesebben a Mengyelejev-féle kémiai elemek periodikus rendszerét vezető elem néhány kémiai kölcsönhatását.

A vízképződés reakciója 285,937 kJ energia felszabadulásával jár. Nál nél emelkedett hőmérséklet(több mint 550 Celsius fok) ezt a folyamatot erős robbanás kíséri.

A gáz-halmazállapotú hidrogén azon kémiai tulajdonságai közül, amelyek jelentős alkalmazást találtak az iparban, a fém-oxidokkal való kölcsönhatása érdekes. A modern iparban katalitikus hidrogénezéssel dolgozzák fel a fémoxidokat, például tiszta fémet izolálnak a vaskőből (vegyes vas-oxid). Ez a módszer lehetővé teszi a fémhulladék hatékony feldolgozását.

Az ammónia szintézise, ​​amely a hidrogén és a légköri nitrogén kölcsönhatását foglalja magában, a modern vegyiparban is igényes. A kémiai kölcsönhatás előfordulásának feltételei között megjegyezzük a nyomást és a hőmérsékletet.

Következtetés

A hidrogén az, ami inaktív kémiai normál körülmények között. A hőmérséklet emelkedésével aktivitása jelentősen megnő. Ez az anyag igényes a szerves szintézisben. Például hidrogénezéssel a ketonok szekunder alkoholokká redukálhatók, az aldehidek pedig primer alkoholokká alakíthatók. Ezenkívül hidrogénezéssel az etilén és acetilén osztályba tartozó telítetlen szénhidrogének a metán sorozatba tartozó telített vegyületekké alakíthatók. A hidrogén joggal tekinthető egyszerű, keresett anyagnak a modern vegyiparban.