Hydrogen - hva slags stoff? Kjemiske og fysiske egenskaper av hydrogen

Hvert kjemisk element i det periodiske systemet har sin egen spesifikke posisjon, som reflekterer dens egenskaper og taler om sin elektroniske struktur. Imidlertid er det blant alle ett spesielt atom, som opptar bare to celler. Den ligger i to helt motsatte grupper av elementer i henhold til egenskapene som er utstilt. Det er hydrogen. Slike funksjoner gjør det unikt.

Hydrogen er ikke bare et element, det er også en enkel substans, så vel som en integrert del av mange komplekse forbindelser, et biogent og organogent element. Derfor vurderer vi egenskaper og egenskaper mer detaljert.

Hydrogen som et kjemisk element

Hydrogen er et element i den første gruppen av hovedundergruppen, samt den syvende gruppen av hovedundergruppen i den første lille perioden. Denne perioden består av bare to atomer: helium og elementet vi vurderer. La oss beskrive hovedtrekkene til hydrogenposisjonen i det periodiske bordet.

1. Ordinært antall hydrogen er 1, antall elektroner er det samme, tilsvarende det samme antall protoner. Atommassen er 1,00795. Det er tre isotoper av et gitt element med masse nummer 1, 2, 3. Egenskapen til hver av dem er imidlertid veldig forskjellig, siden økningen i masse selv etter enhet er bare dobbelt for hydrogen.
2. Det faktum at det bare inneholder en elektron på det eksterne energinivået, gjør det mulig å manifestere det både oksidativt og reduserende egenskaper. I tillegg, etter at elektronen er utgitt, forblir en fri omløp i den, som deltar i dannelsen av kjemiske bindinger av donor-akseptormekanismen.
3. Hydrogen er et sterkt reduksjonsmiddel. Derfor er hovedgruppen den første gruppen av hovedundergruppen, der han leder de mest aktive metaller - alkalisk.
4. Imidlertid kan det ved interaksjon med sterke reduksjonsmidler, som for eksempel metaller, være en oksidasjonsmiddel ved å ta en elektron. Disse forbindelsene kalles hydrider. På denne bakgrunn leder han en undergruppe av halogener, som den er lik.
5. På grunn av den meget små atommassen anses hydrogen å være det letteste elementet. I tillegg er dens tetthet også veldig liten, så det er også en standard for lyshet.

Således er det åpenbart at hydrogenatomet er et helt unikt element, i motsetning til noe annet element. Følgelig er dets egenskaper også spesielle, og de enkle og komplekse stoffene som dannes er svært viktige. La oss se nærmere på dem.

Enkel substans

Hvis vi snakker om dette elementet som et molekyl, må vi si at det er diatomisk. Det vil si at hydrogen (en enkel substans) er en gass. Dens empiriske formel vil bli skrevet som H ₂ , og grafisk - gjennom en enkelt sigma-binding H-H. Mekanismen for dannelse av bindingen mellom atomer er kovalent ikke-polar.

Selv Henry Cavendish i 1766 klarte å oppdage dette stoffet. Det var han som viste at hydrogen er en gass, og en som er i stand til å eksplodere i luften. Senere ble egenskapene godt studert, det ble klart at stoffet var det enkleste blant de kjente.

Enda senere ga Lavoisier navnet (både til elementet og stoffet basert på det) på latin - hydrogenium, som i oversettelse betyr "å føde vann". I 1781 viste oppdageren av dette elementet, Henry Cavendish, at vann er en kombinasjon av hydrogen og oksygen, det vil si produktet av deres interaksjon. Og den lette gassen er også veldig brennbar, den var kjent så tidlig som på 1500-tallet, dette gjenspeiles i postene til Paracelsus.

Således er molekylært hydrogen en meget naturlig forekommende og naturlig dannet gassformig forbindelse bestående av to atomer som er i stand til å eksplodere i luft. I tillegg kan molekylet forfalle til atomer som deltar i kjerneaktige reaksjoner, og omdannes til heliumkjerner. Disse prosessene skjer kontinuerlig på Solen og i rommet, som er de viktigste leverandørene av denne forbindelsen.

Hydrogen er et stoff som kan manifestere seg både som oksidasjonsmiddel og som reduksjonsmiddel. Det finner også en meget bred anvendelse i menneskelig aktivitet.

Fysiske egenskaper

Fysiske parametere av hydrogen har følgende:

1. Kokepunktet er (-252,76 ⁰ C).
2. Smeltepunktet er (-259,2 ^° C).
3. I det angitte temperaturområdet er en fargeløs væske som ikke har lukt.
4. Ved svært høyt trykk er det snølignende krystaller av fast hydrogen.
5. Under visse forhold (høytrykk og lave temperaturer) er det mulig å bytte til metallisk tilstand.
6. Nesten nedastvorim i vann, så det er mulig å samle ved metoden for forskyvning av vann i produksjonen i laboratoriet.
7. Under normale forhold er hydrogen en gass som ikke lukter, farger og smaker.
8. Det er en brennbar og eksplosiv substans.
9. Det løses godt i metaller, da det er i stand til å diffundere gjennom tykkelsen.
10. Omtrent 14,5 ganger denne gassen er lettere enn luft.

Krystallgitteret av en enkel substans er molekylær, bindingene er svake, så de blir lett ødelagt.

Kjemiske egenskaper

Som nevnt ovenfor, er hydrogen i stand til å oppvise både reduserende og oksiderende egenskaper. Mulige oksidasjonstilstander av elementet +1; -1. Derfor brukes det ofte i bransjen for syntese og ulike reaksjoner.

Oksyderende egenskaper av hydrogen

1. Interaksjon med aktive metaller (alkalisk og alkalisk jord) under normale forhold fører til dannelse av saltlignende forbindelser som kalles hydrider. For eksempel: LiH, CaH2, KH, MgH2 og andre.
2. Forbindelser med lavaktive metaller under påvirkning av høye temperaturer eller sterk belysning (fotokjemisk initiering av reaksjoner) danner også hydrider.

Reduktive egenskaper av hydrogen

1. Interaksjon under normale forhold bare med fluor (som en sterk oksidant). Som et resultat dannes hydrogenfluorid eller flussyre HF.
2. Samspill med nesten alle ikke-metaller, men under visse ganske harde forhold. Eksempler på forbindelser: H2S, NH3, H20, PH3, SiH4 og andre.
3. Gjenoppretter metaller fra deres oksider til enkle stoffer. Dette er en av de industrielle metodene for å produsere metaller, kalt hydrogenotermi.

Separat bør vi markere reaksjonene som brukes i organisk syntese. De kalles hydrogeneringsmetning med hydrogen og dehydrogenering, det vil si ved spaltning fra molekylet. Basert på disse transformasjonsmetodene produseres en rekke hydrokarboner og andre organiske forbindelser.

Å være i naturen

Hydrogen er den vanligste substansen på vår planet og utover. Tross alt består nesten alle interstellare rom og stjerner nøyaktig av denne forbindelsen. I rommet kan det eksistere i form:

• plasma;
• gass;
• ioner;
• atomer;
• molekyler.

Det finnes flere typer skyer av forskjellig tetthet, som består nettopp av dette stoffet.

Hvis vi snakker om forplantning spesielt i jordskorpen, står hydrogen på andre plass i antall atomer etter oksygen, omtrent 17%. I fri form er sjelden, bare i mindre mengder i sammensetningen av tørr luft. Den vanligste forbindelsen til dette elementet er vann. Det er i sin sammensetning som han møter på planeten.

Også hydrogen er en obligatorisk komponent i enhver levende organisme. Og i menneskekroppen er andelen av dette atom 63%. Hydrogen er et organogent element, derfor danner det molekyler av proteiner, fett, karbohydrater og nukleinsyrer, samt mange andre vitale forbindelser.

mottak

Det er forskjellige måter å skaffe gassen vi vurderer. Disse inkluderer flere industrielle og laboratorie syntese alternativer.

Industrielle metoder for hydrogenproduksjon :

1. Steammetankonvertering.
2. Gassifisering av kull - prosessen innebærer oppvarming av kull til 1000 ^° C, noe som resulterer i dannelse av hydrogen og kull med høy karbon.
3. Elektrolyse. Denne metoden kan bare brukes til vandige løsninger av forskjellige salter, siden smelter ikke fører til vannlading ved katoden.

Laboratoriemetoder for hydrogenproduksjon:

1. Hydrolyse av metallhydrider.
2. Effekten av fortynnede syrer på aktive metaller og gjennomsnittlig aktivitet.
3. Samhandling av alkaliske og jordalkalimetaller med vann.

For å samle det resulterende hydrogenet, er det nødvendig å holde røret opp ned. Tross alt kan denne gassen ikke samles inn som for eksempel karbondioksid. Det er hydrogen, det er mye lettere enn luft. Flyter raskt, og i store mengder når blandet med luft eksploderer. Derfor må testrøret vendes om. Etter å ha fylt den, må den lukkes med en gummipropp.

For å sjekke renheten til det oppsamlede hydrogenet, bør du ta en lysende kamp i nakken. Hvis bomullen er døv og stille - det betyr at gassen er ren, med minimal luft urenheter. Hvis høyt og fløyte - skitne, med en stor prosentandel av utenlandske komponenter.

Bruksområder

Når hydrogenet brenner, frigjøres så mye energi (varme), at denne gassen betraktes som det mest lønnsomme drivstoffet. I tillegg er det miljøvennlig. Men til dags dato er bruken i dette området begrenset. Dette skyldes de urimelige og uløste problemene med syntesen av rent hydrogen, som ville være egnet til bruk som drivstoff i reaktorer, motorer og bærbare enheter, samt oppvarmingskedler til boliger.

Tross alt er metodene for å oppnå denne gassen ganske dyre, derfor er det nødvendig å utvikle en spesiell syntesemetode først. Slike som vil tillate å motta et produkt i et stort volum og med minimal utgift.

Det er mulig å skille flere hovedområder der gassen vi vurderer finner søknad.

1. Kjemisk syntese. Basert på hydrogenering, oppnås såper, margariner og plast. Med hydrogeninnhold syntetiseres metanol og ammoniakk, så vel som andre forbindelser.
2. I næringsmiddelindustrien - som tilsetningsstoff E949.
3. Luftfartsindustrien (rakettteknikk, flykonstruksjon).
4. Energiteknikk.
5. Meteorologi.
6. Brensel av en økologisk ren type.

Det er åpenbart at hydrogen er like viktig som det er i naturen. En enda større rolle er spilt av de forskjellige forbindelser som dannes av den.

Hydrogenforbindelser

Dette er komplekse stoffer som inneholder hydrogenatomer. Flere grunnleggende typer slike stoffer kan skilles.

1. Hydrogenhalogenider. Den generelle formelen er HHal. Hydrogenklorid er spesielt viktig blant dem. Det er en gass som oppløses i vann for å danne en løsning av saltsyre. Denne syren brukes mye i nesten alle kjemiske syntetiske stoffer. Og både organisk og uorganisk. Hydrogenklorid er en sammensetning som har den empiriske formel for HCL, og er en av de største produsentene i vårt land årlig. Hydrogen, hydrogenfluorid og hydrogenbromid er også hydrogenhalogenider. De danner alle de tilsvarende syrer.
2. Flyktige hydrogenforbindelser av ikke-metalliske stoffer. Nesten alle av dem er tilstrekkelig giftige gasser. For eksempel hydrogen sulfid, metan, silan, fosfin og andre. Samtidig meget brannfarlig.
3. Hydrider - forbindelser med metaller. Forhold til klassen av salter.
4. Hydroksider: baser, syrer og amfotære forbindelser. Deres sammensetning omfatter nødvendigvis hydrogenatomer, en eller flere. Eksempel: NaOH, K2 [AL (OH) ₄ ], H2S04 og andre.
5. Hydrogenhydroksid. Denne forbindelsen er mer kjent som vann. Et annet navn er hydrogenoksid. Den empiriske formelen ser slik ut: H ₂ O.
6. Hydrogenperoksid. Dette er den sterkeste oksidasjonsmidlet, hvis formel har form H202.
7. Tallrike organiske forbindelser: hydrokarboner, proteiner, fett, lipider, vitaminer, hormoner, essensielle oljer og andre.

Tydeligvis er det mange forskjellige forbindelser av elementet som er under behandling. Dette bekrefter igjen sin høye betydning for natur og menneske, så vel som for alle levende vesener.

Hydrogenoksyd er det beste løsningsmidlet

Som nevnt ovenfor er det vanlige navnet på dette stoffet vann. Den består av to hydrogenatomer og ett oksygen, koblet sammen av kovalente polære bindinger. Vannmolekylet er en dipol, som forklarer mange av egenskapene det viser. Spesielt er det et universelt løsningsmiddel.

Det er i vannmiljøet at nesten alle kjemiske prosesser oppstår. Interne reaksjoner av plast og energi metabolisme i levende organismer utføres også ved hjelp av hydrogenoksid.

Vann anses med rette som det viktigste stoffet på planeten. Det er kjent at uten det kan ingen levende organisme leve. På jorden kan det eksistere i tre aggregerte stater:

• væske;
• Gass (damp);
• Solid (is).

Avhengig av hydrogenisotop, som er en del av molekylet, er det tre typer vann.

1. Lys eller protikt. Isotop med massetall 1. Formel - H ₂ O. Dette er en kjent form som alle organismer bruker.
2. Deuterium eller tung, dens formel er D ₂ O. Den inneholder isotop ² H.
3. Super-tung eller tritium. Formelen ser ut som T ₃ O, isotop - ³ N.

Svært viktig er reserver av fersk protie vann på planeten. Allerede i mange land er det mangel på det. Metoder utvikles for å behandle saltvann til drikking.

Hydrogenperoksid er et universelt middel

Denne forbindelse, som nevnt ovenfor, er en utmerket oksidasjonsmiddel. Men med sterke representanter kan oppføre seg som en reduktant også. I tillegg har den en utprøvd bakteriedrepende effekt.

Et annet navn for denne forbindelsen er peroksid. Det er i dette skjemaet det brukes i medisin. En 3% løsning av krystallinsk hydrat av den aktuelle forbindelse er et medisinsk medisin som brukes til å behandle små sår med henblikk på dekontaminering. Det er imidlertid vist at i dette tilfellet øker sårhelingstiden.

Også hydrogenperoksid brukes i rakettbrensel, i industrien for desinfeksjon og bleking, som et blåsemiddel for fremstilling av egnede materialer (f.eks. Skum). I tillegg bidrar peroksid til å rengjøre akvarier, misfarge hår og hvite tenner. Men samtidig skader det vevet, så spesialister anbefales ikke til dette formålet.