• Știința și medicina internă în secolul al XIX-lea - începutul secolului al XX-lea Chimia secolului al XIX-lea în medicină
• Ce sunt peptidele? Tipuri și tipuri de peptide. Totul despre peptide și cosmetice anti-îmbătrânire cu peptide Nu se formează peptide suplimentare
• Efectul toxic asupra oamenilor al substanțelor chimice periculoase
• Radioautografia Metoda autoradiografiei în citologie
• Identificarea bacteriilor după structura antigenică
• Materia organică din apele uzate Ce sunt compușii organici din apă
• Indicele de hidrogen (factor pH)
• Care este pH-ul apei și de ce este important să-l cunoaștem?
• Potențial redox Sisteme redox
• Sistem redox reversibil Sisteme redox reversibile

Să aruncăm o privire la ce este hidrogenul. Proprietățile chimice și producția acestui nemetal sunt studiate în cursul chimiei anorganice la școală. Acesta este elementul care conduce sistemul periodic al lui Mendeleev și, prin urmare, merită o descriere detaliată.

Informații scurte despre deschiderea unui element

Înainte de a lua în considerare 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 repetate rânduri în scrierile lor gazul combustibil 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 denumirea de „gaz combustibil”.

Proprietățile fizice și chimice ale hidrogenului nu au fost studiate la acel moment. Abia la sfârşitul secolului al XVIII-lea, A. Lavoisier a reuşit să stabilească prin analiză că acest gaz poate fi obţinut prin analiza apei. Puțin mai târziu, a început să numească noul element hidrogen, care înseamnă „a naște apă”. Hidrogenul își datorează numele modern rusesc lui M.F. Solovyov.

Fiind în natură

Proprietățile chimice ale hidrogenului pot fi analizate doar pe baza abundenței sale 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 parte integrantă a apei.

În plus, acest nemetal se găsește în organismele animale 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 și face, de asemenea, parte din gazul interstelar. De exemplu, sub formă liberă, precum și sub formă de metan, 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, reacțiile caracteristice acestuia, să ne oprim asupra caracteristicilor structurii sale. Această moleculă diatomică are o legătură chimică covalentă nepolară. Formarea hidrogenului atomic este posibilă atunci când metalele active interacționează cu soluțiile acide. Dar în această formă, acest nemetal este capabil să existe doar pentru o perioadă de timp nesemnificativă, aproape imediat se recombină într-o formă moleculară.

Proprietăți chimice

Luați 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;
• producerea de hidrogen sulfurat atunci când este combinată cu sulf.

Mai jos este ecuația reacției care caracterizează proprietățile chimice ale hidrogenului. Atragem atenția asupra faptului că, în calitate de nemetal (cu o stare de oxidare de -1), acesta acționează numai în reacția cu metalele active, formând cu acestea hidrurile corespunzătoare.

Hidrogenul la temperatura obișnuită nu interacționează activ cu alte substanțe, astfel încât majoritatea reacțiilor sunt efectuate numai după preîncălzire.

Să ne oprim mai în detaliu asupra unor interacțiuni 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 sunt procesați oxizii metalici, de exemplu, metalul pur este izolat din sol de fier (oxid de fier mixt). Această metodă permite prelucrarea eficientă a fierului vechi.

Sinteza amoniacului, care implică interacțiunea hidrogenului cu azotul atmosferic, este, de asemenea, solicitată în industria chimică modernă. Printre condițiile pentru apariția acestei interacțiuni chimice, notăm presiunea și temperatura.

Concluzie

Este hidrogenul care este o substanță chimică inactivă în condiții normale. Pe măsură ce temperatura crește, activitatea sa crește semnificativ. Această substanță este solicitată în sinteza organică. De exemplu, prin hidrogenare, cetonele pot fi reduse la alcooli secundari, iar aldehidele pot fi transformate în alcooli primari. În plus, prin hidrogenare, hidrocarburile nesaturate din clasele etilenă și acetilenă pot fi transformate în compuși saturați din seria metanului. Hidrogenul este considerat pe bună dreptate o substanță simplă solicitată în producția chimică modernă.

Hidrogenul H este un element chimic, unul dintre cele mai comune din universul nostru. Masa hidrogenului ca element în compoziția substanțelor este de 75% din conținutul total de atomi de alt tip. Este inclusă în cea mai importantă și vitală conexiune de pe planetă - apa. O trăsătură distinctivă a hidrogenului este, de asemenea, că este primul element din sistemul periodic de elemente chimice al lui D. I. Mendeleev.

Descoperire și explorare

Primele referiri la hidrogen din scrierile lui Paracelsus datează din secolul al XVI-lea. Dar izolarea sa de amestecul gazos al aerului și studiul proprietăților combustibile au fost deja făcute în secolul al XVII-lea de omul de știință Lemery. Hidrogenul a fost studiat amănunțit de un chimist, fizician și naturalist englez care a demonstrat experimental că masa hidrogenului este cea mai mică în comparație cu alte gaze. În etapele ulterioare ale dezvoltării științei, mulți oameni de știință au lucrat cu el, în special Lavoisier, care l-a numit „născând apă”.

Caracteristic după poziţia în PSCE

Elementul care deschide tabelul periodic al lui D. I. Mendeleev este hidrogenul. Proprietățile fizice și chimice ale atomului prezintă o oarecare dualitate, deoarece hidrogenul este atribuit simultan primului grup, subgrupului principal, dacă se comportă ca un metal și cedează un singur electron în procesul unei reacții chimice și al șaptelea - în cazul umplerii complete a învelișului de valență, adică particule negative de recepție, care o caracterizează ca fiind similară cu halogenii.

Caracteristicile structurii electronice a elementului

Proprietățile substanțelor complexe în care este inclus și cea mai simplă substanță H 2 sunt determinate în primul rând de configurația electronică a hidrogenului. Particula are un electron cu Z= (-1), care se rotește pe orbita sa în jurul nucleului, conținând un proton cu unitate de masă și sarcină pozitivă (+1). Configurația sa electronică este scrisă ca 1s 1, ceea ce înseamnă prezența unei particule negative în primul și singurul orbital s pentru hidrogen.

Atunci când un electron este desprins sau cedat, iar un atom al acestui element are o asemenea proprietate încât este înrudit cu metalele, se obține un cation. De fapt, ionul de hidrogen este o particulă elementară pozitivă. Prin urmare, un hidrogen lipsit de electron se numește pur și simplu proton.

Proprietăți fizice

Descriind pe scurt hidrogenul, este un gaz incolor, ușor solubil, cu o masă atomică relativă de 2, 14,5 ori mai ușoară decât aerul, cu o temperatură de lichefiere de -252,8 grade Celsius.

Din experiență se poate observa cu ușurință că H2 este cel mai ușor. Pentru a face acest lucru, este suficient să umpleți trei bile cu diferite substanțe - hidrogen, dioxid de carbon, aer obișnuit - și să le eliberați simultan din mână. Cel care este umplut cu CO 2 va ajunge la sol mai repede decât oricine, după care va cădea umflat cu un amestec de aer, iar cel care conține H 2 se va ridica până la tavan.

Masa și dimensiunea mică a particulelor de hidrogen justifică capacitatea acestuia de a pătrunde prin diferite substanțe. Pe exemplul aceleiași mingi, acest lucru este ușor de verificat, în câteva zile se va dezumfla, deoarece gazul va trece pur și simplu prin cauciuc. De asemenea, hidrogenul se poate acumula în structura unor metale (paladiu sau platină) și se evaporă din acesta când temperatura crește.

Proprietatea de solubilitate scăzută a hidrogenului este utilizată în practica de laborator pentru a-l izola prin metoda deplasării hidrogenului (tabelul de mai jos conține principalii parametri) determină domeniul de aplicare al acestuia și metodele de producție.

Compoziție izotopică

La fel ca mulți alți reprezentanți ai sistemului periodic de elemente chimice, hidrogenul are mai mulți izotopi naturali, adică atomi cu același număr de protoni în nucleu, dar un număr diferit de neutroni - particule cu sarcină zero și unitate de masă. Exemple de atomi care au o proprietate similară sunt oxigenul, carbonul, clorul, bromul și alții, inclusiv cei radioactivi.

Proprietățile fizice ale hidrogenului 1 H, cel mai comun dintre reprezentanții acestui grup, diferă semnificativ de aceleași caracteristici ale omologilor săi. În special, caracteristicile substanțelor în care sunt incluse diferă. Deci, există apă obișnuită și deuteră, care conține în compoziția sa, în loc de atom de hidrogen cu un singur proton, deuteriu 2 H - izotopul său cu două particule elementare: pozitive și neîncărcate. Acest izotop este de două ori mai greu decât hidrogenul obișnuit, ceea ce explică diferența fundamentală în proprietățile compușilor pe care îi alcătuiesc. În natură, deuteriul este de 3200 de ori mai rar decât hidrogenul. Al treilea reprezentant este tritiul 3 H, în nucleu are doi neutroni și un proton.

Metode de obținere și izolare

Metodele de laborator și cele industriale sunt foarte diferite. Deci, în cantități mici, gazul se obține în principal prin reacții în care sunt implicate minerale, iar producția pe scară largă folosește într-o măsură mai mare sinteza organică.

În laborator sunt utilizate următoarele interacțiuni chimice:

În interes industrial, gazul se obține prin metode precum:

1. Descompunerea termică a metanului în prezența unui catalizator la substanțele sale simple constitutive (350 de grade atinge valoarea unui astfel de indicator precum temperatura) - hidrogen H 2 și carbon C.
2. Trecerea apei vaporoase prin cocs la 1000 de grade Celsius cu formarea de dioxid de carbon CO 2 și H 2 (cea mai comună metodă).
3. Conversia metanului gazos pe un catalizator de nichel la o temperatură care atinge 800 de grade.
4. Hidrogenul este un produs secundar în electroliza soluțiilor apoase de cloruri de potasiu sau de sodiu.

Interacțiuni chimice: dispoziții generale

Proprietățile fizice ale hidrogenului explică în mare măsură comportamentul său în procesele de reacție cu unul sau altul compus. Valența hidrogenului este 1, deoarece este situat în primul grup din tabelul periodic, iar gradul de oxidare arată unul diferit. În toți compușii, cu excepția hidrurilor, hidrogen în s.o. = (1+), în molecule precum XH, XH 2, XH 3 - (1-).

Molecula de hidrogen gazos, formată prin crearea unei perechi de electroni generalizate, este formată din doi atomi și este destul de stabilă energetic, motiv pentru care în condiții normale este oarecum inertă și intră în reacții atunci când condițiile normale se schimbă. În funcție de gradul de oxidare a hidrogenului în compoziția altor substanțe, acesta poate acționa atât ca agent oxidant, cât și ca agent reducător.

Substante cu care hidrogenul reactioneaza si se formeaza

Interacțiuni elementare pentru a forma substanțe complexe (adesea la temperaturi ridicate):

1. Metal alcalin și alcalino-pământos + hidrogen = hidrură.
2. Halogen + H2 = halogenură de hidrogen.
3. Sulf + hidrogen = hidrogen sulfurat.
4. Oxigen + H2 = apă.
5. Carbon + hidrogen = metan.
6. Azot + H2 = amoniac.

Interacțiunea cu substanțe complexe:

1. Obținerea gazului de sinteză din monoxid de carbon și hidrogen.
2. Recuperarea metalelor din oxizii lor cu H 2 .
3. Saturația cu hidrogen a hidrocarburilor alifatice nesaturate.

legătură de hidrogen

Proprietățile fizice ale hidrogenului sunt astfel încât, atunci când este combinat cu un element electronegativ, îi permite să formeze un tip special de legătură cu același atom din moleculele vecine care au perechi de electroni neîmpărțiți (de exemplu, oxigen, azot și fluor). Cel mai clar exemplu pe care este mai bine să luăm în considerare un astfel de fenomen este apa. Se poate spune că este cusut cu legături de hidrogen, care sunt mai slabe decât cele covalente sau ionice, dar datorită faptului că sunt multe, acestea au un efect semnificativ asupra proprietăților substanței. În esență, legătura de hidrogen este o interacțiune electrostatică care leagă moleculele de apă în dimeri și polimeri, dând naștere la punctul său de fierbere ridicat.

Hidrogenul în compoziția compușilor minerali

Toate conțin un proton - un cation al unui atom, cum ar fi hidrogenul. O substanță al cărei reziduu acid are o stare de oxidare mai mare decât (-1) se numește compus polibazic. Conține mai mulți atomi de hidrogen, ceea ce face disociarea în soluții apoase în mai multe etape. Fiecare proton ulterior se desprinde de restul acidului din ce în ce mai greu. În funcție de conținutul cantitativ de hidrogeni din mediu, se determină aciditatea acestuia.

Aplicare în activitățile umane

Cilindrii cu o substanță, precum și recipientele cu alte gaze lichefiate, cum ar fi oxigenul, au un aspect specific. Sunt vopsite în verde închis cu o inscripție roșu strălucitor „Hydrogen”. Gazul este pompat într-un cilindru sub o presiune de aproximativ 150 de atmosfere. Proprietățile fizice ale hidrogenului, în special ușurința stării gazoase de agregare, sunt folosite pentru a umple baloane, baloane etc. amestecate cu heliu.

Hidrogenul, ale căror proprietăți fizice și chimice oamenii au învățat să le folosească cu mulți ani în urmă, este utilizat în prezent în multe industrii. Cea mai mare parte este destinată producției de amoniac. De asemenea, hidrogenul este implicat în (hafniu, germaniu, galiu, siliciu, molibden, wolfram, zirconiu și altele) din oxizi, acționând în reacție ca agent reducător, acizii cianhidric și clorhidric, precum și combustibil lichid artificial. Industria alimentară îl folosește pentru a transforma uleiurile vegetale în grăsimi solide.

Am determinat proprietățile chimice și utilizarea hidrogenului în diferite procese de hidrogenare și hidrogenare a grăsimilor, cărbunilor, hidrocarburilor, uleiurilor și păcurului. Cu ajutorul acestuia se produc pietre prețioase, lămpi cu incandescență, produse metalice sunt forjate și sudate sub influența unei flăcări de oxigen-hidrogen.

Hidrogenul a fost descoperit în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea de către omul de știință englez din domeniul fizicii și chimiei G. Cavendish. A reușit să izoleze o substanță în stare pură, a început să o studieze și i-a descris proprietățile.

Aceasta este istoria descoperirii hidrogenului. În timpul experimentelor, cercetătorul a stabilit că este un gaz combustibil, a cărui ardere în aer dă apă. Aceasta a condus la determinarea compoziției calitative a apei.

Ce este hidrogenul

Hidrogenul, ca substanță simplă, a fost declarat pentru prima dată de chimistul francez A. Lavoisier în 1784, deoarece a stabilit că molecula sa conține atomi de același tip.

Numele elementului chimic în latină sună ca hidrogeniu (a se citi „hidrogeniu”), care înseamnă „a naște apă”. Numele se referă la reacția de ardere care produce apă.

Caracterizarea hidrogenului

Denumirea hidrogenului N. Mendeleev a atribuit acestui element chimic primul număr de serie, plasându-l în subgrupul principal al primului grup și în prima perioadă și condiționat în subgrupul principal al celui de-al șaptelea grup.

Greutatea atomică (masa atomică) a hidrogenului este 1,00797. Greutatea moleculară a lui H2 este 2 a. e. Masa molară este numeric egală cu aceasta.

Este reprezentat de trei izotopi cu o denumire specială: cel mai comun protiu (H), deuteriu greu (D) și tritiu radioactiv (T).

Este primul element care poate fi complet separat în izotopi într-un mod simplu. Se bazează pe diferența mare de masă a izotopilor. Procesul a fost efectuat pentru prima dată în 1933. Acest lucru se explică prin faptul că abia în 1932 a fost descoperit un izotop cu o masă de 2.

Proprietăți fizice

În condiții normale, o substanță simplă hidrogenul sub formă de molecule diatomice este un gaz, fără culoare, care nu are gust și miros. Puțin solubil în apă și alți solvenți.

Temperatura de cristalizare - 259,2 o C, punctul de fierbere - 252,8 o C. Diametrul moleculelor de hidrogen este atât de mic încât au capacitatea de a difuza încet printr-o serie de materiale (cauciuc, sticlă, metale). Această proprietate este utilizată atunci când este necesară purificarea hidrogenului de impuritățile gazoase. La n. y. hidrogenul are o densitate de 0,09 kg/m3.

Este posibil să se transforme hidrogenul într-un metal prin analogie cu elementele situate în primul grup? Oamenii de știință au descoperit că hidrogenul, în condițiile în care presiunea se apropie de 2 milioane de atmosfere, începe să absoarbă razele infraroșii, ceea ce indică polarizarea moleculelor substanței. Poate că la presiuni și mai mari, hidrogenul va deveni un metal.

Este interesant: se presupune că pe planetele gigantice, Jupiter și Saturn, hidrogenul este sub forma unui metal. Se presupune că hidrogenul solid metalic este prezent și în compoziția miezului pământului, din cauza presiunii ultra-înalte create de mantaua pământului.

Proprietăți chimice

Atât substanțele simple, cât și cele complexe intră în interacțiune chimică cu hidrogenul. Dar activitatea scăzută a hidrogenului trebuie crescută prin crearea unor condiții adecvate - creșterea temperaturii, utilizarea catalizatorilor etc.

Când sunt încălzite, substanțele simple precum oxigenul (O 2), clorul (Cl 2), azotul (N 2), sulful (S) reacţionează cu hidrogenul.

Dacă dai foc hidrogenului pur la capătul tubului de gaz în aer, acesta va arde uniform, dar abia se va observa. Dacă, totuși, tubul de evacuare a gazului este plasat într-o atmosferă de oxigen pur, atunci arderea va continua cu formarea de picături de apă pe pereții vasului, ca urmare a reacției:

Arderea apei este însoțită de degajarea unei cantități mari de căldură. Aceasta este o reacție compusă exotermă în care hidrogenul este oxidat de oxigen pentru a forma oxidul H 2 O. Este, de asemenea, o reacție redox în care hidrogenul este oxidat și oxigenul este redus.

În mod similar, reacția cu Cl 2 are loc cu formarea clorurii de hidrogen.

Interacțiunea azotului cu hidrogenul necesită temperatură ridicată și presiune ridicată, precum și prezența unui catalizator. Rezultatul este amoniacul.

Ca urmare a reacției cu sulful, se formează hidrogen sulfurat, a cărei recunoaștere facilitează mirosul caracteristic al ouălor putrede.

Starea de oxidare a hidrogenului în aceste reacții este +1, iar în hidrurile descrise mai jos, este 1.

La reacția cu unele metale, se formează hidruri, de exemplu, hidrură de sodiu - NaH. Unii dintre acești compuși complecși sunt folosiți ca combustibil pentru rachete, precum și în puterea de fuziune.

Hidrogenul reacționează și cu substanțele din categoria complexă. De exemplu, cu oxid de cupru (II), formula CuO. Pentru a efectua reacția, hidrogenul de cupru este trecut peste oxid de cupru (II) sub formă de pulbere încălzit. În cursul interacțiunii, reactivul își schimbă culoarea și devine roșu-maro, iar picăturile de apă se depun pe pereții reci ai eprubetei.

În timpul reacției, hidrogenul este oxidat pentru a forma apă, iar cuprul este redus de la oxid la o substanță simplă (Cu).

Domenii de utilizare

Hidrogenul este de mare importanță pentru oameni și este utilizat într-o varietate de domenii:

1. În industria chimică este vorba de materii prime, în alte industrii este de combustibil. Nu vă faceți fără hidrogen și întreprinderile de petrochimie și rafinarea petrolului.
2. În industria energiei electrice, această substanță simplă acționează ca un agent de răcire.
3. În metalurgia feroasă și neferoasă, hidrogenul joacă rolul de agent reducător.
4. Cu acest ajutor, se creează un mediu inert la ambalarea produselor.
5. Industria farmaceutică folosește hidrogenul ca reactiv în producerea peroxidului de hidrogen.
6. Sondele meteorologice sunt umplute cu acest gaz ușor.
7. Acest element este cunoscut și ca agent de reducere a combustibilului pentru motoarele de rachetă.

Oamenii de știință prevăd în unanimitate că hidrogenul va fi lider în sectorul energetic.

Primire în industrie

În industrie, hidrogenul este produs prin electroliză, care este supus clorurilor sau hidroxizilor metalelor alcaline dizolvate în apă. De asemenea, este posibil să se obțină hidrogen în acest mod direct din apă.

În acest scop, se folosește conversia cocsului sau a metanului cu abur. Descompunerea metanului la temperatură ridicată produce și hidrogen. Lichefierea gazului cuptorului de cocs prin metoda fracționată este utilizată și pentru producția industrială de hidrogen.

Obținere în laborator

În laborator, un aparat Kipp este folosit pentru a produce hidrogen.

Acidul clorhidric sau sulfuric și zincul acționează ca reactivi. Ca rezultat al reacției, se formează hidrogen.

Găsirea hidrogenului în natură

Hidrogenul este cel mai comun element din univers. Cea mai mare parte a stelelor, inclusiv Soarele, și a altor corpuri cosmice este hidrogen.

Este doar 0,15% în scoarța terestră. Este prezent în multe minerale, în toate substanțele organice, precum și în apa care acoperă 3/4 din suprafața planetei noastre.

În atmosfera superioară pot fi găsite urme de hidrogen pur. Se găsește și într-o serie de gaze naturale combustibile.

Hidrogenul gazos este cel mai subțire, iar hidrogenul lichid este cea mai densă substanță de pe planeta noastră. Cu ajutorul hidrogenului, poți schimba timbrul vocii, dacă o inspiri, și poți vorbi în timp ce expiri.

Cea mai puternică bombă cu hidrogen se bazează pe scindarea celui mai ușor atom.

Atomul de hidrogen are formula electronică a nivelului electronic exterior (și singurul) nivel 1 s unu . Pe de o parte, prin prezența unui electron în nivelul electronic exterior, atomul de hidrogen este similar cu atomii de metale alcaline. Cu toate acestea, la fel ca halogenii, îi lipsește doar un electron pentru a umple nivelul electronic extern, deoarece nu pot fi localizați mai mult de 2 electroni pe primul nivel electronic. Se pare că hidrogenul poate fi plasat simultan atât în ​​primul, cât și în penultimul (al șaptelea) grup al tabelului periodic, ceea ce se face uneori în diferite versiuni ale sistemului periodic:

Din punctul de vedere al proprietăților hidrogenului ca substanță simplă, acesta are totuși mai multe în comun cu halogenii. Hidrogenul, precum și halogenii, este un nemetal și formează molecule diatomice (H 2) în mod similar cu acestea.

În condiții normale, hidrogenul este o substanță gazoasă, inactivă. Activitatea scăzută a hidrogenului se explică prin rezistența ridicată a legăturii dintre atomii de hidrogen din moleculă, care necesită fie încălzire puternică, fie utilizarea catalizatorilor, fie ambele în același timp, pentru a o rupe.

Interacțiunea hidrogenului cu substanțe simple

cu metale

Dintre metale, hidrogenul reacționează numai cu alcaline și alcalino-pământoase! Metalele alcaline includ metale din subgrupul principal al grupului I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), iar metalele alcalino-pământoase sunt metale din subgrupul principal al grupului II, cu excepția beriliului și magneziului (Ca, Sr, Ba). , Ra)

Când interacționează cu metalele active, hidrogenul prezintă proprietăți oxidante, de exemplu. scade starea sa de oxidare. În acest caz, se formează hidruri de metale alcaline și alcalino-pământoase, care au o structură ionică. Reacția are loc atunci când este încălzită:

Trebuie remarcat faptul că interacțiunea cu metalele active este singurul caz în care hidrogenul molecular H2 este un agent oxidant.

cu nemetale

Dintre nemetale, hidrogenul reactioneaza doar cu carbonul, azotul, oxigenul, sulful, seleniul si halogenii!

Carbonul ar trebui înțeles ca grafit sau carbon amorf, deoarece diamantul este o modificare alotropică extrem de inertă a carbonului.

Când interacționează cu nemetale, hidrogenul poate îndeplini doar funcția de agent reducător, adică poate crește doar starea de oxidare:

Interacțiunea hidrogenului cu substanțe complexe

cu oxizi metalici

Hidrogenul nu reacționează cu oxizii metalici care sunt în seria de activitate a metalelor până la aluminiu (inclusiv), cu toate acestea, este capabil să reducă mulți oxizi metalici la dreapta aluminiului atunci când este încălzit:

cu oxizi nemetalici

Dintre oxizii nemetalici, hidrogenul reacționează atunci când este încălzit cu oxizi de azot, halogeni și carbon. Dintre toate interacțiunile hidrogenului cu oxizii nemetalici, trebuie remarcată în special reacția sa cu monoxidul de carbon CO.

Amestecul de CO și H2 are chiar și propriul nume - „gaz de sinteză”, deoarece, în funcție de condiții, se pot obține astfel de produse industriale solicitate precum metanol, formaldehidă și chiar hidrocarburi sintetice:

cu acizi

Hidrogenul nu reacționează cu acizii anorganici!

Dintre acizii organici, hidrogenul reacționează numai cu acizii nesaturați, precum și cu acizii care conțin grupări funcționale capabile să fie reduse cu hidrogen, în special grupări aldehide, ceto sau nitro.

cu săruri

În cazul soluțiilor apoase de săruri, interacțiunea acestora cu hidrogenul nu are loc. Cu toate acestea, atunci când hidrogenul este trecut peste săruri solide ale unor metale cu activitate medie și scăzută, este posibilă reducerea parțială sau completă a acestora, de exemplu:

Proprietățile chimice ale halogenilor

Halogenii sunt elementele chimice din grupa VIIA (F, Cl, Br, I, At), precum și substanțele simple pe care le formează. În continuare, dacă nu se specifică altfel, halogenii vor fi înțeleși ca substanțe simple.

Toți halogenii au o structură moleculară, ceea ce duce la puncte de topire și fierbere scăzute ale acestor substanțe. Moleculele de halogen sunt diatomice, adică. formula lor poate fi scrisă în formă generală ca Hal 2 .

Trebuie remarcat o astfel de proprietate fizică specifică a iodului, precum capacitatea sa de a sublimare sau, cu alte cuvinte, sublimare. sublimare, ei numesc fenomenul în care o substanță în stare solidă nu se topește la încălzire, ci, ocolind faza lichidă, trece imediat în stare gazoasă.

Structura electronică a nivelului energetic extern al unui atom al oricărui halogen are forma ns 2 np 5, unde n este numărul perioadei din tabelul periodic în care se află halogenul. După cum puteți vedea, doar un electron lipsește din învelișul exterior de opt electroni al atomilor de halogen. De aici este logic să presupunem proprietățile predominant oxidante ale halogenilor liberi, ceea ce este confirmat și în practică. După cum știți, electronegativitatea nemetalelor scade atunci când se deplasează în jos subgrup și, prin urmare, activitatea halogenilor scade în serie:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

Interacțiunea halogenilor cu substanțe simple

Toți halogenii sunt foarte reactivi și reacționează cu majoritatea substanțelor simple. Totuși, trebuie menționat că fluorul, datorită reactivității sale extrem de ridicate, poate reacționa chiar și cu acele substanțe simple cu care alți halogeni nu pot reacționa. Astfel de substanțe simple includ oxigen, carbon (diamant), azot, platină, aur și unele gaze nobile (xenon și cripton). Acestea. de fapt, fluorul nu reacționează numai cu unele gaze nobile.

Halogenii rămași, de ex. clorul, bromul și iodul sunt și ele substanțe active, dar mai puțin active decât fluorul. Ele reacționează cu aproape toate substanțele simple, cu excepția oxigenului, azotului, carbonului sub formă de diamant, platină, aur și gaze nobile.

Interacțiunea halogenilor cu nemetale

hidrogen

Toți halogenii reacționează cu hidrogenul pentru a se forma halogenuri de hidrogen cu formula generală HHal. În același timp, reacția fluorului cu hidrogenul începe spontan chiar și în întuneric și continuă cu o explozie în conformitate cu ecuația:

Reacția clorului cu hidrogenul poate fi inițiată prin iradiere intensă cu ultraviolete sau încălzire. De asemenea, scurgeri cu o explozie:

Bromul și iodul reacționează cu hidrogenul numai atunci când sunt încălzite și, în același timp, reacția cu iodul este reversibilă:

fosfor

Interacțiunea fluorului cu fosforul duce la oxidarea fosforului la cea mai mare stare de oxidare (+5). În acest caz, are loc formarea de pentafluorură de fosfor:

Când clorul și bromul interacționează cu fosforul, este posibil să se obțină halogenuri de fosfor atât în ​​starea de oxidare + 3, cât și în starea de oxidare + 5, care depinde de proporțiile reactanților:

În cazul fosforului alb într-o atmosferă de fluor, clor sau brom lichid, reacția începe spontan.

Interacțiunea fosforului cu iodul poate duce la formarea numai de triiodură de fosfor datorită capacității de oxidare semnificativ mai scăzute decât alți halogeni:

gri

Fluorul oxidează sulful la cea mai mare stare de oxidare +6, formând hexafluorura de sulf:

Clorul și bromul reacționează cu sulful, formând compuși care conțin sulf în stări de oxidare extrem de neobișnuite pentru acesta +1 și +2. Aceste interacțiuni sunt foarte specifice, iar pentru a promova examenul de chimie nu este necesară abilitatea de a scrie ecuațiile acestor interacțiuni. Prin urmare, următoarele trei ecuații sunt date mai degrabă pentru ghidare:

Interacțiunea halogenilor cu metalele

După cum am menționat mai sus, fluorul este capabil să reacționeze cu toate metalele, chiar și cu cele inactive precum platina și aurul:

Halogenii rămași reacționează cu toate metalele, cu excepția platinei și aurului:

Reacții ale halogenilor cu substanțe complexe

Reacții de substituție cu halogeni

Halogeni mai activi, de ex. ale căror elemente chimice sunt situate mai sus în tabelul periodic, sunt capabile să înlocuiască halogenii mai puțin activi din acizii hidrohalici și halogenurile metalice pe care le formează:

În mod similar, bromul și iodul înlocuiesc sulful din soluțiile de sulfuri și sau hidrogen sulfurat:

Clorul este un agent oxidant mai puternic și oxidează hidrogenul sulfurat în soluția sa apoasă nu la sulf, ci la acid sulfuric:

Interacțiunea halogenilor cu apa

Apa arde în fluor cu o flacără albastră în conformitate cu ecuația reacției:

Bromul și clorul reacționează diferit cu apa decât fluorul. Dacă fluorul a acționat ca un agent de oxidare, atunci clorul și bromul sunt disproporționate în apă, formând un amestec de acizi. În acest caz, reacțiile sunt reversibile:

Interacțiunea iodului cu apa are loc într-un grad atât de nesemnificativ încât poate fi neglijat și considerat că reacția nu are loc deloc.

Interacțiunea halogenilor cu soluțiile alcaline

Fluorul, atunci când interacționează cu o soluție apoasă de alcali, acționează din nou ca un agent de oxidare:

Abilitatea de a scrie această ecuație nu este necesară pentru a promova examenul. Este suficient să cunoaștem faptul despre posibilitatea unei astfel de interacțiuni și rolul oxidant al fluorului în această reacție.

Spre deosebire de fluor, halogenii rămași sunt disproporționați în soluții alcaline, adică își măresc și scad simultan starea de oxidare. În același timp, în cazul clorului și bromului, în funcție de temperatură, este posibilă curgerea în două direcții diferite. În special, la frig, reacțiile decurg după cum urmează:

si cand este incalzita:

Iodul reacționează cu alcalii exclusiv conform celei de-a doua opțiuni, adică. cu formarea de iodat, deoarece hipoioditul este instabil nu numai când este încălzit, ci și la temperaturi obișnuite și chiar și la frig.

DEFINIȚIE

Hidrogen- primul element al Sistemului periodic de elemente chimice din D.I. Mendeleev. Simbolul este N.

Masa atomică - 1 a.m.u. Molecula de hidrogen este diatomică - H2.

Configurația electronică a atomului de hidrogen este 1s 1. Hidrogenul aparține familiei elementelor s. În compușii săi, prezintă stări de oxidare -1, 0, +1. Hidrogenul natural este format din doi izotopi stabili - protium 1 H (99,98%) și deuteriu 2 H (D) (0,015%) - și un izotop radioactiv de tritiu 3H (T) (urme, timp de înjumătățire - 12,5 ani) .

Proprietățile chimice ale hidrogenului

În condiții normale, hidrogenul molecular prezintă o reactivitate relativ scăzută, care se explică prin puterea ridicată a legăturii din moleculă. Când este încălzit, interacționează cu aproape toate substanțele simple formate din elementele principalelor subgrupe (cu excepția gazelor nobile, B, Si, P, Al). În reacțiile chimice, poate acționa atât ca agent reducător (mai des) cât și ca agent oxidant (mai rar).

Hidrogenul se manifestă proprietățile agentului reducător(H 2 0 -2e → 2H +) în următoarele reacții:

1. Reacții de interacțiune cu substanțe simple - nemetale. Hidrogenul reacţionează cu halogeni, mai mult, reacția de interacțiune cu fluorul în condiții normale, pe întuneric, cu o explozie, cu clor - sub iluminare (sau iradiere UV) printr-un mecanism în lanț, cu brom și iod numai la încălzire; oxigen(un amestec de oxigen și hidrogen într-un raport de volum de 2:1 se numește „gaz exploziv”), gri, azotși carbon:

H 2 + Hal 2 \u003d 2HHal;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S \u003d H 2 S (t \u003d 150 - 300C);

3H2 + N2↔ 2NH3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H2 + C ↔ CH4 (t, p, kat).

2. Reacții de interacțiune cu substanțe complexe. Hidrogenul reacţionează cu oxizi ai metalelor slab active, și este capabil să reducă numai metalele care se află în seria de activitate din dreapta zincului:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O (t);

WO3 + 3H2 \u003d W + 3H2O (t).

Hidrogenul reacţionează cu oxizi nemetalici:

H2 + CO2 ↔ CO + H20 (t);

2H2 + CO ↔ CH3OH (t = 300C, p = 250 - 300 atm., kat = ZnO, Cr203).

Hidrogenul intră în reacții de hidrogenare cu compuși organici din clasa cicloalcanilor, alchenelor, arenelor, aldehidelor și cetonelor etc. Toate aceste reacții se desfășoară sub încălzire, sub presiune, platina sau nichelul este folosit ca catalizatori:

CH2 \u003d CH2 + H2 ↔ CH3-CH3;

C6H6 + 3H2↔ C6H12;

C3H6 + H2↔ C3H8;

CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

CH3-CO-CH3 + H2↔ CH3-CH(OH)-CH3.

Hidrogen ca agent oxidant(H 2 + 2e → 2H -) acţionează în reacţii cu metale alcaline şi alcalino-pământoase. În acest caz, se formează hidruri - compuși ionici cristalini în care hidrogenul prezintă o stare de oxidare de -1.

2Na + H2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H2 ↔ CaH2 (t, p).

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Hidrogenul este un gaz usor incolor, inodor, cu densitate la n.o. - 0,09 g/l, de 14,5 ori mai ușor decât aerul, t balot = -252,8C, t pl = -259,2C. Hidrogenul este slab solubil în apă și solvenți organici, este foarte solubil în unele metale: nichel, paladiu, platină.

Conform cosmochimiei moderne, hidrogenul este cel mai abundent element din univers. Principala formă de existență a hidrogenului în spațiul cosmic este atomii individuali. Hidrogenul este al 9-lea element cel mai abundent de pe Pământ. Cantitatea principală de hidrogen de pe Pământ se află într-o stare legată - în compoziția apei, petrolului, gazelor naturale, cărbunelui etc. Sub forma unei substanțe simple, hidrogenul se găsește rar - în compoziția gazelor vulcanice.

Obținerea de hidrogen

Există metode de laborator și industriale pentru producerea hidrogenului. Metodele de laborator includ interacțiunea metalelor cu acizi (1), precum și interacțiunea aluminiului cu soluții apoase de alcali (2). Printre metodele industriale de producere a hidrogenului, electroliza soluțiilor apoase de alcaline și săruri (3) și conversia metanului (4) joacă un rol important:

Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na +3H2 (2);

2NaCI + 2H20 = H2 + CI2 + 2NaOH (3);

CH4 + H2O ↔ CO + H2 (4).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

• Activități și vederi pedagogice ale lui Jan Amos Comenius
• Constanta ratei este calculată prin formula Valoarea constantei ratei
• Diagrame de fază ale sistemelor cu două componente "polimer - solvent" Diagrame de fază ale sistemelor cu două componente "polimer - solvent"
• Structura fină și hiperfină a spectrelor optice
• Cum să înveți chimia pe cont propriu de la zero: modalități eficiente
• Proprietăți și caracteristici ale alchenelor
• Caracteristicile unui student de la locul de stagiu
• Caracteristici pentru un student care a făcut un stagiu la o întreprindere: reguli de redactare
• Biografia lui Faraday. Mari oameni de știință. Michael Faraday. descoperirea rotației electromagnetice
• Inovații moderne în educație

• Substituenții de pe inelul benzenic sunt împărțiți în două grupe Reacții ale inelului benzenic
• Tipuri de reacții chimice în chimia organică Reacții de adiție electrofile
• Metode de separare a amestecurilor eterogene
• Acid polimetacrilic
• Caracteristicile generale ale elementelor subgrupului VI A Elementele 6a ale subgrupului
• Fundamentele teoretice ale fizicii
• Teoria grafurilor în chimie. teoria grafurilor. Definiții și teoreme de bază ale teoriei grafurilor
• Algebră și armonie în aplicații chimice
• Teste la cursul „Ecologie și managementul naturii
• Directorul WWF Rusia, Igor Chestin: Yakutia este printre liderii. Știu că călătorești mult... De ce ai nevoie de asta