Hidrogenul contează? Proprietățile chimice și fizice ale hidrogenului

fiecare element chimic

Hidrogenul nu este doar un element, ci și o substanță simplă, precum și o parte integrantă a multor compuși complexi, un element biogenic și organogenic. Prin urmare, considerăm caracteristicile și proprietățile sale mai detaliate.

Hidrogenul ca element chimic

Hidrogenul este un element al primului grup al subgrupului principal, precum și cel de-al șaptelea grup al principalului subgrup în prima perioadă mică. Această perioadă constă doar din doi atomi: heliul și elementul pe care îl considerăm. Să descriem principalele caracteristici ale poziției hidrogenului în sistemul periodic.

1. Numărul ordinal al hidrogenului este 1, numărul de electroni este același, în mod corespunzător, același număr de protoni. Masa atomică este 1,00795. Există trei izotopi ai unui element dat cu numerele de masă 1, 2, 3. Cu toate acestea, proprietățile fiecăruia dintre ele sunt foarte diferite, deoarece creșterea masei chiar și prin unitate este dublă doar pentru hidrogen.
2. Ce este în exterior nivel energetic conține doar un singur electron, îi permite să-și manifeste cu succes atât proprietăți oxidante, cât și proprietăți reducătoare. În plus, după eliberarea electronului, în el rămâne o orbitală liberă, care participă la formarea legăturilor chimice prin mecanismul donor-acceptor.
3. Hidrogenul este un agent reducător puternic. Prin urmare, grupul principal este primul grup din subgrupul principal, unde conduce cele mai active metale - alcaline.
4. Cu toate acestea, atunci când interacționează cu agenți reducători puternici, cum ar fi, de exemplu, metalele, poate fi un oxidant prin luarea unui electron. Acești compuși sunt numiți hidruri. Pe această bază, conduce un subgrup de halogeni, cu care este similar.
5. Datorită unei mase atomice foarte mici, hidrogenul este considerat cel mai ușor element. În plus, densitatea sa este, de asemenea, foarte mică, deci este și un standard de luminozitate.

Astfel, este evident că atomul de hidrogen este un element complet unic, spre deosebire de orice alt element. În consecință, proprietățile sale sunt de asemenea speciale, iar substanțele simple și complexe formate sunt foarte importante. Să le analizăm în continuare.

Substanță simplă

Dacă vorbim despre acest element ca o moleculă, atunci trebuie să spunem că este diatomică. Asta înseamnă că hidrogenul (o substanță simplă) este un gaz. Formula sa empirică va fi scrisă ca H₂, și grafică - printr-o singură sigma-legătură H-H. Mecanismul de formare a legăturii dintre atomi este covalent nonpolar.

Chiar și Henry Cavendish în 1766 a reușit să descopere această substanță. El a dovedit că hidrogenul este un gaz și că este capabil să explodeze în aer. Ulterior, proprietățile au fost bine studiate, a devenit clar că substanța a fost cea mai ușoară dintre cele cunoscute.

Încă mai târziu, Lavoisier a dat numele (ca element, și o substanță bazată pe ea) în latină - „dând naștere la apă“ hydrogenium, ceea ce înseamnă Descoperitorul 1781 godu acest element Henry Cavendish a dovedit ca apa - o combinație de hidrogen și oxigen, adică este un produs de reacție al acestuia. Și acest gaz ușor a fost foarte combustibil, a fost cunoscut încă din secolul al XVI-lea, acest lucru fiind reflectat în înregistrările lui Paracelsus.

Astfel, hidrogenul molecular este un compus gazos natural foarte natural și format din doi atomi capabili să explodeze în aer. În plus, molecula se poate descompune în atomi care participă la reacțiile nucleare, transformându-se în nuclei de heliu. Aceste procese apar continuu pe Soare și în spațiu, care sunt principalii furnizori ai acestei conexiuni.

Hidrogenul este o substanță care se poate manifesta atât ca agent de oxidare, cât și ca agent de reducere. De asemenea, se găsește o aplicație foarte largă în activitatea umană.

Proprietăți fizice

Parametrii fizici ai hidrogenului au următoarele:

1. Punctul de fierbere este (-252,76 ⁰C).
2. Punct de topire - (-259,2 ° C) ⁰C).
3. În domeniul de temperatură indicat este un lichid incolor care nu are miros.
4. La o presiune foarte mare există cristale de zăpadă de hidrogen solid.
5. În anumite condiții (presiune ridicată și temperaturi scăzute) este posibilă trecerea la o stare metalică.
6. Practic nerastvorim în apă, deci este posibil să se colecteze prin metoda deplasării apei în producția din laborator.
7. În condiții normale, hidrogenul este un gaz care nu miros, nu are culoare și nu are gust.
8. Este o substanță combustibilă și explozivă.
9. Se dizolvă bine în metale, deoarece este capabil să difuzeze prin grosimea lor.
10. Aproximativ 14,5 ori acest gaz este mai ușor decât aerul.

Grinzile cristaline ale unei substanțe simple sunt moleculare, legăturile sunt slabe, astfel încât acestea sunt ușor distruse.

Proprietăți chimice

După cum s-a menționat deja mai sus, hidrogenul este capabil să prezinte atât proprietăți de reducere, cât și proprietăți oxidante. Posibilele stări de oxidare ale elementului sunt 1- 1-. Prin urmare, este adesea folosit în industrie pentru sinteze și diverse reacții.

Proprietăți oxidante ale hidrogenului

1. Interacțiunea cu cea activă metale (alcaline și pământ alcalin) în condiții normale conduce la formarea de compuși asemănători sărurilor, numite hidruri. De exemplu: LiH, CaH₂, KH, MgH₂ și altele.
2. Compușii cu metale slab active sub influența temperaturilor ridicate sau a iluminării puternice (inițierea fotochimică a reacțiilor) formează de asemenea hidruri.

Proprietăți de reducere a hidrogenului

1. Interacțiunea în condiții normale numai cu fluor (ca oxidant puternic). Ca rezultat, se formează acid fluorhidric sau acid fluorhidric HF.
2. Interacțiunea cu aproape toate nemetalele, dar în anumite condiții destul de stricte. Exemple de compuși: H₂S, NH₃, H₂O, PH₃, SiH₄ și altele.
3. Recuperează metalele de la oxizii lor la substanțe simple. Acesta este unul dintre cele industriale metode de obținere a metalelor, numită o hidrotermie.

În mod separat, ar trebui să identificăm reacțiile care sunt utilizate în sinteza organică. Ele se numesc hidrogenare-saturație cu hidrogen și dehidrogenare, adică scindarea acesteia din moleculă. Pe baza acestor metode de transformare, se produc multe hidrocarburi și alți compuși organici.

Fiind în natură

Hidrogenul este cea mai comună substanță de pe planeta noastră și dincolo de ea. La urma urmei, practic orice spațiu interstelar și stele constau tocmai din această legătură. În spațiu, poate exista sub forma:

• plasmă;
• gaze;
• ioni;
• atomi;
• molecule.

Există mai multe tipuri de nori de densitate diferită, care constau tocmai din această substanță.

Dacă vorbim despre propagarea specifică a crustei pământului, atunci hidrogenul se situează al doilea în numărul de atomi după oxigen, aproximativ 17%. În forma liberă este rară, numai în cantități mici în compoziția aerului uscat. Cel mai obișnuit compus al acestui element este apa. În compoziția sa se întâlnește pe planetă.

De asemenea, hidrogenul este o componentă obligatorie a oricărui organism viu. Și în corpul uman, cota acestui atom este de 63%. Hidrogenul este un element organogenic, prin urmare formează molecule de proteine, grăsimi, carbohidrați și acizi nucleici, precum și mulți alți compuși vitali.

recepție

Există modalități diferite de obținere a gazului pe care îl considerăm. Acestea includ mai multe opțiuni de sinteză industriale și de laborator.

Metode industriale producția de hidrogen:

1. Conversia metanului în abur.
2. Gazeificarea cărbunelui - procesul implică încălzirea cărbunelui la 1000 ⁰C, ceea ce duce la formarea hidrogenului și cărbunelui cu conținut ridicat de carbon.
3. Electroliza. Această metodă poate fi utilizată numai pentru soluții apoase de diferite săruri, deoarece topiturile nu conduc la descărcarea apei la catod.

Metode de laborator de producere a hidrogenului:

1. Hidroliza hidrurilor metalice.
2. Efectul acizilor diluați asupra metalelor active și a activității medii.
3. Interacțiunea metalelor alcaline și alcalino-pământoase cu apă.

Pentru a colecta hidrogenul format, este necesar să țineți tubul cu capul în jos. La urma urmei, acest gaz nu poate fi colectat ca, de exemplu, dioxid de carbon. Este hidrogen, este mult mai ușor decât aerul. Se volatiliză rapid și în cantități mari când se amestecă cu aerul explodează. Prin urmare, tubul de testare trebuie să fie răsturnat. După umplere, acesta trebuie închis cu un dop de cauciuc.

Pentru a verifica puritatea hidrogenului colectat, ar trebui să aduceți un meci luminat la gât. Dacă bumbacul este surd și liniștit - înseamnă că gazul este curat, cu impurități minime de aer. Dacă sunt voce și fluieră - murdare, cu un procent mare de componente străine.

Domenii de utilizare

Când se arde hidrogenul, se eliberează atât de multă energie (căldură), încât acest gaz este considerat cel mai profitabil combustibil. În plus, este ecologic. Cu toate acestea, până în prezent, utilizarea sa în acest domeniu este limitată. Acest lucru se datorează problemelor nerezolvate și nerezolvate ale sintezei hidrogenului pur, care ar fi adecvat pentru utilizarea ca combustibil în reactoare, motoare și dispozitive portabile, precum și cazane de încălzire pentru clădiri rezidențiale.

La urma urmei, metodele de obținere a acestui gaz sunt destul de scumpe, deci este necesar să se dezvolte mai întâi o metodă de sinteză specială. Unul care vă va permite să primiți produsul în volume mari și la un cost minim.

Este posibil să identificăm mai multe domenii principale în care gazul considerat de noi se găsește în aplicare.

1. Sinteza chimică. Pe baza hidrogenării, se obțin sapunuri, margarine și materiale plastice. Cu participarea hidrogenului, sunt sintetizați metanol și amoniac, precum și alți compuși.
2. În industria alimentară - ca aditiv E949.
3. Industria aviatică (ingineria rachetelor, construcția de aeronave).
4. Energetica.
5. Meteorologie.
6. Combustibil de natură ecologică.

Este evident că hidrogenul este la fel de important ca în natură. Un rol și mai mare îl joacă diferiții compuși formați de el.

Compuși hidrogen

Acestea sunt substanțe complexe care conțin atomi de hidrogen. Există câteva tipuri de bază ale unor astfel de substanțe.

1. Halogenuri de hidrogen. Formula generală este HHal. Clorura de hidrogen are o importanță deosebită în rândul acestora. Este un gaz care se dizolvă în apă pentru a forma o soluție de acid clorhidric. Acest acid este folosit pe scară largă în aproape toate sintezele chimice. Și atât organice cât și anorganice. Clorura de hidrogen este un compus având formula empirică a HCL și este unul dintre cele mai mari din punct de vedere al producției în țara noastră anual. Halogenurile hidrogene includ hidrogen fluorură, hidrogen fluorură și bromură de hidrogen. Toate formează acizii corespunzători.
2. Compuși hidrogen volatili din metale nemetalice. Practic toate sunt gaze suficient de otrăvitoare. De exemplu, hidrogen sulfurat, metan, silan, fosfină și altele. În același timp foarte combustibil.
3. Hidridele sunt compuși cu metale. Legați-vă de clasa de săruri.
4. Hidroxizi: baze, acizi și compuși amfoterici. Compoziția lor implică în mod necesar atomi de hidrogen, unul sau mai mulți. Exemplu: NaOH, K₂[AL (OH)₄], H₂SO₄ și altele.
5. Hidroxid de hidrogen. Acest compus este mai cunoscut ca apa. Un alt nume este oxidul de hidrogen. Formula empirică arată astfel: H₂O.
6. Peroxidul de hidrogen. Acesta este cel mai puternic oxidant, a cărui formulă are forma H₂oh₂.
7. Numeroși compuși organici: hidrocarburi, proteine, grăsimi, lipide, vitamine, hormoni, uleiuri esențiale și altele.

Evident, varietatea compușilor elementului în cauză este foarte mare. Acest lucru confirmă din nou importanța sa mare pentru natură și om, precum și pentru toate ființele vii.

Oxigenul de hidrogen - acesta este cel mai bun solvent

După cum sa menționat deja mai sus, denumirea comună a acestei substanțe este apa. Se compune din doi atomi de hidrogen și un oxigen, legați împreună de legăturile polare covalente. Molecula de apă este un dipol, ceea ce explică multe dintre proprietățile pe care le prezintă. În special, este un solvent universal.

În mediul înconjurător, se produc practic toate procesele chimice. Reacțiile interne ale metabolismului plastic și al energiei în organismele vii se efectuează, de asemenea, cu ajutorul oxidului de hidrogen.

Apa este pe bună dreptate considerată cea mai importantă substanță de pe planetă. Se știe că fără ea nu poate trăi nici un organism viu. Pe Pământ, ea poate exista în trei stări agregate:

• lichid;
• gaz (abur);
• solid (gheață).

În funcție de izotopul de hidrogen, care face parte din moleculă, există trei tipuri de apă.

1. Lumină sau contract. Izotopul cu numărul de masă 1. Formula - H₂A. Este o formă obișnuită folosită de toate organismele.
2. Deuteriu sau greu, formula lui este D₂O. Conține izotop ²N.
3. Super greu sau tritiu. Formula arata ca T₃O, izotop - ³N.

Foarte importante sunt rezervele de apă protică nouă pe planetă. Deja în multe țări există o lipsă a acesteia. Sunt elaborate metode pentru tratarea apei sărate în scopuri de băut.

Peroxidul de hidrogen este un remediu universal

Acest compus, așa cum s-a menționat mai sus, este un oxidant excelent. Cu toate acestea, reprezentanții puternici se pot comporta și ca reducător. În plus, are un efect bactericid pronunțat.

Un alt nume pentru acest compus este peroxidul. Este în această formă este folosit în medicină. O soluție 3% de hidrat cristalin al compusului în cauză este un medicament care este utilizat pentru tratarea rănilor mici în scopul decontaminării. Cu toate acestea, se demonstrează că vindecarea rănii crește în timp.

De asemenea, peroxid de hidrogen este utilizat în combustibil pentru rachete în industrie pentru dezinfecție și albire, ca un agent de spumare pentru a obține materialele corespunzătoare (spuma, de exemplu). În plus, peroxidul ajută la curățarea acvariilor, la decolorarea părului și la albirea dinților. Cu toate acestea, în același timp, aceasta afectează țesuturile, astfel încât specialiștii nu sunt recomandați în acest scop.