Vodik - koja vrsta tvari? Kemijska i fizikalna svojstva vodika

Svaki kemijski element u periodičkom sustavu ima svoj specifičan položaj, koji odražava njegova svojstva i govori o njegovoj elektronskoj strukturi. Međutim, postoji jedan od posebnih atoma koji zauzima samo dvije stanice. Nalazi se u dvije potpuno suprotne skupine elemenata prema svojstvima koja su izložena. To je vodik. Takve osobine čine ga jedinstvenima.

Vodik nije samo element, već je i jednostavna tvar, kao i sastavni dio mnogih složenih spojeva, biogenih i organogenih elemenata. Zbog toga ćemo detaljnije razmotriti njegove karakteristike i svojstva.

Vodik kao kemijski element

Vodik je element prve grupe glavne podskupine, kao i sedma skupina glavne podskupine u prvom malom razdoblju. Ovo razdoblje sastoji se od samo dva atoma: helij i element koji razmišljamo. Opišimo glavne značajke položaja vodika u periodičnom stolu.

1. Redni broj vodika je 1, broj elektrona jednak je, prema tome, isti broj protona. Atomska masa je 1.00795. Postoje tri izotopa određenog elementa s masenim brojevima 1, 2, 3. Međutim, svojstva svake od njih su vrlo različite, jer je povećanje mase čak i po jedinstvu dvostruko veće za vodik.
2. Činjenica da sadrži samo jedan elektron na vanjskoj razini energije omogućuje da se uspješno očituje u oba oksidativna i redukcijska svojstva. Osim toga, nakon oslobađanja elektrona, u njemu ostaje slobodni orbital, koji sudjeluje u formiranju kemijskih veza od strane mehanizma donatora donatora.
3. Vodik je jak redukcijski agens. Stoga je glavna skupina prva grupa glavne podskupine, gdje upravlja najaktivnijim metalima - alkalnim.
4. Međutim, kada se interakciju s jakim redukcijskim agensima, kao što su, na primjer, metali, može biti oksidator uzimanjem elektrona. Ovi spojevi se nazivaju hidridi. Na toj osnovi, vodi podskupinu halogena, s kojima je sličan.
5. Zbog vrlo male atomske mase, vodik se smatra najlakšim elementom. Osim toga, njegova gustoća je također vrlo mala, pa je također i standard lakoće.

Dakle, očito je da je atom vodika potpuno jedinstven element, za razliku od bilo kojeg drugog elementa. Slijedom toga, njegova svojstva su također posebna, a nastale jednostavne i složene tvari vrlo su važne. Razmotrimo ih dalje.

Jednostavna tvar

Ako govorimo o ovom elementu kao molekuli, moramo reći da je to diatomski. To jest, vodik (jednostavna tvar) je plin. Njegova empirijska formula bit će napisana kao H2, i grafički - kroz jednu sigma-vezu H-H. Mehanizam stvaranja veze između atoma je kovalentno nepolaran.

Čak je i Henry Cavendish 1766. godine uspio otkriti tu tvar. Bio je on koji je dokazao da je vodik plin i onaj koji je sposoban eksplodirati u zraku. Kasnije, svojstva su dobro proučena, postalo je jasno da je tvar najlakši među poznatim.

Čak i kasnije, Lavoisier je dao ime (i na element i supstancu na temelju njega) u latinskom - hidrogenium, koji u prijevodu znači "rađanje vode". Godine 1781. otkrivač ovog elementa, Henry Cavendish, dokazao je da je voda kombinacija vodika i kisika, tj. Proizvoda njihove interakcije. I taj svjetlosni plin je također vrlo zapaljiv, poznat je već u 16. stoljeću, što se odrazilo i na zapisima Paracelsusa.

Dakle, molekulski vodik je vrlo prirodno nastajan i prirodno formiran plinoviti spoj koji se sastoji od dva atoma koji mogu eksplodirati u zraku. Dodatno, molekula može propasti u atome koji sudjeluju u nuklearnim reakcijama, pretvarajući se u jezgre helija. Ti se procesi neprekidno odvijaju na Suncu iu prostoru, koji su glavni dobavljači ove veze.

Vodik je tvar koja se može očitovati i kao oksidacijsko sredstvo i kao redukcijsko sredstvo. Također pronalazi vrlo široku primjenu u ljudskoj aktivnosti.

Fizička svojstva

Fizički parametri vodika imaju slijedeće:

1. Vrelište je (-252,76 ° C).
2. Talište je (-259,2 ^° C).
3. U naznačenom rasponu temperature je bezbojna tekućina koja nema miris.
4. Pri vrlo visokom tlaku postoje snježni kristali krutog vodika.
5. Pod određenim uvjetima (visoki tlak i niske temperature) moguće je mijenjati metalno stanje.
6. Gotovo nerastvorim u vodi, pa je moguće skupljati metodom pomicanja vode u proizvodnji u laboratoriju.
7. U normalnim uvjetima, vodik je plin koji ne miris, boja i okus.
8. To je zapaljiva i eksplozivna tvar.
9. Dobro se otapa u metalima, jer je u stanju difundirati kroz njihovu debljinu.
10. Oko 14,5 puta je ovaj plin lakši od zraka.

Kristalna rešetka jednostavne tvari je molekularna, veze su slabe pa se lako uništavaju.

Kemijska svojstva

Kao što je već gore spomenuto, vodik može pokazati i svojstva redukcije i oksidacije. Moguće oksidacijske stanja elementa +1; -1. Stoga se često koristi u industriji za sinteze i različite reakcije.

Oksidirajuća svojstva vodika

1. Interakcija s aktivnim metalima (alkalna i zemnoalkalna) u normalnim uvjetima dovodi do stvaranja soli sličnih spojeva koji se nazivaju hidridi. Na primjer: LiH, CaH2, KH, MgH2 i drugi.
2. Spojevi s niskim aktivnim metalima pod utjecajem visokih temperatura ili jakog osvjetljenja (fotokemijska inicijacija reakcija) također tvore hidride.

Redukcijska svojstva vodika

1. Interakcija u normalnim uvjetima samo s fluorom (kao jak oksidant). Kao rezultat toga nastaje vodikov fluorid ili HF fluoridna kiselina.
2. Interakcija sa gotovo svim nemetalima, ali pod određenim, vrlo oštrim uvjetima. Primjeri spojeva: H2S, NH3, H20, PH3, SiH4 i drugi.
3. Vraća metale iz njihovih oksida na jednostavne tvari. Ovo je jedna od industrijskih metoda proizvodnje metala, nazvanih hidrogenotermija.

Osim toga, trebali bismo izdvojiti reakcije koje se koriste u organskoj sintezi. One se zovu hidriranje-zasićenje s vodikom i dehidrogeniranjem, tj. Cijepanjem molekule. Na temelju tih metoda transformacije proizvedu se razni ugljikovodici i drugi organski spojevi.

Biti u prirodi

Vodik je najčešća supstanca na našem planetu i izvan nje. Uostalom, gotovo svi međuzvjezdani prostori i zvijezde sastoje se upravo od te veze. U prostoru može postojati u obliku:

• plazma;
• plin;
• iona;
• atoma;
• molekule.

Postoji nekoliko vrsta oblaka različite gustoće, koji se sastoje upravo od te supstance.

Ako govorimo o širenju specifično u zemljinoj koru, tada vodik zauzima drugo mjesto u broju atoma nakon kisika, približno 17%. U slobodnom obliku je rijedak, samo u manjim količinama u sastavu suhog zraka. Najčešća veza ovog elementa je voda. U sastavu se susreće na planeti.

Također, vodik je obvezna komponenta bilo kojeg živog organizma. A u ljudskom tijelu, udio tog atoma je 63%. Vodik je organogeni element, stoga čini molekule proteina, masti, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina, kao i mnoge druge vitalne spojeve.

recepcija

Postoje različiti načini dobivanja plina koji razmišljamo. To uključuje nekoliko industrijskih i laboratorijskih opcija sinteze.

Industrijske metode proizvodnje vodika :

1. Pretvorba metana u paru.
2. Plinifikacija ugljena - proces uključuje zagrijavanje ugljena na 1000 ⁰ C, što rezultira formiranjem vodika i ugljika ugljika.
3. Elektroliza. Ova se metoda može koristiti samo za vodene otopine raznih soli, jer tališta ne dovode do ispuštanja vode na katodu.

Laboratorijske metode proizvodnje vodika:

1. Hidroliza metalnih hidrida.
2. Utjecaj razrijeđenih kiselina na aktivne metale i prosječnu aktivnost.
3. Interakcija alkalnih i zemnoalkalnih metala s vodom.

Da bi sakupio dobiveni vodik, potrebno je držati cijev naopako. Uostalom, ovaj plin se ne može prikupiti kao, na primjer, ugljični dioksid. To je vodik, puno je lakši od zraka. Brzo isparava, ali u velikim količinama kada se pomiješaju s eksplodiranim zrakom. Stoga se ispitna cijev treba preokrenuti. Nakon punjenja, mora se zatvoriti gumenim čepom.

Da biste provjerili čistoću prikupljenog vodika, trebali biste dovesti osvijetljenu utakmicu na vrat. Ako je pamuk gluh i tih, to znači da je plin čist, uz minimalne nečistoće zraka. Ako glasno i zužljivo - prljavo, s velikim postotkom stranih komponenti.

Područja primjene

Kada se gori vodik, oslobađa se toliko energije (toplina), da se to plin smatra najprofitabilnijim gorivom. Osim toga, to je ekološki prihvatljivo. Međutim, dosad je njegova upotreba u ovom području ograničena. To je zbog nerazumnih i neriješenih problema sinteze čistog vodika koji bi bio prikladan za uporabu kao gorivo u reaktorima, motorima i prijenosnim uređajima, kao i kotlovima za grijanje stambenih zgrada.

Uostalom, metode dobivanja tog plina su prilično skupe, stoga je potrebno najprije razviti posebnu metodu sinteze. Takav će omogućiti dobivanje proizvoda u velikom volumenu i uz minimalne troškove.

Moguće je razlikovati nekoliko glavnih područja u kojima se plin koji smatra da nas pronalazi.

1. Kemijska sinteza. Na temelju hidrogenacije dobivaju se sapuni, margarini i plastika. Uz sudjelovanje vodika, sintetizirani su metanol i amonijak, kao i drugi spojevi.
2. U prehrambenoj industriji - kao dodatak E949.
3. Zrakoplovna industrija (raketni inženjering, konstrukcija zrakoplova).
4. Strojarstvo.
5. Meteorologija.
6. Gorivo ekološki čiste vrste.

Očito je da je vodik jednako važan kao što je u prirodi. Još veću ulogu igraju razni spojevi koji tvore.

Vodikov spojevi

To su složene tvari koje sadrže atome vodika. Mogu se razlikovati nekoliko osnovnih tipova takvih tvari.

1. Hidrogen halogenidi. Opća formula je HHal. U njima je posebno značajan vodikov klorid. To je plin koji se otapa u vodi kako bi nastala otopina klorovodične kiseline. Ova kiselina se široko koristi u gotovo svim kemijskim sintezama. I organske i anorganske. Vodikov klorid je spoj koji ima empirijsku formulu HCL i jedan je od najvećih u smislu proizvodnje u našoj zemlji godišnje. Vodik, vodikov fluorid i bromovodik također su vodikov halogenidi. Svi oni tvore odgovarajuće kiseline.
2. Hlapljivi spojevi vodika ne-metala. Gotovo svi su dovoljno otrovni plinovi. Na primjer, sumporovodik, metan, silan, fosfin i drugi. Istodobno vrlo zapaljiva.
3. Hidridi - spojevi s metalima. Odnose se na klasu soli.
4. Hidroksidi: baze, kiseline i amfoterni spojevi. Njihov sastav nužno uključuje vodikove atome, jednu ili više. Primjer: NaOH, K2 [AL (OH) ₄ ], H2S04 i drugi.
5. Vodikov hidroksid. Taj spoj je uobičajeno poznat kao voda. Drugi naziv je vodikov oksid. Empirijska formula izgleda ovako: H ₂ O.
6. Vodikov peroksid. Ovo je najjači oksidator, formula koja ima formu H202.
7. Brojni organski spojevi: ugljikovodici, proteini, masti, lipidi, vitamini, hormoni, eterična ulja i drugi.

Očito, raznolikost spojeva elemenata koji se razmatraju je vrlo velika. To još jednom potvrđuje svoj visok značaj za prirodu i čovjeka, kao i za sva živa bića.

Vodikov oksid je najbolje otapalo

Kao što je gore spomenuto, zajednički naziv ove tvari je voda. Sastoji se od dva vodikova atoma i jednog kisika, povezanih kovalentnim polarnim vezama. Vodena molekula je dipol koji objašnjava mnoga svojstva koja pokazuje. Konkretno, to je univerzalno otapalo.

U vodenom okolišu se pojavljuju gotovo svi kemijski procesi. Interne reakcije plastičnog i energetskog metabolizma u živim organizmima također se provode uz pomoć vodikovog oksida.

Voda se s pravom smatra najvažnijom supstancom na planeti. Poznato je da bez njega ne može živjeti živi organizam. Na Zemlji može postojati u tri agregatna stanja:

• tekućina;
• Plin (parna);
• Čvrsta (led).

Ovisno o vodikovom izotopu koji je dio molekule, postoje tri vrste vode.

1. Svjetlo ili protik. Izotop s masenim brojem 1. Formula - H20. Ovo je poznati oblik koji svi organizmi koriste.
2. Deuterium ili teški, njegova formula je D20. Sadrži izotop ² H.
3. Super teški ili tritium. Formula izgleda kao T3O, izotop - ³ N.

Vrlo su važne zalihe svježe protie vode na planeti. Već je u mnogim zemljama nedostajalo. Razvijaju se metode za liječenje slane vode za potrebe pića.

Vodikov peroksid je univerzalni lijek

Ovaj spoj, kao što je gore spomenuto, izvrstan je oksidator. Međutim, s jakim se predstavnicima može ponašati i kao redukcijsko sredstvo. Osim toga, ima izražen baktericidni učinak.

Drugi naziv za ovaj spoj je peroksid. U ovom se obliku koristi u medicini. 3% -tna otopina kristalnog hidrata predmetnog spoja je medicinska medicina koja se koristi za liječenje malih rana u svrhu dekontaminacije. Međutim, dokazano je da se u ovom slučaju povećava vrijeme zarastanja rana.

Također, vodikov peroksid se koristi u raketnom gorivu, u industriji za dezinfekciju i izbjeljivanje, kao sredstvo za ekspandiranje za proizvodnju prikladnih materijala (npr. Pjena). Osim toga, peroksid pomaže očuvanju akvarija, obezbojenih kosa i izbjeljivanja zuba. Međutim, istodobno oštećuje tkivo pa stručnjaci se ne preporučuju u tu svrhu.