Tarixiy ma'lumotnoma
Vodorod PSHE D.I ning birinchi elementidir. Mendeleev.
Vodorodning ruscha nomi "suvni tug'dirishini" ko'rsatadi; lotincha " vodorod" xuddi shu narsani anglatadi.
Ayrim metallarning kislotalar bilan oʻzaro taʼsirida yonuvchi gazning ajralib chiqishini birinchi marta 16-asrning birinchi yarmida Robert Boyl va uning zamondoshlari kuzatgan.
Ammo vodorod faqat 1766 yilda ingliz kimyogari Genri Kavendish tomonidan kashf etilgan bo'lib, u metallar suyultirilgan kislotalar bilan reaksiyaga kirishganda, ma'lum bir "yonuvchi havo" ajralib chiqishini aniqladi. Kavendish havoda vodorodning yonish jarayonini kuzatib, natijada suv paydo bo'lganligini aniqladi. Bu 1782 yilda edi.
1783 yilda frantsuz kimyogari Antuan-Loran Lavuazye suvni issiq temir bilan parchalab, vodorodni ajratib oldi. 1789 yilda elektr toki ta'sirida suvning parchalanishi natijasida vodorod ajralib chiqdi.
Tabiatda tarqalishi
Vodorod kosmosning asosiy elementidir. Masalan, Quyosh o'z massasining 70% vodoroddan iborat. Koinotda vodorod atomlari barcha metallarning barcha atomlari birlashganidan bir necha o'n minglab marta ko'p.Yer atmosferasida oddiy modda - H2 tarkibiga ega gaz ko'rinishidagi bir oz vodorod ham mavjud. Vodorod havodan engilroq, shuning uchun atmosferaning yuqori qatlamlarida joylashgan.
Ammo er yuzida ko'proq bog'langan vodorod mavjud: u suvning bir qismi, sayyoramizdagi eng keng tarqalgan murakkab moddadir. Neft, tabiiy gaz, ko'plab minerallar va jinslar molekulalarga bog'langan vodorodni o'z ichiga oladi. Vodorod barcha organik moddalarning bir qismidir.
Vodorod elementining xususiyatlari.
Vodorod shu sababli ikki tomonlama xarakterga ega, ba'zi hollarda vodorod ishqoriy metallar kichik guruhiga, boshqalarida esa - galogenlar kichik guruhiga joylashtiriladi.
Elektron konfiguratsiya 1s 1 . Vodorod atomi bitta proton va bitta elektrondan iborat.
Vodorod atomi elektronni yo'qotib, H + kationiga aylanishga qodir va bunda u gidroksidi metallarga o'xshaydi.
Vodorod atomi ham elektron qo'shishi mumkin, shu bilan H - anion hosil qiladi, vodorod galogenlarga o'xshaydi;
Har doim birikmalarda bir valentli
CO: +1 va -1.
Vodorodning fizik xossalari
Vodorod gaz, rangsiz, ta'msiz va hidsiz. Havodan 14,5 marta engilroq. Suvda ozgina eriydi. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. t= –253 °S da suyultiriladi, t= –259 °S da qattiqlashadi. Vodorod molekulalari shunchalik kichikki, ular vodorodni boshqa gazlardan tozalash uchun ishlatiladigan ko'plab materiallar - kauchuk, shisha, metallar orqali asta-sekin tarqala oladi.Vodorodning 3 ta izotopi ma'lum: - protiy, - deyteriy, - tritiy. Tabiiy vodorodning asosiy qismi protiumdir. Deyteriy og'ir suvning bir qismi bo'lib, okeanning er usti suvlarini boyitadi. Tritiy radioaktiv izotopdir.
Vodorodning kimyoviy xossalari
Vodorod metall bo'lmagan va molekulyar tuzilishga ega. Vodorod molekulasi kovalent qutbsiz aloqa bilan bog'langan ikkita atomdan iborat. Vodorod molekulasidagi bog'lanish energiyasi 436 kJ/mol ni tashkil qiladi, bu molekulyar vodorodning past kimyoviy faolligini tushuntiradi.
Galogenlar bilan o'zaro ta'siri. Oddiy haroratlarda vodorod faqat ftor bilan reaksiyaga kirishadi:
Xlor bilan - faqat yorug'likda, brom bilan vodorod xloridini hosil qiladi, yod bilan reaktsiya kamroq davom etadi, hatto yuqori haroratlarda ham davom etmaydi.
Kislorod bilan o'zaro ta'siri - qizdirilganda, yoqilganda, reaktsiya portlash bilan davom etadi: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
1 qism kislorod va 2 qism vodorod aralashmasi "portlovchi aralashma" bo'lib, eng portlovchi hisoblanadi.
Oltingugurt bilan o'zaro ta'sir - qizdirilganda H 2 + S = H 2 S.
Azot bilan o'zaro ta'siri. Issiqlik, yuqori bosim va katalizator ishtirokida:
Azot oksidi (II) bilan o'zaro ta'siri. Azot kislotasini ishlab chiqarish uchun tozalash tizimlarida qo'llaniladi: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.
Metall oksidlari bilan o'zaro ta'siri. Vodorod yaxshi qaytaruvchi vositadir, u ko'plab metallarni ularning oksidlaridan kamaytiradi: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Atom vodorodi kuchli qaytaruvchi moddadir. U past bosim sharoitida molekulyar elektr zaryadidan hosil bo'ladi. Yuqori kamaytiruvchi faollikka ega chiqarish vaqtida vodorod, metall kislota bilan qaytarilganda hosil bo'ladi.
Faol metallar bilan o'zaro ta'siri . Yuqori haroratlarda u gidroksidi va gidroksidi tuproq metallari bilan birlashadi va oksidlovchi moddaning xususiyatlarini ko'rsatadigan oq kristalli moddalar - metall gidridlarni hosil qiladi: 2Na + H 2 = 2NaH;
Vodorod ishlab chiqarish
Laboratoriyada:
Metallning sulfat va xlorid kislotalarning suyultirilgan eritmalari bilan o'zaro ta'siri,
Alyuminiy yoki kremniyning ishqorlarning suvli eritmalari bilan o'zaro ta'siri:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2.
Sanoatda:
Natriy va kaliy xloridlarning suvli eritmalarini elektrolizlash yoki gidroksidlar ishtirokida suvni elektroliz qilish:
2H 2 O = 2H 2 + O 2.
Konvertatsiya usuli. Birinchidan, suv bug'ini issiq koks orqali 1000 ° C da o'tkazish orqali suv gazi olinadi:
Keyin uglerod oksidi (II) 400-450 ° C gacha qizdirilgan Fe 2 O 3 katalizatori orqali ortiqcha suv bug'lari bilan suv gazi aralashmasini o'tkazib, uglerod oksidi (IV) ga oksidlanadi:
CO +H 2 O = CO 2 + H 2.
Hosil boʻlgan uglerod oksidi (IV) suv bilan soʻriladi va sanoat vodorodining 50% shu tarzda hosil boʻladi.
Metanning konversiyasi: CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2.
1200 ° C da metanning termal parchalanishi: CH 4 = C + 2H 2.
Koks gazini chuqur sovutish (-196 ° C gacha). Bu haroratda vodoroddan tashqari barcha gazsimon moddalar kondensatsiyalanadi.
Vodoroddan foydalanish uning fizik va kimyoviy xususiyatlariga asoslanadi:
engil gaz sifatida sharlarni to'ldirish uchun ishlatiladi (geliy bilan aralashtirilgan);
kislorod-vodorod olovi metallarni payvandlashda yuqori haroratni olish uchun ishlatiladi;
qaytaruvchi vosita sifatida ularning oksidlaridan metallar (molibden, volfram va boshqalar) olish uchun ishlatiladi;
ammiak va sun'iy suyuq yoqilg'i ishlab chiqarish, yog'larni gidrogenlash uchun.
§3. Reaksiya tenglamasi va uni yozish
O'zaro ta'sir vodorod Bilan kislorod, Ser Genri Kavendish o'rnatganidek, suvning paydo bo'lishiga olib keladi. Keling, qanday yozishni o'rganish uchun ushbu oddiy misoldan foydalanamiz kimyoviy reaksiya tenglamalari.
Nimadan chiqadi vodorod Va kislorod, biz allaqachon bilamiz:
H 2 + O 2 → H 2 O
Endi hisobga olsak, kimyoviy reaksiyalarda kimyoviy elementlarning atomlari yo‘q bo‘lib ketmaydi va yo‘qdan paydo bo‘lmaydi, bir-biriga aylanmaydi, balki yangi kombinatsiyalarda birlashtiring, yangi molekulalar hosil qiladi. Bu shuni anglatadiki, kimyoviy reaksiya tenglamasida har bir turdagi atomlarning soni bir xil bo'lishi kerak oldin reaktsiyalar ( chap teng belgisidan) va keyin reaktsiyaning oxiri ( o'ngda teng belgisidan), shunga o'xshash:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Bu shunday reaksiya tenglamasi - moddalar va koeffitsientlar formulalari yordamida davom etayotgan kimyoviy reaktsiyani shartli qayd etish.
Bu berilgan reaksiyada ekanligini bildiradi ikki mol vodorod bilan reaksiyaga kirishishi kerak bir mol kislorod, va natija bo'ladi ikki mol suv.
O'zaro ta'sir vodorod Bilan kislorod- umuman oddiy jarayon emas. Bu elementlarning oksidlanish darajalarining o'zgarishiga olib keladi. Bunday tenglamalarda koeffitsientlarni tanlash uchun ular odatda " elektron balans".
Suv vodorod va kisloroddan hosil bo'lganda, bu shuni anglatadi vodorod dan oksidlanish darajasini o'zgartirdi 0 oldin +I, A kislorod-dan 0 oldin −II. Bunday holda, bir nechtasi vodorod atomlaridan kislorod atomlariga o'tdi. (n) elektronlar:
Bu erda vodorod beruvchi elektronlar xizmat qiladi kamaytiruvchi vosita, va kislorodni qabul qiluvchi elektronlar oksidlovchi vosita.
Oksidlovchi va qaytaruvchi moddalar
Keling, elektronlarni berish va qabul qilish jarayonlari qanday ko'rinishini alohida ko'rib chiqaylik. Vodorod, "qaroqchi" kislorod bilan uchrashib, barcha aktivlarini - ikkita elektronni yo'qotadi va uning oksidlanish darajasi teng bo'ladi. +I:
N 2 0 − 2 e− = 2N +I
sodir bo'ldi oksidlanish yarim reaksiya tenglamasi vodorod.
Va bandit - kislorod O 2, baxtsiz vodoroddan oxirgi elektronlarni olib, o'zining yangi oksidlanish holatidan juda mamnun. -II:
O2+4 e− = 2O −II
Bu qaytarilish yarim reaksiya tenglamasi kislorod.
Qo'shimcha qilish kerakki, "bandit" ham, uning "qurboni" ham kimyoviy o'ziga xosligini yo'qotgan va oddiy moddalardan - diatomik molekulalarga ega gazlardan yaratilgan. H 2 Va O 2 yangi kimyoviy moddaning tarkibiy qismlariga aylandi - suv H 2 O.
Keyinchalik biz quyidagicha fikr yuritamiz: qaytaruvchi vosita oksidlovchi banditga qancha elektron bergan bo'lsa, u qancha elektron oldi. Qaytaruvchi tomonidan berilgan elektronlar soni oksidlovchi tomonidan qabul qilingan elektronlar soniga teng bo'lishi kerak..
Demak, kerak elektronlar sonini tenglashtiring birinchi va ikkinchi yarim reaksiyalarda. Kimyoda yarim reaksiya tenglamalarini yozishning quyidagi an'anaviy shakli qabul qilinadi:
2 N 2 0 − 2 e− = 2N +I |
|
1 O 2 0 + 4 e− = 2O −II |
Bu erda jingalak qavsning chap tomonidagi 2 va 1 raqamlari berilgan va qabul qilingan elektronlar soni teng bo'lishini ta'minlashga yordam beradigan omillardir. Yarim reaksiya tenglamalarida 2 ta elektron berilganligini va 4 ta qabul qilinganligini hisobga olsak, qabul qilingan va berilgan elektronlar sonini tenglashtirish uchun eng kichik umumiy karrali va qo'shimcha omillarni toping. Bizning holatda, eng kichik umumiy ko'paytma 4. Vodorod uchun qo'shimcha omillar 2 (4: 2 = 2) va kislorod uchun - 1 (4: 4 = 1) bo'ladi.
Olingan ko'paytirgichlar kelajakdagi reaktsiya tenglamasining koeffitsientlari bo'lib xizmat qiladi:
2H 2 0 + O 2 0 = 2H 2 +I O -II
Vodorod oksidlanadi bilan uchrashgandagina emas kislorod. Vodorodga ta'siri taxminan bir xil. ftor F 2, halogen va ma'lum bo'lgan "qaroqchi" va ko'rinishda zararsiz azot N 2:
H 2 0 + F 2 0 = 2H +I F -I |
3H 2 0 + N 2 0 = 2N -III H 3 +I |
Bunday holda, bu chiqadi vodorod ftorid HF yoki ammiak NH 3.
Ikkala birikmada ham oksidlanish darajasi vodorod tenglashadi +I, chunki u boshqa odamlarning elektron tovarlariga "ochko'z" bo'lgan, yuqori elektromanfiylikka ega bo'lgan molekula sheriklarini oladi - ftor F Va azot N. U azot elektronegativlik qiymati uchta an'anaviy birlikka teng deb hisoblanadi va ftorid Umuman olganda, barcha kimyoviy elementlar orasida eng yuqori elektromanfiylik to'rt birlikdir. Shuning uchun ular kambag'al vodorod atomini hech qanday elektron muhitsiz qoldirganlari ajablanarli emas.
Lekin vodorod balki tiklash- elektronlarni qabul qilish. Bu, agar u bilan reaksiyaga kirishishda vodorodga nisbatan pastroq elektromanfiylikka ega bo'lgan gidroksidi metallar yoki kaltsiy ishtirok etsa sodir bo'ladi.
22-darsda " Vodorodning kimyoviy xossalari"kursdan" Dummies uchun kimyo» vodorod qanday moddalar bilan reaksiyaga kirishishini aniqlang; Keling, vodorod qanday kimyoviy xossalarga ega ekanligini bilib olaylik.
Vodorod oddiy va murakkab moddalar bilan kimyoviy reaksiyalarga kiradi. Biroq, normal sharoitda vodorod faol emas. Uning boshqa moddalar bilan o'zaro ta'siri uchun sharoit yaratish kerak: haroratni oshirish, katalizatordan foydalanish va hk.
Vodorodning oddiy moddalar bilan reaksiyalari
Qizdirilganda vodorod oddiy moddalar - kislorod, xlor, azot, oltingugurt bilan reaksiyaga kirishadi.
Agar siz gaz chiqarish trubkasidan chiqadigan toza vodorodni havoda yoqsangiz, u bir tekis, deyarli sezilmaydigan alanga bilan yonadi. Endi yonayotgan vodorodli trubkani kislorodli idishga joylashtiramiz (95-rasm).
Vodorodning yonishi davom etadi, bunda reaksiya natijasida hosil bo'lgan suv tomchilari idishning devorlarida ko'rinadi:
Vodorod yonganda juda ko'p issiqlik chiqariladi. Kislorod-vodorod olovining harorati 2000 ° C dan oshadi.
Vodorodning kislorod bilan kimyoviy reaktsiyasi birikma reaktsiyasidir. Reaksiya natijasida vodorod oksidi (suv) hosil bo'ladi. Bu vodorodning kislorod bilan oksidlanishi sodir bo'lganligini anglatadi, ya'ni bu reaktsiyani oksidlanish reaktsiyasi deb atashimiz mumkin.
Agar siz havoni siljitish orqali teskari burilgan probirkaga ozgina vodorod to'plasangiz va uning teshigiga yonayotgan gugurt olib kelsangiz, siz vodorod va havo aralashmasining kichik portlashining baland ovozini eshitasiz. Bu aralashma "portlovchi" deb ataladi.
Eslatmada: Havo bilan aralashtirilgan vodorodning "portlovchi gaz" hosil qilish qobiliyati ko'pincha vodorod bilan to'ldirilgan sharlarda baxtsiz hodisalarga sabab bo'lgan. Balon qobig'ining mahkamligini buzish yong'inga va hatto portlashga olib keldi. Hozirgi vaqtda sharlar geliy bilan to'ldirilgan yoki doimiy ravishda pompalanadigan issiq havo.
Xlorli atmosferada vodorod yonib murakkab modda hosil qiladi - vodorod xlorid. Bunday holda reaktsiya paydo bo'ladi:
Vodorodning azot bilan reaktsiyasi katalizator ishtirokida yuqori harorat va bosimda sodir bo'ladi. Reaksiya natijasida ammiak NH 3 hosil bo'ladi:
Agar vodorod oqimi probirkada eritilgan oltingugurtga yo'naltirilsa, uning ochilishida siz chirigan tuxumlarning hidini sezasiz. Vodorodning oltingugurt bilan reaktsiyasi mahsuloti bo'lgan vodorod sulfidi gazi H2S shunday hidga ega:
Eslatmada: Vodorod nafaqat ba'zi metallarda, balki eriydiular bilan o'ynang. Bu gidridlar (NaH - natriy gidrid) deb ataladigan kimyoviy birikmalarni hosil qiladi. Ba'zi metallarning gidridlari qattiq yoqilg'i raketa dvigatellarida, shuningdek, termoyadro energiyasini ishlab chiqarishda yoqilg'i sifatida ishlatiladi.
Vodorodning murakkab moddalar bilan reaksiyalari
Vodorod yuqori haroratda nafaqat oddiy, balki murakkab moddalar bilan ham reaksiyaga kirishadi. Misol tariqasida uning mis (II) oksidi CuO bilan reaksiyasini ko'rib chiqamiz (96-rasm).
Vodorodni qizdirilgan mis (II) oksidi kukuni CuO ustidan o'tkazamiz. Reaksiya davom etar ekan, kukunning rangi qora rangdan jigarrang qizil ranggacha o'zgaradi. Bu mis Cu elementining rangi. Reaksiya jarayonida probirkaning sovuq qismlarida suyuqlik tomchilari paydo bo'ladi. Bu boshqa reaksiya mahsuloti - suv H 2 O. E'tibor bering, oddiy mis moddasidan farqli o'laroq, suv murakkab moddadir.
Mis (II) oksidning vodorod bilan reaksiya tenglamasi:
Vodorod mis (II) oksidi bilan reaksiyaga kirishib, metall oksididan kislorodni olib tashlash qobiliyatini namoyon qiladi va shu bilan bu oksiddan metallni kamaytiradi. Natijada, bu sodir bo'ladi misni qayta ishlash murakkab moddasi CuO dan metall misga (Cu).
Qayta tiklash reaktsiyalari- Bu murakkab moddalar kislorod atomlarini boshqa moddalarga beradigan reaktsiyalar.
Kislorod atomlarini olib tashlaydigan moddaga qaytaruvchi deyiladi. Mis (II) oksidi bilan reaksiyaga kirishganda qaytaruvchi vodorod hisoblanadi. Vodorod ba'zi boshqa metallarning oksidlari bilan ham reaksiyaga kirishadi, masalan, PbO, HgO, MoO 3, WO 3 va boshqalar. Oksidlanish va qaytarilish doimo o'zaro bog'liqdir. Agar bir modda (H2) oksidlansa, ikkinchisi (CuO) kamayadi va aksincha.
Darsning qisqacha xulosalari:
- Qizdirilganda vodorod kislorod, xlor, azot va oltingugurt bilan reaksiyaga kirishadi.
- Qaytarilish - kislorod atomlarini murakkab moddalar bilan boshqa moddalarga berish.
- Oksidlanish va qaytarilish jarayonlari o'zaro bog'liqdir.
Umid darsi 22" Vodorodning kimyoviy xossalari"aniq va ma'lumotli edi. Agar sizda biron bir savol bo'lsa, ularni sharhlarda yozing.
s-elementlarning xarakteristikalari
S-elementlar bloki 13 ta elementni o'z ichiga oladi, ular uchun umumiy bo'lgan s-kichik atomlarda tashqi energiya darajasini qurish.
Vodorod va geliy s-elementlar sifatida tasniflangan bo'lsa-da, ularning xossalarining o'ziga xos xususiyati tufayli ularni alohida ko'rib chiqish kerak. Vodorod, natriy, kaliy, magniy, kaltsiy hayotiy elementlardir.
s-elementlarning birikmalari o'z xossalarida umumiy qonuniyatlarni namoyon qiladi, bu ularning atomlarining elektron tuzilishining o'xshashligi bilan izohlanadi. Barcha tashqi elektronlar valent elektronlar bo'lib, kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishida ishtirok etadilar. Shuning uchun bu elementlarning birikmalardagi maksimal oksidlanish darajasi ga teng raqam tashqi qatlamdagi elektronlar va shunga mos ravishda element joylashgan guruh soniga teng. s-elementli metallarning oksidlanish darajasi doimo ijobiydir. Yana bir xususiyat shundaki, tashqi qatlam elektronlari ajratilgandan so'ng, asil gaz qobig'i bo'lgan ion qoladi. Elementning atom raqami yoki atom radiusi ortishi bilan ionlanish energiyasi kamayadi (5,39 eV y Li dan 3,83 eV y Fr gacha), elementlarning qaytarilish faolligi ortadi.
s-elementlarning birikmalarining aksariyati rangsizdir (d-elementlarning birikmalaridan farqli o'laroq), chunki d-elektronlarning past energiya darajasidan yuqori energiya darajalariga o'tishi istisno qilinadi, bu rangni keltirib chiqaradi.
IA - IIA guruhlari elementlarining birikmalari tipik tuzlar bo'lib, ular suvli eritmada deyarli to'liq ionlarga ajraladi va kation gidroliziga duchor bo'lmaydi (Be 2+ va Mg 2+ tuzlaridan tashqari).
vodorod gidrid ionli kovalent
Komplekslanish s-element ionlari uchun xos emas. H 2 O-kristal gidratlari ligandlari bo'lgan s - elementlarning kristalli komplekslari qadimdan ma'lum, masalan: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-boraks, KAl (SO 4) 2 12H 2 O- alum. Kristal gidratlardagi suv molekulalari kation atrofida to'plangan, lekin ba'zan anionni to'liq o'rab oladi. Kichik ion zaryadi va katta ion radiusi tufayli gidroksidi metallar komplekslarni, shu jumladan akvakomplekslarni hosil qilishga eng kam moyil bo'ladi. Litiy, berilliy va magniy ionlari barqarorligi past bo'lgan murakkab birikmalarda kompleks hosil qiluvchi moddalar sifatida ishlaydi.
Vodorod. Vodorodning kimyoviy xossalari
Vodorod eng yengil s-elementdir. Uning asosiy holatidagi elektron konfiguratsiyasi 1S 1. Vodorod atomi bitta proton va bitta elektrondan iborat. Vodorodning o'ziga xos xususiyati shundaki, uning valentlik elektroni bevosita atom yadrosining ta'sir doirasida joylashgan. Vodorodning oraliq elektron qatlami yo'q, shuning uchun vodorodni ishqoriy metallarning elektron analogi deb hisoblash mumkin emas.
Ishqoriy metallar singari, vodorod ham qaytaruvchi vositadir va vodorodning spektrlari ishqoriy metallarning spektrlariga o'xshaydi. Vodorodni gidroksidi metallarga o'xshash qiladigan narsa uning eritmalarda gidratlangan, musbat zaryadlangan H + ionini hosil qilish qobiliyatidir.
Galogen singari, vodorod atomida bitta elektron etishmayapti. Bu H - gidrid ionining mavjudligini aniqlaydi.
Bundan tashqari, halogen atomlari kabi vodorod atomlari ham yuqori ionlanish energiyasi (1312 kJ/mol) bilan ajralib turadi. Shunday qilib, vodorod elementlarning davriy tizimida alohida o'rin egallaydi.
Vodorod koinotdagi eng ko'p tarqalgan element bo'lib, quyosh va ko'pchilik yulduzlar massasining yarmini tashkil qiladi.
Quyoshda va boshqa sayyoralarda vodorod atom holatida, yulduzlararo muhitda qisman ionlashgan ikki atomli molekulalar shaklida bo'ladi.
Vodorodning uchta izotopi bor; protiy 1 H, deyteriy 2 D va tritiy 3 T, tritiy esa radioaktiv izotopdir.
Vodorod molekulalari yuqori quvvat va past polarizatsiya, kichik o'lcham va past massa bilan ajralib turadi va yuqori harakatchanlikka ega. Shuning uchun vodorod juda past erish (-259,2 o S) va qaynash (-252,8 o S) haroratga ega. Yuqori dissotsilanish energiyasi (436 kJ/mol) tufayli molekulalarning atomlarga parchalanishi 2000 o S dan yuqori haroratlarda sodir bo`ladi. Vodorod rangsiz, hidsiz va mazasiz gazdir. U past zichlikka ega - 8,99·10 -5 g/sm Juda yuqori bosimlarda vodorod metall holatga aylanadi. Quyosh tizimining uzoq sayyoralarida - Yupiter va Saturnda vodorod metall holatda bo'ladi, deb ishoniladi. Er yadrosi tarkibiga metall vodorod ham kiradi, degan taxmin mavjud bo'lib, u erda er mantiyasi tomonidan yaratilgan o'ta yuqori bosimda topiladi.
Kimyoviy xossalari. Xona haroratida molekulyar vodorod faqat ftor bilan, yorug'lik bilan nurlantirilganda - xlor va brom bilan, O 2, S, Se, N 2, C, I 2 bilan qizdirilganda reaksiyaga kirishadi.
Vodorodning kislorod va galogenlar bilan reaksiyalari radikal mexanizm bilan boradi.
Xlor bilan o'zaro ta'sir yorug'lik bilan nurlanganda (fotokimyoviy faollashuv) yoki qizdirilganda (termik faollashuv) tarmoqlanmagan reaktsiyaga misol bo'ladi.
Sl+ H2 = HCl + H (zanjir rivojlanishi)
H+ Cl 2 = HCl + Cl
Portlovchi gazning portlashi - vodorod-kislorod aralashmasi - zanjirning boshlanishi bir emas, balki bir necha bosqichlarni o'z ichiga olgan tarmoqlangan zanjirli jarayonga misoldir:
H 2 + O 2 = 2OH
H+ O 2 = OH+O
O+ H 2 = OH+ H
OH + H 2 = H 2 O + H
Agar siz toza vodorod bilan ishlasangiz, portlash jarayonining oldini olish mumkin.
Vodorod musbat (+1) va manfiy (-1) oksidlanish darajasi bilan tavsiflanganligi sababli, vodorod ham qaytaruvchi, ham oksidlovchi xossalarni namoyon qilishi mumkin.
Vodorodning qaytaruvchi xususiyatlari metall bo'lmaganlar bilan o'zaro ta'sirlashganda o'zini namoyon qiladi:
H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g),
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g),
Bu reaksiyalar H-Cl, H-O bog'larining yuqori energiyasini (kuchliligini) ko'rsatadigan ko'p miqdorda issiqlik chiqishi bilan davom etadi. Shuning uchun vodorod ko'plab oksidlar va galoidlarga nisbatan kamaytiruvchi xususiyatni namoyon qiladi, masalan:
Bu galoid oksidlaridan oddiy moddalarni ishlab chiqarish uchun qaytaruvchi vosita sifatida vodoroddan foydalanish uchun asosdir.
Bundan ham kuchli qaytaruvchi modda atom vodorodidir. U past bosim sharoitida molekulyar elektron zaryadsizlanishidan hosil bo'ladi.
Vodorod metallning kislota bilan o'zaro ta'sirida ajralib chiqish momentida yuqori qaytaruvchi faollikka ega. Bu vodorod CrCl 3 ni CrCl 2 ga kamaytiradi:
2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^
Vodorodning azot oksidi (II) bilan o'zaro ta'siri muhim:
2NO + 2H2 = N2 + H2O
Azot kislotasini ishlab chiqarish uchun tozalash tizimlarida qo'llaniladi.
Oksidlovchi vosita sifatida vodorod faol metallar bilan o'zaro ta'sir qiladi:
Bunday holda, vodorod galogen kabi harakat qiladi va galogenidlarga o'xshaydi gidridlar.
I guruh s-elementlarining gidridlari NaCl tipidagi ion tuzilishga ega. Kimyoviy jihatdan ion gidridlari asosiy birikmalar kabi harakat qiladi.
Kovalent gidridlarga vodorodning o'zidan kamroq elektronegativ bo'lgan metall bo'lmagan elementlarning gidridlari kiradi, masalan, SiH 4, BH 3, CH 4 tarkibidagi gidridlar. Kimyoviy tabiatiga ko'ra, metall bo'lmagan gidridlar kislotali birikmalardir.
Gidridlarning gidrolizlanishining xarakterli xususiyati vodorodning ajralib chiqishidir.
Asosiy gidrid
Kislota gidridi
Vodorodning ajralib chiqishi tufayli gidroliz to'liq va qaytarilmas tarzda davom etadi (?H<0, ?S>0). Bunda asosiy gidridlar ishqor, kislotali gidridlar esa kislota hosil qiladi.
Tizimning standart potensiali B. Shuning uchun H ioni kuchli qaytaruvchidir.
Laboratoriyada vodorod ruxni 20% li sulfat kislota bilan Kipp apparatida reaksiyaga kiritish orqali olinadi.
Texnik sink ko'pincha mishyak va surmaning kichik aralashmalarini o'z ichiga oladi, ular zaharli gazlarga chiqish vaqtida vodorod bilan kamayadi: arsin SbH 3 va stabin SbH Bu vodorod sizni zaharlashi mumkin. Kimyoviy toza sink bilan reaktsiya haddan tashqari kuchlanish tufayli sekin davom etadi va vodorodning yaxshi oqimini olish mumkin emas. Bu reaktsiya tezligi mis sulfat kristallarini qo'shish orqali ortadi, reaktsiya Cu-Zn galvanik juft hosil bo'lishi bilan tezlashadi.
Ishqorning kremniy yoki alyuminiyga qizdirilishi natijasida yanada toza vodorod hosil bo'ladi:
Sanoatda sof vodorod elektrolitlar (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2) bo'lgan suvni elektroliz qilish natijasida olinadi.
Katod va anod bo'shliqlarini ajratuvchi diafragma bilan suvli natriy xlorid eritmasini elektroliz qilish jarayonida katta miqdordagi vodorod qo'shimcha mahsulot sifatida ishlab chiqariladi;
Vodorodning eng katta miqdori qattiq yoqilg'ini (antratsit) qizdirilgan suv bug'i bilan gazlash orqali olinadi:
Yoki tabiiy gazni (metan) haddan tashqari qizdirilgan bug'ga aylantirish orqali:
Olingan aralash (sintez gazi) ko'plab organik birikmalar ishlab chiqarishda ishlatiladi. Vodorodning unumini CO ni CO 2 ga aylantiradigan sintez gazini katalizator orqali o'tkazish orqali oshirish mumkin.
Ilova. Ammiak sintezida katta miqdorda vodorod sarflanadi. Vodorod xlorid va xlorid kislota ishlab chiqarish uchun, o'simlik yog'larini gidrogenlash uchun, oksidlardan metallarni (Mo, W, Fe) olish uchun. Vodorod-kislorodli olov metalllarni payvandlash, kesish va eritish uchun ishlatiladi.
Suyuq vodorod raketa yoqilg'isi sifatida ishlatiladi. Vodorod yoqilg'isi tabiatga zarar keltirmaydigan va benzinga qaraganda ko'proq energiya talab qiladi, shuning uchun kelajakda u neft mahsulotlarini almashtirishi mumkin. Dunyoda allaqachon bir necha yuzlab avtomobillar vodorod bilan ishlaydi. Vodorod energiyasining muammolari vodorodni saqlash va tashish bilan bog'liq. Vodorod er osti tankerlarida 100 atm bosim ostida suyuq holatda saqlanadi. Katta miqdordagi suyuq vodorodni tashish jiddiy xavf tug'diradi.
TA'RIF
Vodorod– kimyoviy elementlar davriy sistemasining birinchi elementi D.I. Mendeleev. Belgisi - N.
Atom massasi - 1 amu. Vodorod molekulasi ikki atomli - H2.
Vodorod atomining elektron konfiguratsiyasi 1s 1 ga teng. Vodorod s-elementlar oilasiga kiradi. O'z birikmalarida -1, 0, +1 oksidlanish darajasini ko'rsatadi. Tabiiy vodorod ikkita barqaror izotopdan iborat - protiy 1H (99,98%) va deyteriy 2H (D) (0,015%) va radioaktiv izotop tritiy 3H (T) (iz miqdori, yarimparchalanish muddati - 12,5 yil).
Vodorodning kimyoviy xossalari
Oddiy sharoitlarda molekulyar vodorod nisbatan past reaktivlikni namoyon qiladi, bu molekuladagi bog'larning yuqori mustahkamligi bilan izohlanadi. Qizdirilganda, u asosiy kichik guruhlarning elementlaridan hosil bo'lgan deyarli barcha oddiy moddalar bilan o'zaro ta'sir qiladi (noble gazlar, B, Si, P, Al bundan mustasno). Kimyoviy reaktsiyalarda u qaytaruvchi (ko'pincha) va oksidlovchi (kamroq) sifatida harakat qilishi mumkin.
Vodorod ko'rgazmalari kamaytiruvchi vositaning xususiyatlari(H 2 0 -2e → 2H +) quyidagi reaksiyalarda:
1. Oddiy moddalar - metall bo'lmaganlar bilan o'zaro ta'sir qilish reaktsiyalari. Vodorod reaksiyaga kirishadi halogenlar bilan, bundan tashqari, ftor bilan normal sharoitda, qorong'uda, portlash bilan, xlor bilan o'zaro ta'sir qilish reaktsiyasi - zanjir mexanizmiga ko'ra yorug'lik ostida (yoki UV nurlanishida), faqat qizdirilganda brom va yod bilan; kislorod(2:1 hajm nisbatidagi kislorod va vodorod aralashmasi "portlovchi gaz" deb ataladi), kulrang, azot Va uglerod:
H 2 + Hal 2 = 2HHal;
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q (t);
H 2 + S = H 2 S (t = 150 - 300C);
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);
2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).
2. Murakkab moddalar bilan o'zaro ta'sir qilish reaksiyalari. Vodorod reaksiyaga kirishadi kam faol metallarning oksidlari bilan, va u faqat sinkning o'ng tomonidagi faollik qatoridagi metallarni kamaytirishga qodir:
CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O (t);
WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O (t).
Vodorod reaksiyaga kirishadi metall bo'lmagan oksidlar bilan:
H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);
2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 - 300 atm., kat = ZnO, Cr 2 O 3).
Vodorod sikloalkanlar, alkenlar, arenlar, aldegidlar va ketonlar va boshqalar sinfidagi organik birikmalar bilan gidrogenlanish reaktsiyalariga kiradi. Bu reaktsiyalarning barchasi isitish bilan, bosim ostida, katalizator sifatida platina yoki nikeldan foydalangan holda amalga oshiriladi:
CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;
C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12;
C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;
CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;
CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3.
Vodorod oksidlovchi vosita sifatida(H 2 +2e → 2H -) gidroksidi va gidroksidi tuproq metallari bilan reaktsiyalarda paydo bo'ladi. Bunday holda, gidridlar hosil bo'ladi - vodorod -1 oksidlanish darajasini ko'rsatadigan kristalli ionli birikmalar.
2Na +H 2 ↔ 2NaH (t, p).
Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).
Vodorodning fizik xossalari
Vodorod engil, rangsiz, hidsiz gaz bo'lib, atrof-muhit sharoitida zichlikka ega. – 0,09 g/l, havodan 14,5 marta yengil, t qaynash = -252,8C, t pl = - 259,2C. Vodorod suvda va organik erituvchilarda yaxshi eriydi: nikel, palladiy, platina.
Zamonaviy kosmokimyoga ko'ra, vodorod koinotdagi eng keng tarqalgan elementdir. Kosmosda vodorod mavjudligining asosiy shakli alohida atomlardir. Vodorod Yerdagi barcha elementlar orasida eng ko'p tarqalgan 9-o'rinda turadi. Erdagi vodorodning asosiy miqdori bog'langan holatda - suv, neft, tabiiy gaz, ko'mir va boshqalar tarkibida. Vodorod kamdan-kam hollarda oddiy modda shaklida - vulqon gazlari tarkibida uchraydi.
Vodorod ishlab chiqarish
Vodorod olishning laboratoriya va sanoat usullari mavjud. Laboratoriya usullariga metallarning kislotalar bilan taʼsiri (1), shuningdek alyuminiyning ishqorlarning suvdagi eritmalari bilan oʻzaro taʼsiri (2) kiradi. Vodorod olishning sanoat usullari orasida gidroksidi va tuzlarning suvli eritmalarini elektroliz qilish (3) va metanni aylantirish (4) muhim rol o'ynaydi:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);
CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).
Muammoni hal qilishga misollar
MISOL 1
| Mashq qilish | 23,8 g metall qalay ortiqcha xlorid kislota bilan reaksiyaga kirishganda, 12,8 g metall mis olish uchun etarli miqdorda vodorod ajralib chiqdi, hosil bo'lgan birikmadagi qalayning oksidlanish darajasini aniqlang. |
| Yechim | Qalay atomining elektron tuzilishiga asoslanib (...5s 2 5p 2) qalay ikki oksidlanish darajasi - +2, +4 bilan xarakterlanadi, degan xulosaga kelishimiz mumkin. Bunga asoslanib, biz mumkin bo'lgan reaktsiyalar uchun tenglamalarni yaratamiz: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3). Mis moddasining miqdorini topamiz: v (Cu) = m (Cu) / M (Cu) = 12,8/64 = 0,2 mol. 3-tenglamaga ko'ra, vodorod moddasining miqdori: v (H 2) = v (Cu) = 0,2 mol. Qalayning massasini bilib, biz uning miqdorini topamiz: v (Sn) = m (Sn) / M (Sn) = 23,8/119 = 0,2 mol. Qalay va vodorod moddalarining miqdorini 1 va 2 tenglamalar va masala shartlariga muvofiq taqqoslaylik: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1: 1 (1- tenglama); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1: 2 (tenglama 2); v (Sn): v (H 2) = 0,2: 0,2 = 1: 1 (muammo holati). Shuning uchun qalay xlorid kislota bilan 1- tenglamaga muvofiq reaksiyaga kirishadi va qalayning oksidlanish darajasi +2 ga teng. |
| Javob | Qalayning oksidlanish darajasi +2. |
2-MISA
| Mashq qilish | 18,7 ml 14,6% li xlorid kislotaga (eritma zichligi 1,07 g/ml) 2,0 g rux ta’sirida ajralib chiqqan gaz 4,0 g mis (II) oksidi qizdirilganda o‘tgan. Olingan qattiq aralashmaning massasi qancha? |
| Yechim | Rux xlorid kislotasi bilan reaksiyaga kirishganda vodorod ajralib chiqadi: Zn + 2HCl = Zny 2 + H 2 (1), u qizdirilganda mis (II) oksidini mis (2) ga kamaytiradi: CuO + H 2 = Cu + H 2 O. Birinchi reaksiyadagi moddalar miqdorini topamiz: m(HCl eritmasi) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 g; v (HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol; v (Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. Rux yetishmaydi, shuning uchun ajralib chiqadigan vodorod miqdori: v (H 2) = v (Zn) = 0,031 mol. Ikkinchi reaksiyada vodorod yetishmaydi, chunki: v(SuO) = 4,0/80 = 0,05 mol. Reaktsiya natijasida 0,031 mol CuO 0,031 mol Cu ga aylanadi va massa yo'qolishi: m(SuO) – m(Su) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 g. Vodorod o'tgandan keyin CuO va Cu qattiq aralashmasining massasi: 4,0-0,5 = 3,5 g. |
| Javob | CuO va Cu ning qattiq aralashmasining massasi 3,5 g. |