Proprietățile chimice ale hidrogenului: caracteristici și aplicații. Proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului
Hidrogenul este un element special care ocupă două celule simultan în tabelul periodic al lui Mendeleev. Este situat în două grupe de elemente care au proprietăți opuse, iar această caracteristică îl face unic. Hidrogenul este o substanță simplă și o parte integrantă a multor compuși complecși; este un element organogen și biogen. Merită să vă familiarizați în detaliu cu principalele sale caracteristici și proprietăți.
Hidrogenul în tabelul periodic al lui Mendeleev
Principalele caracteristici ale hidrogenului sunt indicate în:
- numărul de serie al elementului este 1 (există același număr de protoni și electroni);
- masa atomică este 1,00795;
- hidrogenul are trei izotopi, fiecare având proprietăți speciale;
- datorită conținutului unui singur electron, hidrogenul este capabil să prezinte proprietăți reducătoare și oxidante, iar după donarea unui electron, hidrogenul are un orbital liber care participă la formarea legăturilor chimice conform mecanismului donor-acceptor;
- hidrogenul este un element ușor cu densitate scăzută;
- hidrogenul este un agent reducător puternic, deschide grupul de metale alcaline din primul grup către subgrupul principal;
- când hidrogenul reacţionează cu metale şi alţi agenţi reducători puternici, acceptă electronii acestora şi devine un agent oxidant. Astfel de compuși se numesc hidruri. Conform acestei caracteristici, hidrogenul aparține în mod convențional grupului de halogeni (în tabel este dat mai sus fluorul între paranteze), cu care este similar.
Hidrogenul ca substanță simplă
Hidrogenul este un gaz a cărui moleculă este formată din două. Această substanță a fost descoperită în 1766 de omul de știință britanic Henry Cavendish. El a demonstrat că hidrogenul este un gaz care explodează atunci când reacţionează cu oxigenul. După ce au studiat hidrogenul, chimiștii au descoperit că această substanță este cea mai ușoară dintre toate cunoscute omului.
Un alt om de știință, Lavoisier, a dat elementului numele „hidrogeniu”, care tradus din latină înseamnă „a naște apă”. În 1781, Henry Cavendish a demonstrat că apa este o combinație de oxigen și hidrogen. Cu alte cuvinte, apa este produsul reacției hidrogenului cu oxigenul. Proprietățile inflamabile ale hidrogenului erau cunoscute de oamenii de știință antici: înregistrările corespunzătoare au fost lăsate de Paracelsus, care a trăit în secolul al XVI-lea.
Hidrogenul molecular este un compus gazos natural comun în natură, care constă din doi atomi și când este adus la suprafața unei așchii care arde. O moleculă de hidrogen se poate dezintegra în atomi care se transformă în nuclee de heliu, deoarece sunt capabili să participe la reacții nucleare. Astfel de procese au loc în mod regulat în spațiu și pe Soare.
Hidrogenul și proprietățile sale fizice
Hidrogenul are următorii parametri fizici:
- fierbe la -252,76 °C;
- se topește la -259,14 °C; *in limitele de temperatura specificate, hidrogenul este un lichid inodor, incolor;
- Hidrogenul este ușor solubil în apă;
- hidrogenul se poate transforma teoretic în stare metalică dacă sunt prevăzute condiții speciale (temperaturi scăzute și presiune ridicată);
- hidrogenul pur este o substanță explozivă și inflamabilă;
- hidrogenul este capabil să difuzeze prin grosimea metalelor, prin urmare se dizolvă bine în ele;
- hidrogenul este de 14,5 ori mai ușor decât aerul;
- La presiune ridicată, pot fi obținute cristale de hidrogen solid asemănătoare zăpezii.
Proprietățile chimice ale hidrogenului
Metode de laborator:
- interacțiunea acizilor diluați cu metale active și metale cu activitate intermediară;
- hidroliza hidrurilor metalice;
- reacția metalelor alcaline și alcalino-pământoase cu apa.
Compuși cu hidrogen:
Halogenuri de hidrogen; compuși volatili de hidrogen ai nemetalelor; hidruri; hidroxizi; hidroxid de hidrogen (apă); apă oxigenată; compuși organici (proteine, grăsimi, hidrocarburi, vitamine, lipide, uleiuri esențiale, hormoni). Faceți clic pentru a vedea experimente sigure pentru a studia proprietățile proteinelor, grăsimilor și carbohidraților.
Pentru a colecta hidrogenul produs, trebuie să țineți eprubeta cu capul în jos. Hidrogenul nu poate fi colectat ca dioxidul de carbon, deoarece este mult mai ușor decât aerul. Hidrogenul se evaporă rapid, iar atunci când este amestecat cu aer (sau în acumulări mari) explodează. Prin urmare, este necesar să inversați eprubeta. Imediat după umplere, tubul este închis cu un dop de cauciuc.
Pentru a testa puritatea hidrogenului, trebuie să țineți un chibrit aprins pe gâtul eprubetei. Dacă apare o bubuitură plictisitoare și liniștită, gazul este curat și impuritățile din aer sunt minime. Dacă bumbacul este zgomotos și șuieră, gazul din eprubetă este murdar și conține o mare parte de componente străine.
Atenţie! Nu încercați să repetați singuri aceste experimente!
Să ne uităm la ce este hidrogenul. Proprietățile chimice și producția acestui nemetal sunt studiate la cursul de chimie anorganică de la școală. Acesta este elementul care conduce tabelul periodic al lui Mendeleev și, prin urmare, merită o descriere detaliată.
Informații scurte despre deschiderea unui element
Înainte de a analiza proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului, să aflăm cum a fost găsit acest element important.
Chimiștii care au lucrat în secolele al XVI-lea și al XVII-lea au menționat în mod repetat în scrierile lor gazul inflamabil care se eliberează atunci când acizii sunt expuși la metale active. În a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, G. Cavendish a reușit să colecteze și să analizeze acest gaz, dându-i numele de „gaz combustibil”.
Proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului nu au fost studiate în acel moment. Abia la sfârşitul secolului al XVIII-lea A. Lavoisier a putut stabili prin analiză că acest gaz putea fi obţinut prin analiza apei. Puțin mai târziu, el a început să numească noul element hidrogen, care s-a tradus înseamnă „a naște apă”. Hidrogenul își datorează numele modern rusesc lui M. F. Solovyov.
Fiind în natură
Proprietățile chimice ale hidrogenului pot fi analizate numai pe baza apariției acestuia în natură. Acest element este prezent în hidro- și litosferă și face parte și din minerale: gaze naturale și asociate, turbă, petrol, cărbune, șisturi bituminoase. Este greu de imaginat un adult care nu ar ști că hidrogenul este o componentă a apei.
În plus, acest nemetal se găsește în corpurile animalelor sub formă de acizi nucleici, proteine, carbohidrați și grăsimi. Pe planeta noastră, acest element se găsește în formă liberă destul de rar, poate doar în gazele naturale și vulcanice.
Sub formă de plasmă, hidrogenul reprezintă aproximativ jumătate din masa stelelor și a Soarelui, în plus, face parte din gazul interstelar. De exemplu, sub formă liberă, precum și sub formă de metan și amoniac, acest nemetal este prezent în comete și chiar în unele planete.
Proprietăți fizice
Înainte de a lua în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului, observăm că în condiții normale este o substanță gazoasă mai ușoară decât aerul, având mai multe forme izotopice. Este aproape insolubil în apă și are o conductivitate termică ridicată. Protium, care are un număr de masă de 1, este considerată forma sa cea mai ușoară. Tritiul, care are proprietăți radioactive, se formează în natură din azotul atmosferic atunci când neuronii îl expun la razele UV.
Caracteristicile structurii moleculei
Pentru a lua în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului și reacțiile caracteristice acestuia, să ne oprim asupra caracteristicilor structurii sale. Această moleculă diatomică conține o legătură chimică covalentă nepolară. Formarea hidrogenului atomic este posibilă prin interacțiunea metalelor active cu soluțiile acide. Dar în această formă, acest non-metal poate exista doar pentru o perioadă scurtă de timp, se recombină aproape imediat într-o formă moleculară.
Proprietăți chimice
Să luăm în considerare proprietățile chimice ale hidrogenului. În majoritatea compușilor pe care îi formează acest element chimic, acesta prezintă o stare de oxidare de +1, ceea ce îl face similar cu metalele active (alcaline). Principalele proprietăți chimice ale hidrogenului care îl caracterizează ca metal:
- interacțiunea cu oxigenul pentru a forma apă;
- reacție cu halogeni, însoțită de formarea de halogenuri de hidrogen;
- producând hidrogen sulfurat prin combinare cu sulf.
Mai jos este ecuația pentru reacțiile care caracterizează proprietățile chimice ale hidrogenului. Vă rugăm să rețineți că ca nemetal (cu stare de oxidare -1) acționează numai în reacție cu metalele active, formând hidruri corespunzătoare cu acestea.
Hidrogenul la temperaturi obișnuite reacționează inactiv cu alte substanțe, astfel încât majoritatea reacțiilor apar numai după preîncălzire.
Să ne oprim mai în detaliu asupra unora dintre interacțiunile chimice ale elementului care conduce sistemul periodic de elemente chimice al lui Mendeleev.
Reacția de formare a apei este însoțită de eliberarea a 285,937 kJ de energie. La temperaturi ridicate (mai mult de 550 de grade Celsius), acest proces este însoțit de o explozie puternică.
Printre acele proprietăți chimice ale hidrogenului gazos care și-au găsit aplicații semnificative în industrie, este de interes interacțiunea acestuia cu oxizii metalici. Prin hidrogenarea catalitică, în industria modernă, oxizii metalici sunt prelucrați, de exemplu, metalul pur este izolat din sol de fier (oxid de fier mixt). Această metodă permite reciclarea eficientă a fierului vechi.
Sinteza amoniacului, care implică interacțiunea hidrogenului cu azotul din aer, este, de asemenea, solicitată în industria chimică modernă. Printre condițiile acestei interacțiuni chimice, notăm presiunea și temperatura.
Concluzie
Este hidrogenul care este o substanță chimică slab activă în condiții normale. Pe măsură ce temperatura crește, activitatea sa crește semnificativ. Această substanță este solicitată în sinteza organică. De exemplu, hidrogenarea poate reduce cetonele în alcooli secundari și poate transforma aldehidele în alcooli primari. În plus, prin hidrogenare este posibilă transformarea hidrocarburilor nesaturate din clasa etilenei și acetilenei în compuși saturați din seria metanului. Hidrogenul este considerat pe bună dreptate o substanță simplă solicitată în producția chimică modernă.
Caracteristicile elementelor s
Blocul de elemente s include 13 elemente, comune cărora este construirea unui nivel de energie extern în atomii lor de subnivelul s.
Deși hidrogenul și heliul sunt clasificate ca elemente s, datorită naturii specifice a proprietăților lor, acestea ar trebui luate în considerare separat. Hidrogenul, sodiul, potasiul, magneziul, calciul sunt elemente vitale.
Compușii elementelor s prezintă modele generale în proprietățile lor, care se explică prin similitudinea structurii electronice a atomilor lor. Toți electronii exteriori sunt electroni de valență și participă la formarea legăturilor chimice. Prin urmare, starea maximă de oxidare a acestor elemente în compuși este egală cu număr electroni în stratul exterior și este în consecință egal cu numărul grupului în care se află elementul. Starea de oxidare a metalelor cu elemente s este întotdeauna pozitivă. O altă caracteristică este că, după ce electronii stratului exterior sunt separați, rămâne un ion cu o înveliș de gaz nobil. Pe măsură ce numărul atomic al unui element sau raza atomică crește, energia de ionizare scade (de la 5,39 eV y Li la 3,83 eV y Fr), iar activitatea de reducere a elementelor crește.
Marea majoritate a compușilor elementelor s sunt incolore (spre deosebire de compușii elementelor d), deoarece tranziția electronilor d de la niveluri scăzute de energie la niveluri mai mari de energie, ceea ce provoacă culoarea, este exclusă.
Compușii elementelor grupelor IA - IIA sunt săruri tipice într-o soluție apoasă se disociază aproape complet în ioni și nu sunt supuși hidrolizei cationice (cu excepția sărurilor Be 2+ și Mg 2+).
hidrură de hidrogen covalent ionic
Complexarea nu este tipică pentru ionii elementului s. Complexele cristaline de s - elemente cu liganzi H 2 O-hidrati cristalini sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri, de exemplu: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-borax, KAl (SO 4) 2 12H 2 O-alum. Moleculele de apă din hidrații cristalini sunt grupate în jurul cationului, dar uneori înconjoară complet anionul. Datorită încărcăturii ionice mici și razei ionilor mari, metalele alcaline sunt cel mai puțin predispuse să formeze complexe, inclusiv complexe acvatice. Ionii de litiu, beriliu și magneziu acționează ca agenți de complexare în compuși complecși cu stabilitate scăzută.
Hidrogen. Proprietățile chimice ale hidrogenului
Hidrogenul este cel mai ușor element S. Configurația sa electronică în starea fundamentală este 1S 1. Un atom de hidrogen este format dintr-un proton și un electron. Particularitatea hidrogenului este că electronul său de valență este situat direct în sfera de acțiune a nucleului atomic. Hidrogenul nu are un strat de electroni intermediar, astfel încât hidrogenul nu poate fi considerat un analog electronic al metalelor alcaline.
Ca și metalele alcaline, hidrogenul este un agent reducător și prezintă o stare de oxidare de +1. Spectrele hidrogenului sunt similare cu cele ale metalelor alcaline. Ceea ce face ca hidrogenul să fie similar cu metalele alcaline este capacitatea sa de a produce un ion H + hidratat, încărcat pozitiv, în soluții.
Asemenea unui halogen, atomului de hidrogen îi lipsește un electron. Aceasta determină existența ionului hidrură H - .
În plus, ca și atomii de halogen, atomii de hidrogen sunt caracterizați printr-o energie de ionizare ridicată (1312 kJ/mol). Astfel, hidrogenul ocupă o poziție specială în Tabelul Periodic al Elementelor.
Hidrogenul este cel mai abundent element din univers, reprezentând până la jumătate din masa soarelui și a majorității stelelor.
Pe Soare și pe alte planete, hidrogenul se află în stare atomică, în mediul interstelar sub formă de molecule diatomice parțial ionizate.
Hidrogenul are trei izotopi; protiu 1 H, deuteriu 2 D și tritiu 3 T, iar tritiul este un izotop radioactiv.
Moleculele de hidrogen se disting prin rezistență ridicată și polarizabilitate scăzută, dimensiuni mici și masă redusă și au mobilitate ridicată. Prin urmare, hidrogenul are puncte de topire foarte scăzute (-259,2 o C) și puncte de fierbere (-252,8 o C). Datorită energiei mari de disociere (436 kJ/mol), dezintegrarea moleculelor în atomi are loc la temperaturi peste 2000 o C. Hidrogenul este un gaz incolor, inodor și insipid. Are o densitate scăzută - 8,99·10 -5 g/cm La presiuni foarte mari, hidrogenul se transformă în stare metalică. Se crede că pe planetele îndepărtate ale sistemului solar - Jupiter și Saturn, hidrogenul se află într-o stare metalică. Există o presupunere că compoziția miezului pământului include și hidrogenul metalic, unde se găsește la presiune ultra-înaltă creată de mantaua pământului.
Proprietăți chimice. La temperatura camerei, hidrogenul molecular reacționează numai cu fluor, când este iradiat cu lumină - cu clor și brom și când este încălzit cu O 2, S, Se, N 2, C, I 2.
Reacțiile hidrogenului cu oxigenul și halogenii au loc printr-un mecanism radical.
Interacțiunea cu clorul este un exemplu de reacție neramificată atunci când este iradiată cu lumină (activare fotochimică) sau când este încălzită (activare termică).
Сl+ H2 = HCl + H (dezvoltare în lanț)
H+ CI2 = HCI + CI
Explozia unui gaz detonant - un amestec hidrogen-oxigen - este un exemplu de proces cu lanț ramificat, când inițierea lanțului include nu una, ci mai multe etape:
H2 + O2 = 2OH
H+ O2 = OH+O
O+ H2 = OH+ H
OH + H2 = H2O + H
Un proces de explozie poate fi evitat dacă lucrați cu hidrogen pur.
Deoarece hidrogenul este caracterizat printr-o stare de oxidare pozitivă (+1) și negativă (-1), hidrogenul poate prezenta atât proprietăți reducătoare, cât și oxidante.
Proprietățile reducătoare ale hidrogenului se manifestă atunci când interacționează cu nemetale:
H2 (g) + CI2 (g) = 2HCI (g),
2H2 (g) + O2 (g) = 2H20 (g),
Aceste reacții au loc cu eliberarea unei cantități mari de căldură, ceea ce indică energia (rezistența) mare a legăturilor H-Cl, H-O. Prin urmare, hidrogenul prezintă proprietăți reducătoare față de mulți oxizi și halogenuri, de exemplu:
Aceasta este baza pentru utilizarea hidrogenului ca agent reducător pentru producerea de substanțe simple din oxizi de halogenură.
Un agent reducător și mai puternic este hidrogenul atomic. Se formează dintr-o descărcare de electroni moleculari în condiții de presiune scăzută.
Hidrogenul are o activitate reducătoare mare în momentul eliberării în timpul interacțiunii unui metal cu un acid. Acest hidrogen reduce CrCl3 la CrCl2:
2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^
Interacțiunea hidrogenului cu oxidul de azot (II) este importantă:
2NO + 2H2 = N2 + H2O
Folosit în sistemele de purificare pentru producerea acidului azotic.
Ca agent oxidant, hidrogenul interacționează cu metalele active:
În acest caz, hidrogenul se comportă ca un halogen, formându-se similar cu halogenurile hidruri.
Hidrururile elementelor s din grupa I au o structură ionică de tip NaCl. Din punct de vedere chimic, hidrurile ionice se comportă ca niște compuși bazici.
Hidrururile covalente includ hidruri de elemente nemetalice care sunt mai puțin electronegative decât hidrogenul însuși, de exemplu, hidruri cu compoziția SiH4, BH3, CH4. Prin natura chimică, hidrurile nemetalice sunt compuși acizi.
O trăsătură caracteristică a hidrolizei hidrururilor este eliberarea de hidrogen, reacția se desfășoară printr-un mecanism redox.
Hidrură de bază
Hidrură acidă
Datorită eliberării hidrogenului, hidroliza are loc complet și ireversibil (?H<0, ?S>0). În acest caz, hidrurile bazice formează alcalii, iar hidrurile acide formează acid.
Potențialul standard al sistemului este B. Prin urmare, ionul H este un agent reducător puternic.
În laborator, hidrogenul este produs prin reacția zincului cu acid sulfuric 20% într-un aparat Kipp.
Zincul tehnic conține adesea impurități mici de arsen și antimoniu, care sunt reduse de hidrogen în momentul eliberării în gaze otrăvitoare: arsină SbH 3 și stabină SbH Acest hidrogen te poate otrăvi. Cu zincul chimic pur, reacția decurge lent din cauza supratensiunii și nu se poate obține un curent bun de hidrogen. Viteza acestei reacții este crescută prin adăugarea de cristale de sulfat de cupru, reacția este accelerată prin formarea unui cuplu galvanic Cu-Zn.
Mai mult hidrogen pur se formează prin acțiunea alcalii asupra siliciului sau aluminiului atunci când este încălzit:
În industrie, hidrogenul pur este produs prin electroliza apei care conțin electroliți (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2).
O cantitate mare de hidrogen este produsă ca produs secundar în timpul electrolizei unei soluții apoase de clorură de sodiu cu o diafragmă care separă spațiile catodice și anodice,
Cea mai mare cantitate de hidrogen se obține prin gazeificarea combustibilului solid (antracit) cu abur de apă supraîncălzită:
Sau prin conversia gazului natural (metan) cu abur supraîncălzit:
Amestecul rezultat (gaz de sinteză) este utilizat la producerea multor compuși organici. Randamentul de hidrogen poate fi crescut prin trecerea gazului de sinteză peste catalizator, care transformă CO în CO2.
Aplicație. O cantitate mare de hidrogen este consumată în sinteza amoniacului. Pentru producerea de acid clorhidric și acid clorhidric, pentru hidrogenarea grăsimilor vegetale, pentru reducerea metalelor (Mo, W, Fe) din oxizi. Flacăra hidrogen-oxigen este folosită pentru sudarea, tăierea și topirea metalelor.
Hidrogenul lichid este folosit ca combustibil pentru rachete. Combustibilul cu hidrogen este prietenos cu mediulși consumă mai multă energie decât benzina, astfel încât în viitor poate înlocui produsele petroliere. Deja, câteva sute de mașini din lume sunt alimentate cu hidrogen. Problemele energiei hidrogenului sunt legate de stocarea și transportul hidrogenului. Hidrogenul este stocat în cisterne subterane în stare lichidă la o presiune de 100 atm. Transportul unor cantități mari de hidrogen lichid prezintă riscuri grave.
Oxigenul este cel mai abundent element de pe Pământ. Împreună cu azotul și o cantitate mică de alte gaze, oxigenul liber formează atmosfera Pământului. Conținutul său în aer este de 20,95% în volum sau 23,15% în masă. În scoarța terestră, 58% dintre atomi sunt atomi de oxigen legați (47% din masă). Oxigenul face parte din apă (rezervele de oxigen legat din hidrosferă sunt extrem de mari), din roci, multe minerale și săruri și se găsește în grăsimi, proteine și carbohidrați care alcătuiesc organismele vii. Aproape tot oxigenul liber al Pământului provine și este conservat ca rezultat al procesului de fotosinteză.
Proprietăți fizice.
Oxigenul este un gaz incolor, insipid și inodor, puțin mai greu decât aerul. Este ușor solubil în apă (31 ml de oxigen se dizolvă în 1 litru de apă la 20 de grade), dar este totuși mai bun decât alte gaze atmosferice, așa că apa este îmbogățită cu oxigen. Densitatea oxigenului în condiții normale este de 1,429 g/l. La o temperatură de -183 0 C și o presiune de 101,325 kPa, oxigenul se transformă în stare lichidă. Oxigenul lichid are o culoare albăstruie, este atras într-un câmp magnetic și, la -218,7 ° C, formează cristale albastre.
Oxigenul natural are trei izotopi O 16, O 17, O 18.
alotropie- capacitatea unui element chimic de a exista sub forma a două sau mai multe substanțe simple care diferă doar prin numărul de atomi din moleculă sau ca structură.
Ozonul O 3 – există în straturile superioare ale atmosferei la o altitudine de 20-25 km de suprafața Pământului și formează așa-numitul „strat de ozon”, care protejează Pământul de radiațiile ultraviolete dăunătoare ale Soarelui; un violet pal, gaz otrăvitor în cantități mari, cu un miros specific, înțepător, dar plăcut. Punctul de topire este -192,7 0 C, punctul de fierbere 111,9 0 C. Oxigenul îl dizolvăm mai bine în apă.
Ozonul este un agent oxidant puternic. Activitatea sa oxidativă se bazează pe capacitatea moleculei de a se descompune odată cu eliberarea de oxigen atomic:
Oxidează multe substanțe simple și complexe. Cu unele metale formează ozonide, de exemplu ozonura de potasiu:
K + O 3 = KO 3
Ozonul este produs în dispozitive speciale - ozonizatoare. În ele, sub influența unei descărcări electrice, oxigenul molecular este transformat în ozon:
O reacție similară are loc sub influența descărcărilor fulgerelor.
Utilizarea ozonului se datorează proprietăților sale puternice de oxidare: este folosit pentru albirea țesăturilor, dezinfectarea apei de băut și în medicină ca dezinfectant.
Inhalarea ozonului în cantități mari este dăunătoare: irită membranele mucoase ale ochilor și ale organelor respiratorii.
Proprietăți chimice.
În reacțiile chimice cu atomi ai altor elemente (cu excepția fluorului), oxigenul prezintă proprietăți exclusiv oxidante
Cea mai importantă proprietate chimică este capacitatea de a forma oxizi cu aproape toate elementele. În același timp, oxigenul reacționează direct cu majoritatea substanțelor, mai ales atunci când este încălzit.
Ca rezultat al acestor reacții, de regulă, se formează oxizi, mai rar peroxizi:
2Ca + O2 = 2CaO
2Ba + O2 = 2BaO
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Oxigenul nu interacționează direct cu halogenii, aurul și platina se obțin indirect; Când sunt încălzite, sulful, carbonul și fosforul ard în oxigen.
Interacțiunea oxigenului cu azotul începe doar la o temperatură de 1200 0 C sau la o descărcare electrică:
N2 + O2 = 2NO
Cu hidrogen, oxigenul formează apă:
2H2 + O2 = 2H2O
În timpul acestei reacții, se eliberează o cantitate semnificativă de căldură.
Un amestec de două volume de hidrogen cu un volum de oxigen explodează atunci când este aprins; se numește gaz detonant.
Multe metale la contactul cu oxigenul atmosferic sunt supuse distrugerii - coroziunii. Unele metale în condiții normale sunt oxidate numai de la suprafață (de exemplu, aluminiu, crom). Filmul de oxid rezultat previne interacțiunea ulterioară.
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
În anumite condiții, substanțele complexe interacționează și cu oxigenul. În acest caz, se formează oxizi, iar în unele cazuri, oxizi și substanțe simple.
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
H2S + O2 = 2SO2 + 2H2O
4NН 3 +ЗО 2 =2N 2 +6Н 2 О
4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O
Atunci când interacționează cu substanțe complexe, oxigenul acționează ca un agent oxidant. Proprietatea sa importantă, capacitatea de a menține combustie substante.
Oxigenul formează și un compus cu hidrogen - peroxid de hidrogen H 2 O 2 - un lichid transparent incolor, cu gust astringent înțepător, foarte solubil în apă. Din punct de vedere chimic, peroxidul de hidrogen este un compus foarte interesant. Se caracterizează printr-o stabilitate scăzută: atunci când sta în picioare, se descompune încet în apă și oxigen:
H2O2 = H2O + O2
Lumina, căldura, prezența alcalinelor și contactul cu agenții oxidanți sau reducători accelerează procesul de descompunere. Starea de oxidare a oxigenului în peroxid de hidrogen = - 1, i.e. are o valoare intermediară între starea de oxidare a oxigenului din apă (-2) și din oxigenul molecular (0), deci peroxidul de hidrogen prezintă dualitate redox. Proprietățile oxidante ale peroxidului de hidrogen sunt mult mai pronunțate decât proprietățile reducătoare și se manifestă în medii acide, alcaline și neutre.
H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O
Hidrogenul este numărul unu în tabelul periodic, în grupele I și VII deodată. Simbolul pentru hidrogen este H (lat. Hidrogeniu). Este un gaz foarte ușor, incolor și inodor. Există trei izotopi ai hidrogenului: 1H - protiu, 2H - deuteriu și 3H - tritiu (radioactiv). Aerul sau oxigenul în reacție cu hidrogenul simplu H₂ este foarte inflamabil și, de asemenea, exploziv. Hidrogenul nu emite produse toxice. Este solubil în etanol și o serie de metale (în special subgrupul lateral).
Abundența de hidrogen pe Pământ
La fel ca oxigenul, hidrogenul este de mare importanță. Dar, spre deosebire de oxigen, aproape tot hidrogenul este legat de alte substanțe. Se găsește în stare liberă doar în atmosferă, dar cantitatea sa acolo este extrem de nesemnificativă. Hidrogenul face parte din aproape toți compușii organici și organismele vii. Cel mai adesea se găsește sub formă de oxid - apă.
Caracteristici fizico-chimice
Hidrogenul este inactiv, iar atunci când este încălzit sau în prezența catalizatorilor, reacționează cu aproape toate elementele chimice simple și complexe.
Reacția hidrogenului cu elemente chimice simple
La temperaturi ridicate, hidrogenul reacţionează cu oxigenul, sulful, clorul şi azotul. vei afla ce experimente cu gaze se pot face acasa.
Experiență de interacțiune a hidrogenului cu oxigenul în condiții de laborator
Să luăm hidrogen pur, care vine prin tubul de evacuare a gazului, și să-i dăm foc. Va arde cu o flacără abia vizibilă. Dacă puneți un tub de hidrogen în orice vas, acesta va continua să ardă și se vor forma picături de apă pe pereți. Acest oxigen a reacționat cu hidrogenul:
2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q
Când hidrogenul arde, se generează multă energie termică. Temperatura combinației de oxigen și hidrogen ajunge la 2000 °C. Oxigenul a oxidat hidrogenul, deci această reacție se numește reacție de oxidare.
În condiții normale (fără încălzire), reacția se desfășoară lent. Și la temperaturi peste 550 ° C are loc o explozie (se formează așa-numitul gaz detonant). În trecut, hidrogenul era adesea folosit în baloane, dar au fost multe accidente din cauza formării gazului detonant. Integritatea mingii a fost ruptă și a avut loc o explozie: hidrogenul a reacționat cu oxigenul. Prin urmare, acum este utilizat heliu, care este încălzit periodic cu o flacără.
Clorul reacţionează cu hidrogenul pentru a forma acid clorhidric (numai în prezenţa luminii şi căldurii). Reacția chimică a hidrogenului și a clorului arată astfel:
H2 + CI2 = 2HCI
Fapt interesant: reacția fluorului cu hidrogenul provoacă o explozie chiar și în întuneric și temperaturi sub 0 ° C.
Interacțiunea azotului cu hidrogenul poate avea loc numai atunci când este încălzit și în prezența unui catalizator. Această reacție produce amoniac. Ecuația reacției:
ЗН₂ + N2 = 2NN₃
Reacția dintre sulf și hidrogen are loc pentru a forma un gaz - hidrogen sulfurat. Rezultatul este un miros de ou stricat:
H2 + S = H2S
Hidrogenul nu numai că se dizolvă în metale, dar poate și reacționa cu ele. Ca rezultat, se formează compuși care se numesc hidruri. Unele hidruri sunt folosite ca combustibil în rachete. De asemenea, sunt folosite pentru a produce energie nucleară.
Reacția cu elemente chimice complexe
De exemplu, hidrogen cu oxid de cupru. Să luăm un tub de hidrogen și să-l trecem prin pulberea de oxid de cupru. Întreaga reacție are loc atunci când este încălzită. Pulberea neagră de cupru va deveni roșu maroniu (culoare simplă a cupru). Pe zonele neîncălzite ale balonului vor apărea și picături de lichid - acesta s-a format.
Reactie chimica:
CuO + H2 = Cu + H2O
După cum putem vedea, hidrogenul a reacționat cu oxidul și a redus cuprul.
Reacții de recuperare
Dacă o substanță îndepărtează un oxid în timpul unei reacții, aceasta este un agent reducător. Folosind exemplul reacției oxidului de cupru cu, vedem că hidrogenul era un agent reducător. De asemenea, reacționează cu alți oxizi, cum ar fi HgO, MoO₃ și PbO. În orice reacție, dacă unul dintre elemente este un agent de oxidare, celălalt va fi un agent reducător.
Toți compușii cu hidrogen
Compuși de hidrogen cu nemetale- gaze foarte volatile și otrăvitoare (de exemplu, hidrogen sulfurat, silan, metan).
Halogenuri de hidrogen- Clorura de hidrogen este cea mai frecvent utilizată. Când este dizolvat, formează acid clorhidric. Această grupă include și: acidul fluorhidric, hidrogen iodură și hidrogen bromură. Toți acești compuși au ca rezultat formarea acizilor corespunzători.
Apă oxigenată(formula chimică H₂O₂) prezintă proprietăți oxidante puternice.
Hidroxizi de hidrogen sau apă H₂O.
Hidruri- sunt compuși cu metale.
Hidroxizi- sunt acizi, baze și alți compuși care conțin hidrogen.
Compusi organici: proteine, grasimi, lipide, hormoni si altele.
- Când va funcționa vraja dragostei?
- Săgetător și Taur - compatibilitate în dragoste și viața de familie Asemănări între bărbatul Taur și femeia Săgetător
- Rugăciunea în limba tătară împotriva rugăciunilor tătarilor daune înainte
- Decodificarea cărții de tarot Manara „Călărețul apei” Decodarea cărții de tarot Manara „Călărețul apei”