Hidrogén (pauszpapír latinból: lat. Hydrogenium - hydro = "víz", gen = "generáló"; hydrogenium - "vizet generál"; H jellel jelölve) - a periodikus elemrendszer első eleme. A természetben széles körben elterjedt. A hidrogén 1 H leggyakoribb izotópjának kationja (és magja) a proton. Az 1H mag tulajdonságai lehetővé teszik az NMR spektroszkópia széleskörű alkalmazását szerves anyagok elemzésében.
A hidrogén három izotópjának saját neve van: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D) és 3 H - trícium (radioaktív) (T).
Az egyszerű anyag a hidrogén - H 2 - világos színtelen gáz. Levegővel vagy oxigénnel keverve éghető és robbanásveszélyes. Nem mérgező. Oldjuk fel etanolban és számos fémben: vasban, nikkelben, palládiumban, platinában.
Sztori
A savak és fémek kölcsönhatása során éghető gázok felszabadulását a 16. és 17. században figyelték meg a kémia, mint tudomány kialakulásának hajnalán. Mihail Vasziljevics Lomonoszov is közvetlenül rámutatott az elszigeteltségére, de már határozottan rájött, hogy ez nem flogiszton. Henry Cavendish angol fizikus és vegyész 1766-ban tanulmányozta ezt a gázt, és "éghető levegőnek" nevezte. Égéskor az "éghető levegő" vizet termelt, de Cavendish ragaszkodott a flogiszton elméletéhez, ami megakadályozta abban, hogy megfelelő következtetéseket vonjon le. Antoine Lavoisier francia kémikus J. Meunier mérnökkel közösen, speciális gázmérők segítségével 1783-ban végezte el a víz szintézisét, majd elemzését, vörösen izzó vassal lebontva a vízgőzt. Így megállapította, hogy az "éghető levegő" a víz része, és abból nyerhető.
név eredete
Lavoisier a hidrogénnek a hydrogene nevet adta (más görög ὕδωρ - víz és γεννάω - szülök) - „víz szülése”. A "hidrogén" orosz nevet M. F. Szolovjov kémikus javasolta 1824-ben - M. V. Lomonoszov "oxigén" analógiájára.
Prevalencia
Az Univerzumban
A hidrogén a legelterjedtebb elem az univerzumban. Az összes atom körülbelül 92%-át teszi ki (8% héliumatom, az összes többi elem részesedése együttvéve kevesebb, mint 0,1%). Így a hidrogén a csillagok és a csillagközi gáz fő alkotóeleme. Csillaghőmérséklet körülményei között (például a Nap felszíni hőmérséklete ~ 6000 °C) a hidrogén plazma formájában létezik; a csillagközi térben ez az elem egyedi molekulák, atomok és ionok formájában létezik, és molekulafelhőket alkotnak, amelyek méretükben, sűrűségükben és hőmérsékletükben jelentősen eltérnek egymástól.
A földkéreg és az élő szervezetek
A hidrogén tömeghányada a földkéregben 1% - ez a tizedik leggyakoribb elem. A természetben betöltött szerepét azonban nem a tömeg, hanem az atomok száma határozza meg, melynek aránya a többi elem között 17% (második helyen az oxigén után, amelynek az atomok aránya ~ 52%). Ezért a hidrogén jelentősége a Földön végbemenő kémiai folyamatokban majdnem akkora, mint az oxigéné. Ellentétben az oxigénnel, amely kötött és szabad állapotban is létezik a Földön, a Földön gyakorlatilag az összes hidrogén vegyület formájában van; csak nagyon kis mennyiségű hidrogén található egyszerű anyag formájában a légkörben (0,00005 térfogatszázalék).
A hidrogén szinte minden szerves anyag alkotóeleme, és minden élő sejtben jelen van. Az élő sejtekben az atomok száma szerint a hidrogén közel 50%-át teszi ki.
Nyugta
Az egyszerű anyagok előállításának ipari módszerei attól függnek, hogy a megfelelő elem milyen formában található meg a természetben, vagyis mi lehet az előállítás alapanyaga. Tehát az oxigént, amely szabad állapotban elérhető, fizikai úton nyerik - a folyékony levegőtől való elkülönítéssel. Szinte minden hidrogén vegyület formájában van, ezért kémiai módszereket alkalmaznak a kinyerésére. Különösen a bomlási reakciók használhatók. A hidrogén előállításának egyik módja a víz elektromos áram általi bomlásának reakciója.
A hidrogén előállításának fő ipari módszere a metán vízzel való reakciója, amely a földgáz része. Magas hőmérsékleten hajtják végre:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 -165 kJ
A hidrogén előállításának egyik laboratóriumi módszere, amelyet időnként az iparban is alkalmaznak, a víz elektromos árammal történő lebontása. A hidrogént általában laboratóriumban állítják elő cink és sósav reakciójával.
A hidrogénatom a külső (és egyetlen) elektronikus szint 1 elektronképletével rendelkezik s egy . Egyrészt egy elektron jelenlétével a külső elektronszinten a hidrogénatom hasonló az alkálifém atomokhoz. A halogénekhez hasonlóan azonban csak egy elektron hiányzik a külső elektronszint kitöltéséhez, mivel az első elektronszinten legfeljebb 2 elektron helyezhető el. Kiderült, hogy a hidrogén egyidejűleg elhelyezhető a periódusos rendszer első és utolsó előtti (hetedik) csoportjában, ami néha a periódusos rendszer különböző változataiban történik:
A hidrogénnek, mint egyszerű anyagnak a tulajdonságait tekintve mégis több közös vonása van a halogénekkel. A hidrogén, csakúgy, mint a halogének, nemfémek, és hozzájuk hasonlóan kétatomos molekulákat (H 2) képeznek.
Normál körülmények között a hidrogén gáz halmazállapotú, inaktív anyag. A hidrogén alacsony aktivitását a molekulában lévő hidrogénatomok közötti kötés erőssége magyarázza, amihez vagy erős melegítés, vagy katalizátorok, vagy mindkettő egyidejű alkalmazása szükséges a molekula megszakításához.
A hidrogén kölcsönhatása egyszerű anyagokkal
fémekkel
A fémek közül a hidrogén csak alkáli- és alkáliföldfémmel lép reakcióba! Az alkálifémek közé tartoznak az I. csoport fő alcsoportjának fémei (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), az alkáliföldfémek pedig a II. csoport fő alcsoportjába tartozó fémek, kivéve a berilliumot és a magnéziumot (Ca, Sr, Ba). , Ra)
Amikor aktív fémekkel kölcsönhatásba lép, a hidrogén oxidáló tulajdonságokat mutat, pl. csökkenti az oxidációs állapotát. Ebben az esetben alkáli- és alkáliföldfém-hidridek keletkeznek, amelyek ionos szerkezetűek. A reakció melegítés közben megy végbe:
Meg kell jegyezni, hogy az aktív fémekkel való kölcsönhatás az egyetlen olyan eset, amikor a molekuláris hidrogén H2 oxidálószer.
nem fémekkel
A nemfémek közül a hidrogén csak szénnel, nitrogénnel, oxigénnel, kénnel, szelénnel és halogénekkel lép reakcióba!
A szén alatt grafitot vagy amorf szént kell érteni, mivel a gyémánt a szén rendkívül inert allotróp módosulata.
A nemfémekkel való kölcsönhatás során a hidrogén csak redukálószer funkciót tölthet be, azaz csak növelheti oxidációs állapotát:
A hidrogén kölcsönhatása összetett anyagokkal
fém-oxidokkal
A hidrogén nem lép reakcióba azokkal a fém-oxidokkal, amelyek a fémek aktivitási sorozatába tartoznak az alumíniumig (beleértve), azonban hevítés hatására számos fém-oxidot képes redukálni az alumíniumtól jobbra:
nem fém oxidokkal
A nemfém-oxidok közül a hidrogén nitrogén-, halogének- és szén-oxiddal reagál hevítéskor. A hidrogén és a nem fém-oxidok kölcsönhatásai közül különösen meg kell jegyezni a szén-monoxid CO-val való reakcióját.
A CO és H 2 keveréknek még saját neve is van - „szintézis gáz”, mivel a körülményektől függően olyan igényes ipari termékek is előállíthatók belőle, mint a metanol, formaldehid, sőt szintetikus szénhidrogének is:
savakkal
A hidrogén nem lép reakcióba szervetlen savakkal!
A szerves savak közül a hidrogén csak telítetlen savakkal lép reakcióba, valamint hidrogénnel redukálható funkciós csoportokat tartalmazó savakkal, különösen aldehid-, keto- vagy nitrocsoportokkal.
sókkal
A sók vizes oldatainál nem lép fel kölcsönhatásuk hidrogénnel. Ha azonban a hidrogént egyes közepes és alacsony aktivitású fémek szilárd sóin vezetik át, akkor ezek részleges vagy teljes redukciója lehetséges, például:
A halogének kémiai tulajdonságai
A halogének a VIIA csoport kémiai elemei (F, Cl, Br, I, At), valamint az általuk alkotott egyszerű anyagok. A továbbiakban, hacsak másképpen nem jelezzük, a halogéneken egyszerű anyagokat kell érteni.
Minden halogén molekulaszerkezettel rendelkezik, amely alacsony olvadásponthoz és forrásponthoz vezet ezeknek az anyagoknak. A halogén molekulák kétatomosak, azaz. képletük általános formában Hal 2-ként írható fel.
Meg kell jegyezni a jód olyan sajátos fizikai tulajdonságát, mint a képességét szublimáció vagy más szóval szublimáció. szublimáció, nevezik azt a jelenséget, amikor egy szilárd halmazállapotú anyag hevítés hatására nem olvad meg, hanem a folyékony fázist megkerülve azonnal gázhalmazállapotba kerül.
Bármely halogénatom külső energiaszintjének elektronszerkezete ns 2 np 5 alakú, ahol n annak a periódusos rendszernek a periódusszáma, amelyben a halogén található. Mint látható, a halogénatomok nyolcelektronos külső héjából csak egy elektron hiányzik. Ebből logikus a szabad halogének túlnyomórészt oxidáló tulajdonságait feltételezni, ami a gyakorlatban is beigazolódik. Mint ismeretes, a nemfémek elektronegativitása csökken az alcsoportban lefelé haladva, ezért a halogének aktivitása csökken a sorozatban:
F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2
Halogének kölcsönhatása egyszerű anyagokkal
Minden halogén nagyon reaktív, és reagál a legtöbb egyszerű anyaggal. Meg kell azonban jegyezni, hogy a fluor rendkívül nagy reakcióképessége miatt még azokkal az egyszerű anyagokkal is reakcióba léphet, amelyekkel más halogének nem tudnak reagálni. Ilyen egyszerű anyagok az oxigén, a szén (gyémánt), a nitrogén, a platina, az arany és néhány nemesgáz (xenon és kripton). Azok. tulajdonképpen, a fluor nem csak egyes nemesgázokkal lép reakcióba.
A maradék halogének, pl. a klór, a bróm és a jód is aktív anyagok, de kevésbé aktívak, mint a fluor. Szinte minden egyszerű anyaggal reagálnak, kivéve az oxigént, a nitrogént, a szént gyémánt, platina, arany és nemesgázok formájában.
Halogének kölcsönhatása nemfémekkel
hidrogén
Minden halogén reakcióba lép a hidrogénnel és képződik hidrogén-halogenidek a HHal általános képlettel. Ugyanakkor a fluor és a hidrogén reakciója még sötétben is spontán módon megindul, és robbanással megy végbe az egyenletnek megfelelően:
A klór és a hidrogén reakciója intenzív ultraibolya besugárzással vagy melegítéssel indítható el. Robbanással is szivárog:
A bróm és a jód csak melegítés közben reagál a hidrogénnel, ugyanakkor a jóddal való reakció reverzibilis:
foszfor
A fluor és a foszfor kölcsönhatása a foszfor legmagasabb oxidációs fokig (+5) történő oxidációjához vezet. Ebben az esetben foszfor-pentafluorid képződik:
Amikor a klór és a bróm kölcsönhatásba lép a foszforral, lehetséges a foszforhalogenidek előállítása mind a +3 oxidációs állapotban, mind a +5 oxidációs állapotban, ami a reaktánsok arányától függ:
Fluor, klór vagy folyékony bróm atmoszférában lévő fehér foszfor esetén a reakció spontán módon megindul.
A foszfor és a jód kölcsönhatása csak foszfor-trijodid képződéséhez vezethet, mivel lényegesen alacsonyabb oxidációs képessége van, mint más halogének:
szürke
A fluor a ként a legmagasabb oxidációs fokig +6 oxidálja, kén-hexafluoridot képezve:
A klór és a bróm reakcióba lép a kénnel, olyan vegyületeket hozva létre, amelyek számára rendkívül szokatlan +1 és +2 oxidációs állapotú ként. Ezek a kölcsönhatások nagyon specifikusak, és a kémia vizsga sikeres letételéhez nem szükséges ezen kölcsönhatások egyenleteinek feljegyzése. Ezért a következő három egyenlet iránymutatásul szolgál:
Halogének kölcsönhatása fémekkel
Mint fentebb említettük, a fluor képes reagálni minden fémmel, még az olyan inaktívakkal is, mint a platina és az arany:
A fennmaradó halogének a platina és az arany kivételével minden fémmel reagálnak:
Halogének reakciói összetett anyagokkal
Szubsztitúciós reakciók halogénekkel
Az aktívabb halogének, pl. amelyek kémiai elemei a periódusos rendszerben magasabban helyezkednek el, képesek a kevésbé aktív halogéneket kiszorítani az általuk képződött hidrogén-halogenidekből és fémhalogenidekből:
Hasonlóképpen, a bróm és a jód kiszorítja a ként a szulfidok és/vagy hidrogén-szulfid oldataiból:
A klór erősebb oxidálószer, és a hidrogén-szulfidot vizes oldatában nem kénné, hanem kénsavvá oxidálja:
Halogének kölcsönhatása vízzel
A víz fluorban ég kék lánggal a reakcióegyenlet szerint:
A bróm és a klór másképpen reagál a vízzel, mint a fluor. Ha a fluor oxidálószerként működött, akkor a klór és a bróm aránytalanul elegyedik a vízben, savak keverékét képezve. Ebben az esetben a reakciók reverzibilisek:
A jód és a víz kölcsönhatása olyan jelentéktelen mértékben megy végbe, hogy elhanyagolható, és úgy tekinthetjük, hogy a reakció egyáltalán nem megy végbe.
Halogének kölcsönhatása lúgos oldatokkal
A fluor, amikor kölcsönhatásba lép lúg vizes oldatával, ismét oxidálószerként működik:
Az egyenlet megírásának képessége nem szükséges a sikeres vizsgához. Elegendő tudni egy ilyen kölcsönhatás lehetőségéről és a fluor oxidáló szerepéről ebben a reakcióban.
A fluorral ellentétben a megmaradt halogének aránytalanok lúgos oldatokban, azaz egyszerre növelik és csökkentik oxidációs állapotukat. Ugyanakkor a klór és a bróm esetében a hőmérséklettől függően két különböző irányú áramlás lehetséges. Különösen hidegben a reakciók a következőképpen mennek végbe:
és melegítéskor:
A jód lúgokkal reagál kizárólag a második lehetőség szerint, azaz. jodát képződésével, mert A hipojodit nem csak melegítéskor instabil, hanem normál hőmérsékleten és még hidegben is.
MEGHATÁROZÁS
Hidrogén a periódusos rendszer első eleme. Megnevezés - H a latin „hydrogenium” szóból. Az első periódusban található, IA csoport. Nem fémekre utal. A nukleáris töltés 1.
A hidrogén az egyik legelterjedtebb kémiai elem - részesedése a földkéreg mindhárom héjának (légkör, hidroszféra és litoszféra) tömegének körülbelül 1% -a, ami atomszázalékra átszámítva 17,0 értéket ad.
Ennek az elemnek a fő mennyisége kötött állapotban van. Így a víz körülbelül 11 tömeg%-ot tartalmaz. %, agyag - körülbelül 1,5% stb. A szénnel alkotott vegyületek formájában a hidrogén az olaj, az éghető földgázok és minden szervezet része.
A hidrogén színtelen és szagtalan gáz (az atom szerkezetének diagramja az 1. ábrán látható). Olvadáspontja és forráspontja nagyon alacsony (-259 o C, illetve -253 o C). A hidrogén hőmérsékleten (-240 o C) és nyomás alatt cseppfolyósodni képes, és a keletkező folyadék gyors elpárologtatásával szilárd halmazállapotúvá válik (átlátszó kristályok). Vízben kevéssé oldódik - 2:100 térfogatarányban. A hidrogént bizonyos fémekben, például vasban való oldhatóság jellemzi.
Rizs. 1. A hidrogénatom szerkezete.
A hidrogén atom- és molekulatömege
MEGHATÁROZÁS
Relatív atomtömeg elem egy adott elem atomjának tömegének a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyított aránya.
A relatív atomtömeg dimenzió nélküli, és A r-rel jelöljük (az „r” index az angol relatív szó kezdőbetűje, ami fordításban „relatív”-t jelent). Az atomos hidrogén relatív atomtömege 1,008 amu.
A molekulák tömegét, akárcsak az atomok tömegét, atomtömeg egységekben fejezzük ki.
MEGHATÁROZÁS
molekuláris tömeg Az anyagot a molekula tömegének nevezzük, atomtömeg-egységekben kifejezve. Relatív molekulatömeg Az anyagok egy adott anyag molekulája tömegének arányát a szénatom tömegének 1/12-éhez viszonyítva nevezik, amelynek tömege 12 a.m.u.
Ismeretes, hogy a hidrogénmolekula kétatomos - H 2 . A hidrogénmolekula relatív molekulatömege egyenlő lesz:
M r (H 2) = 1,008 × 2 = 2,016.
A hidrogén izotópjai
A hidrogénnek három izotópja van: protium 1 H, deutérium 2 H vagy D és trícium 3 H vagy T. Tömegszámuk 1, 2 és 3. A protium és a deutérium stabil, a trícium radioaktív (felezési ideje 12,5 év). A természetes vegyületekben a deutérium és a protium átlagosan 1:6800 arányban találhatók (az atomok számától függően). A trícium elhanyagolható mennyiségben fordul elő a természetben.
Az 1 H hidrogénatom magja egy protont tartalmaz. A deutérium és trícium magjai a protonon kívül egy és két neutront is tartalmaznak.
Hidrogén ionok
A hidrogénatom vagy leadhatja egyetlen elektronját, hogy pozitív iont képezzen (ami egy "csupasz" proton), vagy hozzáadhat egy elektront, és negatív ionná alakul, amelynek héliumelektron konfigurációja van.
Az elektron teljes leválása a hidrogénatomról nagyon nagy ionizációs energia ráfordítását követeli meg:
H + 315 kcal = H + + e.
Ennek eredményeként a hidrogén és a metalloidok kölcsönhatása során nem ionos, hanem csak poláris kötések keletkeznek.
Egy semleges atomnak az elektronfelesleghez való kötődési hajlamát az elektronaffinitásának értéke jellemzi. Hidrogénben meglehetősen gyengén kifejeződik (ez azonban nem jelenti azt, hogy ilyen hidrogénion nem létezhet):
H + e \u003d H - + 19 kcal.
Hidrogén molekula és atom
A hidrogénmolekula két atomból áll - H 2 . Íme néhány tulajdonság, amely a hidrogénatomot és a molekulát jellemzi:
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
| Gyakorlat | Bizonyítsuk be, hogy vannak EN x általános képletű hidridek, amelyek 12,5% hidrogént tartalmaznak. |
| Megoldás | Számítsa ki a hidrogén és az ismeretlen elem tömegét úgy, hogy a minta tömege 100 g: m(H)=m(EN x)×w(H); m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 g. m (E) \u003d m (EN x) - m (H); m (E) = 100 - 12,5 \u003d 87,5 g. Határozzuk meg a hidrogén anyag és egy ismeretlen elem mennyiségét, az utóbbi moláris tömegét "x"-vel jelölve (a hidrogén moláris tömege 1 g / mol): |
A hidrogén kémiai és fizikai tulajdonságainak vizsgálatakor meg kell jegyezni, hogy a szokásos állapotban ez a kémiai elem gáz halmazállapotú. A színtelen hidrogéngáz szagtalan és íztelen. Ezt a kémiai elemet először nevezték el hidrogénnek, miután A. Lavoisier tudós vízzel kísérleteket végzett, amelyek eredményei szerint a világtudomány megtudta, hogy a víz többkomponensű folyadék, amely magában foglalja a hidrogént is. Ez az esemény 1787-ben történt, de jóval ezt megelőzően a hidrogént "éghető gáz" néven ismerték a tudósok.
Hidrogén a természetben
A tudósok szerint a hidrogén megtalálható a földkéregben és a vízben (a teljes víztérfogat körülbelül 11,2%-a). Ez a gáz része számos ásványnak, amelyeket az emberiség évszázadok óta kinyert a föld belsejéből. A hidrogén tulajdonságai részben az olajra, a földgázokra és az agyagra, az állati és növényi szervezetekre jellemzőek. De tiszta formájában, azaz nem kombinálva a periódusos rendszer más kémiai elemeivel, ez a gáz rendkívül ritka a természetben. Ez a gáz a vulkánkitörések során a Föld felszínére kerülhet. A szabad hidrogén nyomokban jelen van a légkörben.
A hidrogén kémiai tulajdonságai
Mivel a hidrogén kémiai tulajdonságai nem egységesek, ez a kémiai elem mind a Mengyelejev-rendszer I. csoportjába, mind a VII. Az első csoport képviselőjeként a hidrogén valójában egy alkálifém, amelynek oxidációs állapota a legtöbb vegyületben +1. Ugyanez a vegyérték jellemző a nátriumra és más alkálifémekre. E kémiai tulajdonságok fényében a hidrogén ezekhez a fémekhez hasonló elemnek tekinthető.
Ha fémhidridekről beszélünk, akkor a hidrogénion vegyértéke negatív - oxidációs állapota -1. A Na + H- ugyanúgy épül fel, mint a Na + Cl- klorid. Ez a tény az oka annak, hogy a hidrogént a Mengyelejev-rendszer VII. csoportjába soroljuk. A hidrogén, molekula állapotában, feltéve, hogy közönséges környezetben van, inaktív, és csak a számára aktívabb nemfémekkel tud kapcsolódni. Ilyen fémek közé tartozik a fluor, fény jelenlétében a hidrogén klórral egyesül. Ha a hidrogént felmelegítik, akkor aktívabbá válik, és reakcióba lép Mengyelejev periodikus rendszerének számos elemével.
Az atomi hidrogén aktívabb kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, mint a molekuláris hidrogén. Az oxigénmolekulák vizet képeznek - H2 + 1/2O2 = H2O. Amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép halogénekkel, H2 + Cl2 = 2HCl hidrogén-halogenidek képződnek, és a hidrogén fény hiányában és kellően magas negatív hőmérsékleten - -252 ° C-ig - lép be ebbe a reakcióba. A hidrogén kémiai tulajdonságai lehetővé teszik számos fém redukciójára való felhasználását, mivel reakció közben a hidrogén elnyeli az oxigént a fém-oxidokból, például CuO + H2 = Cu + H2O. A hidrogén részt vesz az ammónia képződésében, kölcsönhatásba lép a nitrogénnel a 3H2 + N2 = 2NH3 reakcióban, de azzal a feltétellel, hogy katalizátort használnak, és növelik a hőmérsékletet és a nyomást.
Energikus reakció játszódik le, amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép a kénnel a H2 + S = H2S reakcióban, ami hidrogén-szulfidot eredményez. A hidrogén kölcsönhatása tellúrral és szelénnel valamivel kevésbé aktív. Ha nincs katalizátor, akkor csak akkor lép reakcióba a tiszta szénnel, hidrogénnel, ha magas hőmérséklet jön létre. 2H2 + C (amorf) = CH4 (metán). Egyes lúgokkal és más fémekkel végzett hidrogénaktivitás során hidrideket kapnak, például H2 + 2Li = 2LiH.
A hidrogén fizikai tulajdonságai
A hidrogén nagyon könnyű vegyszer. A tudósok legalábbis azt állítják, hogy jelenleg nincs könnyebb anyag, mint a hidrogén. Tömege 14,4-szer könnyebb a levegőnél, sűrűsége 0°C-on 0,0899 g/l. -259,1 ° C hőmérsékleten a hidrogén képes megolvadni - ez egy nagyon kritikus hőmérséklet, amely nem jellemző a legtöbb kémiai vegyület egyik állapotból a másikba történő átalakulására. Ebben a tekintetben csak egy olyan elem, mint a hélium, haladja meg a hidrogén fizikai tulajdonságait. A hidrogén cseppfolyósítása nehézkes, mivel kritikus hőmérséklete (-240°C). A hidrogén az emberiség által ismert legtöbb hőtermelő gáz. A fent leírt tulajdonságok mindegyike a hidrogén legjelentősebb fizikai tulajdonságai, amelyeket az ember meghatározott célokra használ. Ezenkívül ezek a tulajdonságok a legrelevánsabbak a modern tudomány számára.
MINSKI TECHNOLÓGIAI ÉS KÖNNYŰIPARI TERVEZÉSI FŐISKOLA
absztrakt
tudományág: kémia
Téma: "A hidrogén és vegyületei"
Készítette: 1. éves hallgató343 csoport
Viskup Elena
Ellenőrizve: Alyabyeva N.V.
Minszk 2009
A hidrogénatom szerkezete a periódusos rendszerben
Oxidációs állapotok
Elterjedtség a természetben
A hidrogén mint egyszerű anyag
Hidrogénvegyületek
Bibliográfia
A hidrogénatom szerkezete a periódusos rendszerben
A periódusos rendszer első eleme (1. periódus, 1. sorszám). Nincs teljes analógiája más kémiai elemekkel, és nem tartozik semmilyen csoporthoz, ezért a táblázatokban feltételesen az IA csoportba és / vagy a VIIA csoportba kerül.
A hidrogénatom az összes elem atomja közül a legkisebb és a legkönnyebb. Az atom elektronképlete 1s 1. Egy elem szabad állapotú létezésének szokásos formája a kétatomos molekula.
Oxidációs állapotok
A több elektronegatív elemet tartalmazó vegyületek hidrogénatomja oxidációs állapota +1, például HF, H 2 O stb. A fém-hidrideket tartalmazó vegyületekben a hidrogénatom oxidációs állapota -1, például NaH , CaH 2 stb. Átlagos elektronegativitási értékkel rendelkezik a tipikus fémek és a nemfémek között. Szerves oldószerekben, például ecetsavban vagy alkoholban, sok szerves vegyületet képes katalitikusan redukálni: telítetlen vegyületeket telítettekké, egyes nátriumvegyületeket ammóniává vagy aminokká.
Elterjedtség a természetben
A természetes hidrogén két stabil izotópból áll: protium 1 H, deutérium 2 H és trícium 3 H. Más módon a deutériumot D-vel, a tríciumot pedig T-vel jelöljük. Különféle kombinációk lehetségesek, például HT, HD, TD, H 2, D 2, T2. A hidrogén a természetben gyakrabban fordul elő különféle vegyületek formájában, kénnel (H 2 S), oxigénnel (víz formájában), szénnel, nitrogénnel és klórral. Ritkábban foszfort, jódot, brómot és egyéb elemeket tartalmazó vegyületek formájában. Része minden növényi és állati szervezetnek, olajnak, fosszilis szénnek, földgáznak, számos ásványnak és kőzetnek. Szabad állapotban nagyon ritkán található meg kis mennyiségben - vulkáni gázokban és szerves maradványok bomlástermékeiben. A hidrogén a legelterjedtebb elem az univerzumban (körülbelül 75%). Megtalálható a Napban és a legtöbb csillagban, valamint a Jupiter és a Szaturnusz bolygókon, amelyek többnyire hidrogénből állnak. Egyes bolygókon a hidrogén szilárd formában is létezhet.
A hidrogén mint egyszerű anyag
A hidrogénmolekula két atomból áll, amelyek nem poláris kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Fizikai tulajdonságok- színtelen és szagtalan gáz. Más gázoknál gyorsabban terjed az űrben, kis pórusokon halad át, magas hőmérsékleten viszonylag könnyen behatol az acélba és egyéb anyagokba. Magas hővezető képességgel rendelkezik.
Kémiai tulajdonságok. Normál állapotában alacsony hőmérsékleten inaktív, melegítés nélkül fluorral és klórral reagál (fény jelenlétében).
H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HClAktívabban lép kölcsönhatásba nemfémekkel, mint fémekkel.
Különféle anyagokkal való kölcsönhatás során oxidáló és redukáló tulajdonságokat is mutathat.
Hidrogénvegyületek
A hidrogén egyik vegyülete a halogének. Akkor keletkeznek, amikor a hidrogén a VIIA csoport elemeivel egyesül. A HF, HCl, HBr és HI színtelen gázok, amelyek vízben jól oldódnak.
Cl 2 + H 2 OHClO + HCl; HClO-klóros vízMivel a HBr és a HI tipikus redukálószerek, nem nyerhetők ki cserereakcióval, mint a HCl.
CaF 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 + 2HF
A víz a természetben a leggyakoribb hidrogénvegyület.
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Nincs se színe, se íze, se szaga. Nagyon gyenge elektrolit, de aktívan reagál számos fémmel és nemfémmel, bázikus és savas oxidokkal.
2H 2O + 2Na \u003d 2NaOH + H2
H 2 O + BaO \u003d Ba (OH) 2
3H 2 O + P 2 O 5 \u003d 2H 3 PO 4
A nehézvíz (D 2 O) a víz izotópos változata. Az anyagok oldhatósága nehézvízben sokkal kisebb, mint a közönséges vízben. A nehézvíz mérgező, mivel lelassítja az élő szervezetek biológiai folyamatait. A víz ismételt elektrolízise során felhalmozódik az elektrolízis maradékában. Atomreaktorokban hűtőközegként és neutronmoderátorként használják.
Hidridok - a hidrogén kölcsönhatása fémekkel (magas hőmérsékleten) vagy a hidrogénnél kevésbé elektronegatív nemfémekkel.
Si + 2H 2 \u003d SiH 4
Magát a hidrogént a 16. század első felében fedezték fel. Paracelsus. 1776-ban G. Cavendish először vizsgálta tulajdonságait, 1783-1787-ben A. Lavoisier kimutatta, hogy a hidrogén a víz része, felvette a kémiai elemek listájára, és javasolta a "hidrogén" nevet.
Bibliográfia
1. M.B. Volovics, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L. Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S. V. Simonovich / Iskolások kézikönyve / Moszkva "AST-PRESS BOOK" 2003.
2. I.L. Knunyats / Chemical Encyclopedia / Moszkva "Szovjet Enciklopédia" 1988
3. I.E. Shimanovich / Chemistry 11 / Minsk "People's Asveta" 2008
4. F. Cotton, J. Wilkinson / Modern szervetlen kémia / Moszkva "Mir" 1969
