Hidrogenul este primul element din Tabelul Periodic al Elementelor Chimice și are un număr atomic de 1 și o masă atomică relativă de 1,0079. Care sunt proprietățile fizice ale hidrogenului?
Proprietățile fizice ale hidrogenului
Tradus din latină, hidrogen înseamnă „nașterea apei”. În 1766, omul de știință englez G. Cavendish a colectat „aerul combustibil” eliberat atunci când acizii acționează asupra metalelor și a început să-i studieze proprietățile. În 1787, A. Lavoisier a identificat acest „aer combustibil” ca un nou element chimic care face parte din apă.
Orez. 1. A. Lavoisier.
Hidrogenul are 2 izotopi stabili - protiu și deuteriu, precum și unul radioactiv - tritiu, a cărui cantitate este foarte mică pe planeta noastră.
Hidrogenul este cel mai abundent element din spațiu. Soarele și majoritatea stelelor au hidrogenul ca element principal. Acest gaz se găsește și în apă, petrol și gaze naturale. Conținutul total de hidrogen de pe Pământ este de 1%.
Orez. 2. Formula hidrogenului.
Un atom din această substanță conține un nucleu și un electron. Când hidrogenul pierde un electron, formează un ion încărcat pozitiv, ceea ce înseamnă că prezintă proprietăți metalice. Dar atomul de hidrogen este capabil nu numai să piardă, ci și să câștige un electron. În acest sens, este foarte asemănător cu halogenii. Prin urmare, hidrogenul din Tabelul Periodic aparține ambelor grupe I și VII. Proprietățile nemetalice ale hidrogenului sunt mai pronunțate.
O moleculă de hidrogen este formată din doi atomi legați printr-o legătură covalentă
În condiții normale, hidrogenul este un element gazos incolor, inodor și fără gust. Este de 14 ori mai ușor decât aerul, iar punctul său de fierbere este de -252,8 grade Celsius.
Tabelul „Proprietățile fizice ale hidrogenului”
Pe lângă proprietățile fizice, hidrogenul are și o serie de proprietăți chimice. Hidrogenul, atunci când este încălzit sau sub influența catalizatorilor, reacționează cu metale și nemetale, sulful, seleniul, telurul și poate reduce, de asemenea, oxizii multor metale.
Producția de hidrogen
Dintre metodele industriale de producere a hidrogenului (cu excepția electrolizei soluțiilor apoase de sare), trebuie remarcate următoarele:
- trecerea vaporilor de apă prin cărbune fierbinte la o temperatură de 1000 de grade:
- conversia metanului cu vapori de apă la o temperatură de 900 de grade:
CH4+2H20=C02+4H2
Hidrogenul este un gaz; este pe primul loc în Tabelul Periodic. Numele acestui element, larg răspândit în natură, este tradus din latină ca „generator de apă”. Deci, ce proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului cunoaștem?
Hidrogen: informații generale
În condiții normale, hidrogenul nu are gust, miros, nu are culoare.
Orez. 1. Formula hidrogenului.
Deoarece un atom are un nivel de energie electronică, care poate conține maximum doi electroni, atunci pentru o stare stabilă atomul poate fie să accepte un electron (starea de oxidare -1), fie să renunțe la un electron (starea de oxidare +1), prezentând o valență constantă I De aceea simbolul pentru elementul hidrogen este plasat nu numai în grupa IA (subgrupul principal al grupului I) împreună cu metalele alcaline, ci și în grupul VIIA (subgrupul principal al grupului VII) împreună cu halogenii. . De asemenea, atomilor de halogen le lipsește un electron pentru a umple nivelul exterior și ei, ca și hidrogenul, sunt nemetale. Hidrogenul prezintă o stare de oxidare pozitivă în compuși în care este asociat cu mai multe elemente nemetalice electronegative și o stare de oxidare negativă în compușii cu metale.
Orez. 2. Localizarea hidrogenului în tabelul periodic.
Hidrogenul are trei izotopi, fiecare având propriul nume: protiu, deuteriu, tritiu. Cantitatea acestora din urmă pe Pământ este neglijabilă.
Proprietățile chimice ale hidrogenului
În substanța simplă H2, legătura dintre atomi este puternică (energia de legătură 436 kJ/mol), prin urmare activitatea hidrogenului molecular este scăzută. În condiții normale, reacționează numai cu metale foarte reactive, iar singurul nemetal cu care hidrogenul reacționează este fluorul:
F2 +H2 =2HF (fluorura de hidrogen)
Hidrogenul reacționează cu alte substanțe simple (metale și nemetale) și complexe (oxizi, compuși organici nespecificați), fie la iradiere și la creșterea temperaturii, fie în prezența unui catalizator.
Hidrogenul arde în oxigen, eliberând o cantitate semnificativă de căldură:
2H2 +O2 = 2H2O
Un amestec de hidrogen și oxigen (2 volume de hidrogen și 1 volum de oxigen) explodează violent atunci când este aprins și, prin urmare, este numit gaz detonant. Când lucrați cu hidrogen, trebuie respectate regulile de siguranță.
Orez. 3. Gaz exploziv.
În prezența catalizatorilor, gazul poate reacționa cu azotul:
3H2+N2=2NH3
– această reacție la temperaturi și presiuni ridicate produce amoniac în industrie.
La temperaturi ridicate, hidrogenul este capabil să reacționeze cu sulful, seleniul și telurul. iar la interacţiunea cu metale alcaline şi alcalino-pământoase are loc formarea hidrurilor: 4.3. Evaluări totale primite: 186.
În tabelul periodic, hidrogenul este situat în două grupuri de elemente care sunt complet opuse în proprietățile lor. Această caracteristică îl face complet unic. Hidrogenul nu este doar un element sau o substanță, ci este și o parte integrantă a multor compuși complecși, un element organogen și biogen. Prin urmare, să ne uităm la proprietățile și caracteristicile sale mai detaliat.
Eliberarea de gaz inflamabil în timpul interacțiunii dintre metale și acizi a fost observată încă din secolul al XVI-lea, adică în timpul formării chimiei ca știință. Celebrul om de știință englez Henry Cavendish a studiat substanța începând cu 1766 și ia dat numele de „aer combustibil”. Când a fost ars, acest gaz producea apă. Din păcate, aderarea omului de știință la teoria flogistului (ipotetică „materie ultrafină”) l-a împiedicat să ajungă la concluziile corecte.
Chimistul și naturalistul francez A. Lavoisier, împreună cu inginerul J. Meunier și cu ajutorul gazometrelor speciale, au sintetizat apa în 1783, apoi au analizat-o prin descompunerea vaporilor de apă cu fier fierbinte. Astfel, oamenii de știință au putut ajunge la concluziile corecte. Ei au descoperit că „aerul combustibil” nu este doar o parte din apă, ci poate fi obținut și din aceasta.
În 1787, Lavoisier a sugerat că gazul studiat era o substanță simplă și, în consecință, era unul dintre elementele chimice primare. El a numit-o hidrogen (din cuvintele grecești hydor - apă + gennao - nasc), adică „născând apă”.
Denumirea rusă „hidrogen” a fost propusă în 1824 de chimistul M. Soloviev. Determinarea compoziției apei a marcat sfârșitul „teoriei flogistului”. La începutul secolelor al XVIII-lea și al XIX-lea, s-a stabilit că atomul de hidrogen este foarte ușor (în comparație cu atomii altor elemente) iar masa lui a fost luată ca unitate de bază pentru compararea maselor atomice, primind o valoare egală cu 1.
Proprietăți fizice
Hidrogenul este cea mai ușoară substanță cunoscută de știință (este de 14,4 ori mai ușoară decât aerul), densitatea sa este de 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Acest material se topește (solidifică) și, respectiv, fierbe (lichefiază), la -259,1 ° C și -252,8 ° C (doar heliul are temperaturi de fierbere și de topire mai scăzute).
Temperatura critică a hidrogenului este extrem de scăzută (-240 °C). Din acest motiv, lichefierea sa este un proces destul de complex și costisitor. Presiunea critică a substanței este de 12,8 kgf/cm², iar densitatea critică este de 0,0312 g/cm³. Dintre toate gazele, hidrogenul are cea mai mare conductivitate termică: la 1 atm și 0 °C este egal cu 0,174 W/(mxK).
Capacitatea termică specifică a substanței în aceleași condiții este de 14,208 kJ/(kgxK) sau 3,394 cal/(rx°C). Acest element este ușor solubil în apă (aproximativ 0,0182 ml/g la 1 atm și 20 °C), dar bine solubil în majoritatea metalelor (Ni, Pt, Pa și altele), în special în paladiu (aproximativ 850 volume per volum de Pd ) .
Această din urmă proprietate este asociată cu capacitatea sa de a difuza, iar difuzia printr-un aliaj de carbon (de exemplu, oțel) poate fi însoțită de distrugerea aliajului din cauza interacțiunii hidrogenului cu carbonul (acest proces se numește decarbonizare). În stare lichidă, substanța este foarte ușoară (densitate - 0,0708 g/cm³ la t° = -253 °C) și fluidă (vâscozitate - 13,8 spoise în aceleași condiții).
În mulți compuși, acest element prezintă o valență +1 (stare de oxidare), precum sodiul și alte metale alcaline. De obicei, este considerat un analog al acestor metale. În consecință, el conduce grupa I a sistemului periodic. În hidrurile metalice, ionul de hidrogen prezintă o sarcină negativă (starea de oxidare este -1), adică Na+H- are o structură similară cu clorura Na+Cl-. În conformitate cu aceasta și alte câteva fapte (asemănarea proprietăților fizice ale elementului „H” și halogeni, capacitatea de a-l înlocui cu halogeni în compuși organici), hidrogenul este clasificat în grupa VII a sistemului periodic.
În condiții normale, hidrogenul molecular are activitate scăzută, combinându-se direct doar cu cel mai activ dintre nemetale (cu fluor și clor, cu acesta din urmă în lumină). La rândul său, atunci când este încălzit, interacționează cu multe elemente chimice.
Hidrogenul atomic are o activitate chimică crescută (comparativ cu hidrogenul molecular). Cu oxigenul formează apă după formula:
Н₂ + ½О₂ = Н₂О,
eliberând 285,937 kJ/mol de căldură sau 68,3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). În condiții normale de temperatură, reacția se desfășoară destul de lent, iar la t° >= 550 °C este incontrolabilă. Limitele explozive ale unui amestec de hidrogen + oxigen în volum sunt 4–94% H₂, iar un amestec de hidrogen + aer este de 4–74% H₂ (un amestec de două volume de H₂ și un volum de O₂ se numește gaz detonant).
Acest element este folosit pentru a reduce majoritatea metalelor, deoarece elimină oxigenul din oxizi:
Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,
CuO + H₂ = Cu + H₂O, etc.
Hidrogenul formează halogenuri de hidrogen cu diferiți halogeni, de exemplu:
H2 + CI2 = 2HCI.
Cu toate acestea, atunci când reacționează cu fluor, hidrogenul explodează (acest lucru se întâmplă și în întuneric, la -252 ° C), cu brom și clor reacţionează numai atunci când este încălzit sau iluminat, iar cu iod - numai când este încălzit. Când interacționează cu azotul, se formează amoniac, dar numai pe un catalizator, la presiuni și temperaturi ridicate:
ЗН₂ + N2 = 2NN₃.
Când este încălzit, hidrogenul reacționează activ cu sulful:
H₂ + S = H₂S (hidrogen sulfurat),
si mult mai dificil cu telur sau seleniu. Hidrogenul reacționează cu carbonul pur fără catalizator, dar la temperaturi ridicate:
2H₂ + C (amorf) = CH₄ (metan).
Această substanță reacționează direct cu unele dintre metale (alcaline, alcalino-pământoase și altele), formând hidruri, de exemplu:
H2 + 2Li = 2LiH.
Interacțiunile dintre hidrogen și monoxid de carbon (II) sunt de o importanță practică considerabilă. În acest caz, în funcție de presiune, temperatură și catalizator, se formează diferiți compuși organici: HCHO, CH₃OH etc. Hidrocarburile nesaturate în timpul reacției devin saturate, de exemplu:
С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.
Hidrogenul și compușii săi joacă un rol excepțional în chimie. Determină proprietățile acide ale așa-numitelor. acizii protici, tinde să formeze legături de hidrogen cu diverse elemente, care au un efect semnificativ asupra proprietăților multor compuși anorganici și organici.
Producția de hidrogen
Principalele tipuri de materii prime pentru producția industrială a acestui element sunt gazele de rafinare a petrolului, gazele combustibile naturale și gazele de cocs. De asemenea, se obține din apă prin electroliză (în locurile unde este disponibilă electricitatea). Una dintre cele mai importante metode de producere a materialului din gaze naturale este interacțiunea catalitică a hidrocarburilor, în principal a metanului, cu vaporii de apă (așa-numita conversie). De exemplu:
CH2 + H20 = CO + ZN2.
Oxidarea incompletă a hidrocarburilor cu oxigen:
CH₄ + ½O2 = CO + 2H2.
Monoxidul de carbon sintetizat (II) suferă conversie:
CO + H2O = CO2 + H2.
Hidrogenul produs din gaze naturale este cel mai ieftin.
Pentru electroliza apei se folosește curent continuu, care este trecut printr-o soluție de NaOH sau KOH (acizii nu sunt folosiți pentru a evita coroziunea echipamentului). În condiții de laborator, materialul este obținut prin electroliza apei sau ca rezultat al reacției dintre acidul clorhidric și zinc. Cu toate acestea, materialul de fabrică gata făcut în cilindri este folosit mai des.
Acest element este izolat de gazele de rafinare a petrolului și de gazul cuptorului de cocs prin îndepărtarea tuturor celorlalte componente ale amestecului de gaze, deoarece se lichefiază mai ușor în timpul răcirii profunde.
Acest material a început să fie produs industrial la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Pe atunci era folosit pentru umplerea baloanelor. În prezent, hidrogenul este utilizat pe scară largă în industrie, în special în industria chimică, pentru producerea de amoniac.
Consumatorii în masă ai substanței sunt producători de alcool metilic și alți alcooli, benzină sintetică și multe alte produse. Sunt obținute prin sinteza din monoxid de carbon (II) și hidrogen. Hidrogenul este utilizat pentru hidrogenarea combustibililor lichizi grei și solizi, grăsimilor etc., pentru sinteza HCl, hidrotratarea produselor petroliere, precum și în tăierea/sudarea metalelor. Cele mai importante elemente pentru energia nucleară sunt izotopii săi - tritiu și deuteriu.
Rolul biologic al hidrogenului
Aproximativ 10% din masa organismelor vii (în medie) provine din acest element. Face parte din apă și din cele mai importante grupuri de compuși naturali, inclusiv proteine, acizi nucleici, lipide și carbohidrați. Pentru ce este folosit?
Acest material joacă un rol decisiv: în menținerea structurii spațiale a proteinelor (cuaternar), în implementarea principiului complementarității acizilor nucleici (adică în implementarea și stocarea informațiilor genetice) și, în general, în „recunoașterea” la nivel molecular. nivel.
Ionul de hidrogen H+ participă la reacții/procese dinamice importante din organism. Inclusiv: în oxidarea biologică, care asigură energie celulelor vii, în reacțiile de biosinteză, în fotosinteză la plante, în fotosinteza bacteriană și fixarea azotului, în menținerea echilibrului acido-bazic și homeostaziei, în procesele de transport membranar. Alături de carbon și oxigen, formează baza funcțională și structurală a fenomenelor vieții.
Are propria sa poziție specifică în tabelul periodic, care reflectă proprietățile pe care le prezintă și vorbește despre structura sa electronică. Cu toate acestea, printre toate există un atom special care ocupă două celule simultan. Este situat în două grupuri de elemente care sunt complet opuse în proprietățile lor. Acesta este hidrogen. Astfel de caracteristici îl fac unic.
Hidrogenul nu este doar un element, ci și o substanță simplă, precum și o parte integrantă a multor compuși complecși, un element biogen și organogen. Prin urmare, să luăm în considerare caracteristicile și proprietățile sale mai detaliat.
Hidrogenul ca element chimic
Hidrogenul este un element din primul grup al subgrupului principal, precum și al șaptelea grup al subgrupului principal în prima perioadă minoră. Această perioadă este formată din doar doi atomi: heliu și elementul pe care îl luăm în considerare. Să descriem principalele caracteristici ale poziției hidrogenului în tabelul periodic.
- Numărul atomic al hidrogenului este 1, numărul de electroni este același și, în consecință, numărul de protoni este același. Masa atomică - 1,00795. Există trei izotopi ai acestui element cu numere de masă 1, 2, 3. Cu toate acestea, proprietățile fiecăruia dintre ei sunt foarte diferite, deoarece o creștere a masei chiar și cu unul pentru hidrogen este imediat dublă.
- Faptul că conține doar un electron pe suprafața sa exterioară îi permite să prezinte cu succes atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare. În plus, după ce a donat un electron, acesta rămâne cu un orbital liber, care participă la formarea legăturilor chimice conform mecanismului donor-acceptor.
- Hidrogenul este un agent reducător puternic. Prin urmare, locul său principal este considerat a fi primul grup al subgrupului principal, unde conduce cele mai active metale - alcaline.
- Cu toate acestea, atunci când interacționează cu agenți reducători puternici, cum ar fi metalele, poate fi și un agent oxidant, acceptând un electron. Acești compuși se numesc hidruri. Conform acestei caracteristici, conduce subgrupul de halogeni cu care este similar.
- Datorită masei sale atomice foarte mici, hidrogenul este considerat cel mai ușor element. În plus, densitatea sa este, de asemenea, foarte scăzută, deci este și un reper pentru ușurință.
Astfel, este evident că atomul de hidrogen este un element complet unic, spre deosebire de toate celelalte elemente. În consecință, proprietățile sale sunt și ele deosebite, iar substanțele simple și complexe formate sunt foarte importante. Să le luăm în considerare mai departe.
Substanță simplă
Dacă vorbim despre acest element ca moleculă, atunci trebuie să spunem că este diatomic. Adică hidrogenul (o substanță simplă) este un gaz. Formula sa empirică va fi scrisă ca H2, iar formula sa grafică va fi scrisă printr-o singură relație sigma H-H. Mecanismul de formare a legăturilor între atomi este covalent nepolar.
- Reformarea metanului cu abur.
- Gazeificarea cărbunelui - procesul presupune încălzirea cărbunelui la 1000 0 C, rezultând formarea hidrogenului și a cărbunelui cu conținut ridicat de carbon.
- Electroliză. Această metodă poate fi utilizată numai pentru soluții apoase de diferite săruri, deoarece topiturile nu conduc la o descărcare de apă la catod.
Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:
- Hidroliza hidrururilor metalice.
- Efectul acizilor diluați asupra metalelor active și a activității medii.
- Interacțiunea metalelor alcaline și alcalino-pământoase cu apa.
Pentru a colecta hidrogenul produs, trebuie să țineți eprubeta cu susul în jos. La urma urmei, acest gaz nu poate fi colectat în același mod ca, de exemplu, dioxidul de carbon. Acesta este hidrogen, este mult mai ușor decât aerul. Se evaporă rapid, iar în cantități mari explodează atunci când este amestecat cu aer. Prin urmare, eprubeta ar trebui să fie inversată. După umplere, acesta trebuie închis cu un dop de cauciuc.
Pentru a verifica puritatea hidrogenului colectat, ar trebui să aduceți un chibrit aprins la gât. Dacă bataia este plictisitoare și liniștită, înseamnă că gazul este curat, cu impurități minime ale aerului. Dacă este zgomotos și șuieră, este murdar, cu o mare proporție de componente străine.
Domenii de utilizare
Când hidrogenul este ars, se eliberează o cantitate atât de mare de energie (căldură), încât acest gaz este considerat cel mai profitabil combustibil. În plus, este prietenos cu mediul. Cu toate acestea, până în prezent, aplicarea sa în acest domeniu este limitată. Acest lucru se datorează problemelor prost concepute și nerezolvate de sinteză a hidrogenului pur, care ar fi potrivit pentru utilizare ca combustibil în reactoare, motoare și dispozitive portabile, precum și în cazanele de încălzire rezidențiale.
La urma urmei, metodele de producere a acestui gaz sunt destul de costisitoare, așa că mai întâi este necesar să se dezvolte o metodă specială de sinteză. Una care vă va permite să obțineți produsul în volume mari și la costuri minime.
Există mai multe domenii principale în care gazul pe care îl luăm în considerare este utilizat.
- Sinteze chimice. Hidrogenarea este folosită pentru a produce săpunuri, margarine și materiale plastice. Cu participarea hidrogenului, metanolul și amoniacul, precum și alți compuși, sunt sintetizați.
- În industria alimentară - ca aditiv E949.
- Industria aviației (știința rachetelor, producția de avioane).
- Industria energiei electrice.
- Meteorologie.
- Combustibil ecologic.
Evident, hidrogenul este la fel de important, pe atât de abundent în natură. Diferiții compuși pe care îi formează joacă un rol și mai mare.
Compuși cu hidrogen
Acestea sunt substanțe complexe care conțin atomi de hidrogen. Există mai multe tipuri principale de astfel de substanțe.
- Halogenuri de hidrogen. Formula generală este HHal. Printre acestea, o importanță deosebită este clorura de hidrogen. Este un gaz care se dizolvă în apă pentru a forma o soluție de acid clorhidric. Acest acid este utilizat pe scară largă în aproape toate sintezele chimice. Mai mult, atât organice cât și anorganice. Clorura de hidrogen este un compus cu formula empirică HCL și este unul dintre cele mai mari produse anual în țara noastră. Halogenurile de hidrogen includ, de asemenea, iodură de hidrogen, fluorură de hidrogen și bromură de hidrogen. Toate formează acizii corespunzători.
- Volatile Aproape toate sunt gaze destul de otrăvitoare. De exemplu, hidrogen sulfurat, metan, silan, fosfină și altele. În același timp, sunt foarte inflamabile.
- Hidrurile sunt compuși cu metale. Ele aparțin clasei sărurilor.
- Hidroxizi: baze, acizi și compuși amfoteri. Ele conțin neapărat atomi de hidrogen, unul sau mai mulți. Exemplu: NaOH, K2, H2SO4 şi altele.
- Hidroxid de hidrogen. Acest compus este mai bine cunoscut sub numele de apă. Un alt nume este oxid de hidrogen. Formula empirică arată astfel - H 2 O.
- Apă oxigenată. Acesta este un agent oxidant puternic, a cărui formulă este H 2 O 2.
- Numeroși compuși organici: hidrocarburi, proteine, grăsimi, lipide, vitamine, hormoni, uleiuri esențiale și altele.
Este evident că varietatea de compuși ai elementului pe care îl luăm în considerare este foarte mare. Acest lucru confirmă încă o dată importanța sa ridicată pentru natură și oameni, precum și pentru toate ființele vii.
- acesta este cel mai bun solvent
După cum am menționat mai sus, numele comun pentru această substanță este apă. Este format din doi atomi de hidrogen și unul de oxigen, legați prin legături polare covalente. Molecula de apă este un dipol, asta explică multe dintre proprietățile pe care le prezintă. În special, este un solvent universal.
În mediul acvatic au loc aproape toate procesele chimice. Reacțiile interne ale metabolismului plastic și energetic la organismele vii sunt, de asemenea, efectuate folosind oxid de hidrogen.
Apa este considerată pe bună dreptate cea mai importantă substanță de pe planetă. Se știe că niciun organism viu nu poate trăi fără el. Pe Pământ poate exista în trei stări de agregare:
- lichid;
- gaz (abur);
- solid (gheață).
În funcție de izotopul hidrogenului inclus în moleculă, se disting trei tipuri de apă.
- Lumină sau protium. Un izotop cu număr de masă 1. Formula - H 2 O. Aceasta este forma obișnuită pe care o folosesc toate organismele.
- Deuteriu sau greu, formula sa este D 2 O. Contine izotopul 2 H.
- Super grele sau tritiu. Formula arată ca T 3 O, izotop - 3 H.
Rezervele de apă proaspătă protium de pe planetă sunt foarte importante. Există deja o lipsă de ea în multe țări. Sunt dezvoltate metode pentru tratarea apei sărate pentru a produce apă potabilă.
Peroxidul de hidrogen este un remediu universal
Acest compus, așa cum sa menționat mai sus, este un excelent agent de oxidare. Cu toate acestea, cu reprezentanți puternici se poate comporta și ca un restaurator. În plus, are un efect bactericid pronunțat.
Un alt nume pentru acest compus este peroxid. În această formă este utilizat în medicină. O soluție de hidrat cristalin de 3% a compusului în cauză este un medicament medical care este utilizat pentru tratarea rănilor mici în scopul dezinfectării acestora. Cu toate acestea, s-a dovedit că acest lucru crește timpul de vindecare al rănii.
Peroxidul de hidrogen este, de asemenea, utilizat în combustibilul pentru rachete, în industrie pentru dezinfecție și albire și ca agent de spumare pentru producerea de materiale adecvate (spumă, de exemplu). În plus, peroxidul ajută la curățarea acvariilor, la albirea părului și la albirea dinților. Cu toate acestea, dăunează țesuturilor, așa că nu este recomandat de specialiști în aceste scopuri.
Structura și proprietățile fizice ale hidrogenului Hidrogenul este un gaz biatomic H2. Nu are nici culoare, nici miros. Acesta este cel mai ușor gaz. Datorită acestei proprietăți, a fost folosit în baloane, dirijabile și dispozitive similare, dar utilizarea pe scară largă a hidrogenului în aceste scopuri este îngreunată de explozivitatea acestuia atunci când este amestecat cu aer.
Moleculele de hidrogen sunt nepolare și foarte mici, așa că există puține interacțiuni între ele. În acest sens, are puncte de topire foarte scăzute (-259°C) și puncte de fierbere (-253°C). Hidrogenul este practic insolubil în apă.
Hidrogenul are 3 izotopi: 1H obișnuit, deuteriu 2H sau D și tritiu radioactiv 3H sau T. Izotopii grei ai hidrogenului sunt unici prin faptul că sunt de 2 sau chiar de 3 ori mai grei decât hidrogenul obișnuit! De aceea, înlocuirea hidrogenului obișnuit cu deuteriu sau tritiu afectează în mod semnificativ proprietățile substanței (de exemplu, punctele de fierbere ale hidrogenului obișnuit H2 și deuteriului D2 diferă cu 3,2 grade). Interacțiunea hidrogenului cu substanțe simple Hidrogenul este un nemetal cu electronegativitate medie. Prin urmare, are atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare.
Proprietățile oxidante ale hidrogenului se manifestă în reacții cu metale tipice - elemente ale principalelor subgrupe ale grupelor I-II ale tabelului periodic. Cele mai active metale (alcaline și alcalino-pământoase) când sunt încălzite cu hidrogen dau hidruri - substanțe solide asemănătoare sărurilor care conțin ionul hidrură H- în rețeaua cristalină. 2Na + H2 = 2NaH ; Ca + H2 = CaH2 Proprietățile reducătoare ale hidrogenului se manifestă în reacții cu nemetale mai tipice decât hidrogenul: 1) Interacțiunea cu halogenii H2 + F2 = 2HF
Interacțiunea cu analogii de fluor - clor, brom, iod - se desfășoară în mod similar. Pe măsură ce activitatea halogenului scade, intensitatea reacției scade. Reacția cu fluorul are loc exploziv în condiții normale, reacția cu clorul necesită lumină sau încălzire, iar reacția cu iod are loc numai cu încălzire puternică și este reversibilă. 2) Interacțiunea cu oxigenul 2H2 + O2 = 2H2O Reacția are loc cu o degajare mare de căldură, uneori cu o explozie. 3) Interacțiunea cu sulful H2 + S = H2S Sulful este un nemetal mult mai puțin activ decât oxigenul, iar interacțiunea cu hidrogenul are loc calm.b 4) Interacțiunea cu azotul 3H2 + N2↔ 2NH3 Reacția este reversibilă și are loc într-o măsură vizibilă numai în prezența unui catalizator, atunci când este încălzit și sub presiune. Produsul se numește amoniac. 5) Interacțiunea cu carbonul C + 2H2↔ CH4 Reacția are loc în arc electric sau la temperaturi foarte ridicate. Alte hidrocarburi sunt, de asemenea, formate ca produse secundare. 3. Interacțiunea hidrogenului cu substanțe complexe Hidrogenul prezintă și proprietăți reducătoare în reacțiile cu substanțe complexe: 1) Reducerea oxizilor metalici aflați în seria tensiunii electrochimice în dreapta aluminiului, precum și a oxizilor nemetalici: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; CuO + H2 Cu + H2O Hidrogenul este utilizat ca agent reducător pentru extragerea metalelor din minereurile oxidice. Reacțiile apar la încălzire 2) Adăugarea la substanțe organice nesaturate; С2Н4 + Н2(t;p)→ С2Н6 Reacțiile au loc în prezența unui catalizator și sub presiune. Nu ne vom referi deocamdată la alte reacții ale hidrogenului. 4. Producția de hidrogenÎn industrie, hidrogenul este produs prin prelucrarea materiilor prime de hidrocarburi - gaze naturale și asociate, cocs etc. Metode de laborator pentru producerea hidrogenului:
1) Interacțiunea metalelor care se află în seria tensiunii electrochimice a metalelor la stânga hidrogenului cu acizii. Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Mg + 2HCl = MgCl2 + H22) Interacțiunea metalelor din seria tensiunii electrochimice a metalelor din stânga magneziului cu apa rece . Acest lucru produce, de asemenea, alcalii.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Metalul, situat în seria tensiunii electrochimice a metalelor din stânga manganului, este capabil să înlocuiască hidrogenul din apă în anumite condiții (magneziu - din apă fierbinte, aluminiu - cu condiția ca pelicula de oxid să fie îndepărtată). de la suprafata).
Mg + 2H20 Mg(OH)2 + H2
Metalul, situat în seria de tensiune electrochimică a metalelor din stânga cobaltului, este capabil să înlocuiască hidrogenul din vaporii de apă. Acest lucru produce, de asemenea, un oxid.
3Fe + 4H2O vapori Fe3O4 + 4H23) Interacţiunea metalelor ai căror hidroxizi sunt amfoteri cu soluţii alcaline.
Metalele ai căror hidroxizi sunt amfoteri înlocuiesc hidrogenul din soluțiile alcaline. Trebuie să cunoașteți 2 astfel de metale - aluminiu și zinc:
2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na + + 3H2
Zn + 2KOH + 2H2O = K2 + H2
În acest caz, se formează săruri complexe - hidroxoaluminați și hidroxoaluminați.
Toate metodele enumerate până acum se bazează pe același proces - oxidarea unui metal cu un atom de hidrogen în starea de oxidare +1:
М0 + nН+ = Мn+ + n/2 H2
4) Interacțiunea hidrurilor metalice active cu apa:
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2
Acest proces se bazează pe interacțiunea hidrogenului în starea de oxidare -1 cu hidrogenul în starea de oxidare +1:
5) Electroliza soluțiilor apoase de alcaline, acizi, unele săruri:
2H2O 2H2 + O2
5. Compuși cu hidrogenÎn acest tabel din stânga, celulele elementelor care formează compuși ionici cu hidrogen - hidruri - sunt evidențiate cu o umbră ușoară. Aceste substanțe conțin ionul hidrură H-. Sunt substanțe solide, incolore, asemănătoare sării și reacționează cu apa pentru a elibera hidrogen.
Elementele principalelor subgrupe ale grupelor IV-VII formează compuși cu structură moleculară cu hidrogen. Uneori sunt numite și hidruri, dar acest lucru este incorect. Nu conțin un ion hidrură, sunt formați din molecule. De regulă, cei mai simpli compuși cu hidrogen ai acestor elemente sunt gaze incolore. Excepțiile sunt apa, care este un lichid, și fluorura de hidrogen, care este un gaz la temperatura camerei, dar este lichid în condiții normale.
Celulele întunecate indică elemente care formează compuși cu hidrogen care prezintă proprietăți acide.
Celulele întunecate cu cruce indică elemente care formează compuși cu hidrogen care prezintă proprietăți de bază.
=================================================================================
29). caracteristici generale ale proprietăților elementelor subgrupului principal 7gr. Clor. Proprietăți de Lore. Acid clorhidric. Subgrupul de halogeni include fluor, clor, brom, iod și astatin (astatina este un element radioactiv, puțin studiat). Acestea sunt elementele p din grupa VII a tabelului periodic al lui D.I. Mendeleev. La nivelul energetic exterior, atomii lor au 7 electroni ns2np5. Aceasta explică caracterul comun al proprietăților lor.
Ei adaugă cu ușurință câte un electron fiecare, prezentând o stare de oxidare de -1. Halogenii au acest grad de oxidare în compușii cu hidrogen și metale.
Cu toate acestea, atomii de halogen, pe lângă fluor, pot prezenta și stări de oxidare pozitive: +1, +3, +5, +7. Valorile posibile ale stărilor de oxidare sunt explicate prin structura electronică, care pentru atomii de fluor poate fi reprezentată prin diagramă
Fiind cel mai electronegativ element, fluorul poate accepta doar un electron pe subnivel 2p. Are un electron nepereche, deci fluorul este doar monovalent, iar starea de oxidare este întotdeauna -1.
Structura electronică a atomului de clor este exprimată prin diagrama: Atomul de clor are un electron nepereche în subnivelul 3p și starea normală (neexcitată) a clorului este monovalentă. Dar, din moment ce clorul se află în a treia perioadă, are încă cinci orbitali ai subnivelului 3d, care pot găzdui 10 electroni.
Fluorul nu are orbitali liberi, ceea ce înseamnă că în timpul reacțiilor chimice nu există nicio separare a electronilor perechi în atom. Prin urmare, atunci când se iau în considerare proprietățile halogenilor, este întotdeauna necesar să se ia în considerare caracteristicile fluorului și compușilor.
Soluțiile apoase de compuși cu hidrogen ai halogenilor sunt acizi: HF - fluorhidric (fluoric), HCl - clorhidric (clorhidric), HBr - bromhidric, HI - iodhidric.
Clor (lat.Clor), Cl, element chimic din grupa VII a sistemului periodic al lui Mendeleev, număr atomic 17, masă atomică 35,453; aparține familiei halogenului. În condiții normale (0°C, 0,1 Mn/m2 sau 1 kgf/cm2) este un gaz galben-verzui cu un miros puternic iritant. Clorul natural este format din doi izotopi stabili: 35Cl (75,77%) și 37Cl (24,23%).
Proprietățile chimice ale clorului. Configurația electronică externă a atomului de Cl este 3s2Зр5. În conformitate cu aceasta, clorul din compuși prezintă stări de oxidare de -1, +1, +3, +4, +5, +6 și +7. Raza covalentă a atomului este de 0,99 Å, raza ionică a lui Cl- este de 1,82 Å, afinitatea electronică a atomului de clor este de 3,65 eV, iar energia de ionizare este de 12,97 eV.
Din punct de vedere chimic, clorul este foarte activ, se combină direct cu aproape toate metalele (cu unele doar în prezența umezelii sau la încălzire) și cu nemetale (cu excepția carbonului, azotului, oxigenului, gazelor inerte), formând clorurile corespunzătoare, reacţionează cu mulți compuși, înlocuiește hidrogenul în hidrocarburile saturate și se alătură compușilor nesaturați. Clorul înlocuiește bromul și iodul din compușii lor cu hidrogen și metale; Dintre compușii clorului cu aceste elemente, acesta este înlocuit cu fluor. Metalele alcaline în prezența urmelor de umiditate reacţionează cu clorul la aprindere, majoritatea metalelor reacţionează cu clorul uscat doar când sunt încălzite.Fosforul se aprinde într-o atmosferă de clor, formând PCl3, iar cu clorarea ulterioară - PCl5; Sulful cu clor când este încălzit dă S2Cl2, SCl2 și alte SnClm. Arsenicul, antimoniul, bismutul, stronțiul, telurul interacționează puternic cu Clorul. Un amestec de clor și hidrogen arde cu o flacără incoloră sau galben-verde cu formarea de acid clorhidric (aceasta este o reacție în lanț). Cu oxigen, Clorul formează oxizi: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, precum și hipocloriți (săruri ale acidului hipocloros), cloriți, clorați și perclorați. Toți compușii cu oxigen ai clorului formează amestecuri explozive cu substanțe ușor oxidabile. Clorul din apă se hidrolizează, formând acizi hipocloros și clorhidric: Cl2 + H2O = HClO + HCl. La clorurarea soluțiilor apoase de alcaline la rece se formează hipocloriți și cloruri: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, iar la încălzire se formează clorați. Clorarea hidroxidului de calciu uscat produce înălbitor. Când amoniacul reacţionează cu clorul, se formează triclorura de azot. La clorinarea compușilor organici, clorul fie înlocuiește hidrogenul, fie unește legături multiple, formând diferiți compuși organici care conțin clor. Clorul formează compuși interhalogeni cu alți halogeni. Fluorurile ClF, ClF3, ClF3 sunt foarte reactive; de exemplu, într-o atmosferă de ClF3, vata de sticlă se aprinde spontan. Compuși cunoscuți ai clorului cu oxigen și fluor sunt oxifluorurile de clor: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 și perclorat de fluor FClO4. Acid clorhidric (acid clorhidric, acid clorhidric, acid clorhidric) - HCI, o soluție de acid clorhidric în apă; acid monoprotic puternic. Incolor (acidul clorhidric tehnic este gălbui din cauza impurităților de Fe, Cl2 etc.), „fumat” în aer, lichid caustic. Concentrația maximă la 20 °C este de 38% din greutate. Sărurile acidului clorhidric se numesc cloruri.
Interacțiunea cu agenți oxidanți puternici (permanganat de potasiu, dioxid de mangan) cu eliberarea de clor gazos:
Reacția cu amoniacul pentru a forma un fum alb gros format din cristale minuscule de clorură de amoniu:
O reacție calitativă la acidul clorhidric și sărurile sale este interacțiunea acestuia cu nitratul de argint, care formează un precipitat coagulat de clorură de argint, insolubil în acid azotic:
===============================================================================
