Boju vodika u plinovitom stanju. Tekući vodik: Svojstva i primjena

• Oznaka - H (vodik);
• Latinski naziv - hidrogenij;
• Razdoblje - ja;
• Skupina - 1 (ia);
• Atomska masa - 1,00794;
• Atomski broj - 1;
• Radijus atoma \u003d 53 pm;
• Kovalentni radijus \u003d 32 pm;
• Distribucija elektrona - 1s 1;
• tping \u003d -259,14 ° C;
• t kiputanje \u003d -252,87 ° C;
• Struja (Paulonga / ALPREDA i ROKHOV) \u003d 2,02 / -;
• Stupanj oksidacije: +1; 0; -jedan;
• Gustoća (n. Y.) \u003d 0.0000899 g / cm3;
• Molarni volumen \u003d 14,1 cm3 / mol.

Binarni spojevi vodika s kisikom:

Engleski znanstvenik otvorio je vodik ("referentna voda"). Cavendish 1766. godine. To je najlakši element u prirodi - atom vodika ima kernel i jedan elektron, vjerojatno, iz tog razloga, vodik je najčešći element u svemiru (to je više od pola mase većine zvijezda).

Možemo reći o vodiku da je "mali kalem, da ceste." Unatoč svojoj "jednostavnosti", vodik daje energiju na sva živa bića na Zemlji - u tijeku je kontinuirana termonuklearna reakcija na suncu tijekom kojeg je jedan atom helij formiran iz četiri atoma vodika, ovaj proces je popraćen oslobađanjem kolosalne količine energija (vidi nuklearnu sintezu).

U Zemljinoj kori, masena frakcija vodika je samo 0,15%. U međuvremenu, ogromni broj (95%) svih kemikalija poznatih na Zemlji sadrži jedan ili više atoma vodika.

U spojevima s ne-metalima (HCl, H2O, CH 4 ...), vodik daje vlastite jedine elektrone elektronegativne elemente, koji prikazuju stupanj oksidacije +1 (češće), formirajući samo kovalentne veze (vidi kovalentnu vezu) ,

U spojevima s metalima (NaH, CAH 2 ...) vodik, naprotiv, uzima svoj jedini S-orbitalni drugi elektron, tako pokušavajući dovršiti svoj elektronički sloj, pokazujući stupanj oksidacije -1 (rjeđe), formiranje Češće ionska komunikacija (vidi ionsku vezu), jer, razlika u elektronegativnosti atoma vodika i atom metala može biti prilično velika.

H 2.

U plinovitim stanja vodik je u obliku molekula s dvije staze, formirajući ne-polarnu kovalentnu vezu.

Vodokonske molekule posjeduju:

• velika mobilnost;
• velika snaga;
• niska polarizabilnost;
• male veličine i masa.

Svojstva plina vodika:

• najlakši plin u prirodi, bez boje i mirisa;
• slabo otopljen u vodi i organskim otapalima;
• u manjim brojevima otapa se u tekućim i čvrstim metalima (posebno u platini i paladiju);
• teško je ukapbiti (zbog njihove male polarizabilnosti);
• ima najveću toplinsku vodljivost svih poznatih plinova;
• kada se grije, reagira s mnogim ne-metalima, pokazujući svojstva redukcijskog sredstva;
• na sobnoj temperaturi reagira s fluorom (eksplozija): H2 + F2 \u003d 2HF;
• s metalima reagira na formiranje hidrida, prikazuje oksidativna svojstva: H2 + ca \u003d CAH2;

U spojevima, vodik pokazuje svoje svojstva rehabilitacije mnogo više od oksidacije. Vodik je najjači redukcijski agens nakon ugljena, aluminij i kalcij. Smanjena svojstva vodika naširoko se koriste u industriji za proizvodnju metala i ne-metala (jednostavne tvari) iz oksida i galija.

FE2O3 + 3H2 \u003d 2FE + 3H20

Reakcije vodika s jednostavnim tvarima

Vodik uzima elektron igrajući ulogu restorator, Reakcije:

• iz kisik (u paljenju ili u prisutnosti katalizatora), u omjeru 2: 1 (vodik: kisik) nastaje eksplozivnim harmonijskim plinom: 2H2 0 + o2 \u003d 2H2 +1 o + 572 KJ
• iz siv (Kada se zagrijava na 150 ° C-300 ° C): H2 0 + S ↔ H 2 +1 s
• iz klor (kod paljenja ili ozračivanja UV zraka): H2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• iz fluor: H2 0 + F 2 \u003d 2H +1 F
• iz dušik (Kada se zagrijava u prisutnosti katalizatora ili pri visokom tlaku): 3H2 0 + n 2 ↔ 2NH 3 +1

Vodik daje elektron, igrajući ulogu oksidator, u reakcijama alkalni i alkalna zemlja Metali s formiranjem metalnih hidrida - soli ionskih spojeva koji sadrže hidridni ioni h - su nestabilni kristalni in-to-wa.

Ca + H2 \u003d CAH 2 -1 2NA + H 2 0 \u003d 2NAH -1

Za vodik je neuobičajeno pokazati stupanj oksidacije -1. Reagiranje s vodom, hidrid se razgrađuje, obnavlja vodu do vodika. Reakcija kalcijevog hidrida s vodom je kako slijedi:

CAH 2 -1 + 2H2 +1 0 \u003d 2H2 0 + CA (OH) 2

Reakcije vodika sa složenim tvarima

• na visokim temperaturama vodik vraća mnoge metalne okside: ZNO + H2 \u003d ZN + H20
• dobije se metil alkohol kao rezultat reakcije vodika s ugljikov oksid (II): 2H2 + co → CH3 OH
• u reakcijama hidrogenacije, vodik reagira s mnogim organskim tvarima.

Detaljnije, jednadžba kemijskih reakcija vodika i njegovih spojeva se razmatraju na stranici "vodik i njegovi spojevi - jednadžbe kemijskih reakcija koje uključuju vodik".

Upotreba vodika

• u nuklearnoj energiji koriste se izotopi vodika - deuterij i tritil;
• u kemijskoj industriji vodik se koristi za sintezu mnogih organskih tvari, amonijaka, klorida;
• u prehrambenoj industriji vodik se koristi u proizvodnji čvrstih masti kroz hidrogeniranje biljnih ulja;
• za zavarivanje i rezanje metala koristi se visoka temperatura izgaranja vodika u kisiku (2600 ° C);
• pri dobivanju nekih metala, vodik se koristi kao redukcijsko sredstvo (vidi gore);
• budući da vodik je lagani plin, koristi se u aeronautici kao punilo balona, \u200b\u200bbalona, \u200b\u200bzračnog broda;
• kako se vodikovo gorivo koristi u smjesi s CO.

Nedavno, znanstvenici plaćaju mnogo pozornosti na pretraživanje alternativni izvori obnovljiva energija. Jedno od obećavajućih područja je "vodika" energija u kojoj se vodik koristi kao gorivo, čiji je proizvod izgaranja običan vode.

Metode za proizvodnju vodika

Industrijske metode za proizvodnju vodika:

• konverzija metana (katalitičko smanjenje vodene pare) vodene pare na visokoj temperaturi (800 ° C) na niklom katalizatoru: CH 4 + 2H2O \u003d 4H2 + CO2;
• pretvorba ugljičnog oksida s vodenom parom (t \u003d 500 ° C) na katalizatoru FE2O3: CO + H20 \u003d CO2 + H2;
• toplinska razgradnja metana: CH4 \u003d C + 2H2;
• rasplitanje Čvrsta goriva (T \u003d 1000 ° C): C + H2O \u003d CO + H2;
• elektroliza vode (vrlo skupa metoda u kojoj se dobije vrlo čisti vodik): 2H20 → 2H2 + O2.

Laboratorijske metode za proizvodnju vodika:

• djelovanje na metalima (češće cinka) klorovodična ili razrijeđena sa sumpornom kiselinom: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H2; Zn + H2S04 \u003d ZnS04 + H2;
• interakcija vodene pare s vrućim željeznim čipovima: 4H20 + 3FE \u003d Fe 3 o 4 + 4H2.

Svrha današnje objave je podnijeti sveobuhvatne informacije o nepripremljenom čitaču Što je vodikKoja je fizička i kemijska svojstva, opseg primjene, vrijednost i metode dobivanja.

Vodik je prisutan u ogromnoj većini organskih tvari i stanica u kojima se čini gotovo dvije trećine atoma.

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

U periodični sustav Mendeleev elementi vodik zauzimaju časnu prvu poziciju s atomskom težinom jednakom jednom.

Ime "vodik" (u latiničnoj verziji - Hidrogenij.Pojavljuje se iz dvije drevne grčke riječi: ὕωρ - "" i γεννάω - "Bog" (doslovno - "upućivanje) i prvi put je predložen 1824. godine od strane ruskog kemičara Mihail Solovyov.

Vodik je jedan od elemenata koji formiranja vode (zajedno s kisikom) (kemijska formula vode H20).

Prema fizikalnim svojstvima, vodik je karakteriziran kao bezbojni plin (lakši zrak). Kada se pomiješa s kisikom ili zrakom je iznimno i gorivo.

Sposoban je otopiti u nekim metalima (titan, žlijezda, platina, paladij, nikal) i u etanolu, ali vrlo slabo topljiv u srebru.

Molekula vodika se sastoji od dva atoma i označena je H2. Vodik ima nekoliko izotopa: dijeta (h), deuterij (d) i tritij (t).

Povijest otkrića vodika

Čak iu prvoj polovici XVI. Stoljeća, pri provođenju alkemijskih eksperimenata, miješanje metala s kiselinama, paraceli su primijetili nepoznati zapaljivi plin, koji nije mogao odvojiti od zraka.

Nakon gotovo jednog i pol stoljeća - na kraju XVII. Stoljeća - Francuski znanstvenik Lemerie uspio je odvojiti vodik (još ne znajući da je to vodik) iz zraka i dokaže svoju zapaljivost.

Fotografija 2. Henry Cavendish - Dispector vodika

Kemijski eksperimenti usred XVIII. Stoljeća dopustili su Mihail Lomonosov kako bi identificirali proces odvajanja nekih plina kao rezultat nekih kemijskih reakcija koje nisu, međutim, phlogiston.

Pravi proboj u zapaljivom proučavanju plina uspjelo je napraviti engleski kemičar Henry Cavendishukoji se pripisuje otkrivanju vodika (1766).

Ovaj plinski cavendish nazvao je "zapaljivim zrakom". Također je provodila reakciju goriva ove tvari, kao rezultat kojih je dobivena voda.

Godine 1783. francuske kemikalije koje vodi Antoine Lavoisier provedeno je sintezom vode, a kasnije razgradnja vode s dodjelom "gorivog zraka".

Ove su se studije konačno dokazale prisutnost vodika kao dijela vode. Bio je to lavoisier koji je predložio da je nazvan novi plin hidrogenij (1801).

Korisna svojstva vodika

Vodik je lakši zrak do četrnaest i pol puta.

Također razlikuje najveću toplinsku vodljivost između ostalih plinova (bijela nego sedam puta više od termalne vodljivosti zraka).

U bivšim balonima i zračnim brodovima ispunjeni su vodikom. Nakon niza katastrofa sredinom 1930-ih završio eksplozijama zračnog broda, dizajneri su morali tražiti vodik.

Sada se helium koristi za takve zrakoplove, što je mnogo skuplje od vodika, ali to nije tako eksplozivno.

Foto 3. Vodik se koristi za proizvodnju raketnog goriva

U mnogim zemljama istraživanje je u tijeku za stvaranje ekonomskih motora za putničke i teretne vozila na temelju vodika.

Automobili na vodikovim gorivom mnogo su ekološki prihvatljiviji od svog benzina i dizelskog suda.

Pod normalnim uvjetima (sobna temperatura i prirodni tlak), vodik ne opiru reagirati.

Kada se smjesa vodika i kisika zagrijava na 600 ° C, reakcija počinje formirati formiranje molekula vode.

Ista reakcija može se izazvati električnom iskru.

Reakcije s sudbinom vodika su završene samo kada se komponente koje sudjeluju u reakciji u potpunosti konzumiraju.

Temperatura izgaranja vodika doseže 2500-2800 ° C.

Uz pomoć vodika, čistite različite vrste goriva na bazi nafte i nafte proizvoda proizvode.

U divlje životinje vodika za zamjenu s ništa, kao što je prisutno u bilo kojoj organskoj tvari (uključujući ulje) iu svim proteinskim spojevima.

Bez sudjelovanja vodika, bilo bi nemoguće.

Agregatne stanja vodika

Vodik je sposoban za pridržavanje tri glavne agregatne stanja:

• plinoviti;
• tekućina;
• krutina.

Uobičajeno stanje vodika je plin. Njegova temperatura na -252,8 ° C, vodik se pretvara u tekućinu, a nakon praga temperature -262 ° C, vodik postaje kruta.

Fotografija 4. Već nekoliko desetljeća umjesto jeftinijeg vodika za punjenje balona koristi se od strane dragi helij.

Znanstvenici sugeriraju da vodik je sposoban biti u dodatnom (četvrtom) agregatnom stanju - metalik.

Za to trebate stvoriti pritisak od dva i pol milijuna atmosfera.

Do sada, nažalost, to je samo znanstvena hipoteza, jer još nije uspjela dobiti "metalni vodik".

Tekući vodik - Zbog svoje temperature - kada osoba stupa u kontakt, uzrokuje teške frostbite.

Vodik u tablici mendaleev

Distribucija kemijskih elemenata u periodnom sustavu Mendeleeva leži njihova atomska težina, izračunata u odnosu na atomsku težinu vodika.

Fotografija 5. U tablici Mendeleev, stanica s nizom se dodjeljuje vodik 1

Nitko ne može pobiti ovaj pristup dugi niz godina niti potvrditi.

S pojavom početkom 20. stoljeća i posebice, izgled poznatih postulata nielsa bure, objašnjavajući strukturu atoma sa stajališta kvantne mehanike, uspio je dokazati pravdu hipoteze o Mendeleevu.

Suprotno je istina: to je korespondencija postulata niels bor periodičnog prava, koji se temelji na tablici Mendeleev, a postao je najugodniji argument u korist prepoznavanja njihove istine.

Sudjelovanje vodika u termonuklearnoj reakciji

Izotopi vodika deuterij i tricija su izvori nevjerojatno snažne energije oslobođene procesa termonuklearne reakcije.

Foto 6. Termonuklearna eksplozija bez vodika bila bi nemoguća

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

Na suncu, termonuklearne reakcije se polako nastavite.

Zadatak znanstvenika je razumjeti zašto se to dogodi za korištenje znanja dobiveno za stvaranje novih - praktički neiscrpnih izvora energije.

Što je vodik (video):

>

Vodik ima vlastita imena: h - dijeta (h), H - deuterij (d) i H - tritil (radioaktivni) (t).

Jednostavna tvar vodik - H2 - svjetlo bezbojan plin. U smjesi s zrakom ili kisikom, gorivom i eksplozivom. Netoksičan. Topivi u etanolu i broj metala: žlijezda, nikal, paladij, platina.

Povijest

Još jedan srednjovjekovni znanstvenik paraceli primijetili su da se pod djelovanjem kiselina na željezu razlikuju se mjehurići nekih "zraka". Ali ono što je to, nije mogao objasniti. Sada je poznato da je to vodik. "Vodik predstavlja primjer plina", napisao je di Redeeleev, - na prvi pogled, ne razlikuje se od zraka ... paraceli, koji su otkrili da je pod djelovanjem nekih metala na sumpornoj kiselini, dobivena tvar u obliku zraka, nisu odredili svoje razlike iz zraka. Doista, vodik je tupi i nema mirisa, kao i zrak; Ali, pod bliskoj budućnosti sa svojim svojstvima, ovaj plin se u potpunosti razlikuje od zraka. "

Engleski kemičari su 18 u. Henry Cavendish i Josip su privučeni, ponovno otvoreni vodik, prvi je studirao svoja svojstva. Otkrili su da je to neuobičajeno svjetlo plin - to je 14 puta lakši od zraka. Ako ih napuhate gumenu loptu, on skida bubu. Ovo svojstvo vodika je ranije korišten za ispunjavanje balona i zračnih brodova. Istina, prvi balon izgrađen od strane Mongolfier Brothers nije bio ispunjen vodikom, i dim iz goruće vune i slame. Takav čudan način dobivanja vrućeg zraka povezana je s činjenicom da braća očito nisu bili upoznati s zakonima fizike; Oni su naivno vjerovali da ova smjesa tvori "električni dim" sposoban za podizanje njihove lagane lopte. Fizičar Charles, koji je znao zakon arhimedova, odlučio ispuniti kuglu vodikom; Za razliku od mongolskih, ispunjen vrućim zrakom, kuglice s vodikom nazivaju se Charles. Prva takva lopta (nije nosio nijedan teret) porastao je s Marsov polja u Parizu 27. kolovoza 1783., a za 45 minuta letjelo je 20 km.

U prosincu 1783. Charles, u pratnji Francoisa Roberta fizike u nazočnosti od 400 tisuća gledatelja, bio je prvi let u balonu ispunjen vodikom. Gay Louce (također s fizičara Jean Batist Bio) stavio je 1804. godine zapisnik visine, diže za 7000 metara.

Ali vodik je gorivo. Štoviše, njegove smjese s zrakom eksplodira i smjesa vodika s kisikom naziva se čak i "plinski plin". U svibnju 1937. požar na nekoliko minuta uništio je divovski njemački airship "Hindenburg" - imao je 190.000 kubičnih metara vodika. Tada je umrlo 35 ljudi. Nakon mnogih nesreća, vodik u aeronautiku više se ne koristi, zamijenjen je helija ili vrućim zrakom.

Sa spaljivanjem vodika, formira se voda - spoj vodika i kisika. To se pokazalo u kasnim 18 francuski kemičar Lavoisier. Stoga ime plina - "referentna voda". Lavoisier je također uspio dobiti vodik iz vode. Propustio je vodene pare kroz vruću vruću željeznu cijev s željeznom piljenjem. Kisik iz vode čvrsto je spojen na hardver, a vodik je označen u slobodnom obliku. Sada vodik je također dobiven od vode, ali na drugi način - uz pomoć elektrolize (vidi elektrolitsko disocijaciju. Elektroliti)

Svojstva vodika

Vodik je najčešći kemijski element u svemiru. To je otprilike pola mase sunca i većina zvijezda, glavni je element u međuzvjezdanom prostoru i u nebuli plina. Zapadni vodik i na Zemlji. Ovdje je u pridruženom stanju - u obliku veza. Prema tome, voda sadrži 11% težinski vodik, glina - 1,5%. U obliku spojeva s ugljikom, vodik je dio ulja, prirodnih plinova, svi živi organizmi. Malo slobodnog vodika nalazi se u zraku, ali je tamo potpuno mali - samo 0,00005%. Ulazi u atmosferu iz vulkana.

Mnogi drugi "zapisi" pripada vodiku.
Tekući vodik - najlakša tekućina (gustoća od 0,067 g / cm3 na temperaturi od -250 ° C),
Kruti vodik - najlakše čvrst (Gustoća od 0,076 g / cm3).
Atomi vodika - najmanji od svih atoma. Međutim, kada se apsorbira energija elektromagnetskog zračenja, vanjski elektron atoma može se ukloniti iz jezgre i dalje. Stoga, uzbuđeni atom vodika teoretski može imati bilo kakve dimenzije. I praktički? U knjizi, globalni zapisi u kemiji kaže da je u međuzvjezdanim oblacima navodno otkriveno njihovim spektra atomi vodika s promjerom od 0,4 mm (oni su fiksirani na spektralnom prijelazu s 253. do 252. do 252. orbitalne). Atomi takvih veličina mogu se vidjeti s golim okom! On daje upućivanje na članak objavljen 1991. godine na najpoznatijem svjetskom časopisu posvećen kemijskom obrazovanju - časopisu za kemijsko obrazovanje (objavljen je u SAD-u). Međutim, autor članka bio je pogrešan - precijenio je sve veličine točno 100 puta (ovo je najavio isti časopis godinu dana kasnije). Dakle, detektirani atomi vodika imaju promjer "samo" 0,004 mm i takvih atoma, čak i ako su "čvrsti", da vide golo oko - samo u mikroskopu. Naravno, prema atomskim standardima i 0,004 mm - vrijednost je ogromna, deseci od tisuću puta promjera nerazumljivog atoma vodika.

Vodokonske molekule su također vrlo male. Stoga ovaj plin lako prolazi kroz najtane brze. Gumena kugla, napuhana vodikom, "Gubitak težine" je mnogo brže od lopte, napušen zrakom: molekule vodika postupno prolaze kroz najmanje pore u gume.

Ako dišete vodik i počnite razgovoriti, učestalost objavljenih zvukova bit će tri puta više nego inače. To je dovoljno za zvuk čak niskog muškog glasa da bude neprirodno visok, nalik glasu Pinocchio. To je zato što je visina zvuka, objavljenog od zviždaljka, orguljske cijevi ili glasovnog aparata osobe, ne ovisi samo o njihovoj veličini i zidnom materijalu, već i od plina na koji su ispunjeni. Što je veća brzina zvuka u plinu, to je veći ton. Brzina zvuka ovisi o masi molekula plina. Molekule hyrogena mnogo su lakše od molekula dušika i kisika, od kojih se zrak sastoji, a zvuk u vodiku se širi gotovo četiri puta brže nego u zraku. Međutim, inhaliranje riskira vodika: u plućima, neizbježno se miješa s ostacima zraka i tvori smjesu štakora. A ako će biti požar u izdisanju u blizini ... to je ono što se priča dogodila francuskom kemičaru, direktoru Pariškog muzeja znanstvenih pilatra de Rosier (1756-1785). Nekako je odlučio provjeriti što bi bilo ako će udisati vodik; Prije njega nitko nije proveo takav eksperiment. Bez primjećujejući nikakav učinak, znanstvenik je odlučio osigurati da li vodik prodire u pluća. Ponovno je nadahnuo ovaj plin, a zatim ga izdao na vatri svijeća, čekajući da vidi izbijanje plamena. Međutim, vodik u plućima podebljanog eksperimentatora bio je pomiješan s zrakom i jaka eksplozija dogodila. "Mislio sam da sam odletio sve zube s korijenjem", napisao je kasnije, vrlo zadovoljan iskustvo, koji ga je gotovo koštao njegov život.

Povijest primitka deuterij i tricija

Deuterijum

Osim "običnog" vodika (strast, od grčkog) protos. - Prvi), u prirodi postoji i njegov teški izotop - deuterijum (od latinskog deutera - sekunde) iu beznačajnim količinama super teški vodik - tricija. Duga i dramatična potraga za tim izotopima prvo nisu dali rezultat zbog nedovoljne osjetljivosti instrumenata. Krajem 1931. godine, skupina američkih fizičara - Jurija sa svojim učenicima, F. Lubricvedda i J. Maerfi, uzeli su 4 litre tekućeg vodika i podvrgnute ga frakcijskom destilacijom, dobivajući samo 1 ml u ostatku, tj. Smanjenjem volumena od 4 tisuće puta. Ovaj posljednji mililitar tekućine nakon isparavanja i ispitivan je spektroskopskom metodom. Eksperimentalni spektroskopist jajnika primijetio je na spektrogram obogaćenih vodika, novih vrlo slabih linija, odsutni iz običnog vodika. U isto vrijeme, položaj linija u spektru točno odgovara kvantnom mehaničkom izračunu nuklida 2H (vidi kemijske elemente).

Nakon spektroskopske detekcije deterijala, predloženo je za razdvajanje izotopa vodika elektrolizom. Eksperimenti su pokazali da s elektrolizom vode, svjetlo vodik je stvarno jasno označen brže od teške. Ovo otkriće je ključno za dobivanje teških vodika. Članak u kojem je prijavljeno otvaranje deuterij objavljen je u proljeće 1932. godine, au srpnju su rezultati objavljeni na elektrolitskom odvajanju izotopa. Godine 1934., za otvaranje teških vodika, Harold Clayton Jurij dobio je Nobelovu nagradu u kemiji.

Trotijum

17. ožujka 1934. u Engleskoj, časopis "Priroda" ("Priroda") je objavljena mala napomena, koju je potpisao M.L. Alifantt, P. Cark i Rutherford (prezime Lord Rostford nije zahtijevao inicijale u objavljivanju!). Unatoč skromnim nazivom bilješke: transmutacijski učinak dobiven s teškim vodikom, izvijestio je svijetu o izvanrednom rezultatu - umjetna proizvodnja trećeg izotopa vodikovog tricija. Godine 1946. poznato tijelo u području nuklearne fizike, dobitnik Nobelove nagrade, U.F. Libby je predložio da se Tritium kontinuirano formira kao rezultat nuklearnih reakcija u atmosferi. Međutim, u prirodi, Tritium je tako malo (1 h na 1018 3H atoma), što ga je bilo moguće detektirati samo na slabu radioaktivnost (poluživot od 12,3 godine).

Hidridi

Vodikov oblici priključci - hidridi s mnogim elementima. Ovisno o drugom elementu, hidride se jako razlikuju po svojstvima. Najviše elektropozitivnih elemenata (alkalijskih i teških alkalnih metala) oblikuju takozvane fizioke hidride ionske prirode. Dobiveni su kao rezultat izravne metalne reakcije s vodikom pod tlakom i na povišenim temperaturama (300-700 ° C) kada je metal u rastaljenom stanju. Njihova kristalna rešetka sadrži metalne katije i hidridni anions H- i izgrađen slično na NaCl rešetku. Kada se zagrijava do točke taljenja, fizionički hidridi počinju provoditi električnu struju, dok, za razliku od elektrolize vodenih otopina soli, vodik je označen ne na katodi, već na pozitivno nabijenoj anodi. Osobni hidridi reagiraju s vodom s vodikom se oslobađaju i formiranje alkalijskih otopina se lako oksidiraju i koriste kisik i koriste se kao snažne redukcijske agense.

Brojni elementi tvore kovalentne hidride, među kojima su hidridi IV-VI elemenata najpoznatiji, na primjer, metana CH4, amonijak NH3, vodikov sulfid H2 s, itd. Kovalentni hidridi imaju visoku reaktivnost i smanjuju sredstva. Neki od tih hidrida su mali i razgrađeni kada se zagrijavaju ili hidroliziraju vodom. Primjer je SIH 4, GEH 4, SNH 4. Sa stajališta strukture, hidridi bora su zanimljivi, na primjer, u 2 h 6, u 6 h 10, u 10 h 14, i drugi, u kojima par elektrona ne povezuje dva, kao uobičajeno i tri atoma Inn. Kovalentni i neki mješoviti hidridi također se pripisuju, na primjer, li-aluminij hidrid lialh 4, koji je široko korišten u organska kemija kao redukcijsko sredstvo. Hidrid Njemačka, Silicon, Arsenić koriste se za dobivanje sredstava za poluvodiče visoke čistoće.

Hidridi tranzicijskih metala vrlo su raznoliki po svojstvima i strukturi. Često su to spojevi netociometrijskog sastava, na primjer, metal-poput TIH 1.7, Lah 2.87, itd. U formiranju takvih hidrida, vodik se prvo adsorbira na površini metala, zatim disocijaciju atomima, koji difundiraju injekciju rešetke kristalne metalne, formirajući provedbu uvoda. Hidridi intermetalnih spojeva su najveći interes, na primjer, koji sadrži titan, nikal, elemente rijetke zemlje. Broj vodikovih atoma u jedinici volumena takvog hidrida može biti pet puta više nego čak iu čistom tekućem vodiku! Već na sobnoj temperaturi, legure spomenutih metala mogu brzo apsorbirati značajne količine vodika, a kada je grijani da ga istaknu. Tako se dobivaju reverzibilne "kemijske baterije" vodika, koje se u načelu mogu koristiti za stvaranje motora koji rade u vodikovom gorivu. Od drugih hidrida prijelaznih metala, urana hidrid UH3 je zanimljiva, koja služi kao izvor drugih urana spojeva visoke čistoće.

Primjena

Vodik se koristi uglavnom za dobivanje amonijaka, koji je potreban za proizvodnju gnojiva i mnoge druge tvari. Od tekućih biljnih ulja s vodikom, dobivene su čvrste masti, slične maslacu i drugim životinjskim mastima. Koriste se u prehrambenoj industriji. U proizvodnji kvarcnih staklenih proizvoda potrebna je vrlo visoka temperatura. I ovdje se koristi vodik: plamenik s plamenom vodikovog kisika daje temperaturu iznad 2000 stupnjeva na kojoj se kvarc lako rastopi.

U laboratorijima iu industriji, reakcija dodavanja vodika na razne priključke naširoko se koristi. Najčešće su uobičajene reakcije hidrogeniranja višestrukih ugljik-ugljikovih veza. Dakle, iz acetilena, moguće je dobiti etilen ili (s punim hidrogenacijom) etanom, od benzen-cikloheksana, od tekuće nestabilne oleinske kiseline - kruti granica stearinske kiseline, itd. Ostale klase organskih spojeva podvrgnute hidrogeniranju, a oporavljaju ih. Prema tome, kada se formiraju hidrogenirajuće karbonilne spojeve (aldehide, ketoni, esteri), odgovarajući alkoholi; Na primjer, izopropilni alkohol se dobiva iz acetona. Kada se formiraju hidrogenacija dušice, prikladne amine.

Hidrogenacija s molekularnim vodikom često se provodi u prisutnosti katalizatora. U industriji, u pravilu, koristite heterogene katalizatore, na koje metale VIII skupine periodičnog sustava elemenata - nikal, platina, rodij, paladij. Najaktivniji od ovih katalizatora - platina; Uz to, može se hidrogenirati na sobnoj temperaturi bez tlaka čak i aromatskih spojeva. Djelatnost jeftinijih katalizatora može se povećati provođenjem reakcije hidrogeniranja tlaka na povišenim temperaturama u posebnim uređajima - autoklavama. Dakle, za hidrogeniranje aromatskih spojeva, tlak se zahtijeva do 200 atm i temperatura iznad 150 ° C.

U laboratorijskoj praksi se također široko koriste različite metode necatatnog hidrogeniranja. Jedna od njih je djelovanje vodika u vrijeme izolacije. Takav "aktivni vodik" može se dobiti u reakciji metalne natrija s alkoholom ili amalgamenom cinkom s klorovodičnom kiselinom. Značajna razmnožavanje u organskoj sintezi hidrogenirana je složenim hidridima - natrijevim natrijevim borhidridom NaBH4 i litijevim alumohidridom lialh 4. Reakcija se provodi u bezvodnom mediju, budući da se složeni hidridi odmah hidroliziraju.

Vodik se koristi u mnogim kemijskim laboratorijima. Pohranjuje se pod tlakom čeličnih cilindara, koji su za sigurnost uz pomoć posebnih stezaljki pričvršćeni na zid ili čak izdržati u dvorište, a plin ulazi u laboratorij tanku cijev.

Kemijski elementi i materijali

Vodik, n (lat. Hidrogenij; a. Vodik; N. Wasserstoff; F. hidrogen; i. Hidrogen), - kemijski element periodičnog sustava mendeleev elemenata, koji se istovremeno pripisuju i i vii skupinama, atomski broj 1 , atomska težina 1, 0079. Prirodni vodik ima stabilne izotope - dijeta (1 h), deuterij (2 h, ili d) i radioaktivni - tritil (3H ili t). Za prirodne spojeve, prosječni omjer d / h \u003d (158 ± 2) .10 -6 je ravnotežni sadržaj od 3 h na Zemlji ~ 5.10 27 atoma.

Fizikalna svojstva vodika

Vodik prvi je opisan u 1666 engleski znanstvenik. Cavendish. U normalnim uvjetima, vodik - plin bez boje, mirisa i okusa. U prirodi u slobodnom stanju je u obliku molekula H2. Energija disocijacije H2 molekule je 4.776 EV; Potencijal za ionizaciju atoma vodika 13.595 eV. Vodik je najlakša tvar od svih poznatih, na 0 ° C i 0,1 mPa 0,0899 kg / m3; T vrenje - 252,6 ° C, t taljenje - 259,1 ° C; Kritični parametri: T - 240 ° C, tlak 1.28 MPa, gustoća 31,2 kg / m 3. Termička uprava svih plinova je 0,174 W / (Mk) na 0 ° C i 1 MPa, specifična toplina 14,208,10 3 J (kg.k).

Kemijska svojstva vodika

Tekući vodik je vrlo pluća (gustoća na -253 ° C 70,8 kg / m3) i nastava (na -253 ° C je 13,8 sp). U većini spojeva vodik prikazuje stupanj oksidacije +1 (sličan alkalnim metalima), manje često -1 (slično hidridima metala). Pod normalnim uvjetima molekularni vodik je nisko-učinkovit; topljivost u vodi na 20 ° C i 1 mPa 0,0182 ml / g; To je dobro topljivo u metalima - ni, PT, Pd i drugi s kisikom tvori vodu s toplinskim otpuštanjem 143.3 MJ / kg (na 25 ° C i 0,1 MPa); Na 550 ° C i iznad reakcije je popraćena eksplozijom. Prilikom interakcije s fluorom i klorom, reakcija također ide s eksplozijom. Glavni vodikovi spojevi: H20, amonijak NH3, vodikov sulfid H2S, CH4, hidridi metala i halogena CAH 2, HBr, Hl i organski spojevi s 2H4, HCHO, CH3OH, itd.

Vodik u prirodi

Vodik je široko rasprostranjen element u prirodi, njegov sadržaj u 1% (po težini). Glavni spremnik vodika na Zemlji je voda (11,19%, težinski). Vodik je jedna od glavnih komponenti svih prirodnih organskih spojeva. U slobodnoj državi prisutno je u vulkanskim i drugim prirodnim plinovima, u (0.0001%, prema atomima). To je glavni dio mase sunca, zvijezda, inter-skladišta plina, nebulae plina. U atmosferi, planeti su prisutni u obliku H2, CH4, NH3, H20, CH, NHOH i drugi. Uključen je u sastav korpuskolastog zračenja sunca (protona) i kozmičke zrake (struje elektrona).

Dobivanje i uporaba vodika

Sirovine za proizvodnju industrijskog vodika - plinovi za rafiniranje plina, proizvodi za raspršivanje itd. Osnovne metode za proizvodnju vodika: ugljikovodična reakcija s vodenom parom, nepotpuna oksidacija ugljikovodika, konverzija oksida, voda elektrolize. Vodik se koristi za proizvodnju amonijaka, alkohola, sintetičkog benzina, klorovodične kiseline, hidroreatiranja naftnih derivata, rezanja metala s plamenom vodika-kisik.

Vodik je perspektivno plinoviti gorivo. Deuterij i Tritium se koristi u nuklearnoj energiji.

U periodnom sustavu vodik se nalazi u dva apsolutno nasuprot njihovim svojstvima skupina elemenata. Ova značajka čine ga potpuno jedinstvenim. Vodik nije samo element ili tvar, već je i sastavni dio mnogih kompleksnih spojeva, organogenih i biogenih elemenata. Stoga razmatramo svoja svojstva i karakteristike detaljnije.

U XVI stoljeću opaženo je odvajanje gorivnog plina u procesu interakcije između metala i kiselina, odnosno tijekom stvaranja kemije kao znanosti. Poznati engleski znanstvenik Henry Cavendish istražio je tvar od 1766. godine i dao mu ime "zapaljivi zrak". Kada gori, ovaj plin je dao vodu. Nažalost, predanost znanstvenika teorije Phlogistona (hipotetska "hipothone materije") spriječila je da dođe do pravih zaključaka.

Francuski kemičar i prirodoslovac A. Lavoisier, zajedno s inženjer J. Više i uz pomoć posebnih plinometara 1783. godine, proveo je sintezu vode, a nakon i njegove analize razgradnjom vrućeg željeza vode. Dakle, znanstvenici su mogli doći do pravih zaključaka. Otkrili su da "zapaljivi zrak" nije samo dio vode, već se može dobiti i iz njega.

Godine 1787. Lavoisier je iznijela pretpostavku da je plin pod studijem jednostavna tvar I, prema tome, odnosi se na broj primarnih kemijskih elemenata. Nazvao ga je hidrogenom (od grčkih riječi Hydor - Water + Gennao - Bog), tj. "Horing Water".

Rusko ime "vodik" 1824. godine predložio je kemičara M. Solovyov. Određivanje pripravka vode označio je kraj "teorije flogistona". Na raskrižju XVIII i XIX stoljeća, utvrđeno je da je atom vodika vrlo lagan (u usporedbi s atomima drugih elemenata) i njegova masa je usvojena za glavnu jedinicu usporedbe atomskih masa, dobivanje vrijednosti jednake 1.

Fizička svojstva

Vodik je najlakši od svih poznatih znanosti o tvarima (to je 14,4 puta lakši od zraka), njegova gustoća je 0,0899 g / l (1 atm, 0 ° C). Ovaj materijal se topi (stvrdnjava) i čirevi (ukapljeni), odnosno, na -259.1 ° C i -252,8 ° C (samo helij ima donji vrhnje i taljenje t °).

Kritična temperatura vodika je iznimno niska (-240 ° C). Iz tog razloga, njegova ukapljivanje je prilično kompliciran i troškovni proces. Kritični tlak tvari je 12,8 kgf / cm², a kritična gustoća je 0,0312 g / cm³. Među svim plinovima, vodik ima najveću toplinsku vodljivost: na 1 bankomat i 0 ° C, iznosi se 0,174 W / (MHC).

Specifični toplinski kapacitet tvari pod istim uvjetima - 14.208 KJ / (CGKK) ili 3,394 CAL / (GC ° C). Ovaj element je slabo topljiv u vodi (oko 0.0182 ml / g na 1 atm i 20 ° C), ali dobro - u većini metala (ni, PT, PA i drugi), posebno u paladiju (približno 850 volumena po jednom pd).

S najnovijim nekretninama, njegova difuzijska sposobnost je povezana, dok je difuzija kroz leguru ugljika (na primjer, čelik) može biti popraćena uništenjem legure zbog interakcije vodika s ugljikom (ovaj se postupak naziva dekarbonizacijom). U tekućem stanju, tvar je vrlo jednostavna (gustoća - 0.0708 g / cm³ na T ° \u003d -253 ° C) i tekućini (viskoznost - 13,8 Scholasi pod istim uvjetima).

U mnogim spojevima ovaj element pokazuje valenciju +1 (stupanj oksidacije), kao što su natrijev i drugi alkalni metali. Obično se smatra analog ovih metala. U skladu s tim, on glava i grupu mendeleev sustava. U hidridima metala, vodikov ion pokazuje negativni naboj (stupanj oksidacije u isto vrijeme -1), tj. Na + H- ima strukturu sličnu Na + Cl- kloridu. U skladu s tim i nekim drugim činjenicama (blizina fizičkih svojstava elementa "H" i halogena, sposobnost da ga zamijeni halogenima u organskim spojevima) hidrogena pripada VII skupini mendeleev sustava.

U normalnim uvjetima, molekularni vodik ima nisku aktivnost, izravno povezuje samo s najaktivnijim nemetalima (s fluorom i klorom, s potonjim - u svjetlu). S druge strane, kada se zagrijava, interagira se s mnogim kemijskim elementima.

Atomski vodik ima povećanu kemijsku aktivnost (u usporedbi s molekularnim). S kisikom, ona tvori vodu formulom:

N₂ + ½₂ \u003d n₂o,

označavanje 285,937 KJ / mol toplina ili 68,3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm). U konvencionalnim temperaturnim uvjetima, reakcija se odvija vrlo sporo i na t °\u003e \u003d 550 ° C - nekontrolirano. Granice eksplozije mješavine vodika + kisika u volumenu su 4-94% H₂, a smjese vodika + zraka - 4-74% H₂ (smjesa dvaju volumena H₂ i jedan volumen O₂ naziva se plin štakora.

Ovaj se element koristi za vraćanje većine metala, jer uzima kisik oksidima:

Fe₃o₄ + 4H₂ \u003d 3FE + 4N₂O,

Cuo + h₂ \u003d cu + h₂o, itd

S različitim halogenima, vodik oblikuje halogene vodikove, na primjer:

N₂ + CL₂ \u003d 2NSL.

Međutim, kada reakcije s fluorom, vodik eksplodira (to se događa u mraku, na -252 ° C), s bromom i klorom reagira samo u zagrijavanju ili osvjetljenju, i s jodom - isključivo kada se zagrijava. Prilikom interakcije s dušikom, formira se amonijak, ali samo na katalizatoru, na povišenim tlakovima i temperaturama:

Zn₂ + n₂ \u003d 2nn₃.

Kada se zagrijava, vodik aktivno reagira sa sumporom:

N₂ + S \u003d H₂s (vodikov sulfid)

i to je mnogo teže - s Tellurium ili Selenium. Uz čisti ugljik, vodik reagira bez katalizatora, ali na visokim temperaturama:

2N₂ + C (amorfni) \u003d CH₄ (metan).

Ova tvar izravno reagira s nekim od metala (alkalna, alkalna zemlja i druga), formiranje hidrida, na primjer:

H₂ + 2L \u003d 2LiH.

Pročitajna praktična važnost ima interakcije vodika i ugljičnog oksida (II). U tom slučaju, ovisno o tlaku, temperaturi i katalizatoru, formiraju se različiti organski spojevi: NSNO, CN₃on, itd. Nezasićeni ugljikovodici u reakcijskom postupku se kreću u zasićenu, na primjer:

S n ₂ n + h₂ \u003d c n ₂ n ₊₂.

Vodik i njegovi spojevi igraju iznimnu ulogu u kemiji. To uzrokuje kisela svojstva T.N. Protonske kiseline su sklone formirati vodikovu vezu s različitim elementima koji imaju značajan utjecaj na svojstva mnogih anorganskih i organskih spojeva.

Dobivanje vodika

Glavne vrste sirovina za industrijsku proizvodnju tog elementa su plinovi rafiniranja, prirodnih zapaljivih i koksa plinova. Također se dobiva iz vode putem elektrolize (na mjestima s pristupačnom električnom energijom). Jedna od najvažnijih metoda za proizvodnju materijala prirodnog plina je katalitička interakcija ugljikovodika, uglavnom metana, s vodenom parom (T.N. pretvorbe). Na primjer:

CH₄ + HOO \u003d CO + Zn₂.

Nepotpuna oksidacija ugljikovodika s kisikom:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2N₂.

Sintetizirana konverzija ugljičnog oksida (II):

Co + n₂o \u003d tako + h₂.

Vodik proizveden od prirodnog plina je najjeftiniji.

Za elektrolizu vode se koristi konstantna struja, koja se prolazi kroz otopinu NaOH ili Con (kiseline se ne koriste kako bi se izbjegla korozija instrumenata). U laboratoriju se materijal dobiva elektrolizom vode ili kao rezultat reakcije između klorovodične kiseline i cinka. Međutim, češće koristite gotove tvornički materijal u cilindrima.

Od plina za rafiniranje nafte i plina, ovaj se element izolira uklanjanjem svih ostalih komponenti plinske smjese, budući da su lakše ukapljivati \u200b\u200bs dubokim hlađenjem.

Industrijski, ovaj materijal je počeo primati čak i na kraju XVIII stoljeća. Tada se koristilo za punjenje balona. U ovom trenutku vodik se široko koristi u industriji, uglavnom u kemikaliji, za proizvodnju amonijaka.

Masovni potrošači tvari su proizvođači metila i drugih alkohola, sintetičkog benzina i mnogih drugih proizvoda. Dobiveni su sintezom ugljičnog oksida (II) i vodika. Hidrogena se koristi za hidrogeniranje teških i krutih tekućih goriva, masti, itd., Za sintezu HCl, hidroteatiranje naftnih derivata, kao i u rezanju / zavarivanju metala. Najvažniji elementi za nuklearnu energiju su njegovi izotopi - tritij i deuterij.

Biološka uloga vodika

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

Ovaj materijal ima odlučujuću ulogu: pri održavanju prostorne strukture proteina (kvartara), u provedbi principa hipotečine nukleinske kiseline (tj, u implementaciji i skladištenju genetskih informacija), općenito u "prepoznavanju" na molekularnom razina.

Vodikov ion H + sudjeluje u važnim dinamičkim reakcijama / procesima u tijelu. Uključujući: u biološkoj oksidaciji, koja osigurava žive stanice energijom, u biosinteze reakcija, u fotosintezi u biljkama, u bakterijskoj fotosintezi i dušici, u održavanju kiselinskog alkalnog bilance i homeostaze, u transportnim procesima membrane. Uz ugljik i kisik, ona tvori funkcionalnu i strukturnu osnovu životnih fenomena.