Reaksi kimia hidrogen Sifat kimia halogen

Hidrogen adalah unsur kimia yang paling melimpah di alam semesta. Dialah yang membentuk dasar dari zat Bintang yang mudah terbakar.

Hidrogen adalah unsur kimia pertama dalam Tabel Periodik Mendeleev. Atomnya memiliki struktur paling sederhana: satu elektron berputar di sekitar partikel elementer "proton" (inti atom):

Hidrogen alami terdiri dari tiga isotop: protium 1 H, deuterium 2 H dan tritium 3 H.

Tugas 12.1. Tunjukkan struktur inti atom dari isotop-isotop ini.

Memiliki satu elektron di tingkat terluar, atom hidrogen dapat menunjukkan satu-satunya kemungkinan valensi I untuknya:

Pertanyaan. Apakah tingkat luar yang lengkap terbentuk ketika atom hidrogen menerima elektron?

Dengan demikian, atom hidrogen dapat menerima dan memberi satu elektron, yaitu, adalah non-logam yang khas. PADA setiap senyawa atom hidrogen satu valentine.

Zat sederhana "hidrogen" H2- gas tidak berwarna dan tidak berbau, sangat ringan. Ini kurang larut dalam air, tetapi sangat larut dalam banyak logam. Jadi, satu volume paladium d menyerap hingga 900 volume hidrogen.

Skema (1) menunjukkan bahwa hidrogen dapat menjadi zat pengoksidasi dan zat pereduksi, bereaksi dengan logam aktif dan banyak non-logam:

Tugas 12.2. Tentukan dalam reaksi mana hidrogen merupakan oksidator dan di mana hidrogen merupakan agen pereduksi. perhatikan itu molekul hidrogen terdiri dari dua atom.

Campuran hidrogen dan oksigen merupakan "gas eksplosif", karena ketika dinyalakan, terjadi ledakan yang kuat, yang merenggut banyak nyawa. Oleh karena itu, eksperimen di mana hidrogen dilepaskan harus dilakukan jauh dari api.

Paling sering, hidrogen menunjukkan sifat restoratif, yang digunakan untuk memperoleh logam murni dari oksidanya *:

* Aluminium menunjukkan sifat yang serupa (lihat pelajaran 10 - aluminotermi).

Berbagai reaksi terjadi antara hidrogen dan senyawa organik. Jadi, karena penambahan hidrogen ( hidrogenasi) lemak cair berubah menjadi padat (lebih lanjut tentang pelajaran 25).

Hidrogen dapat diperoleh dengan berbagai cara:

• Interaksi logam dengan asam:

Tugas 12.3. aluminium, tembaga dan seng dengan asam klorida. Dalam kasus apa reaksi tidak terjadi? Mengapa? Jika mengalami kesulitan, lihat pelajaran 2.2 dan 8.3;

• Interaksi logam aktif dengan air:

Tugas 12.4. Tulis persamaan untuk reaksi tersebut untuk natrium, barium, aluminium, besi, timah. Dalam kasus apa reaksi tidak terjadi? Mengapa? Jika mengalami kesulitan, lihat pelajaran 8.3.

Pada skala industri, hidrogen diperoleh dengan elektrolisis air:

serta ketika melewatkan uap air melalui serbuk besi panas:

Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Itu membuat sebagian besar massa bintang dan terlibat dalam fusi termonuklir - sumber energi yang dipancarkan bintang-bintang ini.

Oksigen

Oksigen adalah unsur kimia paling umum di planet kita: lebih dari setengah atom di kerak bumi adalah oksigen. Substansi oksigen O 2 adalah sekitar 1/5 dari atmosfer kita, dan unsur kimia oksigen adalah 8/9 dari hidrosfer (lautan).

Dalam sistem periodik Mendeleev, oksigen memiliki nomor seri 8 dan berada di golongan VI periode kedua. Oleh karena itu, struktur atom oksigen adalah sebagai berikut:

Memiliki 6 elektron di tingkat terluar, oksigen adalah non-logam yang khas, yaitu, menempel dua elektron sampai selesainya tingkat terluar:

Oleh karena itu, oksigen dalam senyawanya menunjukkan valensi II dan keadaan oksidasi –2 (tidak termasuk peroksida).

Dengan menerima elektron, atom oksigen menunjukkan sifat-sifat agen pengoksidasi. Sifat oksigen ini sangat penting: proses oksidasi terjadi selama respirasi, metabolisme; proses oksidasi terjadi selama pembakaran zat sederhana dan kompleks.

Pembakaran - oksidasi zat sederhana dan kompleks disertai dengan pelepasan cahaya dan panas. Hampir semua logam dan non-logam terbakar atau teroksidasi dalam atmosfer oksigen. Dalam hal ini, oksida terbentuk:

* Lebih tepatnya, Fe 3 O 4 .

Saat terbakar dalam oksigen zat kompleks oksida terbentuk unsur kimia, termasuk dalam zat asli. Hanya nitrogen dan halogen yang dipancarkan sebagai zat sederhana:

Yang kedua dari reaksi ini digunakan sebagai sumber panas dan energi dalam kehidupan sehari-hari dan industri, karena metana CH 4 termasuk dalam gas alam.

Oksigen memungkinkan untuk mengintensifkan banyak proses industri dan biologis. Dalam jumlah besar, oksigen diperoleh dari udara, serta dengan elektrolisis air (juga hidrogen). Dalam jumlah kecil, dapat diperoleh dengan penguraian zat kompleks:

Tugas 12.5. Atur koefisien dalam persamaan reaksi yang diberikan di sini.

Air

Air tidak dapat digantikan oleh apa pun - inilah perbedaannya dari hampir semua zat lain yang ditemukan di planet kita. Air hanya bisa digantikan oleh air itu sendiri. Tidak ada kehidupan tanpa air: bagaimanapun juga, kehidupan di Bumi muncul ketika air muncul di atasnya. Kehidupan berasal dari air karena itu adalah alam semesta yang alami pelarut. Ini melarutkan dan, karenanya, menggiling semua nutrisi yang diperlukan dan memberi mereka sel-sel organisme hidup. Dan sebagai hasil penggilingan, kecepatan reaksi kimia dan biokimia meningkat tajam. Selain itu, tanpa pelarutan sebelumnya, 99,5% (199 dari setiap 200) reaksi tidak dapat terjadi! (Lihat juga Pelajaran 5.1.)

Diketahui bahwa orang dewasa harus menerima 2,5–3 liter air per hari, jumlah yang sama dikeluarkan dari tubuh: yaitu, ada keseimbangan air dalam tubuh manusia. Jika dilanggar, seseorang bisa mati begitu saja. Misalnya, kehilangan hanya 1-2% air oleh seseorang menyebabkan rasa haus, dan 5% meningkatkan suhu tubuh karena pelanggaran termoregulasi: detak jantung terjadi, halusinasi terjadi. Dengan hilangnya 10% atau lebih air dalam tubuh, terjadi perubahan yang mungkin sudah tidak dapat diubah lagi. Orang tersebut akan mati karena dehidrasi.

Air adalah zat yang unik. Titik didihnya harus -80 °C (!), tetapi +100 °C. Mengapa? Karena antara molekul air polar terbentuk ikatan hidrogen:

Oleh karena itu, baik es maupun salju bersifat lepas, menempati volume yang lebih besar daripada air cair. Akibatnya, es naik ke permukaan air dan melindungi penghuni waduk dari pembekuan. Salju yang baru turun mengandung banyak udara dan merupakan isolator panas yang sangat baik. Jika salju menutupi bumi dengan lapisan tebal, maka hewan dan tumbuhan diselamatkan dari salju yang paling parah.

Selain itu, air memiliki kapasitas panas yang tinggi dan merupakan jenis akumulator panas. Oleh karena itu, di pantai laut dan samudera, iklimnya ringan, dan tanaman yang disiram dengan baik lebih sedikit menderita embun beku daripada yang kering.

Tidak mungkin tanpa air hidrolisis, reaksi kimia yang menyertai penyerapan protein, lemak dan karbohidrat, yang wajib komponen makanan kita. Sebagai hasil hidrolisis, zat organik kompleks ini terurai menjadi zat dengan berat molekul rendah, yang sebenarnya diserap oleh organisme hidup (untuk lebih jelasnya, lihat pelajaran 25-27). Proses hidrolisis telah kita bahas dalam pelajaran 6. Air bereaksi dengan banyak logam dan non-logam, oksida, garam.

Tugas 12.6. Tulis persamaan reaksi:

1. natrium + air →
2. klorin + air →
3. kalsium oksida + air →
4. sulfur oksida (IV) + air →
5. seng klorida + air →
6. natrium silikat + air →

Apakah ini mengubah reaksi medium (pH)?

Air adalah produk banyak reaksi. Misalnya, dalam reaksi netralisasi dan dalam banyak OVR, air harus terbentuk.

Tugas 12.7. Tulis persamaan untuk reaksi seperti itu.

temuan

Hidrogen adalah unsur kimia paling umum di Alam Semesta, dan oksigen adalah unsur kimia paling umum di Bumi. Zat-zat ini menunjukkan sifat yang berlawanan: hidrogen adalah zat pereduksi, dan oksigen adalah zat pengoksidasi. Oleh karena itu, mereka dengan mudah bereaksi satu sama lain, membentuk zat paling menakjubkan dan paling umum di Bumi - air.

Hidrogen H adalah unsur kimia, salah satu yang paling umum di alam semesta kita. Massa hidrogen sebagai unsur dalam komposisi zat adalah 75% dari total kandungan atom jenis lain. Itu termasuk dalam koneksi paling penting dan vital di planet ini - air. Ciri khas hidrogen juga fakta bahwa itu adalah elemen pertama dalam sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev.

Penemuan dan eksplorasi

Referensi pertama untuk hidrogen dalam tulisan-tulisan Paracelsus berasal dari abad keenam belas. Tapi isolasi dari campuran gas udara dan studi tentang sifat-sifat yang mudah terbakar sudah dilakukan pada abad ketujuh belas oleh ilmuwan Lemery. Hidrogen dipelajari secara menyeluruh oleh seorang ahli kimia, fisikawan dan naturalis Inggris yang secara eksperimental membuktikan bahwa massa hidrogen adalah yang terkecil dibandingkan dengan gas lainnya. Pada tahap perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, banyak ilmuwan bekerja dengannya, khususnya Lavoisier, yang memanggilnya "melahirkan air."

Karakteristik sesuai dengan posisi di PSCE

Unsur yang membuka tabel periodik D. I. Mendeleev adalah hidrogen. Sifat fisik dan kimia atom menunjukkan beberapa dualitas, karena hidrogen secara bersamaan ditugaskan ke kelompok pertama, subkelompok utama, jika berperilaku seperti logam dan melepaskan satu elektron dalam proses reaksi kimia, dan ke ketujuh - dalam kasus pengisian lengkap kulit valensi, yaitu, penerimaan partikel negatif, yang mencirikannya mirip dengan halogen.

Fitur struktur elektronik elemen

Sifat-sifat zat kompleks di mana ia termasuk, dan zat paling sederhana H2 terutama ditentukan oleh konfigurasi elektronik hidrogen. Partikel tersebut memiliki satu elektron dengan Z= (-1), yang berputar pada orbitnya mengelilingi inti, mengandung satu proton dengan satuan massa dan muatan positif (+1). Konfigurasi elektronnya ditulis sebagai 1s 1, yang berarti adanya satu partikel negatif di orbital s pertama dan satu-satunya untuk hidrogen.

Ketika sebuah elektron dilepaskan atau dilepaskan, dan sebuah atom dari unsur ini memiliki sifat yang terkait dengan logam, sebuah kation diperoleh. Faktanya, ion hidrogen adalah partikel elementer positif. Oleh karena itu, hidrogen tanpa elektron disebut proton.

Properti fisik

Secara singkat menggambarkan hidrogen, itu adalah gas tidak berwarna, sedikit larut dengan massa atom relatif 2, 14,5 kali lebih ringan dari udara, dengan suhu pencairan -252,8 derajat Celcius.

Dapat dengan mudah dilihat dari pengalaman bahwa H2 adalah yang paling ringan. Untuk melakukan ini, cukup mengisi tiga bola dengan berbagai zat - hidrogen, karbon dioksida, udara biasa - dan secara bersamaan melepaskannya dari tangan Anda. Yang diisi dengan CO 2 akan mencapai tanah lebih cepat dari orang lain, setelah itu akan turun dipompa dengan campuran udara, dan yang mengandung H 2 akan naik ke langit-langit.

Massa kecil dan ukuran partikel hidrogen membenarkan kemampuannya untuk menembus berbagai zat. Pada contoh bola yang sama, ini mudah diverifikasi, dalam beberapa hari akan mengempis sendiri, karena gas hanya akan melewati karet. Juga, hidrogen dapat terakumulasi dalam struktur beberapa logam (paladium atau platinum), dan menguap darinya ketika suhu naik.

Sifat kelarutan hidrogen yang rendah digunakan dalam praktik laboratorium untuk mengisolasinya dengan metode perpindahan hidrogen (tabel di bawah berisi parameter utama) menentukan ruang lingkup aplikasi dan metode produksinya.

Komposisi isotop

Seperti banyak perwakilan lain dari sistem periodik unsur kimia, hidrogen memiliki beberapa isotop alami, yaitu atom dengan jumlah proton yang sama di dalam nukleus, tetapi nomor berbeda neutron - partikel dengan muatan nol dan satuan massa. Contoh atom yang memiliki sifat serupa adalah oksigen, karbon, klorin, brom dan lain-lain, termasuk yang bersifat radioaktif.

Properti fisik hidrogen 1 H, yang paling umum dari perwakilan kelompok ini, berbeda secara signifikan dari karakteristik yang sama dari rekan-rekannya. Secara khusus, karakteristik zat di mana mereka termasuk berbeda. Jadi, ada air biasa dan terdeuterasi, yang mengandung komposisinya alih-alih atom hidrogen dengan satu proton, deuterium 2 H - isotopnya dengan dua partikel elementer: positif dan tidak bermuatan. Isotop ini dua kali lebih berat dari hidrogen biasa, yang menjelaskan perbedaan mendasar dalam sifat-sifat senyawa yang mereka buat. Di alam, deuterium 3200 kali lebih jarang daripada hidrogen. Perwakilan ketiga adalah tritium 3 H, di dalam nukleus ia memiliki dua neutron dan satu proton.

Metode untuk memperoleh dan mengisolasi

Metode laboratorium dan industri sangat berbeda. Jadi, dalam jumlah kecil, gas diperoleh terutama melalui reaksi di mana mineral, dan produksi skala besar di lagi menggunakan sintesis organik.

Interaksi kimia berikut digunakan di laboratorium:

Untuk kepentingan industri, gas diperoleh dengan cara-cara seperti:

1. Dekomposisi termal metana dengan adanya katalis menjadi zat sederhana penyusunnya (350 derajat mencapai nilai indikator seperti suhu) - hidrogen H 2 dan karbon C.
2. Melewati uap air melalui kokas pada 1000 derajat Celcius untuk membentuk karbon dioksida CO2 dan H2 (metode yang paling umum).
3. Konversi gas metana pada katalis nikel pada suhu mencapai 800 derajat.
4. Hidrogen adalah produk sampingan dalam elektrolisis larutan berair kalium atau natrium klorida.

Interaksi kimia: ketentuan umum

Sifat fisik hidrogen sebagian besar menjelaskan perilakunya dalam proses reaksi dengan satu atau lain senyawa. Valensi hidrogen adalah 1, karena terletak di kelompok pertama dalam tabel periodik, dan tingkat oksidasi menunjukkan yang berbeda. Dalam semua senyawa, kecuali hidrida, hidrogen dalam s.o. = (1+), dalam molekul seperti XH, XH 2, XH 3 - (1-).

Molekul gas hidrogen, dibentuk dengan menciptakan pasangan elektron umum, terdiri dari dua atom dan cukup energik stabil, itulah sebabnya ketika kondisi normal agak lembam dan masuk ke dalam reaksi ketika kondisi normal berubah. Tergantung pada tingkat oksidasi hidrogen dalam komposisi zat lain, ia dapat bertindak sebagai zat pengoksidasi dan zat pereduksi.

Zat yang dengannya hidrogen bereaksi dan membentuk

Interaksi unsur untuk membentuk zat kompleks (seringkali pada suhu tinggi):

1. Logam alkali dan alkali tanah + hidrogen = hidrida.
2. Halogen + H2 = hidrogen halida.
3. Sulfur + hidrogen = hidrogen sulfida.
4. Oksigen + H2 = air.
5. Karbon + hidrogen = metana.
6. Nitrogen + H2 = Amonia.

Interaksi dengan zat kompleks:

1. Mendapatkan gas sintesis dari karbon monoksida dan hidrogen.
2. Pemulihan logam dari oksidanya dengan H 2 .
3. Saturasi hidrogen dari hidrokarbon alifatik tak jenuh.

ikatan hidrogen

Sifat fisik hidrogen sedemikian rupa sehingga, ketika digabungkan dengan unsur elektronegatif, ia memungkinkannya untuk membentuk jenis ikatan khusus dengan atom yang sama dari molekul tetangga yang memiliki pasangan elektron yang tidak digunakan bersama (misalnya, oksigen, nitrogen, dan fluor). Contoh paling jelas yang lebih baik untuk mempertimbangkan fenomena seperti itu adalah air. Dapat dikatakan bahwa itu dijahit dengan ikatan hidrogen, yang lebih lemah daripada ikatan kovalen atau ion, tetapi karena jumlahnya banyak, mereka memiliki efek signifikan pada sifat-sifat zat. Pada dasarnya, ikatan hidrogen adalah interaksi elektrostatik yang mengikat molekul air menjadi dimer dan polimer, sehingga menimbulkan titik didih yang tinggi.

Hidrogen dalam komposisi senyawa mineral

Termasuk dalam semua asam anorganik termasuk proton - kation atom seperti hidrogen. Suatu zat yang residu asamnya memiliki bilangan oksidasi lebih besar dari (-1) disebut senyawa polibasa. Ini mengandung beberapa atom hidrogen, yang membuat disosiasi menjadi larutan air bertingkat. Setiap proton berikutnya semakin sulit melepaskan diri dari sisa asam. Menurut kandungan kuantitatif hidrogen dalam medium, keasamannya ditentukan.

Aplikasi dalam aktivitas manusia

Silinder dengan suatu zat, serta wadah dengan gas cair lainnya, seperti oksigen, memiliki spesifikasi penampilan. Mereka dicat hijau tua dengan huruf "Hidrogen" merah cerah. Gas dipompa ke dalam silinder di bawah tekanan sekitar 150 atmosfer. Sifat fisik hidrogen, khususnya ringannya keadaan agregasi gas, digunakan untuk mengisi balon, balon, dll. dicampur dengan helium.

Hidrogen, sifat fisik dan kimia yang dipelajari orang bertahun-tahun yang lalu, saat ini digunakan di banyak industri. Sebagian besar digunakan untuk produksi amonia. Hidrogen juga berpartisipasi dalam (hafnium, germanium, galium, silikon, molibdenum, tungsten, zirkonium, dan lainnya) dari oksida, bertindak dalam reaksi sebagai zat pereduksi, asam hidrosianat dan klorida, serta bahan bakar cair buatan. Industri makanan menggunakannya untuk mengubah minyak nabati menjadi lemak padat.

Kami menentukan sifat kimia dan penggunaan hidrogen dalam berbagai proses hidrogenasi dan hidrogenasi lemak, batubara, hidrokarbon, minyak dan bahan bakar minyak. Dengan bantuan itu, batu mulia, lampu pijar diproduksi, produk logam ditempa dan dilas di bawah pengaruh nyala oksigen-hidrogen.

Interaksi hidrogen dengan oksigen, seperti yang didirikan Sir Henry Cavendish, mengarah pada pembentukan air. Mari kita lanjutkan contoh sederhana belajar cara menulis persamaan reaksi kimia.
Apa yang berasal dari? hidrogen dan oksigen, kita sudah tahu:

H 2 + O 2 → H 2 O

Sekarang kita memperhitungkan bahwa atom-atom unsur kimia dalam reaksi kimia tidak hilang dan tidak muncul dari ketiadaan, tidak berubah menjadi satu sama lain, tetapi gabungkan dalam kombinasi baru untuk membentuk molekul baru. Artinya dalam persamaan reaksi kimia atom-atom dari masing-masing jenis pasti ada bilangan yang sama sebelum reaksi ( kiri dari tanda sama dengan) dan setelah akhir reaksi ( di sebelah kanan dari tanda sama dengan), seperti ini:

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

Itulah apa itu persamaan reaksi - catatan bersyarat dari reaksi kimia yang sedang berlangsung menggunakan rumus zat dan koefisien.

Ini berarti bahwa dalam reaksi di atas dua tahi lalat hidrogen harus bereaksi dengan oleh satu mol oksigen, dan hasilnya adalah dua tahi lalat air.

Interaksi hidrogen dengan oksigen- bukan proses yang sederhana sama sekali. Ini mengarah pada perubahan bilangan oksidasi unsur-unsur ini. Untuk memilih koefisien dalam persamaan seperti itu, biasanya digunakan metode " keseimbangan elektronik".

Ketika air terbentuk dari hidrogen dan oksigen, ini berarti: hidrogen diubah keadaan oksidasinya dari 0 sebelum + aku, sebuah oksigen- dari 0 sebelum II. Pada saat yang sama, beberapa (n) elektron:

Elektron pendonor hidrogen berfungsi di sini agen pereduksi, dan elektron penerima oksigen - agen pengoksidasi.

Oksidator dan reduktor

Sekarang mari kita lihat bagaimana proses memberi dan menerima elektron secara terpisah. Hidrogen, setelah bertemu dengan "perampok" - oksigen, kehilangan semua propertinya - dua elektron, dan keadaan oksidasinya menjadi sama dengan + aku:

H 2 0 2 e= 2Н + I

Telah terjadi persamaan setengah reaksi oksidasi hidrogen.

Dan bandit itu oksigen Tentang 2, setelah mengambil elektron terakhir dari hidrogen malang, sangat senang dengan gelar baru oksidasi -II:

O2 + 4 e= 2O II

Ini persamaan setengah reaksi reduksi oksigen.

Tetap menambahkan bahwa baik "bandit" dan "korbannya" telah kehilangan identitas kimianya dan dari zat sederhana - gas dengan molekul diatomik H2 dan Tentang 2 berubah menjadi komponen zat kimia baru - air H2O.

Selanjutnya, kami akan berdebat sebagai berikut: berapa banyak elektron yang diberikan reduktor kepada bandit pengoksidasi, itulah yang dia terima. Jumlah elektron yang disumbangkan oleh zat pereduksi harus sama dengan jumlah elektron yang diterima oleh zat pengoksidasi..

Jadi kamu perlu menyamakan jumlah elektron pada setengah reaksi pertama dan kedua. Dalam kimia, bentuk kondisional penulisan persamaan setengah reaksi berikut diterima:

Di sini, angka 2 dan 1 di sebelah kiri kurung kurawal adalah faktor yang akan membantu memastikan bahwa jumlah elektron yang diberikan dan diterima adalah sama. Kami memperhitungkan bahwa dalam persamaan setengah reaksi 2 elektron dilepaskan, dan diterima 4. Untuk menyamakan jumlah elektron yang diterima dan yang diberikan, kelipatan persekutuan terkecil dan faktor tambahan ditemukan. Dalam kasus kami, kelipatan persekutuan terkecil adalah 4. Faktor tambahan adalah 2 untuk hidrogen (4: 2 = 2), dan untuk oksigen - 1 (4: 4 = 1)
Pengganda yang dihasilkan akan berfungsi sebagai koefisien persamaan reaksi masa depan:

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

Hidrogen teroksidasi bukan hanya saat bertemu oksigen. Kira-kira efek yang sama pada hidrogen dan fluor F2, halogen dan "perampok" yang terkenal, dan tampaknya tidak berbahaya nitrogen N 2:

Ini menghasilkan hidrogen fluorida HF atau amonia NH3.

Dalam kedua senyawa, keadaan oksidasi hidrogen menjadi sama + aku, karena dia mendapat pasangan dalam molekul "rakus" untuk barang elektronik orang lain, dengan elektronegativitas tinggi - fluor F dan nitrogen N. Pada nitrogen nilai keelektronegatifan dianggap sama dengan tiga satuan konvensional, dan y fluor secara umum, elektronegativitas tertinggi di antara semua unsur kimia adalah empat unit. Jadi tidak heran mereka meninggalkan atom hidrogen yang buruk tanpa lingkungan elektronik.

Tetapi hidrogen mungkin memulihkan- menerima elektron. Ini terjadi jika logam alkali atau kalsium, yang keelektronegatifannya lebih kecil daripada hidrogen, ikut serta dalam reaksi dengannya.

Sifat kimia hidrogen

Dalam kondisi normal, molekul Hidrogen relatif tidak aktif, bergabung secara langsung hanya dengan nonlogam yang paling aktif (dengan fluor, dan dalam cahaya juga dengan klorin). Namun, ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan banyak elemen.

Hidrogen bereaksi dengan zat sederhana dan kompleks:

Pada suhu tinggi Hidrogen bereaksi secara langsung dengan beberapa logam(basa, alkali tanah, dan lainnya), membentuk zat kristal putih - hidrida logam (Li H, Na H, KH, CaH 2, dll.):

H2 + 2Li = 2LiH

Hidrida logam mudah terurai oleh air dengan pembentukan alkali dan hidrogen yang sesuai:

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

1). Dengan oksigen Hidrogen membentuk air:

Video "Pembakaran hidrogen"

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

Pada suhu biasa, reaksi berlangsung sangat lambat, di atas 550 ° C - dengan ledakan (campuran 2 volume H2 dan 1 volume O2 disebut gas eksplosif) .

Video "Ledakan gas eksplosif"

Video "Persiapan dan ledakan campuran bahan peledak"

2). Dengan halogen Hidrogen membentuk hidrogen halida, misalnya:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

Hidrogen meledak dengan fluor (bahkan dalam gelap dan pada -252°C), bereaksi dengan klorin dan bromin hanya ketika diterangi atau dipanaskan, dan dengan yodium hanya ketika dipanaskan.

3). Dengan nitrogen Hidrogen bereaksi dengan pembentukan amonia:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

hanya pada katalis dan pada suhu dan tekanan tinggi.

4). Saat dipanaskan, hidrogen bereaksi dengan kuat dengan belerang:

H 2 + S \u003d H 2 S (hidrogen sulfida),

jauh lebih sulit dengan selenium dan telurium.

5). dengan karbon murni Hidrogen dapat bereaksi tanpa katalis hanya pada suhu tinggi:

2H 2 + C (amorf) = CH 4 (metana)

- Hidrogen masuk ke dalam reaksi substitusi dengan oksida logam , sedangkan air terbentuk dalam produk dan logam tereduksi. Hidrogen - menunjukkan sifat-sifat zat pereduksi:

Hidrogen digunakan untuk pemulihan banyak logam, karena menghilangkan oksigen dari oksidanya:

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

Aplikasi hidrogen

Video "Penggunaan hidrogen"

Saat ini, hidrogen diproduksi dalam jumlah besar. Sebagian besar digunakan dalam sintesis amonia, hidrogenasi lemak dan hidrogenasi batubara, minyak dan hidrokarbon. Selain itu, hidrogen digunakan untuk sintesis asam klorida, metil alkohol, asam hidrosianat, dalam pengelasan dan penempaan logam, serta dalam pembuatan lampu pijar dan batu mulia. Hidrogen mulai dijual dalam silinder di bawah tekanan lebih dari 150 atm. Mereka dicat hijau tua dan dilengkapi dengan tulisan merah "Hidrogen".

Hidrogen digunakan untuk mengubah lemak cair menjadi lemak padat (hidrogenasi), untuk menghasilkan bahan bakar cair dengan menghidrogenasi batubara dan bahan bakar minyak. Dalam metalurgi, hidrogen digunakan sebagai zat pereduksi untuk oksida atau klorida untuk menghasilkan logam dan non-logam (germanium, silikon, galium, zirkonium, hafnium, molibdenum, tungsten, dll.).

Aplikasi praktis hidrogen beragam: biasanya diisi dengan balon, dalam industri kimia ia berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi banyak produk yang sangat penting (amonia, dll.), Dalam industri makanan - untuk produksi padat lemak dari minyak nabati, dll. Suhu tinggi (hingga 2600 °C), diperoleh dengan membakar hidrogen dalam oksigen, digunakan untuk melelehkan logam tahan api, kuarsa, dll. Hidrogen cair adalah salah satu bahan bakar jet yang paling efisien. Konsumsi dunia tahunan hidrogen melebihi 1 juta ton.

SIMULATOR

2. Hidrogen

TUGAS UNTUK PENGUATAN

Mari kita lihat apa itu hidrogen. Sifat kimia dan produksi non-logam ini dipelajari dalam mata kuliah kimia anorganik di sekolah. Elemen inilah yang mengepalai sistem periodik Mendeleev, dan karena itu layak mendapatkan deskripsi terperinci.

Informasi singkat tentang membuka elemen

Sebelum mempertimbangkan sifat fisik dan kimia hidrogen, mari kita cari tahu bagaimana unsur penting ini ditemukan.

Ahli kimia yang bekerja pada abad keenam belas dan ketujuh belas berulang kali menyebutkan dalam tulisan mereka gas yang mudah terbakar yang dilepaskan ketika asam terkena logam aktif. Pada paruh kedua abad kedelapan belas, G. Cavendish berhasil mengumpulkan dan menganalisis gas ini, memberinya nama "gas yang mudah terbakar".

Sifat fisik dan kimia hidrogen pada waktu itu tidak dipelajari. Baru pada akhir abad kedelapan belas, A. Lavoisier berhasil menetapkan dengan analisis bahwa gas ini dapat diperoleh dengan menganalisis air. Beberapa saat kemudian, ia mulai menyebut unsur baru hidrogen, yang berarti "melahirkan air". Hidrogen berutang nama Rusia modern untuk M.F. Solovyov.

Berada di alam

Sifat kimia hidrogen hanya dapat dianalisis berdasarkan kelimpahannya di alam. Elemen ini hadir di hidro dan litosfer, dan juga merupakan bagian dari mineral: gas alam dan terkait, gambut, minyak, batu bara, serpih minyak. Sulit membayangkan orang dewasa yang tidak tahu bahwa hidrogen merupakan bagian integral dari air.

Selain itu, non-logam ini ditemukan pada organisme hewan dalam bentuk asam nukleat, protein, karbohidrat, lemak. Di planet kita, elemen ini sangat jarang ditemukan dalam bentuk bebas, mungkin hanya dalam gas alam dan vulkanik.

Dalam bentuk plasma, hidrogen membentuk sekitar setengah massa bintang dan Matahari, dan juga merupakan bagian dari gas antarbintang. Misalnya, dalam bentuk bebas, serta dalam bentuk metana, amonia, non-logam ini ada di komet dan bahkan beberapa planet.

Properti fisik

Sebelum mempertimbangkan sifat kimia hidrogen, kami mencatat bahwa dalam kondisi normal itu adalah zat gas yang lebih ringan dari udara, memiliki beberapa bentuk isotop. Ini hampir tidak larut dalam air dan memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Protium, yang memiliki nomor massa 1, dianggap sebagai bentuk paling ringan. Tritium, yang memiliki sifat radioaktif, terbentuk di alam dari nitrogen atmosfer ketika neuron mengeksposnya ke sinar UV.

Fitur struktur molekul

Untuk mempertimbangkan sifat-sifat kimia hidrogen, karakteristik reaksinya, mari kita membahas fitur-fitur strukturnya. Molekul diatomik ini memiliki ikatan kimia kovalen non-polar. Pembentukan atom hidrogen dimungkinkan ketika logam aktif berinteraksi dengan larutan asam. Tetapi dalam bentuk ini, non-logam ini hanya dapat ada untuk jangka waktu yang tidak signifikan, segera ia bergabung kembali menjadi bentuk molekul.

Sifat kimia

Pertimbangkan sifat kimia hidrogen. Di sebagian besar senyawa yang membentuk unsur kimia ini, ia menunjukkan keadaan oksidasi +1, yang membuatnya mirip dengan logam aktif (alkali). Sifat kimia utama hidrogen, mencirikannya sebagai logam:

• interaksi dengan oksigen untuk membentuk air;
• reaksi dengan halogen, disertai dengan pembentukan hidrogen halida;
• produksi hidrogen sulfida bila dikombinasikan dengan belerang.

Di bawah ini adalah persamaan reaksi yang mencirikan sifat kimia hidrogen. Kami menarik perhatian pada fakta bahwa sebagai non-logam (dengan keadaan oksidasi -1), ia hanya bertindak dalam reaksi dengan logam aktif, membentuk hidrida yang sesuai dengan mereka.

Hidrogen pada suhu biasa tidak berinteraksi secara aktif dengan zat lain, sehingga sebagian besar reaksi dilakukan hanya setelah pemanasan awal.

Mari kita membahas lebih detail beberapa interaksi kimia dari unsur yang mengepalai sistem periodik unsur kimia Mendeleev.

Reaksi pembentukan air disertai dengan pelepasan energi sebesar 285.937 kJ. Pada suhu tinggi(lebih dari 550 derajat Celcius) proses ini disertai dengan ledakan yang kuat.

Di antara sifat-sifat kimia gas hidrogen yang telah menemukan aplikasi yang signifikan dalam industri, interaksinya dengan oksida logam menarik. Dengan hidrogenasi katalitik dalam industri modern oksida logam diproses, misalnya, logam murni diisolasi dari kerak besi (oksida besi campuran). Metode ini memungkinkan pemrosesan besi tua yang efisien.

Sintesis amonia, yang melibatkan interaksi hidrogen dengan nitrogen atmosfer, juga dibutuhkan dalam industri kimia modern. Di antara kondisi terjadinya interaksi kimia ini, kami mencatat tekanan dan suhu.

Kesimpulan

Hidrogen yang tidak aktif bahan kimia dalam kondisi normal. Saat suhu naik, aktivitasnya meningkat secara signifikan. Zat ini diminati dalam sintesis organik. Misalnya, dengan hidrogenasi, keton dapat direduksi menjadi alkohol sekunder, dan aldehida dapat diubah menjadi alkohol primer. Selain itu, dengan hidrogenasi, hidrokarbon tak jenuh dari kelas etilena dan asetilena dapat diubah menjadi senyawa jenuh dari deret metana. Hidrogen dianggap sebagai zat sederhana yang dibutuhkan dalam produksi kimia modern.