Pakikipag-ugnayan ng oxygen sa hydrogen equation. Bakit hindi nasusunog ang tubig, bagaman binubuo ito ng mga nasusunog na sangkap (hydrogen at oxygen). Mga reaksyon ng hydrogen na may mga simpleng sangkap

Oxygen- isa sa mga pinakakaraniwang elemento sa Earth. Binubuo nito ang halos kalahati ng bigat ng crust ng Earth, ang panlabas na shell ng planeta. Kapag pinagsama sa hydrogen, ito ay bumubuo ng tubig, na sumasakop sa higit sa dalawang-katlo ng ibabaw ng lupa.

Hindi natin nakikita ang oxygen, ni hindi natin ito matitikman o maaamoy. Gayunpaman, bumubuo ito ng isang ikalimang bahagi ng hangin at mahalaga para sa buhay. Upang mabuhay, tayo, tulad ng mga hayop at halaman, ay kailangang huminga.

Ang oxygen ay isang kailangang-kailangan na kalahok sa mga kemikal na reaksyon na nagaganap sa loob ng anumang microscopic cell ng isang buhay na organismo, bilang isang resulta kung saan ang mga sustansya ay nasira at ang enerhiya na kinakailangan para sa buhay ay inilabas. Ito ang dahilan kung bakit ang oxygen ay lubhang kailangan para sa bawat buhay na nilalang (maliban sa ilang uri ng microbes).

Kapag nasusunog, ang mga sangkap ay pinagsama sa oxygen, na naglalabas ng enerhiya sa anyo ng init at liwanag.

Hydrogen

Ang pinaka-masaganang elemento sa Uniberso ay hydrogen. Ito ang bumubuo sa karamihan ng karamihan sa mga bituin. Sa Earth, karamihan sa hydrogen (simbulo ng kemikal H) ay pinagsama sa oxygen (O) upang bumuo ng tubig (H20). Ang hydrogen ay ang pinakasimple at pinakamagaan na elemento ng kemikal, dahil ang bawat atom nito ay binubuo lamang ng isang proton at isang elektron.

Sa simula ng ika-20 siglo, ang mga airship at malalaking sasakyang panghimpapawid ay napuno ng hydrogen. Gayunpaman, ang hydrogen ay napaka-nasusunog. Pagkatapos ng ilang sakuna na dulot ng sunog, hindi na ginagamit ang hydrogen sa mga airship. Ngayon, isa pang magaan na gas ang ginagamit sa aeronautics - non-flammable helium.

Ang hydrogen ay pinagsama sa carbon upang bumuo ng mga sangkap na tinatawag na hydrocarbons. Kabilang dito ang mga produktong nagmula sa natural na gas at krudo, tulad ng propane at butane gas, o likidong gasolina. Ang hydrogen ay pinagsama rin sa carbon at oxygen upang bumuo ng mga carbohydrates. Ang almirol sa patatas at bigas, ang asukal sa beets ay carbohydrates.

Ang Araw at iba pang mga bituin ay halos gawa sa hydrogen. Sa gitna ng bituin, pinipilit ng napakapangit na temperatura at pressure ang mga atomo ng hydrogen na mag-fuse sa isa't isa at maging isa pang gas - helium. Naglalabas ito ng malaking halaga ng enerhiya sa anyo ng init at liwanag.

• Pagtatalaga - H (Hydrogen);
• Latin na pangalan - Hydrogenium;
• Panahon - I;
• Pangkat - 1 (Ia);
• Mass ng atom - 1.00794;
• Atomic number - 1;
• Atomic radius = 53 pm;
• Covalent radius = 32 pm;
• Pamamahagi ng elektron - 1s 1;
• temperatura ng pagkatunaw = -259.14°C;
• punto ng kumukulo = -252.87°C;
• Electronegativity (ayon kay Pauling/ayon kina Alpred at Rochow) = 2.02/-;
• Katayuan ng oksihenasyon: +1; 0; -1;
• Density (no.) = 0.0000899 g/cm 3 ;
• Dami ng molar = 14.1 cm 3 /mol.

Binary compound ng hydrogen na may oxygen:

Ang hydrogen ("pagsilang ng tubig") ay natuklasan ng Ingles na siyentipiko na si G. Cavendish noong 1766. Ito ang pinakasimpleng elemento sa kalikasan - ang hydrogen atom ay may nucleus at isang electron, na marahil ang dahilan kung bakit ang hydrogen ang pinakamaraming elemento sa Uniberso (nagkakabilang ng higit sa kalahati ng masa ng karamihan sa mga bituin).

Tungkol sa hydrogen maaari nating sabihin na "ang spool ay maliit, ngunit mahal." Sa kabila ng pagiging simple nito, ang hydrogen ay nagbibigay ng enerhiya sa lahat ng nabubuhay na nilalang sa Earth - isang tuluy-tuloy na thermonuclear reaction ang nagaganap sa Araw kung saan ang isang helium atom ay nabuo mula sa apat na hydrogen atoms, ang prosesong ito ay sinamahan ng pagpapalabas ng napakalaking halaga ng enerhiya. (para sa higit pang mga detalye, tingnan ang Nuclear fusion).

Sa crust ng lupa, ang mass fraction ng hydrogen ay 0.15% lamang. Samantala, ang napakalaking mayorya (95%) ng lahat ng kemikal na sangkap na kilala sa Earth ay naglalaman ng isa o higit pang hydrogen atoms.

Sa mga compound na may non-metal (HCl, H 2 O, CH 4 ...), ibinibigay ng hydrogen ang nag-iisang electron nito sa mas maraming electronegative na elemento, na nagpapakita ng estado ng oksihenasyon ng +1 (mas madalas), na bumubuo lamang ng mga covalent bond (tingnan ang Covalent bono).

Sa mga compound na may mga metal (NaH, CaH 2 ...), ang hydrogen, sa kabaligtaran, ay tumatanggap ng isa pang elektron sa tanging s-orbital nito, kaya sinusubukang kumpletuhin ang elektronikong layer nito, na nagpapakita ng estado ng oksihenasyon na -1 (mas madalas), madalas na bumubuo ng isang ionic bond (tingnan ang Ionic bond), dahil ang pagkakaiba sa electronegativity ng hydrogen atom at ang metal na atom ay maaaring malaki.

H 2

Sa gaseous state, ang hydrogen ay umiiral sa anyo ng mga diatomic molecule, na bumubuo ng nonpolar covalent bond.

Ang mga molekula ng hydrogen ay may:

• mahusay na kadaliang kumilos;
• malaking lakas;
• mababang polarizability;
• maliit na sukat at timbang.

Mga katangian ng hydrogen gas:

• ang pinakamagaan na gas sa kalikasan, walang kulay at walang amoy;
• mahinang natutunaw sa tubig at mga organikong solvent;
• natutunaw sa maliliit na halaga sa likido at solidong mga metal (lalo na platinum at palladium);
• mahirap matunaw (dahil sa mababang polarizability nito);
• may pinakamataas na thermal conductivity ng lahat ng kilalang gas;
• kapag pinainit, ito ay tumutugon sa maraming di-metal, na nagpapakita ng mga katangian ng isang ahente ng pagbabawas;
• sa temperatura ng silid ito ay tumutugon sa fluorine (naganap ang pagsabog): H 2 + F 2 = 2HF;
• tumutugon sa mga metal upang bumuo ng mga hydride, na nagpapakita ng mga katangian ng pag-oxidizing: H 2 + Ca = CaH 2 ;

Sa mga compound, ang hydrogen ay nagpapakita ng mga katangian ng pagbabawas nito nang mas malakas kaysa sa mga katangian ng pag-oxidizing nito. Ang hydrogen ay ang pinakamalakas na ahente ng pagbabawas pagkatapos ng karbon, aluminyo at kaltsyum. Ang pagbabawas ng mga katangian ng hydrogen ay malawakang ginagamit sa industriya upang makakuha ng mga metal at nonmetals (mga simpleng sangkap) mula sa mga oxide at gallides.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Mga reaksyon ng hydrogen na may mga simpleng sangkap

Ang hydrogen ay tumatanggap ng isang elektron, na gumaganap ng isang papel ahente ng pagbabawas, sa mga reaksyon:

• Sa oxygen(kapag nag-apoy o sa pagkakaroon ng isang katalista), sa isang ratio na 2:1 (hydrogen:oxygen) isang paputok na nagpapasabog na gas ay nabuo: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• Sa kulay-abo(kapag pinainit sa 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Sa chlorine(kapag nag-apoy o na-irradiated ng UV rays): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• Sa fluorine: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• Sa nitrogen(kapag pinainit sa pagkakaroon ng mga catalyst o sa mataas na presyon): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Ang hydrogen ay nag-donate ng isang elektron, na gumaganap ng isang papel ahente ng oxidizing, sa mga reaksyon sa alkalina At alkaline earth mga metal na may nabuong metal hydrides - tulad ng asin na mga ionic compound na naglalaman ng hydride ions H - ito ay hindi matatag na mga puting mala-kristal na sangkap.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Hindi karaniwan para sa hydrogen na magpakita ng estado ng oksihenasyon na -1. Kapag tumutugon sa tubig, ang mga hydrides ay nabubulok, na binabawasan ang tubig sa hydrogen. Ang reaksyon ng calcium hydride sa tubig ay ang mga sumusunod:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Mga reaksyon ng hydrogen na may mga kumplikadong sangkap

• sa mataas na temperatura, binabawasan ng hydrogen ang maraming metal oxide: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• ang methyl alcohol ay nakukuha sa pamamagitan ng reaksyon ng hydrogen na may carbon monoxide (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• Sa mga reaksyon ng hydrogenation, ang hydrogen ay tumutugon sa maraming mga organikong sangkap.

Ang mga equation ng mga kemikal na reaksyon ng hydrogen at ang mga compound nito ay tinalakay nang mas detalyado sa pahinang "Hydrogen at ang mga compound nito - mga equation ng mga kemikal na reaksyon na kinasasangkutan ng hydrogen."

Mga aplikasyon ng hydrogen

• sa enerhiyang nuklear, ginagamit ang mga isotopes ng hydrogen - deuterium at tritium;
• sa industriya ng kemikal, ang hydrogen ay ginagamit para sa synthesis ng maraming mga organikong sangkap, ammonia, hydrogen chloride;
• sa industriya ng pagkain, ang hydrogen ay ginagamit sa paggawa ng mga solidong taba sa pamamagitan ng hydrogenation ng mga langis ng gulay;
• para sa hinang at pagputol ng mga metal, ang mataas na temperatura ng pagkasunog ng hydrogen sa oxygen (2600°C) ay ginagamit;
• sa paggawa ng ilang mga metal, ang hydrogen ay ginagamit bilang isang ahente ng pagbabawas (tingnan sa itaas);
• dahil ang hydrogen ay isang magaan na gas, ito ay ginagamit sa aeronautics bilang isang tagapuno para sa mga lobo, aerostat, at airship;
• Ginagamit ang hydrogen bilang panggatong na may halong CO.

Kamakailan, ang mga siyentipiko ay nagbabayad ng maraming pansin sa paghahanap ng mga alternatibong mapagkukunan ng nababagong enerhiya. Ang isa sa mga promising na lugar ay ang "hydrogen" na enerhiya, kung saan ang hydrogen ay ginagamit bilang gasolina, ang produkto ng pagkasunog na kung saan ay ordinaryong tubig.

Mga pamamaraan para sa paggawa ng hydrogen

Pang-industriya na pamamaraan para sa paggawa ng hydrogen:

• methane conversion (catalytic reduction ng water vapor) na may water vapor sa mataas na temperatura (800°C) sa isang nickel catalyst: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• conversion ng carbon monoxide na may water vapor (t=500°C) sa isang Fe 2 O 3 catalyst: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• thermal decomposition ng mitein: CH 4 = C + 2H 2;
• gasification ng solid fuels (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• electrolysis ng tubig (isang napakamahal na paraan na gumagawa ng napakadalisay na hydrogen): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Mga pamamaraan sa laboratoryo para sa paggawa ng hydrogen:

• pagkilos sa mga metal (karaniwan ay zinc) na may hydrochloric o dilute sulfuric acid: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• pakikipag-ugnayan ng singaw ng tubig na may mainit na paghahain ng bakal: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

Mga kemikal na katangian ng hydrogen

Sa ilalim ng mga ordinaryong kondisyon, ang molecular Hydrogen ay medyo maliit na aktibo, direktang pinagsama lamang sa pinaka-aktibo ng mga non-metal (na may fluorine, at sa liwanag na may chlorine). Gayunpaman, kapag pinainit, ito ay tumutugon sa maraming elemento.

Ang hydrogen ay tumutugon sa simple at kumplikadong mga sangkap:

- Pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa mga metal humahantong sa pagbuo ng mga kumplikadong sangkap - hydride, sa mga pormula ng kemikal kung saan palaging nauuna ang metal na atom:

Sa mataas na temperatura, direktang tumutugon ang Hydrogen na may ilang mga metal(alkaline, alkaline earth at iba pa), na bumubuo ng mga puting kristal na sangkap - metal hydride (Li H, Na H, KH, CaH 2, atbp.):

H 2 + 2Li = 2LiH

Ang mga metal hydride ay madaling nabulok ng tubig upang mabuo ang katumbas na alkali at hydrogen:

Ca H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

- Kapag ang hydrogen ay nakikipag-ugnayan sa mga di-metal nabubuo ang mga pabagu-bagong compound ng hydrogen. Sa chemical formula ng isang volatile hydrogen compound, ang hydrogen atom ay maaaring nasa una o pangalawang lugar, depende sa lokasyon nito sa PSHE (tingnan ang plate sa slide):

1). May oxygen Ang hydrogen ay bumubuo ng tubig:

Video na "Hydrogen combustion"

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

Sa normal na temperatura ang reaksyon ay nagpapatuloy nang napakabagal, sa itaas ng 550°C - na may pagsabog (tinatawag na pinaghalong 2 volume ng H 2 at 1 volume ng O 2 sumasabog na gas) .

Video "Pagsabog ng nagpapasabog na gas"

Video "Paghahanda at pagsabog ng isang paputok na halo"

2). Sa mga halogens Ang hydrogen ay bumubuo ng hydrogen halides, halimbawa:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Kasabay nito, ang Hydrogen ay sumasabog na may fluorine (kahit na sa dilim at sa -252°C), tumutugon lamang sa chlorine at bromine kapag naiilaw o pinainit, at may yodo lamang kapag pinainit.

3). Sa nitrogen Ang hydrogen ay tumutugon sa pagbuo ng ammonia:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

lamang sa isang katalista at sa mataas na temperatura at presyon.

4). Kapag pinainit, ang Hydrogen ay tumutugon nang masigla na may asupre:

H 2 + S = H 2 S (hydrogen sulfide),

mas mahirap sa selenium at tellurium.

5). Sa purong carbon Ang hydrogen ay maaaring tumugon nang walang katalista lamang sa mataas na temperatura:

2H 2 + C (amorphous) = CH 4 (methane)

- Ang hydrogen ay sumasailalim sa isang substitution reaction na may mga metal oxide , sa kasong ito ang tubig ay nabuo sa mga produkto at ang metal ay nabawasan. Hydrogen - nagpapakita ng mga katangian ng isang ahente ng pagbabawas:

Ginagamit ang hydrogen para sa pagbawi ng maraming mga metal, dahil inaalis nito ang oxygen mula sa kanilang mga oxide:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O, atbp.

Mga aplikasyon ng hydrogen

Video na "Paggamit ng Hydrogen"

Sa kasalukuyan, ang hydrogen ay ginawa sa napakalaking dami. Ang isang napakalaking bahagi nito ay ginagamit sa synthesis ng ammonia, hydrogenation ng mga taba at sa hydrogenation ng karbon, langis at hydrocarbons. Bilang karagdagan, ang hydrogen ay ginagamit para sa synthesis ng hydrochloric acid, methyl alcohol, hydrocyanic acid, sa welding at forging metal, pati na rin sa paggawa ng mga incandescent lamp at mahalagang bato. Ang hydrogen ay ibinebenta sa mga cylinder sa ilalim ng presyon na higit sa 150 atm. Ang mga ito ay pininturahan ng madilim na berde at may pulang inskripsiyon na "Hydrogen".

Ginagamit ang hydrogen upang i-convert ang mga likidong taba sa mga solidong taba (hydrogenation), na gumagawa ng likidong gasolina sa pamamagitan ng hydrogenating ng karbon at langis ng gasolina. Sa metalurhiya, ang hydrogen ay ginagamit bilang isang pampababa ng ahente para sa mga oxide o chlorides upang makagawa ng mga metal at non-metal (germanium, silicon, gallium, zirconium, hafnium, molibdenum, tungsten, atbp.).

Ang mga praktikal na paggamit ng hydrogen ay iba-iba: kadalasang ginagamit ito upang punan ang mga probe balloon, sa industriya ng kemikal ito ay nagsisilbing hilaw na materyal para sa produksyon ng maraming napakahalagang produkto (ammonia, atbp.), Sa industriya ng pagkain - para sa produksyon. ng mga solidong taba mula sa mga langis ng gulay, atbp. Ang mataas na temperatura (hanggang sa 2600 °C), na nakuha sa pamamagitan ng pagsunog ng hydrogen sa oxygen, ay ginagamit para sa pagtunaw ng mga refractory na metal, kuwarts, atbp. Ang likidong hydrogen ay isa sa mga pinaka mahusay na jet fuel. Ang taunang pandaigdigang pagkonsumo ng hydrogen ay lumampas sa 1 milyong tonelada.

MGA SIMULATOR

No. 2. Hydrogen

TAKDANG ARALIN

Gawain Blg. 1
Isulat ang mga equation ng reaksyon para sa pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa mga sumusunod na sangkap: F 2, Ca, Al 2 O 3, mercury (II) oxide, tungsten (VI) oxide. Pangalanan ang mga produkto ng reaksyon, ipahiwatig ang mga uri ng mga reaksyon.

Gawain Blg. 2
Magsagawa ng mga pagbabago ayon sa scheme:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Gawain Blg. 3.
Kalkulahin ang masa ng tubig na maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsunog ng 8 g ng hydrogen?

Sa periodic table, ang hydrogen ay matatagpuan sa dalawang grupo ng mga elemento na ganap na magkasalungat sa kanilang mga katangian. Ginagawa nitong ganap na kakaiba ang feature na ito. Ang hydrogen ay hindi lamang isang elemento o sangkap, ngunit isa ring mahalagang bahagi ng maraming kumplikadong mga compound, isang organogenic at biogenic na elemento. Samakatuwid, tingnan natin ang mga katangian at katangian nito nang mas detalyado.

Ang pagpapakawala ng nasusunog na gas sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga metal at acid ay naobserbahan noong ika-16 na siglo, iyon ay, sa panahon ng pagbuo ng kimika bilang isang agham. Ang sikat na siyentipikong Ingles na si Henry Cavendish ay nag-aral ng sangkap simula noong 1766 at binigyan ito ng pangalang "nasusunog na hangin." Kapag nasunog, ang gas na ito ay gumagawa ng tubig. Sa kasamaang palad, ang pagsunod ng siyentipiko sa teorya ng phlogiston (hypothetical "ultrafine matter") ay pumigil sa kanya na makarating sa tamang mga konklusyon.

Ang French chemist at naturalist na si A. Lavoisier, kasama ang engineer na si J. Meunier at sa tulong ng mga espesyal na gasometer, ay nag-synthesize ng tubig noong 1783, at pagkatapos ay sinuri ito sa pamamagitan ng agnas ng singaw ng tubig na may mainit na bakal. Kaya, ang mga siyentipiko ay nakakuha ng tamang konklusyon. Natagpuan nila na ang "nasusunog na hangin" ay hindi lamang bahagi ng tubig, ngunit maaari ring makuha mula dito.

Noong 1787, iminungkahi ni Lavoisier na ang gas na pinag-aaralan ay isang simpleng sangkap at, nang naaayon, ay isa sa mga pangunahing elemento ng kemikal. Tinawag niya itong hydrogene (mula sa mga salitang Griyego na hydor - tubig + gennao - nanganak ako), ibig sabihin, "nagsilang ng tubig."

Ang pangalang Ruso na "hydrogen" ay iminungkahi noong 1824 ng chemist na si M. Soloviev. Ang pagpapasiya ng komposisyon ng tubig ay minarkahan ang pagtatapos ng "teorya ng phlogiston." Sa pagliko ng ika-18 at ika-19 na siglo, itinatag na ang hydrogen atom ay napakagaan (kumpara sa mga atomo ng iba pang mga elemento) at ang masa nito ay kinuha bilang pangunahing yunit para sa paghahambing ng mga atomic na masa, na tumatanggap ng isang halaga na katumbas ng 1.

Mga katangiang pisikal

Ang hydrogen ay ang pinakamagaan na sangkap na kilala sa agham (ito ay 14.4 beses na mas magaan kaysa sa hangin), ang density nito ay 0.0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ang materyal na ito ay natutunaw (solidifies) at kumukulo (liquefies), ayon sa pagkakabanggit, sa -259.1 ° C at -252.8 ° C (tanging helium ang may mas mababang temperatura ng pagkulo at pagkatunaw).

Ang kritikal na temperatura ng hydrogen ay napakababa (-240 °C). Para sa kadahilanang ito, ang pagkatunaw nito ay isang medyo kumplikado at magastos na proseso. Ang kritikal na presyon ng sangkap ay 12.8 kgf/cm², at ang kritikal na density ay 0.0312 g/cm³. Sa lahat ng mga gas, ang hydrogen ay may pinakamataas na thermal conductivity: sa 1 atm at 0 °C ito ay katumbas ng 0.174 W/(mxK).

Ang tiyak na kapasidad ng init ng sangkap sa ilalim ng parehong mga kondisyon ay 14.208 kJ/(kgxK) o 3.394 cal/(rx°C). Ang elementong ito ay bahagyang natutunaw sa tubig (mga 0.0182 ml/g sa 1 atm at 20 °C), ngunit mahusay na natutunaw sa karamihan ng mga metal (Ni, Pt, Pa at iba pa), lalo na sa palladium (mga 850 volume bawat volume ng Pd ) .

Ang huling pag-aari ay nauugnay sa kakayahang magkalat, at ang pagsasabog sa pamamagitan ng isang carbon alloy (halimbawa, bakal) ay maaaring sinamahan ng pagkasira ng haluang metal dahil sa pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa carbon (ang prosesong ito ay tinatawag na decarbonization). Sa likidong estado, ang sangkap ay napakagaan (density - 0.0708 g/cm³ sa t° = -253 °C) at likido (lagkit - 13.8 spoise sa ilalim ng parehong mga kondisyon).

Sa maraming compound, ang elementong ito ay nagpapakita ng +1 valency (oksihenasyon na estado), tulad ng sodium at iba pang alkali metal. Ito ay karaniwang itinuturing bilang isang analogue ng mga metal na ito. Alinsunod dito, pinamumunuan niya ang pangkat I ng periodic system. Sa metal hydride, ang hydrogen ion ay nagpapakita ng negatibong singil (ang estado ng oksihenasyon ay -1), iyon ay, ang Na+H- ay may istraktura na katulad ng Na+Cl- chloride. Alinsunod dito at ilang iba pang mga katotohanan (ang pagkakapareho ng mga pisikal na katangian ng elementong "H" at mga halogens, ang kakayahang palitan ito ng mga halogens sa mga organikong compound), ang Hydrogene ay inuri sa pangkat VII ng periodic system.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang molecular hydrogen ay may mababang aktibidad, direktang pinagsasama-sama lamang sa pinaka-aktibong non-metal (na may fluorine at chlorine, na ang huli ay nasa liwanag). Sa turn, kapag pinainit, nakikipag-ugnayan ito sa maraming elemento ng kemikal.

Ang atomic hydrogen ay tumaas ang aktibidad ng kemikal (kumpara sa molecular hydrogen). Sa oxygen, bumubuo ito ng tubig ayon sa pormula:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

naglalabas ng 285.937 kJ/mol ng init o 68.3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). Sa ilalim ng normal na kondisyon ng temperatura, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa medyo mabagal, at sa t° >= 550 °C ito ay hindi makontrol. Ang mga sumasabog na limitasyon ng pinaghalong hydrogen + oxygen ayon sa volume ay 4–94% H₂, at ang hydrogen + air mixture ay 4–74% H₂ (ang pinaghalong dalawang volume ng H₂ at isang volume ng O₂ ay tinatawag na detonating gas).

Ang elementong ito ay ginagamit upang bawasan ang karamihan sa mga metal, dahil inaalis nito ang oxygen mula sa mga oxide:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O, atbp.

Ang hydrogen ay bumubuo ng hydrogen halides na may iba't ibang mga halogen, halimbawa:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Gayunpaman, kapag tumutugon sa fluorine, ang hydrogen ay sumasabog (nangyayari rin ito sa dilim, sa -252 ° C), na may bromine at chlorine ito ay tumutugon lamang kapag pinainit o naiilaw, at may yodo - kapag pinainit lamang. Kapag nakikipag-ugnayan sa nitrogen, ang ammonia ay nabuo, ngunit sa isang katalista lamang, sa mataas na presyon at temperatura:

ЗН₂ + N₂ = 2NN₃.

Kapag pinainit, ang hydrogen ay aktibong tumutugon sa asupre:

H₂ + S = H₂S (hydrogen sulfide),

at mas mahirap sa tellurium o selenium. Ang hydrogen ay tumutugon sa purong carbon na walang katalista, ngunit sa mataas na temperatura:

2H₂ + C (amorphous) = CH₄ (methane).

Direktang tumutugon ang sangkap na ito sa ilan sa mga metal (alkali, alkaline earth at iba pa), na bumubuo ng mga hydride, halimbawa:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng hydrogen at carbon monoxide (II) ay may malaking praktikal na kahalagahan. Sa kasong ito, depende sa presyon, temperatura at katalista, ang iba't ibang mga organikong compound ay nabuo: HCHO, CH₃OH, atbp. Ang mga unsaturated hydrocarbons sa panahon ng reaksyon ay nagiging puspos, halimbawa:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Ang hydrogen at ang mga compound nito ay may natatanging papel sa kimika. Tinutukoy nito ang mga acidic na katangian ng tinatawag na. protic acids, ay may posibilidad na bumuo ng hydrogen bond na may iba't ibang elemento, na may malaking epekto sa mga katangian ng maraming inorganic at organic compound.

Paggawa ng hydrogen

Ang mga pangunahing uri ng hilaw na materyales para sa pang-industriyang produksyon ng elementong ito ay ang mga gas na nagpapadalisay ng langis, natural na nasusunog at mga gas ng coke oven. Nakukuha rin ito mula sa tubig sa pamamagitan ng electrolysis (sa mga lugar kung saan may kuryente). Ang isa sa pinakamahalagang pamamaraan para sa paggawa ng materyal mula sa natural na gas ay ang catalytic interaction ng hydrocarbons, pangunahin ang methane, na may water vapor (tinatawag na conversion). Halimbawa:

CH₄ + H₂O = CO + ZN₂.

Hindi kumpletong oksihenasyon ng hydrocarbons na may oxygen:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Ang synthesized carbon monoxide (II) ay sumasailalim sa conversion:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Ang hydrogen na ginawa mula sa natural na gas ay ang pinakamurang.

Para sa electrolysis ng tubig, ang direktang kasalukuyang ginagamit, na ipinapasa sa isang solusyon ng NaOH o KOH (ang mga acid ay hindi ginagamit upang maiwasan ang kaagnasan ng kagamitan). Sa mga kondisyon ng laboratoryo, ang materyal ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig o bilang isang resulta ng reaksyon sa pagitan ng hydrochloric acid at zinc. Gayunpaman, mas madalas na ginagamit ang handa na materyal na pabrika sa mga cylinder.

Ang elementong ito ay nahiwalay sa mga oil refining gas at coke oven gas sa pamamagitan ng pag-alis ng lahat ng iba pang bahagi ng gas mixture, dahil mas madaling matunaw ang mga ito sa panahon ng malalim na paglamig.

Ang materyal na ito ay nagsimulang gawin sa industriya sa pagtatapos ng ika-18 siglo. Noon ito ay ginagamit upang punan ang mga lobo. Sa ngayon, ang hydrogen ay malawakang ginagamit sa industriya, pangunahin sa industriya ng kemikal, para sa produksyon ng ammonia.

Ang mga mass consumer ng substance ay mga producer ng methyl at iba pang alkohol, synthetic na gasolina at marami pang ibang produkto. Nakukuha ang mga ito sa pamamagitan ng synthesis mula sa carbon monoxide (II) at hydrogen. Ginagamit ang hydrogen para sa hydrogenation ng mabibigat at solidong likidong panggatong, taba, atbp., para sa synthesis ng HCl, hydrotreating ng mga produktong petrolyo, gayundin sa pagputol/welding ng metal. Ang pinakamahalagang elemento para sa nuclear energy ay ang mga isotopes nito - tritium at deuterium.

Biological na papel ng hydrogen

Humigit-kumulang 10% ng masa ng mga nabubuhay na organismo (sa karaniwan) ay nagmumula sa elementong ito. Ito ay bahagi ng tubig at ang pinakamahalagang grupo ng mga natural na compound, kabilang ang mga protina, nucleic acid, lipid, at carbohydrates. Ano ang gamit nito?

Ang materyal na ito ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel: sa pagpapanatili ng spatial na istraktura ng mga protina (quaternary), sa pagpapatupad ng prinsipyo ng complementarity ng mga nucleic acid (i.e., sa pagpapatupad at pag-iimbak ng genetic na impormasyon), at sa pangkalahatan sa "pagkilala" sa molekular antas.

Ang hydrogen ion H+ ay nakikibahagi sa mahahalagang dynamic na reaksyon/proseso sa katawan. Kabilang ang: sa biological oxidation, na nagbibigay ng mga buhay na cell na may enerhiya, sa biosynthesis reactions, sa photosynthesis sa mga halaman, sa bacterial photosynthesis at nitrogen fixation, sa pagpapanatili ng acid-base balance at homeostasis, sa mga proseso ng transportasyon ng lamad. Kasama ng carbon at oxygen, bumubuo ito ng functional at structural na batayan ng mga phenomena sa buhay.

Ang oxygen ay ang pinaka-masaganang elemento sa Earth. Kasama ng nitrogen at kaunting iba pang mga gas, ang libreng oxygen ay bumubuo sa kapaligiran ng Earth. Ang nilalaman nito sa hangin ay 20.95% sa dami o 23.15% sa masa. Sa crust ng lupa, 58% ng mga atomo ay nakagapos na mga atomo ng oxygen (47% sa masa). Ang oxygen ay bahagi ng tubig (ang mga reserba ng nakagapos na oxygen sa hydrosphere ay napakalaki), mga bato, maraming mineral at asin, at matatagpuan sa mga taba, protina at carbohydrates na bumubuo sa mga buhay na organismo. Halos lahat ng libreng oxygen ng Earth ay nilikha at napreserba bilang resulta ng proseso ng photosynthesis.

Mga katangiang pisikal.

Ang oxygen ay isang walang kulay, walang lasa, at walang amoy na gas, bahagyang mas mabigat kaysa sa hangin. Ito ay bahagyang natutunaw sa tubig (31 ml ng oxygen ay natutunaw sa 1 litro ng tubig sa 20 degrees), ngunit ito ay mas mahusay pa rin kaysa sa iba pang mga atmospheric gas, kaya ang tubig ay pinayaman ng oxygen. Ang density ng oxygen sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay 1.429 g/l. Sa temperatura na -183 0 C at presyon na 101.325 kPa, ang oxygen ay nagiging likidong estado. Ang likidong oxygen ay may mala-bughaw na kulay, iginuhit sa isang magnetic field, at sa -218.7 ° C, bumubuo ng mga asul na kristal.

Ang natural na oxygen ay may tatlong isotopes O 16, O 17, O 18.

Allotropy- ang kakayahan ng isang kemikal na elemento na umiral sa anyo ng dalawa o higit pang mga simpleng sangkap na naiiba lamang sa bilang ng mga atomo sa molekula o sa istraktura.

Ozone O 3 - umiiral sa itaas na mga layer ng atmospera sa taas na 20-25 km mula sa ibabaw ng Earth at bumubuo ng tinatawag na "ozone layer", na nagpoprotekta sa Earth mula sa nakakapinsalang ultraviolet radiation ng Araw; isang maputlang lila, nakakalason na gas sa malalaking dami na may tiyak, masangsang ngunit kaaya-ayang amoy. Ang punto ng pagkatunaw ay -192.7 0 C, ang punto ng kumukulo ay 111.9 0 C. Mas mahusay nating natutunaw ang oxygen sa tubig.

Ang Ozone ay isang malakas na ahente ng oxidizing. Ang aktibidad ng oxidative nito ay batay sa kakayahan ng molekula na mabulok sa paglabas ng atomic oxygen:

Ito ay nag-oxidize ng maraming simple at kumplikadong mga sangkap. Sa ilang mga metal ito ay bumubuo ng mga ozonides, halimbawa potassium ozonide:

K + O 3 = KO 3

Ang ozone ay ginawa sa mga espesyal na aparato - mga ozonizer. Sa kanila, sa ilalim ng impluwensya ng isang electric discharge, ang molekular na oxygen ay na-convert sa ozone:

Ang isang katulad na reaksyon ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga paglabas ng kidlat.

Ang paggamit ng ozone ay dahil sa malakas nitong oxidizing properties: ginagamit ito sa pagpapaputi ng mga tela, pagdidisimpekta ng inuming tubig, at sa gamot bilang isang disinfectant.

Ang paglanghap ng ozone sa maraming dami ay nakakapinsala: nakakairita ito sa mauhog lamad ng mga mata at mga organ sa paghinga.

Mga katangian ng kemikal.

Sa mga reaksiyong kemikal sa mga atomo ng iba pang mga elemento (maliban sa fluorine), ang oxygen ay nagpapakita ng eksklusibong mga katangian ng pag-oxidizing

Ang pinakamahalagang katangian ng kemikal ay ang kakayahang bumuo ng mga oxide na may halos lahat ng elemento. Kasabay nito, ang oxygen ay direktang tumutugon sa karamihan ng mga sangkap, lalo na kapag pinainit.

Bilang resulta ng mga reaksyong ito, bilang panuntunan, ang mga oxide ay nabuo, mas madalas na mga peroxide:

2Ca + O 2 = 2CaO

2Ba + O 2 = 2BaO

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Ang oxygen ay hindi direktang nakikipag-ugnayan sa mga halogens, ginto, at platinum; ang kanilang mga oxide ay hindi direktang nakukuha. Kapag pinainit, ang sulfur, carbon, at phosphorus ay nasusunog sa oxygen.

Ang pakikipag-ugnayan ng oxygen sa nitrogen ay nagsisimula lamang sa temperatura na 1200 0 C o sa isang electrical discharge:

N 2 + O 2 = 2NO

Sa hydrogen, ang oxygen ay bumubuo ng tubig:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Sa panahon ng reaksyong ito, isang malaking halaga ng init ang inilabas.

Ang pinaghalong dalawang volume ng hydrogen na may isang volume ng oxygen ay sumasabog kapag nag-apoy; ito ay tinatawag na detonating gas.

Maraming mga metal sa pakikipag-ugnay sa atmospheric oxygen ay napapailalim sa pagkawasak - kaagnasan. Ang ilang mga metal sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay na-oxidized lamang mula sa ibabaw (halimbawa, aluminyo, chromium). Ang nagreresultang oxide film ay pumipigil sa karagdagang pakikipag-ugnayan.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga kumplikadong sangkap ay nakikipag-ugnayan din sa oxygen. Sa kasong ito, ang mga oksido ay nabuo, at sa ilang mga kaso, mga oksido at mga simpleng sangkap.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

4NН 3 +ЗО 2 =2N 2 +6Н 2 О

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

Kapag nakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong sangkap, ang oxygen ay kumikilos bilang isang ahente ng oxidizing. Ang mahalagang ari-arian nito, ang kakayahang mapanatili pagkasunog mga sangkap.

Ang oxygen ay bumubuo rin ng isang compound na may hydrogen - hydrogen peroxide H 2 O 2 - isang walang kulay na transparent na likido na may masangsang na astringent na lasa, lubos na natutunaw sa tubig. Sa kemikal, ang hydrogen peroxide ay isang napaka-kagiliw-giliw na tambalan. Ang mababang katatagan nito ay katangian: kapag nakatayo, dahan-dahan itong nabubulok sa tubig at oxygen:

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

Ang liwanag, init, pagkakaroon ng alkalis, at pakikipag-ugnay sa mga ahente ng oxidizing o pagbabawas ay nagpapabilis sa proseso ng agnas. Ang estado ng oksihenasyon ng oxygen sa hydrogen peroxide = - 1, i.e. ay may intermediate na halaga sa pagitan ng estado ng oksihenasyon ng oxygen sa tubig (-2) at sa molecular oxygen (0), kaya ang hydrogen peroxide ay nagpapakita ng redox duality. Ang mga katangian ng oxidizing ng hydrogen peroxide ay mas malinaw kaysa sa pagbabawas ng mga katangian, at ipinapakita nila ang kanilang mga sarili sa acidic, alkaline at neutral na mga kapaligiran.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O