Boja vodonika u gasovitom stanju. Tečni vodonik: svojstva i primjena

• Oznaka - h (vodonik);
• Latinsko ime - Hydrogijuum;
• Period - i;
• Grupa - 1 (IA);
• Atomska masa - 1.00794;
• Atomski broj - 1;
• Radijus atoma \u003d 53 pm;
• Kovalentni polumjer \u003d 32:00;
• Distribucija elektrona - 1s 1;
• t topljenje \u003d -259,14 ° C;
• t ključalo \u003d -252,87 ° C;
• Električna energija (od strane Paulonga / od Alpreda i Rokhov) \u003d 2,02 / -;
• Stupanj oksidacije: +1; 0; -one;
• Gustoća (n. Y.) \u003d 0,0000899 g / cm 3;
• Volumen molara \u003d 14,1 cm 3 / mol.

Binarni spojevi vodika sa kisikom:

Vodonik ("upućivanja vode") otvorio je engleski naučnik. Cavendish 1766. godine. Ovo je najlakši element u prirodi - hidrogen Atom ima kernel i jedan elektron, vjerovatno, iz ovog razloga, vodik je najčešći element u svemiru (više od polovine mase većine zvijezda).

Možemo reći o vodoniku da "mali kalem, da putevi". Unatoč svojoj "jednostavnosti", vodik daje energiju svim živim bićima na Zemlji - u sunce je u toku kontinuirana termonuklearna reakcija tokom kojih se jedan atom helijuma formira iz četiri atoma vodika, ovaj proces je praćen puštanjem kolosalne količine Energija (vidi nuklearnu sintezu).

U zemljinoj kore, masovni frakcija vodonika je samo 0,15%. U međuvremenu, ogroman broj (95%) svih hemijskih hemikalija poznatih na Zemlji sadrže jedan ili više atoma vodika.

U vezama s nemetalima (HCL, H 2 O, CH 4 ...), vodonik daje vlastite jedine elektronski elemente elektrona, pokazujući stupanj oksidacije +1 (češće), formirajući samo kovalentne veze (vidi samo kovalentne veze) .

U spojevima s metalima (NAH, CAH 2 ...) Vodonik, naprotiv, poprima je jedini S-orbitalni drugi elektron, čime pokušava dovršiti svoj elektronički sloj, pokazujući stupanj oksidacije -1 (manje često) Češće jonska komunikacija (vidi ionsku vezu), jer, razlika u elektronativstvu atoma vodika i metalnog atoma mogu biti prilično velik.

H 2.

U gasovitim stanju vodonik je u obliku dvosetenskih molekula, čime se formira ne-polarnu kovalentnu vezu.

Molekuli vodonika posjeduju:

• velika mobilnost;
• velika snaga;
• niska polarizacija;
• male veličine i mase.

Svojstva vodoničnog plina:

• najlakši plin u prirodi, bez boje i mirisa;
• slabo rastvoren u vodi i organskim otapalima;
• u manjim tačkama, rastvara u tekućim i čvrstim metalima (posebno u platinama i paladiju);
• telak je teško (zbog male polarizabilnosti);
• ima najveću toplotnu provodljivost svih poznatih plinova;
• kada se zagreva, reagira s mnogim nemetalima, pokazujući svojstva reduciranog sredstva;
• na sobnoj temperaturi reagira sa fluorom (dolazi do eksplozije): H 2 + F 2 \u003d 2HF;
• uz metale reagiraju na formiranje hidrida, pokazujući oksidativne nekretnine: h 2 + ca \u003d cah 2;

U spojevima vodonik pokazuje svoje svojstva sanacije mnogo više od oksidativnog. Vodonik je najjači smanjujući agent nakon uglja, aluminija i kalcijuma. Smanjenje svojstava vodonika široko se koriste u industriji za proizvodnju metala i nemetala (jednostavne tvari) od oksida i galija.

FE 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2FE + 3H 2 O

Vodikov reakcije sa jednostavnim supstancama

Vodonik uzima elektronu igrajući ulogu restaurator, Reakcije:

• od kiseonik (u paljenju ili u prisustvu katalizatora), u omjeru 2: 1 (vodonik: kisik) formiran je eksplozivna harmonija plin: 2h 2 0 + o 2 \u003d 2h 2 +1 o + 572 kJ
• od siva (Kada se zagreva na 150 ° C-300 ° C): H 2 0 + S ↔ H 2 +1 S
• od klorom (Kada se zapalite ili zračenje UV zraka): H 2 0 + CL 2 \u003d 2h +1 CL
• od fluor: H 2 0 + f 2 \u003d 2h +1 f
• od nitrogen (Kada se zagrijava u prisustvu katalizatora ili na visokog pritiska): 3h 2 0 + N 2 ↔ 2NH 3 +1

Vodonik daje elektronu, igra ulogu oksidans, u reakcijama sa alkalni i alkalna zemlja Metali sa formiranjem metalnih hidrata - fiziološki ionski spojevi koji sadrže hidridne jone H - su nestabilni kristalni na-wa.

CA + H 2 \u003d CAH 2 -1 2NA + H 2 0 \u003d 2Nah -1

Za vodonik, to je nekarakterističan da pokaže stepen oksidacije -1. Reagirajući vodom, hidridi raspadaju, vraćaju vodu do vodonika. Reakcija kalcijuma hidride vodom je sljedeća:

CAH 2 -1 + 2h 2 +1 0 \u003d 2h 2 0 + CA (OH) 2

Hidrogen reakcije sa složenim tvarima

• na visokim temperaturama vodonik vraća mnoge metalne okside: ZNo + H 2 \u003d Zn + H 2 o
• metil alkohol se dobiva kao rezultat reakcije vodika s karbonskim oksidom (II): 2h 2 + CO → CH 3
• u hidrogenacijskim reakcijama vodik reagira s mnogim organskim tvarima.

Više detalja, jednadžba hemijskih reakcija vodonika i njenih spojeva razmatra se na vodiku i njenim spojevima - jednadžbe hemijskih reakcija koje uključuju vodonik ".

Upotreba vodonika

• u nuklearnoj energiji koriste se i izotopi vodika - Deuterium i Tritium;
• u hemijskoj industriji vodonik se koristi za sintezaciju mnogih organskih tvari, amonijaka, hlorida;
• u prehrambenoj industriji vodonik se koristi u proizvodnji čvrstih masti kroz hidrogeniranje biljnih ulja;
• za zavarivanje i rezanje metala koristi se visoka temperatura sagorevanja vodika u kisiku (2600 ° C);
• kada dobijate neke metale, vodonik se koristi kao redukcijski agent (vidi gore);
• budući da je vodonik lagan plin, koristi se u zrakoplovstvu kao punilo balona, \u200b\u200bbalona, \u200b\u200bzračnog smjesa;
• kako se hidrogen koristi u smjesi sa CO.

Nedavno, naučnici plaćaju veliku pažnju pretraživanju alternativni izvori obnovljiva energija. Jedno od obećavajućeg područja je energija "vodonik" u kojem se vodik koristi kao gorivo, čiji je proizvod sagorijevanja obična voda.

Metode za proizvodnju vodonika

Industrijske metode za proizvodnju vodonika:

• konverzija metana (katalitičko smanjenje vodene pare) vodene pare na visokoj temperaturi (800 ° C) na niklom katalizatoru: CH 4 + 2h 2 O \u003d 4h 2 + CO 2;
• konverzija ugljičnog oksida sa vodenom parom (T \u003d 500 ° C) na FE 2 O 3 katalizator: CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2;
• termička raspadanje metan: CH 4 \u003d C + 2H 2;
• gasifikacija Čvrsta goriva (T \u003d 1000 ° C): C + H 2 O \u003d CO + H 2;
• elektroliza vode (vrlo skupa metoda u kojoj se dobije vrlo čist vodik): 2h 2 o → 2h 2 + o 2.

Laboratorijske metode za proizvodnju vodonika:

• akcija na metalima (češće cinka) hidroklorov ili razblažen sumpornoj kiselini: ZCL + 2HCL \u003d ZCL 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 \u003d ZNSO 4 + H 2;
• interakcija vodene pare sa čipovima vrućeg željeza: 4h 2 O + 3FE \u003d FE 3 O 4 + 4H 2.

Svrha današnje publikacije je podnošenje sveobuhvatnih informacija o nespremnom čitatelju Šta je vodikKoja je njena fizička i hemijska svojstva, opseg primjene, vrijednosti i metode dobiti.

Vodonik je prisutan u velikoj većini organskih tvari i ćelija u kojima čini gotovo dvije trećine atoma.

Foto 1. Vodonik se smatra jednim od najčešćih elemenata u prirodi

U periodični sistem Mendeleev elementi vodonik zauzima časnu prvu poziciju sa atomskom težinom jednakom jednom.

Naziv "vodonik" (u latinskoj verziji - Hidrogenijum.Potječe iz dvije drevne grčke riječi: ὕδωρ - "" i γενννω - "Bog" (bukvalno - "upućuje) i prvi put je predložio ruski hemičar Mihail Solovyov prvi put sugeriran) i prvi put su predložili) i prvi put sugerira.

Vodonik je jedan od oblikovanja vode (zajedno sa kisikom) elementima (hemijska formula vode H 2 O).

Prema fizičkim svojstvima, vodonik se karakterizira kao bezbojni plin (lakši zrak). Kada se pomiješa sa kisikom ili zrakom izuzetno i gorivo.

Sposoban je rastvoriti u nekim metalima (titanijum, žlijezda, platina, paladijum, nikal) i u etanolu, ali vrlo loše rastvorljiv u srebru.

Molekula vodonika sastoji se od dva atoma i označava se H 2. Vodonik ima nekoliko izotopa: dijeta (h), deuterijum (d) i tritijum (t).

Istorija otkrića vodika

Čak i u prvoj polovini XVI veka, prilikom provođenja alhemijskih eksperimenata, miješajući metale sa kiselinama, paraceli su primijetili nepoznati zapaljivi plin, koji nije mogao odvojiti od zraka.

Nakon skoro jednog i po stoljeća - na kraju XVII vijeka - francuski naučnik Lemerie uspio je razdvojiti vodonik (još ne zna da je to vodik) iz zraka i dokaže njegovu zapaljivost.

Foto 2. Henry Cavendish - otkrivač vodika

Hemijski eksperimenti u sredini XVIII veka dozvolili su Mihailu Lomonosovu da identifikuje proces razdvajanja nekih plina kao rezultat nekih hemijskih reakcija koje nisu, međutim, nisu Phlogiston.

Pravi proboj u zapaljivoj plinskoj studiji uspeo je da se engleski hemičari Henry Cavendishukoji se pripisuje otkriću vodika (1766).

Ovaj plinski kavendivac nazvao je "zapaljivi zrak". Takođe je izvršila sagorijevanje reakcije ove supstance, kao rezultat dobijenog vode.

1783. godine, francuske hemikalije koje su vodili antoine lavoisierom izveli su sintezom vode, a kasnije i raspadanje vode s dodjelom "zraka za gorivo".

Te su studije konačno dokazale prisustvo vodika kao dio vode. Bio je to Lavoisier koji je predložio da je pozvan novi plinski hidrogenijum (1801).

Korisna svojstva vodonika

Vodonik je lakši zrak do četrnaest i pol puta.

Takođe razlikuje najveću toplotnu provodljivost između ostalih gasova (bijela od sedam puta veća od toplotne provodljivosti zraka).

U bivšim balonima i zračnim brodovima bili su ispunjeni vodikom. Nakon niza katastrofa sredinom 1930-ih koji se završavaju eksplozijama zračnog broda, dizajneri su morali tražiti vodonik za zamjenu.

Sada se helijum koristi za takve zrakoplove, što je mnogo skuplje od vodonika, ali nije tako eksplozivno.

Foto 3. Vodonik se koristi za proizvodnju raketnih goriva

U mnogim je zemljama u tijeku istraživanje za stvaranje ekonomskih motora za putnička i teretna vozila na bazi vodika.

Automobili na vodonivo gorivu mnogo su ekološki prihvatljiviji za svoj benzin i dizelski momak.

U normalnim uvjetima (sobna temperatura i prirodni pritisak), vodik nerado reagira.

Kada se mješavina vodonika i kisika zagrijava na 600 ° C, reakcija počinje formirati molekule vode.

Ista reakcija može se provocirati električnom iskre.

Reakcije sa sudbinom vodonika završene su samo kada će komponente koje sudjeluju u reakciji u potpunosti potroše.

Temperatura sagorenog vodika doseže 2500-2800 ° C.

Uz pomoć vodonika, očistite razne vrste goriva na bazi nafte i naftnih derivata.

U divljini vodika da zamijeni ništa, jer je prisutan u bilo kojoj organskoj tvari (uključujući ulje) i u svim proteinskim spojevima.

Bez učešća vodika, bilo bi nemoguće.

Agregatne stanja vodika

Vodonik je sposoban da se poštuje u tri glavne agregatne države:

• gasoviti;
• tečnost;
• čvrsta.

Uobičajeno stanje vodonika je plin. Njegova temperatura na -252,8 ° C, vodonik se pretvara u tečnost, a nakon temperaturnog praga -262 ° C, vodik postaje čvrst.

Slika 4. Već nekoliko decenija umjesto jeftinije vodonik za punjenje balona koristi se dragi helijum.

Naučnici sugeriraju da je vodonik sposoban da bude u dodatnom (četvrtom) agregatnom stanju - metalik.

Za to samo trebate stvoriti pritisak od dvije i pol miliona atmosfere.

Do sada, Jao, to je samo naučna hipoteza, jer još nije uspjela dobiti "metalni vodonik".

Tečni vodonik - zbog svoje temperature - kada osoba stupi u kontakt, uzrokuju ozbiljnu frostbit.

Vodonik u Mendeleev stolu

Raspodjela hemijskih elemenata u periodičnoj tablici Mendeleeva nalazi se njihova atomska težina, izračunata u odnosu na atomsku težinu vodonika.

Fotografija 5. U mendeleev tablici, ćelija sa brojem sekvence dodijeljena je vodonik 1

Nitko nije mogao opovrgnuti ovaj pristup dugi niz godina niti potvrditi.

Pojavljanjem početkom 20. vijeka i, posebno, pojava poznatih postulata Nielsa Bore, objašnjavajući strukturu atoma sa stajališta kvantne mehanike, uspjela je dokazati pravdu hipoteze Mendeleev.

Suprotno je istinito: To je prepiska postulata Niels Bor-a Periodični zakon, koji se zasniva na mendeleev tablici, a postao je najprijatniji argument u korist prepoznavanja njihove istine.

Učešće vodika u termonuklearnom reakciji

Izotopi od deuterijuma i tritima vodika izvori su nevjerojatno moćne energije objavljene u procesu termonuklearne reakcije.

Photo 6. Termonuklearna eksplozija bez vodonika bila bi nemoguća

Takva je reakcija moguća na temperaturi koja nije niža od 1060 ° C i postupite vrlo brzo - u roku od nekoliko sekundi.

Na suncu, termonuklearne reakcije polako se nastavljaju.

Zadatak naučnika je razumjeti zašto se to dogodi koristiti znanje stečeno za stvaranje novih - praktički neiscrpnih - energije.

Šta je vodik (video):

>

Vodonik ima svoja imena: H - dijeta (H), H - deuterium (D) i H - Tritijum (radioaktivno) (t).

Jednostavna supstanca vodonik - H 2 - svijetli bezbojni plin. U smjesi sa zrakom ili kisikom, gorivom i eksplozivom. Netoksično. Rastvorljiv u etanolu i niz metala: žlijezda, nikal, paladij, platina.

istorija

Drugi srednjovjekovni naučnik glaći su primijetili da se pod djelovanjem kiselina na željeznu, ukidaju mjehurići neki "zrak". Ali ono što jeste, nije mogao objasniti. Sada je poznato da je to bio vodik. "Vodonik predstavlja primjer plina", napisao je dineeseev, - na prvi pogled, ne razlikuje se od zraka ... Paracels, koji su otkrili da je pod djelovanjem nekih metala na sumpornu kiselinu dobivena, nisu odredili njegove razlike iz zraka. Doista, vodonik je tup i nema mirisa, kao i zraka; Ali, u sklopu bliskoj budućnosti sa svojim imanjima, ovaj gas je potpuno različit od zraka. "

Engleski hemičari su 18 inča., Henry Cavendish i Joseph su privlačeni, ponovo otvoreni vodonik, prvi su proučavali svoja svojstva. Otkrili su da je ovo neobično lagan plin - to je 14 puta lakši od zraka. Ako ih napuhate gumenom loptom, skida se s nabrekvenosti. Ova nekretnina vodonika koristila se ranije za popunjavanje balona i zračnih brodova. TRUE, prvi balon koji je izgradio braća mongolfier nije bila ispunjena vodikom, a dim od gori vune i slame. Tako čudan način dobijanja vrućeg zraka povezan je sa činjenicom da braća očito nisu bila upoznata sa zakonima fizike; Oni su naivno vjerovali da se ova mješavina formira "električni dim" sposobni za podizanje svoje svjetlosne lopte. Fizičar Charles, koji su znali zakon Arhimeda, odlučio je da napuni loptu vodikom; Za razliku od mongolfija, ispunjenih vrućim zrakom, kuglice s vodikom nazivaju se Charles. Prva takva lopta (nije nosila nijedan teret) porastao je iz Marsovskog polja u Parizu 27. avgusta 1783. i za 45 minuta letjelicu 20 km.

U decembru 1783., Charles, u pratnji Francoisa Robert Fizika u prisustvu 400 hiljada gledalaca, prvi je let u balonu ispunjen vodikom. Gay Louce (također sa fizičarom Jean Batist Bio) stavljen je 1804. godine zapisnika visine, koja se diže sa 7000 metara.

Ali vodonik je gorivo. Štaviše, njegove smjese sa zrakom eksplodirale su, a mješavina vodonika sa kisikom naziva se čak i "zveckanje". U maju 1937. godine, požar nekoliko minuta uništio je divovsko njemačko vazduhoplovstvo "Hindenburg" - imao je 190.000 kubnih metara vodika. Tada je 35 ljudi umrlo. Nakon mnogih nesreća, vodik iz vazduhoplovstva se više ne koristi, zamenjuje se helijum ili vrućim vazduhom.

Uz sagorijevanje vodika formira se voda - spoj vodika i kisika. To se pokazalo u kasnom 18 francuskog hemičara Lavoisiera. Otuda i naziv plina - "upućivanje vode". Lavoisier je također uspio dobiti vodik iz vode. Propustili su vodene pare kroz cijev vruće gvožđe sa željeznim piljevima. Kisik iz vode čvrsto su spojeni na hardver, a vodonik je istaknut u slobodnom obliku. Sada se vodik dobija i iz vode, ali na drugi način - uz pomoć elektrolize (vidi elektrolitičku disocijaciju. Elektroliti)

Svojstva vodika

Vodonik je najčešći hemijski element u svemiru. Otprilike pola mase sunca i većine zvijezda, glavni je element u međuzvjezdanom prostoru i u plinskoj maglini. Zapadni vodonik i na Zemlji. Ovdje je u pridruženom stanju - u obliku veza. Dakle, voda sadrži 11% vodonik po težini, glina - 1,5%. U obliku spojeva sa ugljikom vodik je dio ulja, prirodnih gasova, svih živih organizma. U zraku se nalazi malo slobodnog vodika, ali tamo je potpuno mali - samo 0,000055%. Ulazi u atmosferu iz vulkana.

Mnogi drugi "zapisi" pripadaju vodiku.
Tečni vodonik - Najlakša tečnost (gustoća od 0,067 g / cm 3 na temperaturi od -250 ° C),
Čvrsti vodonik - najlakše čvrst (Gustoća 0,076 g / cm 3).
Atomi vodika - Najmanji od svih atoma. Međutim, kada se apsorbira energija elektromagnetskog zračenja, vanjski elektron atoma može se ukloniti iz nukleusa dalje i dalje. Stoga, uzbuđeni hidrogen atom teoretski može imati dimenzije. I praktično? U knjizi su u hemiji globalni evidencija da se u međuzvjeznim oblacima navodno otkrili njihovim spektrijskom atomom vodonika s promjerom 0,4 mm (oni su fiksirani na spektralnom prijelazu sa 253. na 252. orbital). Atomi takvih veličina mogu se vidjeti golim okom! Daje referencu na članak koji je objavljen 1991. godine u najpoznatijem svjetskom časopisu posvećenom hemijskom obrazovanju - časopis za hemijsko obrazovanje (objavljen je u SAD-u). Međutim, autor članka je bio pogrešan - precijenio je sve veličine tačno 100 puta (ovo je najavio isti magazin godišnje kasnije). Dakle, otkriveni atomi vodika imaju promjer "samo" 0,004 mm i takve atome, čak i ako su "čvrsti", da vide golim okom - samo u mikroskopu. Naravno, prema atomskim standardima i 0,004 mm - vrijednost je ogromna, desetine hiljada puta promjera neistraženog atoma vodika.

Molekuli vodonika također su vrlo mali. Stoga ovaj plin lako prolazi kroz najtanije praznine. Gumena lopta, napuhana vodonik, "gubitka težine" mnogo je brže od lopte, podjela se zrakom: molekuli vodikovog postepeno viđaju kroz najmanje pore u gumi.

Ako udišete vodonik i počnete razgovarati, frekvencija objavljenih zvukova bit će tri puta veća nego inače. To je dovoljno da se zvuk čak niskog muškog glasa neprirodno visoko, nalik glasu Pinocchio-a. To je zato što je visina zvuka, objavila zviždukom, orguljnim cijevima ili govornom uređajem osobe, ne ovisi samo o njihovoj veličini i zidnom materijalu, već i iz plina na koji su ispunjeni. Što je veća brzina zvuka u plinu, to je veći njegov ton. Brzina zvuka ovisi o masi molekula plina. Molekuli hirogena su mnogo lakši od molekula dušika i kisika, od kojih se zrak sastoji, a zvuk u vodiku širi se gotovo četiri puta brže nego u zraku. Međutim, udisanje rizičnog vodonika: u plućima, neminovno se miješa sa ostacima zraka i tvori mješavinu štakora. A ako će doći do požara u blizini ... To se pričala francuskom hemičaru, direktoru Muzeja Pariza nauke Pilatre de Rosier (1756-1785). Nekako je odlučio provjeriti što bi bilo ako udiše vodonik; Prije njega niko nije proveo takvu eksperiment. Bez primjene nijedno učinak, naučnik je odlučio da se uvjeri da li vodik prodire u pluća. Još jednom je inspirisao ovaj plin, a zatim ga je izdahnuo na vatru svijeće, čekajući da vidi izbijanje plamena. Međutim, vodik u plućima odvažnog eksperimentatora bio je pomiješan sa zrakom i pojavila se snažna eksplozija. "Mislila sam da sam uletjela sa svim mojim zubima korijenima", napisao je kasnije, vrlo zadovoljno iskustvo, koji ga je skoro koštao njegov život.

Istorija primanja deuterijuma i tritijuma

Deuterium

Pored "običnog" vodika (strast, iz grčkog protos. - Prva), u prirodi postoji i njen teški izotop - deuterium (od latino deuterosa - drugo) i u beznačajnim količinama Super teški vodonik - Tritijum. Duga i dramatična potraga za tim izotopima prvo nisu dala rezultat zbog nedovoljne osjetljivosti instrumenata. Krajem 1931. godine, grupa američkih fizičara - Jurij sa svojim studentima, F. Lubricvedda i J. Maerfi, uzeli su 4 litre tečnog vodonika i podvrgavalo ga je frakcionalnom destilacijom, primam samo 1 ml u ostatku, tj. Smanjenjem količine 4 hiljade puta. Ovo posljednje mililitar tekućine nakon isparavanja i istraženo je spektroskopskom metodom. Eksperimentalni spektroskopist jajnika primijećen je na spektrom obogaćenog vodonika, novih vrlo slabih linija, odsutan iz običnog vodonika. Istovremeno, položaj linija u spektru tačno odgovara kvantnom mehaničkom izračunu nukleida 2h (vidi hemijske elemente).

Nakon spektroskopskog otkrivanja deuterijuma, predloženo je za odvajanje izotopa vodonika elektrolizom. Eksperimenti su pokazali da je elektrolizom vode, lagani vodonik zaista ističe brže od teškog. Ovo otkriće bilo je ključno za dobivanje teške vodonik. Članak u kojem je prijavljeno otvaranje deuterijuma objavljeno je u proljeće 1932. godine, a u julu su rezultati objavljeni na elektrolitičkom odvajanju izotopa. Godine 1934. za otvaranje teške vodonik Harold Clayton Yuri dobio je Nobelovu nagradu u hemiji.

Tritijum

17. marta 1934. godine u Engleskoj, časopis "Priroda" ("Priroda") objavljena je mala napomena, koju je potpisao M.L. Alifantt, P. Cark i Rutherford (prezivni ime Gospoda Rostford nije zahtijevao inicijale u publikaciji!). Uprkos skromnom nazivu napomena: Ekmutacija za transmutaciju dobiven ozbiljnim vodonik, koji je izvijestio svijetu o izvanrednom rezultatu - umjetna proizvodnja trećeg izotopa vodika - tritijuma. 1946., poznati autoritet u oblasti nuklearne fizike, dobitnik Nobelove nagrade, U. F. Libby predložio je da se tritijum kontinuirano formira kao rezultat nuklearnih reakcija u atmosferi. Međutim, u prirodi, Tritijum je tako malo (1 atom 1h na 1018 3h atoma), što je moguće otkriti samo na slabi radioaktivnost (poluživot od 12,3 godine).

Hidridi

Vodonik oblici veze - hidridi s mnogim elementima. Ovisno o drugom elementu, hidridi se jako razlikuju sa svojstvima. Najviše elektropozitivni elementi (alkalni i teški alkalni metali) formiraju takozvane slane hidride jonske prirode. Dobivaju se kao rezultat izravne metalne reakcije s vodonik pod pritiskom i na povišenim temperaturama (300-700 ° C) kada je metal u rastopljenom stanju. Njihove kristalne rešetke sadrži metalne kationske i hidridne anije H- i izgrađene slično kao naCl rešetku. Kada se zagrijava na talište, fiziološki hidridi počinju vršiti električnu struju, dok, za razliku od elektrolize vodenih rješenja soli, vodonik se ističe na katodu, već na pozitivno nabijenom anodu. Objavljuju se hidridi na vratima s vodom s vodikom, a formiranje alkalnih rješenja lako se oksidiraju i kisik i koristi se kao jak sredstva za smanjenje.

Brojne elemente formira kovalentne hidride, među kojima su hidridi IV-VI elemenata najpoznatiji, na primjer, metane CH 4, amonijak NH 3, vodonik suml H 2 s. Kovalentni hidridi imaju visoku reaktivnost i smanjuju sredstva. Neki od tih hidroma su mali i raspadnuti su kada se zagrijavaju ili hidroliziraju vodom. Primjer je SIH 4, Geh 4, SNH 4. Sa stajališta strukture, hidridi borona su zanimljivi, na primjer, u 2 h 6, u 6 h 10, u 10 h 14, a drugi u kojima par elektrona ne povezuje dva, kao Uobičajeno, i tri gostiona Atoms. Kovalentni i neki mješoviti hidridi također se pripisuju, na primjer, li-aluminijski hidridni lialh 4, koji se široko koristio u organska hemija kao smanjujući agent. Hydride Njemačka, Silicon, Arsenić koriste se za dobivanje poluvodičkih materijala visoke čistoće.

Hidridi tranzicijskih metala vrlo su raznoliki nekretninama i strukturom. Često su to jedinjenja nestociometrijskog sastava, na primjer, poput metala 17, lah 2,87 itd. U formiranju takvih hidrida, vodik je prvi oglašen na površini metala, a zatim disocijacija na atome koji distribuiraju ubrizgavanje kristalne metalne rešetke, formirajući implementaciju uvođenja. HIDRUDI STEMETRALNIH KOMPLATA Najveći su zanimanje, na primjer, koji sadrže titanijum, nikl, retko-Zemljine elemente. Broj atoma vodonika u jedinici zapremine takvog hidridra može biti pet puta više nego u čistom tečnom vodonik! Već na sobnoj temperaturi, legure spomenutih metala mogu brzo upiti značajne količine vodonika, a kada je zagrijavanje isticanje. Stoga se dobivaju reverzibilne "hemijske baterije" vodonika, što se u principu mogu koristiti za kreiranje motora koji rade u vodonivo gorivom. Ostali hidridi prijelaznih metala, uranijum hidrid UH 3 je zanimljiv, koji služi kao izvor ostalih uranijumskih spojeva visoke čistoće.

Primjena

Vodonik se koristi uglavnom za dobivanje amonijaka, koji je potreban za proizvodnju gnojiva i mnogih drugih tvari. Od tečnih biljnih ulja sa vodikom dobivaju se čvrste masti, slično puteru i drugim životinjskim mastima. Koriste se u prehrambenoj industriji. U proizvodnji kvarcnih staklenih proizvoda potrebna je vrlo visoka temperatura. I ovdje se koristi vodonik: plamenik sa hidrogen plamenom kisikom daje temperaturu iznad 2000 stepeni na kojem se kvarc lako rastopi.

U laboratorijama i u industriji široko se koristi reakcija dodavanja vodonika na različite veze. Najčešći reakcije hidrogeniranja višestrukih krakova ugljičnog ugljenika najčešće su. Dakle, iz acetilena moguće je dobiti etilen ili (sa punom hidrogenizacijom) etan, iz benzena - cikloheksana, iz tečne nestabilne oleinske kiseline - čvrste granice stearine kiseline itd. Ostale klase organskih spojeva podvrgnute su hidrogeniranju, dok ih oporavlja. Dakle, kada se formiraju hidrogenirajuće karbonil (aldehide, ketone, esteri), odgovarajuće alkohole; Na primjer, izopropil alkohol se dobiva iz acetona. Kada se formira hidrogenacija azita, odgovarajući amini.

Hidrogenacija s molekularnim vodonik često se vrši u prisustvu katalizatora. U industriji, u pravilu, koriste heterogene katalizatore, na koje su metali VIII grupe periodičnog sistema elemenata - nikl, platina, rodijum, paladijum. Najaktivniji od ovih katalizatora - Platinum; S njom može biti hidrogenirano na sobnoj temperaturi bez pritiska čak i aromatičnih spojeva. Djelatnost jeftinijih katalizatora može se povećati provođenjem reakcije hidrogenacije pritiska na povišenim temperaturama na posebnim uređajima - autoklavi. Dakle, za hidrogeniranje aromatičnih spojeva, pritisak je potreban do 200 bankomata i temperature iznad 150 ° C.

U laboratorijskoj praksi se takođe široko koriste različite metode nekatatativnog hidrogenacije. Jedna od njih je akcija vodika u trenutku izolacije. Takav "aktivni vodonik" može se dobiti u reakciji metalnog natrijuma sa alkoholom ili amalgamedom cinkom sa hidroukloronom kiselinom. Značajna širenja u organskoj sintezi bili su hidrogenirani složenim hidzidima - natrijumtri natrijum borohidrid nabh 4 i litijum alumihydride Lialh 4. Reakcija se vrši u bezdrostrukim medijima, jer su složeni hidridi odmah hidrolizirani.

Vodonik se koristi u mnogim hemijskim laboratorijama. Skladište se pod pritiskom u čeličnim cilindrima, što je za sigurnost uz pomoć posebnih stezaljki pričvršćene na zid ili čak izdržati u dvorište, a plin ulazi u laboratoriju tankom cijevi.

Hemijski elementi i materijali

Vodonik, n (lat. Hidrogenijum; a. Vodonik; N. Hydrogene; i. HidrogenO), - hemijski element periodičnog sistema Mendeleev elemenata, koji se istovremeno pripisuju I i VII grupama, atomski broj 1 , atomska težina 1, 0079. Prirodni vodik ima stabilne izotope - dijeta (1 h), deuterijum (2 h ili d) i radioaktivni - tritijum (3 n ili t). Za prirodne spojeve, prosječni omjer D / H \u003d (158 ± 2) .10 -6 je ravnotežni sadržaj od 3 sata na zemlji ~ 5.10 27 atoma.

Fizička svojstva vodonika

Vodonik je prvi put opisan 1766. godine engleskog naučnika. Cavendish. U normalnim uvjetima, vodonik - plin bez boje, mirisa i ukusa. U prirodi u slobodnoj državi je u obliku molekula H 2. Disocijacija energija H 2 molekula je 4,776 eV; Potencijal za ionizaciju vodika ATOM 13.595 EV. Vodonik je najlakša supstanca od svih poznatih, na 0 ° C i 0,1 MPa 0.0899 kg / m 3; T ključanje - 252,6 ° C, T topljenje - 259,1 ° C; Kritični parametri: T - 240 ° C, pritisak 1,28 MPa, gustoća 31,2 kg / m 3. Toplotno provođenje svih gasova je 0,174 W / (MK) na 0 ° C i 1 MPa, specifična toplina 14.208.10 3 J (kg.k).

Hemijska svojstva vodonika

Tečni vodonik je vrlo pluća (gustoća na -253 ° C 70,8 kg / m 3) i podučavanje (na -253 ° C iznosi 13,8 SP). U većini spojeva vodonik prikazuje stupanj oksidacije +1 (slično alkalnim metalima), manje često -1 (slično hidridima metala). U normalnim uvjetima molekularni vodonik je malo efikasan; Rastvorljivost na vodi na 20 ° C i 1 MPa 0.0182 ml / g; Dobro je topljiv u metalima - NI, PT, PD i drugi sa kisikom oblici vode sa izletama topline 143,3 MJ / kg (na 25 ° C i 0,1 MPa); Na 550 ° C i iznad reakcije praće se eksplozija. Kada komuniciraju sa fluorom i hlorom, reakcija takođe ide sa eksplozijom. Glavna vodonika: H 2 o, amonijak NH 3, vodonik sulfid H 2 S, CH 4, hidridi metala i halogena CAH 2, HBR, HL i organska jedinjenja sa 2 h 4, HCHO, CH 3, itd.

Vodonik u prirodi

Vodonik je raširen element prirode, njegov sadržaj u 1% (po težini). Glavni rezervoar vodika na zemlji je voda (11,19%, po težini). Vodonik je jedna od glavnih komponenti svih prirodnih organskih spojeva. U slobodnoj su državi prisutno u vulkanskim i drugim prirodnim gasovima, u (0.0001%, prema atomima). Glavni je dio mase sunca, zvijezda, među-skladištenja plina, plinske maglice. U atmosferama su planete prisutne u obliku H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH i drugi. Uključeno je u sastav korpuskularnog zračenja sunca (protona) i kozmičkih zraka (Elektroni teče).

Dobijanje i upotreba vodonika

Sirovine za industrijsku proizvodnju vodonika - plinovi za prepravljanje plina, gasifikacijskih proizvoda itd. Osnovne metode za proizvodnju vodonika: Hidrokonikborna reakcija s vodenom parom, nepotpuna oksidacija ugljovodonika, potrošnje oksida, elektroliza. Vodonik se koristi za proizvodnju amonijaka, alkohola, sintetičkog benzina, hlorovodonične kiseline, hidrotretiranja naftnih derivata, rezanje metala po plamenu hidrogen-kisika.

Vodonik je perspektivno plinovito gorivo. Deuterium i Tritijum pronašli su upotrebu u nuklearnoj snazi.

U periodičnom sustavu vodonik se nalazi na dva apsolutno suprotno u svojim svojstvima grupa grupa elemenata. Ova značajka čini ga potpuno jedinstvenim. Vodonik nije jednostavno element ili supstanca, već je i sastavni dio mnogih složenih spojeva, organogenog i biogenog elementa. Stoga detaljnije razmatramo njegova svojstva i karakteristike.

Razdvajanje goriva u procesu interakcije između metala i kiselina uočeno je u XVI veku, odnosno tokom formiranja hemije kao nauke. Poznati engleski naučnik Henry Cavendish istražio je supstancu od 1766. godine i dao mu ime "zapaljivi zrak". Prilično gori, ovaj gas je dao vodu. Nažalost, posvećenost naučničke teorije Phlogistona (hipotetička "hipotona materije") spriječila ga je da dođe do pravih zaključaka.

Francuski hemičar i prirodnjaci A. Lavoisier, zajedno sa inženjerom J. više i uz pomoć posebnih plinometara 1783. godine, proveo je sintezu vode, a nakon i njegove analize raspadanjem vrućeg željeza vodene pare. Tako su naučnici mogli doći do pravih zaključaka. Otkrili su da "zapaljivi zrak" nije samo dio vode, već se može dobiti i iz nje.

1787. Lavoisier je pretpostavio pretpostavku da je plin u studiji jednostavna supstanca I u skladu s tim odnosi se na broj primarnih hemijskih elemenata. Nazvao ga je hidrogenima (iz grčkih riječi hidroelektrane - vode + gennao - bog), tj. "HORING vode".

Rusko ime "Vodonik" 1824 predložio je hemičara M. Solovyova. Određivanje kompozicije vode označilo je kraj "teorije flogistona". Na spoju XVIII i XIX-a utvrđeno je da je atom vodonik vrlo lagana (u odnosu na atome drugih elemenata) i njegova masa usvojena je za glavnu jedinicu usporedbe atomske mase, dobivanje vrijednosti jednako 1.

Fizička svojstva

Vodonik je najlakša poznata nauka o tvarima (to je 14,4 puta lakše od zraka), njegova gustina je 0,0899 g / l (1 bankomat, 0 ° C). Ovaj materijal se topi (očvrsne) i ključa (ukapljeni), respektivno, na -259.1 ° C i -252.8 ° C (samo helijum ima donje kuhanje i topljenje T °).

Kritična temperatura vodonika je izuzetno niska (-240 ° C). Iz tog razloga, njegov ukapnja je prilično komplicirani i troškovni proces. Kritični tlak tvari je 12,8 kgf / cm², a kritična gustina je 0,0312 g / cm³. Među svim gasovima vodonik ima najveću toplotnu provodljivost: na 1 bankomatu i 0 ° C, jednak je 0.174 W / (MHC).

Specifična toplotna sposobnost tvari pod istim uvjetima - 14.208 KJ / (CGKK) ili 3.394 CAL / (GC ° C). Ovaj je element slabo rastvorljiv u vodi (oko 0,0182 ml / g na 1 bankomatu i 20 ° C), ali dobro - u većini metala (niti, pt, pa i drugi), posebno u paladiju (otprilike 850 svezaka po jednom PD).

Sa najnovijom imovinom, njegova difuzijska sposobnost je povezana, dok se difuzija kroz leguru ugljenika (na primjer, čelik) može pratiti uništavanje legure zbog interakcije vodika s ugljikom (ovaj proces se naziva dekarbonizacija). U tečnom stanju, tvar je vrlo jednostavna (gustoća - 0,0708 g / cm³ na t \u003d -253 ° C) i tekućinu (viskoznost - 13,8 skolaza u istim uvjetima).

U mnogim spojevima ovaj element pokazuje Valence +1 (stepen oksidacije), poput natrijuma i drugih alkalnih metala. Obično se smatra analog ovih metala. U skladu s tim, on vodi I grupu mendeleev sistema. U hidzima metala, hidrogen ion prikazuje negativan naboj (stepen oksidacije istovremeno -1), odnosno, na + h- ima strukturu sličnu na + klorid. U skladu s tim i nekim drugim činjenicama (blizina fizičkih svojstava elementa "H" i halogen, sposobnost za zamjenu halogena u organskim spojevima) Hyige pripada VII grupi mendeleeev sistema.

U normalnim uvjetima molekularni vodonik ima nisku aktivnost, direktno povezivanje samo s najaktivnijim nemetalima (sa fluorom i hlorom, s posljednjim - u svjetlu). Zauzvrat, kada se zagrijava, interakcija s mnogim hemijskim elementima.

Atomski vodonik je povećao hemijsku aktivnost (ako je u usporedbi s molekularno). Sa kisikom formira vodu uz formulu:

N₂ + ½₂ \u003d n₂o,

istaknuto 285.937 kJ / MOL toplina ili 68.3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm). U konvencionalnim temperaturnim uvjetima reakcija se nastavlja prilično sporo, a na T °\u003e \u003d 550 ° C - nekontrolirano. Ograničenja eksplozije mješavine vodika + kisik u količini su 4-94% h₂, a mješavine vodonika + zraka - 4-74% h₂ (mješavina od dvije količine H₂ i jedna zapremina o₂ naziva se Plin za rat.

Ovaj se element koristi za obnovu većine metala, jer uzima kisik od oksida:

Fe₃o₄ + 4h₂ \u003d 3FE + 4n₂o,

Cuo + h₂ \u003d cu + h₂o, itd.

Sa različitim halogenima vodik formira halogene vodikove, na primjer:

N₂ + cl₂ \u003d 2nsl.

Međutim, kada reakcije sa fluorom, hidrogen eksplodira (to se događa u mraku, na -252 ° C), s brominom i hlorom reagiraju samo prilikom zagrevanja ili osvjetljenja, a s jodom - isključivo kada se zagrijava. Kada komuniciramo sa azotom, amonijak se formira, ali samo na katalizatoru, uz povišene pritiske i temperature:

Zn₂ + n₂ \u003d 2nn₃.

Kada se zagrijava, vodik aktivno reagira sa sumporom:

N₂ + s \u003d h₂s (vodonik sulfid)

i mnogo je teže - sa Tellurijumom ili selenijom. Sa čistom ugljenom, vodik reagira bez katalizatora, ali na visokim temperaturama:

2N₂ + C (amorfna) \u003d ch₄ (metane).

Ova supstanca direktno reagira s nekim od metala (alkalna, alkalna zemlja i druga), formirajući hidride, na primjer:

H₂ + 2LI \u003d 2LIH.

Procijenjiva praktična važnost ima interakcije vodonika i ugljičnog oksida (II). U ovom slučaju, ovisno o tlaku, temperaturi i katalizatoru, formiraju se različiti organski spojevi: NSNO, CN₃ON, itd. Nezadateljirani ugljikovodici u reakcijskom procesu kreću se u zasićene, na primjer:

Sa n ₂ n + h₂ \u003d c n ₂ n ₊₂.

Vodonik i njegovi spojevi igraju izuzetnu ulogu u hemiji. To uzrokuje kisela svojstva T. N. Protonske kiseline su sklone da formiraju vodonik vezu s različitim elementima koji imaju značajan utjecaj na svojstva mnogih anorganskih i organskih spojeva.

Dobivanje vodika

Glavne vrste sirovina za industrijsku proizvodnju ovog elementa su plinovi rafiniranja, prirodnih zapaljivih i kokih gasova. Dobiva se i iz vode kroz elektrolizu (na mjestima s pristupačnim električnom energijom). Jedna od najvažnijih metoda za proizvodnju materijala za prirodni plin je katalitička interakcija ugljikovodika, uglavnom metana, vodenom parom (T.N. konverzija). Na primjer:

Ch₄ + h₂o \u003d co + zn₂.

Nepotpuna oksidacija ugljovodonika sa kisikom:

Ch₄ + ½o₂ \u003d CO + 2N₂.

Sintetizirani karbonski oksid (II) Konverzija:

CO + N₂O \u003d SO + H₂.

Vodonik proizveden iz prirodnog plina je najjeftiniji.

Za elektrolizu vode koristi se stalna struja, koja se prosljeđuje kroz rješenje NaOH ili Con (kiseline se ne koriste za izbjegavanje korozije instrumenata). U laboratoriji se materijal dobiva elektrolizom vode ili kao rezultat reakcije židrovolorne kiseline i cinka. Međutim, češće koristite gotovinski fabrički materijal u cilindrima.

Iz plina rafiniranja ulja i koksa, ovaj se element izolira uklanjanjem svih ostalih komponenti plinske smjese, jer su lakše ukapljivanje dubokim hlađenjem.

Industrijski, ovaj materijal je počeo primati čak i na kraju XVIII veka. Tada se koristila za punjenje balona. Trenutno se vodik široko koristi u industriji, uglavnom u hemikaliju, za proizvodnju amonijaka.

Masovni potrošači supstance su proizvođači metila i drugih alkohola, sintetičkog benzina i mnogih drugih proizvoda. Dobivaju se sintezom ugljičnog oksida (II) i vodika. Hydrogene se koristi za hidrogenizaciju teških i čvrste tekućih goriva, masti itd. Za sintezu HCL-a, hidrotretiranje naftnih derivata, kao i za rezanje / zavarivanje metala. Najvažniji elementi za nuklearnu energiju su njegovi izotopi - tritijum i deuterium.

Biološka uloga vodonika

Oko 10% mase živih organizama (u prosjeku) pada na ovaj element. To je dio vode i bitnih grupa prirodnih spojeva, uključujući proteine, nukleinske kiseline, lipide, ugljikohidrate. Zašto služi?

Ovaj materijal igra odlučujuću ulogu: Prilikom održavanja prostorne strukture proteina (kvartarni), u provedbi principa nukleinske kiseline besplatne (tj. U implementaciji i skladištenju genetskih informacija), općenito u "priznavanju" u molekularnoj Razina.

Vodonik ion H + sudjeluje u važnim dinamičnim reakcijama / procesima u tijelu. Uključujući: u biološku oksidaciju, koja pruža žive ćelije energijom, u reakcijama biosinteze, na fotosintezu u biljkama, u bakterijskoj fotosintezi i ajtogeniju, u održavanju kiselina-alkalne ravnoteže i homeostaze, u procesima membranskog transporta. Uz ugljik i kisik formira funkcionalnu i strukturnu osnovu životnih pojava.