Labiausiai paplitęs cheminis elementas Visatoje yra vandenilis. Tai savotiškas atskaitos taškas, nes periodinėje lentelėje jo atominis skaičius lygus vienetui. Žmonija tikisi, kad ji galės daugiau sužinoti apie tai, kaip apie vieną iš labiausiai įmanomų Transporto priemonė ateityje. Vandenilis yra paprasčiausias, lengviausias, labiausiai paplitęs elementas, jo visur yra daug – septyniasdešimt penki procentai visos medžiagos masės. Jo yra bet kurioje žvaigždėje, ypač dujų milžinuose. Jo vaidmuo žvaigždžių sintezės reakcijose yra labai svarbus. Be vandenilio nėra vandens, vadinasi, nėra gyvybės. Visi prisimena, kad vandens molekulėje yra vienas deguonies atomas, o du joje esantys atomai yra vandenilis. Tai gerai žinoma formulė H2O.

Kaip mes jį naudojame

Vandenilį 1766 m. atrado Henry Cavendish, analizuodamas metalo oksidacijos reakciją. Po kelerių metų stebėjimų jis suprato, kad degant vandeniliui susidaro vanduo. Anksčiau mokslininkai šį elementą išskyrė, bet nelaikė jo nepriklausomu. 1783 m. vandenilis gavo pavadinimą vandenilis (išvertus iš graikų kalbos „hydro“ - vanduo, o „gen“ - gimdyti). Vandenį gaminantis elementas yra vandenilis. Tai dujos, kurių molekulinė formulė yra H2. Jei temperatūra artima kambario temperatūrai, o slėgis normalus, šis elementas yra nepastebimas. Vandenilio gali net neaptikti žmogaus pojūčiai – jis yra beskonis, bespalvis ir bekvapis. Bet esant slėgiui ir esant -252,87 C temperatūrai (labai šalta!) šios dujos suskystėja. Taip jis saugomas, nes dujų pavidalu jis užima daug daugiau vietos. Skystas vandenilis naudojamas kaip raketų kuras.

Vandenilis gali tapti kietu, metaliniu, tačiau tam reikia itin aukšto slėgio, būtent tai dabar daro žymiausi mokslininkai – fizikai ir chemikai. Jau dabar šis elementas tarnauja kaip alternatyvus kuras transporte. Jo naudojimas panašus į vidaus degimo variklio darbą: deginant vandenilį išsiskiria daug jo cheminės energijos. Taip pat praktiškai sukurtas jo pagrindu sukurtas kuro elemento kūrimo būdas: susijungus su deguonimi įvyksta reakcija, o per ją susidaro vanduo ir elektra. Galbūt netrukus transportas „persis“ nuo benzino prie vandenilio - daugelis automobilių gamintojų domisi alternatyvių degiųjų medžiagų kūrimu, ir yra sėkmės. Tačiau grynai vandenilinis variklis vis dar yra ateityje; čia yra daug sunkumų. Tačiau privalumai yra tokie, kad degalų bako su kietu vandeniliu kūrimas įsibėgėja, o mokslininkai ir inžinieriai nesiruošia trauktis.

Pagrindinė informacija

Hidrogenijus (lot.) – vandenilis, pirmas serijos numeris periodinėje lentelėje žymimas H. Vandenilio atomo masė yra 1,0079, tai dujos, kurios neturi normaliomis sąlygomis nei skonio, nei kvapo, nei spalvos. Chemikai nuo XVI amžiaus aprašė tam tikrą degios dujos, reiškiantis kitaip. Bet tai veikė visiems vienodomis sąlygomis – kai metalas buvo veikiamas rūgštimi. Vandenilis, net ir paties Cavendisho, buvo vadinamas tiesiog " degus oras"Tik 1783 m. Lavoisier sintezės ir analizės būdu įrodė, kad vanduo turi sudėtingą sudėtį, o po ketverių metų jis suteikė "degiam orui" šiuolaikinį pavadinimą. sudurtinis žodis yra plačiai naudojamas, kai reikia įvardyti vandenilio junginius ir bet kokius procesus, kuriuose jis dalyvauja. Pavyzdžiui, hidrinimas, hidridas ir pan. A rusiškas vardas pasiūlė 1824 m. M. Solovjovas.

Gamtoje šio elemento pasiskirstymas neturi lygių. Žemės plutos litosferoje ir hidrosferoje jos masė siekia vieną procentą, tačiau vandenilio atomų – ​​net šešiolika procentų. Žemėje daugiausia vandens, o 11,19% jo masės sudaro vandenilis. Be to, jo tikrai yra beveik visuose junginiuose, kurie sudaro naftą, anglį, visas gamtines dujas ir molį. Vandenilio yra visuose augalų ir gyvūnų organizmuose – baltymuose, riebaluose, nukleino rūgštys, angliavandeniai ir pan. Laisva būsena vandeniliui nebūdinga ir beveik nebūna – gamtinėse ir vulkaninėse dujose jo yra labai mažai. Labai nereikšmingas vandenilio kiekis atmosferoje yra 0,0001%, pagal atomų skaičių. Tačiau ištisi protonų srautai žymi vandenilį artimoje Žemės erdvėje, kuri sudaro vidinę mūsų planetos radiacijos juostą.

Erdvė

Joks elementas nėra toks įprastas erdvėje kaip vandenilis. Vandenilio tūris Saulės elementuose yra daugiau nei pusė jos masės. Dauguma žvaigždžių gamina vandenilį plazmos pavidalu. Didžiąją dalį įvairių ūkų ir tarpžvaigždinės terpės dujų taip pat sudaro vandenilis. Jo yra kometose ir daugelio planetų atmosferoje. Natūralu, kad ne gryna forma, - kartais kaip laisvas H 2 , kartais kaip metanas CH 4 , kartais kaip amoniakas NH 3 , net kaip vanduo H 2 O. Labai dažni radikalai CH, NH, SiN, OH, PH ir panašiai. Kaip protonų srautas, vandenilis yra korpuso dalis saulės radiacija ir kosminiai spinduliai.

Paprastame vandenilyje dviejų stabilių izotopų mišinys yra lengvasis vandenilis (arba protium 1 H) ir sunkusis vandenilis (arba deuteris - 2 H arba D). Yra ir kitų izotopų: radioaktyvusis tritis – 3 H arba T, kitu atveju – supersunkusis vandenilis. Ir taip pat labai nestabilus 4 N. Gamtoje vandenilio junginyje yra izotopų tokiomis proporcijomis: vienam deuterio atomui tenka 6800 protiumo atomų. Tritis susidaro atmosferoje iš azoto, kurį veikia kosminių spindulių neutronai, tačiau jo kiekis yra nereikšmingas. Ką reiškia izotopų masės skaičiai? Skaičius rodo, kad protiumo branduolys turi tik vieną protoną, o deuteris turi ne tik protoną, bet ir neutroną atomo branduolyje. Tritis savo branduolyje jau turi po du neutronus kiekvienam protonui. Tačiau 4 H yra trys neutronai viename protone. Todėl vandenilio izotopų fizinės ir cheminės savybės labai skiriasi lyginant su visų kitų elementų izotopais – masės skirtumas per didelis.

Struktūra ir fizinės savybės

Vandenilio atomo sandara yra pati paprasčiausia lyginant su visais kitais elementais: vienas branduolys – vienas elektronas. Jonizacijos potencialas – branduolio surišimo su elektronu energija – 13,595 elektronvoltai (eV). Būtent dėl ​​šios struktūros paprastumo vandenilio atomas yra patogus kaip modelis kvantinėje mechanikoje, kai reikia daugiau skaičiuoti energijos lygius. sudėtingi atomai. H2 molekulėje yra du atomai, sujungti cheminiu kovalentiniu ryšiu. Skilimo energija yra labai didelė. Atominis vandenilis gali susidaryti cheminės reakcijos, pavyzdžiui, cinko ir druskos rūgšties. Tačiau sąveikos su vandeniliu praktiškai nevyksta – vandenilio atominė būsena labai trumpa, atomai iš karto rekombinuojasi į H 2 molekules.

Fiziniu požiūriu vandenilis yra lengvesnis už visas žinomas medžiagas – daugiau nei keturiolika kartų lengvesnis už orą (prisiminkime išskridimą oro balionaišvenčių dienomis – jų viduje yra vandenilio). Tačiau jis gali virti, skystėti, lydytis, kietėti, o tik helis verda ir tirpsta ilgiau žemos temperatūros. Sunku suskystinti, reikia žemesnės nei -240 laipsnių Celsijaus temperatūros. Tačiau jis turi labai aukštą šilumos laidumą. Jis beveik netirpsta vandenyje, bet gerai sąveikauja su metalų vandeniliu – tirpsta beveik visuose, geriausiai paladyje (vienam tūriui vandenilio reikia aštuonis šimtus penkiasdešimt tūrių). Skystas vandenilis yra lengvas ir skystas, o ištirpęs metaluose dažnai sunaikina lydinius dėl sąveikos su anglimi (pavyzdžiui, plienu), vyksta difuzija ir dekarbonizacija.

Cheminės savybės

Daugumoje junginių vandenilio oksidacijos būsena (valencija) yra +1, kaip ir natrio ir kitų šarminių metalų. Jis laikomas jų analogu, stovinčiu periodinės sistemos pirmosios grupės viršūnėje. Tačiau metalo hidriduose esantis vandenilio jonas yra neigiamai įkrautas, jo oksidacijos būsena yra -1. Šis elementas taip pat yra artimas halogenams, kurie netgi gali jį pakeisti organiniais junginiais. Tai reiškia, kad vandenilis taip pat gali būti priskirtas septintai periodinės sistemos grupei. Esant normalioms sąlygoms, vandenilio molekulės savo aktyvumu nesiskiria, jungiasi tik su aktyviausiais nemetalais: gerai su fluoru, o jei lengvos – su chloru. Tačiau kaitinant vandenilis tampa kitoks – reaguoja su daugeliu elementų. Atominis vandenilis, palyginti su molekuliniu vandeniliu, yra labai chemiškai aktyvus, todėl ryšyje su deguonimi susidaro vanduo, kartu išsiskiria energija ir šiluma. Kambario temperatūroje ši reakcija yra labai lėta, tačiau kai kaitinama virš penkių šimtų penkiasdešimt laipsnių, įvyksta sprogimas.

Vandenilis naudojamas metalams redukuoti, nes jis pašalina deguonį iš jų oksidų. Su fluoru vandenilis sukelia sprogimą net tamsoje ir esant minus du šimtai penkiasdešimt dviem laipsniams Celsijaus. Chloras ir bromas sužadina vandenilį tik kaitinamas arba apšviestas, o jodas tik kaitinamas. Vandenilis ir azotas sudaro amoniaką (taip gaminama dauguma trąšų). Kaitinamas labai aktyviai reaguoja su siera ir gaunamas sieros vandenilis. Su telūru ir selenu sunku sukelti vandenilio reakciją, bet su gryna anglimi reakcija vyksta labai aukštoje temperatūroje ir gaunamas metanas. Vandenilis su anglies monoksidu sudaro įvairius organinius junginius, tam turi įtakos slėgis, temperatūra, katalizatoriai, o visa tai turi didžiulę įtaką. praktinę reikšmę. Apskritai vandenilio, kaip ir jo junginių, vaidmuo yra nepaprastai svarbus, nes jis suteikia protoninėms rūgštims rūgštines savybes. Vandenilio jungtis susidaro su daugybe elementų, turinčių įtakos tiek neorganinių, tiek organiniai junginiai.

Priėmimas ir naudojimas

Vandenilis pramoniniu mastu gaminamas iš gamtinių dujų – degiųjų dujų, kokso krosnių dujų ir naftos perdirbimo dujų. Jis taip pat gali būti gaminamas elektrolizės būdu, kai elektra nėra per brangi. Tačiau svarbiausias vandenilio gamybos būdas yra katalizinė angliavandenilių, daugiausia metano, sąveika su vandens garais, kur gaunama konversija. Taip pat plačiai naudojamas angliavandenilių oksidavimo deguonimi metodas. Vandenilio gamyba iš gamtinių dujų yra pigiausias būdas. Kiti du yra kokso krosnių dujų ir naftos perdirbimo gamyklų dujų naudojimas – suskystinus likusius komponentus, išsiskiria vandenilis. Jie lengviau suskystėja, o vandeniliui, kaip prisimename, reikia -252 laipsnių.

Vandenilio peroksidas yra labai populiarus. Gydymas šiuo tirpalu naudojamas labai dažnai. Molekulinę formulę H 2 O 2 vargu ar įvardins visi tie milijonai žmonių, kurie nori būti blondinai ir pašviesinti plaukus, taip pat tie, kurie mėgsta švarą virtuvėje. Net ir tie, kurie gydo įbrėžimus, gautus žaidžiant su kačiuku, dažniausiai nesuvokia, kad naudojasi vandeniliu. Tačiau visi žino istoriją: nuo 1852 m. vandenilis ilgam laikui naudojamas aeronautikoje. Henry Giffard išrastas dirižablis buvo sukurtas vandenilio pagrindu. Jie buvo vadinami cepelinais. Cepelinus iš padangių išstūmė sparti orlaivių gamybos plėtra. 1937 metais buvo didelė avarija kai sudegė Hindenburgo dirižablis. Po šio incidento cepelinai daugiau niekada nebuvo naudojami. Tačiau XVIII amžiaus pabaigoje išplito balionai, užpildytas vandeniliu, buvo visur. Be amoniako gamybos, vandenilis dabar reikalingas metilo alkoholiui ir kitiems alkoholiams, benzinui, hidrinto sunkiojo kuro skysčiams ir kietajam kurui gaminti. Negalite apsieiti be vandenilio suvirinant, pjaunant metalus - tai gali būti deguonis-vandenilis ir atominis-vandenilis. O branduolinei energijai gyvybę suteikia tritis ir deuteris. Tai, kaip prisimename, yra vandenilio izotopai.

Neumyvakinas

Vandenilis yra toks geras cheminis elementas, kad turi savo gerbėjų. Ivanas Pavlovičius Neumyvakinas yra medicinos mokslų daktaras, profesorius, valstybinės premijos laureatas, turintis daug daugiau vardų ir apdovanojimų, tarp jų. Būdamas tradicinės medicinos gydytoju, jis tituluojamas geriausiu liaudies gydytoju Rusijoje. Būtent jis sukūrė daugybę aprūpinimo metodų ir principų Medicininė priežiūra skrendantiems astronautams. Būtent jis sukūrė unikalią ligoninę – ligoninę erdvėlaivyje. Tuo pat metu jis buvo valstybinis kosmetinės medicinos koordinatorius. Erdvė ir kosmetika. Jo aistra vandeniliui nesiekia užsidirbti didelių pinigų, kaip dabar daroma namų medicinoje, o, priešingai, mokyti žmones, kaip išgydyti bet ką tiesiogine cento priemone, be papildomo apsilankymo vaistinėje.

Jis skatina gydymą vaistais, kurių yra pažodžiui kiekvienuose namuose. Tai vandenilio peroksidas. Galite kritikuoti Neumyvakiną kiek tik norite, jis vis tiek reikalaus savo: taip, iš tikrųjų, viską galima išgydyti vandenilio peroksidu, nes jis prisotina vidines kūno ląsteles deguonimi, naikina toksinus, normalizuoja rūgštingumą ir šarmą. balansas, o iš čia atsinaujina audiniai, atjauninamas visas organizmas. Niekas dar nematė, kad kas nors būtų išgydytas vandenilio peroksidu, juo labiau tyrė, tačiau Neumyvakinas teigia, kad naudojant šią priemonę galima visiškai atsikratyti virusinių, bakterinių ir grybelinių ligų, užkirsti kelią navikų ir aterosklerozės vystymuisi, nugalėti depresiją, atjaunėti. kūno ir niekada nesirgti ARVI ir peršalimu.

Panacėja

Ivanas Pavlovičius įsitikinęs, kad tinkamai vartodami šį paprastą vaistą ir laikydamiesi visų paprastų nurodymų, galite įveikti daugybę ligų, įskaitant labai rimtas. Sąrašas didžiulis: nuo periodonto ligų ir tonzilito iki miokardo infarkto, insulto ir cukrinis diabetas. Tokios smulkmenos kaip sinusitas ar osteochondrozė išnyksta nuo pirmųjų gydymo seansų. Netgi vėžiniai navikai jie išsigąsta ir bėga nuo vandenilio peroksido, nes stimuliuojama imuninė sistema, suaktyvėja organizmo gyvybė ir gynyba.

Taip galima gydyti net vaikus, tik nėščiosioms kol kas geriau susilaikyti nuo vandenilio peroksido vartojimo. Šis metodas taip pat nerekomenduojamas žmonėms, kuriems persodinti organai dėl galimo audinių nesuderinamumo. Būtina griežtai laikytis dozės: nuo vieno lašo iki dešimties, įlašinant po vieną kiekvieną dieną. Tris kartus per dieną (trisdešimt lašų trijų procentų vandenilio peroksido tirpalo per dieną, oho!) pusvalandį prieš valgį. Tirpalas gali būti švirkščiamas į veną ir prižiūrint gydytojui. Kartais vandenilio peroksidas derinamas su kitais vaistais, kad poveikis būtų efektyvesnis. Tirpalas naudojamas viduje tik praskiestas - švariu vandeniu.

Išoriškai

Dar prieš tai, kai profesorius Neumyvakinas sukūrė savo metodą, kompresai ir skalavimai buvo labai populiarūs. Visi žino, kad, kaip ir alkoholinių kompresų, vandenilio peroksido negalima naudoti gryno pavidalo, nes jis nudegins audinius, tačiau karpos ar grybelinės infekcijos lokaliai tepamos stipriu tirpalu – iki penkiolikos procentų.

Esant odos bėrimams ir galvos skausmams, atliekamos ir vandenilio peroksido procedūros. Kompresą reikia daryti naudojant medvilninį audinį, suvilgytą dviejų arbatinių šaukštelių trijų procentų vandenilio peroksido ir penkiasdešimties miligramų tirpale. svarus vanduo. Uždenkite audinį plėvele ir apvyniokite vilna arba rankšluosčiu. Kompresas trunka nuo ketvirčio valandos iki pusantros valandos ryte ir vakare iki pasveikimo.

Gydytojų nuomonė

Nuomonės išsiskiria, ne visi džiaugiasi vandenilio peroksido savybėmis, be to, ne tik netiki, bet ir juokiasi. Tarp gydytojų taip pat yra tokių, kurie palaikė Neumyvakiną ir netgi ėmėsi jo teorijos kūrimo, tačiau jų yra mažuma. Dauguma gydytojų mano, kad toks gydymas yra ne tik neveiksmingas, bet ir dažnai pražūtingas.

Iš tiesų, dar nėra nė vieno oficialiai įrodyto atvejo, kai pacientas būtų išgydytas vandenilio peroksidu. Tuo pačiu metu nėra informacijos apie sveikatos pablogėjimą, susijusį su šio metodo naudojimu. Bet brangus laikas prarandamas, o žmogus, gavęs vieną iš rimtos ligos ir visiškai pasikliaujant Neumyvakino panacėja rizikuoja pavėluoti pradėti tikrąjį tradicinį gydymą.

Periodinėje lentelėje vandenilis yra dviejose elementų grupėse, kurios savo savybėmis yra visiškai priešingos. Dėl šios savybės jis yra visiškai unikalus. Vandenilis yra ne tik elementas ar medžiaga, bet ir daugelio sudėtingų junginių dalis, organogeninis ir biogeninis elementas. Todėl pažvelkime į jo savybes ir charakteristikas išsamiau.

Degiųjų dujų išsiskyrimas metalų ir rūgščių sąveikos metu buvo pastebėtas dar XVI amžiuje, tai yra, formuojantis chemijai kaip mokslui. Žymus anglų mokslininkas Henry Cavendish tyrinėjo medžiagą nuo 1766 m. ir pavadino ją „degiu oru“. Degdamos šios dujos gamino vandenį. Deja, mokslininko laikymasis flogistono (hipotetinės "ultrasmulkiosios medžiagos") teorijos neleido padaryti teisingų išvadų.

Prancūzų chemikas ir gamtininkas A. Lavoisier kartu su inžinieriumi J. Meunier ir specialių gasometrų pagalba 1783 m. susintetino vandenį, o vėliau jį analizavo skaidant vandens garus karšta geležimi. Taigi mokslininkai galėjo padaryti tinkamas išvadas. Jie nustatė, kad „degus oras“ yra ne tik vandens dalis, bet ir gali būti iš jo gaunamas.

1787 m. Lavoisier pasiūlė, kad tiriamos dujos yra paprasta medžiaga ir, atitinkamai, buvo vienas iš pagrindinių cheminių elementų. Jis pavadino jį vandeniliu (iš graikų kalbos žodžių hydor - vanduo + gennao - aš pagimdžiu), t. y. „gimdyti vandenį“.

Rusišką pavadinimą „vandenilis“ 1824 m. pasiūlė chemikas M. Solovjovas. Vandens sudėties nustatymas pažymėjo „flogistono teorijos“ pabaigą. XVIII–XIX amžių sandūroje buvo nustatyta, kad vandenilio atomas yra labai lengvas (palyginti su kitų elementų atomais), o jo masė buvo paimta kaip pagrindinis vienetas, lyginant atomų mases, gaunant reikšmę, lygią 1.

Fizinės savybės

Vandenilis yra lengviausias iš visų žinomas mokslui medžiagų (jis yra 14,4 karto lengvesnis už orą), jo tankis 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ši medžiaga tirpsta (kieta) ir verda (suskystėja) atitinkamai -259,1 ° C ir -252,8 ° C temperatūroje (tik helio virimo ir lydymosi temperatūra yra žemesnė).

Kritinė vandenilio temperatūra yra itin žema (-240 °C). Dėl šios priežasties jo suskystinimas yra gana sudėtingas ir brangus procesas. Kritinis medžiagos slėgis yra 12,8 kgf/cm², o kritinis tankis – 0,0312 g/cm³. Iš visų dujų didžiausią šilumos laidumą turi vandenilis: 1 atm ir 0 °C temperatūroje jis lygus 0,174 W/(mxK).

Medžiagos savitoji šiluminė talpa tomis pačiomis sąlygomis yra 14,208 kJ/(kgxK) arba 3,394 cal/(rx°C). Šis elementas mažai tirpsta vandenyje (apie 0,0182 ml/g esant 1 atm ir 20 °C), bet gerai tirpsta daugumoje metalų (Ni, Pt, Pa ir kt.), ypač paladyje (apie 850 tūrių Pd tūryje) .

Pastaroji savybė siejama su jos gebėjimu difuzuoti, o difuziją per anglies lydinį (pavyzdžiui, plieną) gali lydėti lydinio sunaikinimas dėl vandenilio sąveikos su anglimi (šis procesas vadinamas dekarbonizacija). Skystoje būsenoje medžiaga yra labai lengva (tankis - 0,0708 g/cm³ esant t° = -253 °C) ir skysta (klampumas - 13,8 spoise tomis pačiomis sąlygomis).

Daugelyje junginių šio elemento valentingumas (oksidacijos būsena) yra +1, kaip ir natrio ir kitų šarminių metalų. Paprastai jis laikomas šių metalų analogu. Atitinkamai jis vadovauja periodinės sistemos I grupei. Metalo hidriduose vandenilio jonas turi neigiamą krūvį (oksidacijos laipsnis yra -1), tai yra, Na+H- struktūra panaši į Na+Cl-chlorido. Remiantis šiuo ir kai kuriais kitais faktais (elemento „H“ ir halogenų fizinių savybių panašumas, galimybė jį pakeisti halogenais organiniuose junginiuose), vandenilis priskiriamas VII periodinės sistemos grupei.

Normaliomis sąlygomis molekulinis vandenilis turi mažas aktyvumas, tiesiogiai derinant tik su aktyviausiais iš nemetalų (su fluoru ir chloru, su pastaruoju – šviesoje). Savo ruožtu, kaitinamas, jis sąveikauja su daugeliu cheminių elementų.

Atominis vandenilis turi padidintą cheminį aktyvumą (palyginti su molekuliniu vandeniliu). Su deguonimi jis sudaro vandenį pagal formulę:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

išskiriant 285,937 kJ/mol šilumos arba 68,3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). Normaliomis temperatūros sąlygomis reakcija vyksta gana lėtai, o esant t° >= 550 °C ji yra nekontroliuojama. Vandenilio ir deguonies mišinio sprogumo ribos pagal tūrį yra 4–94 % H₂, o vandenilio ir oro mišinio – 4–74 % H₂ (dviejų tūrių H₂ ir vieno tūrio O2 mišinys vadinamas detonuojančiomis dujomis).

Šis elementas naudojamas redukuoti daugumą metalų, nes pašalina deguonį iš oksidų:

Fe3O4 + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H2O ir kt.

Vandenilis sudaro vandenilio halogenidus su skirtingais halogenais, pavyzdžiui:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Tačiau reaguodamas su fluoru vandenilis sprogsta (taip nutinka ir tamsoje, -252 °C temperatūroje), su bromu ir chloru reaguoja tik kaitinamas ar apšviestas, o su jodu – tik kaitinant. Sąveikaujant su azotu, susidaro amoniakas, bet tik ant katalizatoriaus, esant aukštam slėgiui ir temperatūrai:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Kaitinamas, vandenilis aktyviai reaguoja su siera:

H₂ + S = H2S (vandenilio sulfidas),

ir daug sunkiau su telūru ar selenu. Vandenilis reaguoja su gryna anglimi be katalizatoriaus, bet esant aukštai temperatūrai:

2H₂ + C (amorfinis) = CH₂ (metanas).

Ši medžiaga tiesiogiai reaguoja su kai kuriais metalais (šarmais, šarminėmis žemėmis ir kitais), sudarydama hidridus, pavyzdžiui:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Vandenilio ir anglies monoksido (II) sąveika turi didelę praktinę reikšmę. Tokiu atveju, priklausomai nuo slėgio, temperatūros ir katalizatoriaus, susidaro įvairūs organiniai junginiai: HCHO, CH₃OH ir kt. Nesotieji angliavandeniliai reakcijos metu pasisotina, pvz.:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Vandenilis ir jo junginiai atlieka išskirtinį vaidmenį chemijoje. Jis nustato rūgštines vadinamųjų savybių. protinės rūgštys, linkusios formuoti vandenilinius ryšius su įvairiais elementais, kurie turi didelę įtaką daugelio neorganinių ir organinių junginių savybėms.

Vandenilio gamyba

Pagrindinės žaliavų rūšys, skirtos pramoninės gamybosŠis elementas apima naftos perdirbimo dujas, natūralias degias ir kokso krosnių dujas. Jis taip pat gaunamas iš vandens elektrolizės būdu (tose vietose, kur yra elektra). Vienas iš svarbiausių medžiagų iš gamtinių dujų gamybos būdų yra katalizinė angliavandenilių, daugiausia metano, sąveika su vandens garais (vadinamoji konversija). Pavyzdžiui:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Neužbaigta angliavandenilių oksidacija deguonimi:

CH₂ + ½O2 = CO + 2H₂.

Susintetintas anglies monoksidas (II) virsta:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Iš gamtinių dujų pagamintas vandenilis yra pigiausias.

Naudojamas vandens elektrolizei D.C., kuris praleidžiamas per NaOH arba KOH tirpalą (rūgštys nenaudojamos, kad būtų išvengta įrangos korozijos). IN laboratorines sąlygas medžiaga gaunama elektrolizės būdu vandeniui arba vykstant druskos rūgšties ir cinko reakcijai. Tačiau dažniau naudojama paruošta gamyklinė medžiaga cilindruose.

Šis elementas yra izoliuotas nuo naftos perdirbimo dujų ir kokso krosnių dujų pašalinant visus kitus dujų mišinio komponentus, nes giliai aušinant jie lengviau suskystėja.

Ši medžiaga pramoniniu būdu pradėta gaminti XVIII amžiaus pabaigoje. Tada jis buvo naudojamas balionams užpildyti. Įjungta Šis momentas Vandenilis plačiai naudojamas pramonėje, daugiausia chemijos pramonėje, amoniako gamybai.

Masiniai medžiagos vartotojai yra metilo ir kitų alkoholių, sintetinio benzino ir daugelio kitų produktų gamintojai. Jie gaunami sintezės būdu iš anglies monoksido (II) ir vandenilio. Vandenilis naudojamas sunkiojo ir kietojo skystojo kuro, riebalų ir kt. hidrinimo, HCl sintezei, naftos produktų hidrinimo, taip pat metalo pjovimo/virinimo darbams. Svarbiausi elementai, skirti atominė energija yra jo izotopai – tritis ir deuteris.

Biologinis vandenilio vaidmuo

Apie 10% gyvų organizmų masės (vidutiniškai) gaunama iš šio elemento. Tai yra vandens dalis ir svarbiausios grupės natūralūs junginiai, įskaitant baltymus, nukleino rūgštis, lipidus, angliavandenius. Kam jis naudojamas?

Ši medžiaga groja lemiamas vaidmuo: išlaikant erdvinė struktūra baltymai (ketvirtiniai), įgyvendinant nukleorūgščių komplementarumo principą (t. y. įgyvendinant ir laikant genetinė informacija), paprastai „atpažįstamas“ molekuliniu lygiu.

Vandenilio jonas H+ dalyvauja svarbiose organizme vykstančiose dinaminėse reakcijose/procesuose. Įskaitant: biologinėje oksidacijoje, kuri aprūpina gyvas ląsteles energija, biosintezės reakcijose, fotosintezėje augaluose, bakterijų fotosintezėje ir azoto fiksavime, palaikant rūgščių-šarmų pusiausvyrą ir homeostazę, membranų pernešimo procesuose. Kartu su anglimi ir deguonimi jis sudaro funkcinį ir struktūrinį gyvybės reiškinių pagrindą.

VANDENILIS, H (lot. hydrogenium; a. vandenilis; n. Wasserstoff; f. vandenilis; i. hidrogeno), - cheminis elementas Periodinė elementų lentelė Mendelejevo elementai, kurie vienu metu priskiriami I ir VII grupėms, kurių atominis numeris 1, atominė masė 1.0079. Natūralus vandenilis turi stabilius izotopus – protiumą (1 H), deuterį (2 H, arba D) ir radioaktyvųjį – tritį (3 H, arba T). Gamtinių junginių vidutinis santykis D/H = (158±2).10 -6 Pusiausvyros 3 H kiekis Žemėje yra ~5.10 27 atomai.

Vandenilio fizinės savybės

Pirmą kartą vandenilį 1766 metais aprašė anglų mokslininkas G. Cavendishas. Įprastomis sąlygomis vandenilis yra bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos. Gamtoje jis randamas laisvoje būsenoje H2 molekulių pavidalu. H 2 molekulės disociacijos energija yra 4,776 eV; vandenilio atomo jonizacijos potencialas yra 13,595 eV. Vandenilis yra lengviausia žinoma medžiaga, esant 0°C ir 0,1 MPa 0,0899 kg/m 3 ; virimo t - 252,6°C, lydymosi t - 259,1°C; kritiniai parametrai: t - 240°C, slėgis 1,28 MPa, tankis 31,2 kg/m 3. Šilumai laidiausios iš visų dujų – 0,174 W/(m.K) esant 0°C ir 1 MPa, specifinė šiluma 14.208.10 3 J(kg.K).

Cheminės vandenilio savybės

Skystas vandenilis yra labai lengvas (tankis esant -253°C yra 70,8 kg/m 3) ir skystas (prie -253°C yra 13,8 cP). Daugumoje junginių vandenilio oksidacijos būsena yra +1 (panaši į šarminius metalus), rečiau -1 (panaši į metalų hidridus). Normaliomis sąlygomis molekulinis vandenilis yra neaktyvus; tirpumas vandenyje esant 20°C ir 1 MPa 0,0182 ml/g; gerai tirpsta metaluose - Ni, Pt, Pd ir kt. Su deguonimi sudaro vandenį, kurio šilumos išsiskyrimas yra 143,3 MJ/kg (esant 25°C ir 0,1 MPa); 550°C ir aukštesnėje temperatūroje reakciją lydi sprogimas. Sąveikaujant su fluoru ir chloru, reakcijos taip pat vyksta sprogstamai. Pagrindiniai vandenilio junginiai: H 2 O, amoniakas NH 3, vandenilio sulfidas H 2 S, CH 4, metalų ir halogenų hidridai CaH 2, HBr, Hl, taip pat organiniai junginiai C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH ir kt. .

Vandenilis gamtoje

Vandenilis yra plačiai paplitęs elementas gamtoje, jo kiekis yra 1% (pagal svorį). Pagrindinis vandenilio rezervuaras Žemėje yra vanduo (11,19 % masės). Vandenilis yra vienas iš pagrindinių visų natūralių organinių junginių komponentų. Esama laisvos būklės vulkaninėse ir kitose gamtines dujas, in (0,0001%, pagal atomų skaičių). Jis sudaro didžiąją dalį Saulės, žvaigždžių, tarpžvaigždinių dujų ir dujų ūkų masės. Planetų atmosferoje jis yra H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH ir kt. pavidalu. Tai yra Saulės korpuskulinės spinduliuotės (protonų srautai) ir kosminių spindulių (elektronų) dalis. srautai).

Vandenilio gamyba ir naudojimas

Pramoninės vandenilio gamybos žaliavos yra naftos perdirbimo dujos, dujinimo produktai ir kt. Pagrindiniai vandenilio gamybos būdai yra: angliavandenilių reakcija su vandens garais, dalinė angliavandenilių oksidacija, oksidų konversija, vandens elektrolizė. Vandenilis naudojamas amoniako, alkoholių, sintetinio benzino, druskos rūgšties, naftos produktų hidrinimo gamyboje, metalų pjaustymui vandenilio-deguonies liepsna.

Vandenilis yra perspektyvus dujinis kuras. Deuteris ir tritis buvo pritaikyti branduolinėje energetikoje.

Vandenilį XVIII amžiaus antroje pusėje atrado anglų mokslininkas fizikos ir chemijos srityje G. Cavendishas. Jis sugebėjo išskirti gryną medžiagą, pradėjo ją tyrinėti ir apibūdino jos savybes.

Tai pasakojimas apie vandenilio atradimą. Atlikdamas eksperimentus mokslininkas nustatė, kad tai yra degios dujos, kurioms degant ore susidaro vanduo. Tai leido nustatyti kokybinę vandens sudėtį.

Kas yra vandenilis

Prancūzų chemikas A. Lavoisier pirmą kartą vandenilį paskelbė paprasta medžiaga 1784 m., nes nustatė, kad jo molekulėje yra to paties tipo atomų.

Cheminio elemento pavadinimas lotyniškai skamba kaip hidrogenijus (skaitykite „hydrogenium“), o tai reiškia „vandens davimas“. Pavadinimas nurodo degimo reakciją, kurios metu susidaro vanduo.

Vandenilio charakteristikos

N. Mendelejevas tam priskyrė vandenilio žymėjimą cheminis elementas pirmasis eilės numeris, įtraukiant jį į pagrindinį pirmosios grupės ir pirmojo laikotarpio pogrupį ir sąlyginai į septintos grupės pagrindinį pogrupį.

Vandenilio atominė masė (atominė masė) yra 1,00797. H2 molekulinė masė yra 2 a. e. Molinė masė skaičiais lygus jai.

Jį atstovauja trys izotopai, turintys specialų pavadinimą: labiausiai paplitęs protis (H), sunkusis deuteris (D), radioaktyvusis tritis (T).

Tai pirmasis elementas, kurį galima visiškai atskirti į izotopus paprastu būdu. Jis pagrįstas dideliu izotopų masės skirtumu. Šis procesas pirmą kartą buvo atliktas 1933 m. Tai paaiškinama tuo, kad tik 1932 metais buvo aptiktas 2 masės izotopas.

Fizinės savybės

IN normaliomis sąlygomis Paprasta medžiaga vandenilis dviatomių molekulių pavidalu yra dujos, bespalvės, beskonės ir bekvapės. Šiek tiek tirpsta vandenyje ir kituose tirpikliuose.

Kristalizacijos temperatūra - 259,2 o C, virimo temperatūra - 252,8 o C. Vandenilio molekulių skersmuo yra toks mažas, kad jos gali lėtai sklisti per daugybę medžiagų (gumos, stiklo, metalų). Ši savybė naudojama, kai reikia išvalyti vandenilį nuo dujinių priemaišų. Kai n. u. vandenilio tankis yra 0,09 kg/m3.

Ar galima vandenilį paversti metalu pagal analogiją su elementais, esančiais pirmoje grupėje? Mokslininkai nustatė, kad vandenilis, esant sąlygoms, kai slėgis artėja prie 2 milijonų atmosferų, pradeda sugerti infraraudonuosius spindulius, o tai rodo medžiagos molekulių poliarizaciją. Galbūt su dar daugiau aukšto slėgio, vandenilis taps metalu.

Tai įdomu: Yra prielaida, kad milžiniškose planetose Jupiteryje ir Saturne vandenilis randamas metalo pavidalu. Daroma prielaida, kad metalinio kieto vandenilio yra ir žemės šerdyje dėl itin didelio slėgio, kurį sukuria žemės mantija.

Cheminės savybės

Tiek paprastas, tiek sudėtingos medžiagos. Bet mažą vandenilio aktyvumą reikia didinti sukuriant atitinkamas sąlygas – didinant temperatūrą, naudojant katalizatorius ir pan.

Kaitinant, su vandeniliu reaguoja paprastos medžiagos, tokios kaip deguonis (O 2), chloras (Cl 2), azotas (N 2), siera (S).

Jei gryną vandenilį uždegsite dujų išleidimo vamzdžio gale ore, jis degs tolygiai, bet vos pastebimai. Jei dujų išleidimo vamzdį pastatysite į gryno deguonies atmosferą, degimas tęsis ir ant indo sienelių susidarys vandens lašeliai dėl reakcijos:

Vandens degimą lydi išleidimas didelis kiekisšiluma. Tai egzoterminė junginio reakcija, kurios metu vandenilis oksiduojamas deguonimi ir susidaro oksidas H 2 O. Tai taip pat redokso reakcija, kurios metu oksiduojamas vandenilis ir redukuojamas deguonis.

Reakcija su Cl2 vyksta panašiai ir susidaro vandenilio chloridas.

Norint atlikti azoto sąveiką su vandeniliu, būtina karštis Ir aukštas kraujo spaudimas, taip pat katalizatoriaus buvimas. Rezultatas yra amoniakas.

Dėl reakcijos su siera susidaro vandenilio sulfidas, kurį atpažinti palengvina būdingas supuvusių kiaušinių kvapas.

Vandenilio oksidacijos laipsnis šiose reakcijose yra +1, o toliau aprašytuose hidriduose - 1.

Reaguojant su kai kuriais metalais susidaro hidridai, pavyzdžiui, natrio hidridas - NaH. Kai kurie iš šių sudėtingų junginių naudojami kaip raketų kuras, taip pat termobranduolinėje energetikoje.

Vandenilis taip pat reaguoja su sudėtingos kategorijos medžiagomis. Pavyzdžiui, su vario (II) oksidu, formulė CuO. Reakcijai atlikti vario vandenilis perleidžiamas per įkaitintą vario (II) oksido miltelius. Sąveikos metu reagentas keičia spalvą ir tampa raudonai rudas, o vandens lašeliai nusėda ant šaltų mėgintuvėlio sienelių.

Reakcijos metu vandenilis oksiduojamas, susidaro vanduo, o varis iš oksido redukuojamas į paprasta medžiaga(Cu).

Naudojimo sritys

Vandenilis turi didelę reikšmęžmonėms ir yra naudojamas įvairiose srityse:

1. IN chemijos gamyba– tai žaliavos, kitose pramonės šakose – kuras. Naftos chemijos ir naftos perdirbimo įmonės neapsieina be vandenilio.
2. Elektros energijos pramonėje ši paprasta medžiaga veikia kaip aušinimo priemonė.
3. Juodųjų ir spalvotųjų metalų metalurgijoje vandenilis atlieka reduktorius.
4. Tai padeda sukurti inertišką aplinką pakuojant produktus.
5. Farmacijos pramonė – vandenilį naudoja kaip reagentą vandenilio peroksido gamyboje.
6. Oro balionai pripildyti šių lengvų dujų.
7. Šis elementas taip pat žinomas kaip raketų variklių degalų reduktorius.

Mokslininkai vienbalsiai prognozuoja, kad vandenilinis kuras imsis pirmauti energetikos sektoriuje.

Priėmimas pramonėje

Pramonėje vandenilis gaminamas elektrolizės būdu, kuris yra veikiamas chloridais arba hidroksidais šarminių metalų, ištirpintas vandenyje. Taip pat naudojant šį metodą vandenilį galima gauti tiesiai iš vandens.

Šiems tikslams naudojamas kokso arba metano pavertimas vandens garais. Metano skilimas ties pakilusi temperatūra taip pat gamina vandenilį. Koksavimo krosnių dujų suskystinimas frakciniu metodu taip pat naudojamas pramoninei vandenilio gamybai.

Gautas laboratorijoje

Laboratorijoje vandeniliui gaminti naudojamas Kipp aparatas.

Reagentai yra druskos arba sieros rūgštis ir cinkas. Reakcijos metu susidaro vandenilis.

Vandenilio radimas gamtoje

Vandenilis yra labiau paplitęs nei bet kuris kitas elementas Visatoje. Didžioji dalis žvaigždžių, įskaitant Saulę ir kitus kosminius kūnus, yra vandenilis.

Žemės plutoje jo yra tik 0,15 proc. Jo yra daugelyje mineralų, visuose organinės medžiagos, taip pat vandenyje, kuris dengia 3/4 mūsų planetos paviršiaus.

Gryno vandenilio pėdsakų galima rasti viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Jo taip pat yra daugelyje degiųjų gamtinių dujų.

Dujinis vandenilis yra mažiausiai tankus, o skystas vandenilis yra tankiausia medžiaga mūsų planetoje. Vandenilio pagalba galite pakeisti savo balso tembrą, jei jį įkvėpsite ir kalbėsite iškvėpdami.

Galingiausiųjų veiksmų centre vandenilio bomba slypi lengviausio atomo skilimas.