Химические свойства водорода.
Водород
| 
| ||||||||||||||||||||||||||
Водород (лат. Hydrogenium), H,
химический элемент, первый по порядковому номеру в периодической системе Менделеева; атомная масса 1,0079.
При обычных условиях водород - газ; не имеет цвета, запаха и вкуса, в 14,5 раз легче воздуха.
Историческая справка.
В трудах химиков 16 и 17 веков неоднократно упоминалось о выделении горючего газа при действии кислот на металлы. В 1766 году Г. Кавендиш собрал и исследовал выделяющийся газ, назвав его "горючий воздух". Будучи сторонником теории флогистона, Кавендиш полагал, что этот газ и есть чистый флогистон. В 1783 году А. Лавуазье путем анализа и синтеза воды доказал сложность ее состава, а в 1787 определил "горючий воздух" как новый химический элемент (Водород) и дал ему современное название hydrogene (от греч. hydor - вода и gennao - рождаю), что означает "рождающий воду"; этот корень употребляется в названиях соединений водорода и процессов с его участием (например, гидриды, гидрогенизация).
|
|
|
Современное русское наименование "Водород" было предложено М. Ф. Соловьевым в 1824 году.
Распространение водорода в природе.
Водород широко распространен в природе, его содержание в земной коре (литосфера и гидросфера) составляет по массе 1%, а по числу атомов 16%. Водород входит в состав самого распространенного вещества на Земле - воды (11,19% Водорода по массе), в состав соединений, слагающих угли, нефть, природные газы, глины, а также организмы животных и растений (то есть в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других). В свободном состоянии водород встречается крайне редко, в небольших количествах он содержится в вулканических и других природных газах. Ничтожные количества свободного водорода (0,0001% по числу атомов) присутствуют в атмосфере. В околоземном пространстве водород в виде потока протонов образует внутренний ("протонный") радиационный пояс Земли. В космосе водород является самым распространенным элементом. В виде плазмы он составляет около половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газов межзвездной среды и газовых туманностей. Водород присутствует в атмосфере ряда планет и в кометах в виде свободного Н2, метана СН4, аммиака NH3, воды Н2О, радикалов типа CH, NH, OH, SiH, PH и т. д. В виде потока протонов водород входит в состав корпускулярного излучения Солнца и космических лучей.
|
|
|
СТРОЕНИЕ
Атом водорода имеет наиболее простое строение среди атомов всех других элементов: он состоит из ядра и одного электрона: 1s1
Энергия связи электрона с ядром (потенциал ионизации) составляет 13,595 эВ. Нейтральный атом водород может присоединять и второй электрон, образуя отрицательный ион Н- при этом энергия связи второго электрона с нейтральным атомом (сродство к электрону) составляет 0,78 эВ.
Молекула водород Н2 состоит из двух атомов, соединенных ковалентной химической связью.
Атомарный водород образуется в различных химических реакциях (например, действием Zn на соляную кислоту). Однако существование водорода в атомарном состоянии длится лишь короткое время, атомы рекомбинируют в молекулы Н2.
Физические свойства водорода.
Водород - легчайшее из всех известных веществ (в 14,4 раза легче воздуха), плотность 0,0899 г/л при 0°С и 1 атм. Водород кипит (сжижается) и плавится (затвердевает) соответственно при -252,8°С и -259,1°С (только гелий имеет более низкие температуры плавления и кипения). Из всех газов водород обладает наибольшей теплопроводностью. Водород мало растворим в воде (0,0182 мл/г при 20°С и 1 атм), но хорошо - во многих металлах (Ni, Pt, Pa и других), особенно в палладии (850 объемов на 1 объем Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация).
|
|
|
Проверь себя
Ссылка
Химические свойства водорода.
В большинстве соединений водород проявляет валентность (точнее, степень окисления) +1, подобно натрию и другим щелочным металлам; обычно он и рассматривается как аналог этих металлов, возглавляющий I группу системы Менделеева. Однако в гидридах металлов ион водорода заряжен отрицательно (степень окисления -1), то есть гидрид Na+H- построен подобно хлориду Na+Cl-.
Этот и некоторые других факты (близость физических свойств водорода и галогенов, способность галогенов замещать водород в органических соединениях) дают основание относить водород также и к VII группе периодической системы.
При обычных условиях молекулярный водород сравнительно мало активен, непосредственно соединяясь лишь с наиболее активными из неметаллов (с фтором, а на свету и с хлором). Однако при нагревании он вступает в реакции со многими элементами. Атомарный водород обладает повышенной химические активностью по сравнению с молекулярным.
|
|
|
С кислородом водород образует воду:
2Н 2 + О2 = 2Н2О опыт
При обычных температурах реакция протекает крайне медленно, выше 550°С - со взрывом. Пределы взрывоопасности водородо-кислородной смеси составляют (по объему) от 4 до 94% Н2, а водородо-воздушной смеси - от 4 до 74% Н2 (смесь 2 объемов Н2 и 1 объема О2 называется гремучим газом).
Водород используется для восстановления многих металлов, так как отнимает кислород у их оксидов:
CuO + H2 = Cu + H2O опыт
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4Н2О, и т. д.
С галогенами водород образует галогеноводороды,
например:
Н2 + Cl2 = 2НСl опыт
При этом с фтором водород взрывается , с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а с иодом только при нагревании.
С азотом водород взаимодействует с образованием аммиака:
ЗН2 + N2 = 2NН3
лишь на катализаторе и при повышенных температуpax и давлениях.
При нагревании водород энергично реагирует с серой:
Н2 + S = H2S (сероводород),
С чистым углеродом водород может реагировать без катализатора только при высоких температуpax:
2Н2 + С (аморфный) = СН4 (метан).
Водород непосредственно реагирует с некоторыми металлами(щелочными, щелочноземельными и другими), образуя гидриды:
Н2 + 2Li = 2LiH.
Роль водорода и его соединений в химии исключительно велика.
Водород обусловливает кислотные свойства так называемых протонных кислот.
Водород склонен образовывать с некоторыми элементами так называемую водородную связь, оказывающую определяющее влияние на свойства многих органических и неорганических соединений.
Получение водорода.
Основные виды сырья для промышленного получения водорода - газы природные горючие, коксовый газ и газы нефтепереработки. Водород получают также из воды электролизом (в местах с дешевой электроэнергией). Электролиз воды ведут постоянным током, пропуская его через раствор КОН или NaOH (кислоты не используются во избежание коррозии стальной аппаратуры). В лабораториях водород получают электролизом воды, а также по реакции между цинком и соляной кислотой
Важнейшими способами производства водорода из природного газа являются каталитическое взаимодействие углеводородов, главным образом метана, с водяным паром (конверсия):
СН4 + H2О = СО + ЗН2,
Водород, добываемый из природного газа, самый дешевый.
Применение водорода.
В промышленном масштабе водород стали получать в конце 18 века для наполнения воздушных шаров. В настоящее время водород широко применяют в химической промышленности, главным образом для производства аммиака. Крупным потребителем водорода является также производство метилового и других спиртов, синтетического бензина и других продуктов, получаемых синтезом из водорода и оксида углерода (II). Водород применяют для гидрогенизации твердого и тяжелого жидкого топлив, жиров и других, для синтеза HCl, для гидроочистки нефтепродуктов, в сварке и резке металлов кислородо-водородным пламенем (температура до 2800°С) и в атомно-водородной сварке (до 4000°С). Очень важное применение в атомной энергетике нашли изотопы водорода - дейтерий и тритий.
Ссылка
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 38; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!