Vandenilis - kokia medžiaga? Cheminės ir fizikinės vandenilio savybės

Kiekvienas periodinės sistemos cheminis elementas turi savo specifinę padėtį, kuri atspindi jos savybes ir pasakoja apie jos elektroninę struktūrą. Tačiau tarp visų yra vienas specialus atomas, kuris užima tik dvi ląsteles. Pagal išdėstytas savybes jis yra sudarytas iš dviejų visiškai priešingų elementų grupių. Tai yra vandenilis. Tokios savybės suteikia unikalią galimybę.

Vandenilis yra ne tik elementas, bet ir paprasta medžiaga, taip pat neatskiriama daugelio kompleksinių junginių dalis, biogeninis ir organogeninis elementas. Todėl mes detaliau svarstome jo ypatybes ir savybes.

Vandenilis kaip cheminis elementas

Vandenilis yra pirmosios grupės pagrindinio pogrupio elementas, taip pat septintoji pagrindinio pogrupio grupė pirmajame mažame laikotarpyje. Šis laikotarpis susideda tik iš dviejų atomų: heliu ir elementu, kurį mes svarstome. Aprašykime pagrindinius vandenilio padėties požymius periodinėje lentelėje.

1. Ordininis vandenilio skaičius yra 1, elektronų skaičius yra toks pats, taigi, tas pats protonų skaičius. Atominė masė yra 1.00795. Yra trys tam tikro elemento su masės skaičiumi 1, 2, 3. Tačiau kiekvieno iš jų savybės labai skiriasi, nes masė padidėja net dvigubai vandeniliu.
2. Tai, kad jame yra tik vienas elektronas išoriniu energijos lygiu, leidžia jai sėkmingai atskleisti ir oksidacines, ir redukuojančias savybes. Be to, po to, kai elektronas išleidžiamas, joje lieka laisva orbitė, kuri dalyvauja formuojant cheminius ryšius donoro-akceptoriaus mechanizmu.
3. Vandenilis yra stiprus redukuojantis agentas. Todėl pagrindinė grupė yra pirmoji pagrindinio pogrupio grupė, kurioje jis vadovauja aktyviausiems metalams - šarminiams.
4. Tačiau, sąveikaujant su stipriomis redukcijos priemonėmis, pavyzdžiui, metalais, jis gali būti oksiduojantis elektronu. Šie junginiai vadinami hidridais. Remdamasis šiais principais, jis vadovauja halogenų pogrupiui, su kuriuo jis yra panašus.
5. Dėl labai mažos atominės masės, vandenilis laikomas lengviausiu elementu. Be to, jo tankis taip pat yra labai mažas, todėl jis taip pat yra lengvumo standartas.

Taigi akivaizdu, kad vandenilio atomas yra visiškai unikalus elementas, kitaip nei bet kuris kitas elementas. Todėl jo savybės taip pat yra ypatingos, o sudėtingos ir sudėtingos medžiagos yra labai svarbios. Paimkime juos toliau.

Paprastoji medžiaga

Jei mes kalbame apie šį elementą kaip molekulę, tada turime pasakyti, kad tai dviaukštis. Tai reiškia, kad vandenilis (paprastoji medžiaga) yra dujos. Jo empirinė formulė bus parašyta kaip H ₂ , o grafinė - per vieną sigma-jungtį H-H. Ryšio tarp atomų susidarymo mechanizmas yra kovalentinis nepolinis.

Net Henriui Cavendishui 1766 m. Pavyko atrasti šią medžiagą. Būtent jis įrodė, kad vandenilis yra dujos, o tas, kuris gali sprogti ore. Vėliau savybės buvo gerai ištirtos, tapo aišku, kad medžiaga buvo paprasčiausias tarp žinomų.

Net ir vėliau Lavoisieras pavadino (tiek elementu, tiek jo pagrindu pagaminta medžiaga) lotynų kalba - vandeniliu, o vertimas reiškia "gimdant vandenį". 1781 m. Šio elemento atradėjas Henris Cavendish įrodė, kad vanduo yra vandenilio ir deguonies derinys, ty jų sąveika. Šios šviesos dujos taip pat yra labai degios, tai buvo žinoma dar XVI amžiuje, tai atsispindėjo Paracelso įrašuose.

Taigi, molekulinis vandenilis yra natūraliai susidaręs ir natūraliai susidaręs dujinis junginys, susidedantis iš dviejų atomų, kurie gali sprogti ore. Be to, molekulė gali suskaidyti į atomus, kurie dalyvauja branduolinėse reakcijose, paverčiantis heliu. Šie procesai nuolat vyksta Saulėje ir erdvėje, kurie yra pagrindiniai šio ryšio tiekėjai.

Vandenilis yra medžiaga, kuri gali pasirodyti kaip oksidatorius ir kaip reduktorius. Ji taip pat yra labai plati žmogaus veikloje.

Fizinės savybės

Fiziniai vandenilio parametrai yra šie:

1. Virimo taškas yra (-252.76 ⁰ C).
2. Lydymosi taškas yra (-259,2 ^° C).
3. Nurodytoje temperatūros diapazone yra bespalvis skystis, kurio kvapas nėra.
4. Esant labai aukštam slėgiui yra kieto vandenilio kristalai.
5. Esant tam tikroms sąlygoms (aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai) galima keisti į metalinę būseną.
6. Iš esmės nerastvorim vandenyje, todėl jį galima surinkti naudojant vandens pasislinkimo metodą gamyboje laboratorijoje.
7. Normaliomis sąlygomis vandenilis yra ne kvapas, spalva ir skonis.
8. Tai degios ir sprogi medžiaga.
9. Jis gerai ištirpsta metaluose, nes jis gali skleisti jų storį.
10. Maždaug 14,5 karto šios dujos yra lengvesnės nei oras.

Paprastos medžiagos kristalinės grotelės yra molekulinės, susiliejimai yra silpni, todėl jie lengvai sunaikinami.

Cheminės savybės

Kaip jau minėta, vandenilis gali parodyti tiek redukcines, tiek oksidacines savybes. Galimi elemento +1 oksidacijos būsenos; -1. Todėl jis dažnai naudojamas pramonėje sintezėms ir įvairioms reakcijoms.

Oziduojančios vandenilio savybės

1. Sąveika su aktyviaisiais metalais (šarminiais ir šarminiais žemėmis) normaliomis sąlygomis veda prie druskos formos junginių, vadinamų hidridais. Pavyzdžiui: LiH, CaH ₂ , KH, MgH ₂ ir kiti.
2. Sudėtyje esantys mažai aktyvūs metalai, veikiami aukštų temperatūrų arba stipraus apšvietimo (fotocheminis reakcijų inicijavimas), taip pat sudaro hidridus.

Redukcinės vandenilio savybės

1. Sąveika normaliomis sąlygomis tik su fluoru (kaip stiprus oksidatorius). Dėl to susidaro vandenilio fluoridas arba vandenilio fluorido rūgštis HF.
2. Sąveika su beveik visais nemetalais, bet tam tikromis gana griežtomis sąlygomis. Junginių pavyzdžiai: H ₂ S, NH ₃ , H ₂ O, PH ₃ , SiH ₄ ir kiti.
3. Atkuria metalus nuo jų oksidų iki paprastų medžiagų. Tai yra vienas iš pramoninių metalų gamybos būdų, vadinamų "hydrogenothermia".

Atskirai turėtume pabrėžti reakcijas, kurios naudojamos organinėse sintezėse. Jos vadinamos vandeniliu prisotinimu vandeniliu ir dehidrogenizavimu, ty jo skilimu iš molekulės. Remiantis šiais transformacijos metodais, gaminami įvairūs angliavandeniliai ir kiti organiniai junginiai.

Būti gamta

Vandenilis yra labiausiai paplitusi medžiaga mūsų planetoje ir už jos ribų. Galų gale beveik visa tarpžvaigždinė erdvė ir žvaigždės būtent yra šio ryšio. Vietoje tai gali egzistuoti tokia forma:

• Plazma;
• Dujos;
• Jonai;
• Atomai;
• Molekulės.

Yra keletas skirtingo tankio debesų rūšių, būtent šios medžiagos.

Jei mes kalbame apie sklaidą konkrečiai žemės plutoje, tada vandenilis prilygsta antrajam skaičiui atomų po deguonies, apie 17%. Laisvoje formoje yra retas, tik nedideli kiekiai sauso oro sudėtyje. Dažniausiai šio elemento jungtis yra vanduo. Tai yra jo sudėtis, kad jis susitinka planetoje.

Taip pat vandenilis yra privalomas bet kokio gyvo organizmo komponentas. O žmogaus kūne šio atomo dalis yra 63%. Vandenilis yra organogeninis elementas, todėl jis sudaro baltymų, riebalų, angliavandenių ir nukleino rūgščių molekules, taip pat daugybę kitų gyvybiškai svarbių junginių.

Priėmimas

Yra įvairių būdų, kaip gauti dujas, kurias mes svarstome. Tai apima kelis pramonės ir laboratorijų sintezės variantus.

Pramoniniai vandenilio gamybos metodai:

1. Steam metano konversija.
2. Anglies dujinimas - procesas susijęs su anglies kaitinimu iki 1000 ⁰ C, todėl susidaro vandenilis ir didelės anglies.
3. Elektrolizė. Šis metodas gali būti naudojamas tik įvairių druskų vandeniniams tirpalams, nes lydymasis nekelia vandens išleidimo katode.

Laboratoriniai vandenilio gamybos metodai:

1. Hidrolizė iš metalo hidridų.
2. Skiedžiamų rūgščių poveikis aktyviems metalams ir vidutinis aktyvumas.
3. Šarminių ir šarminių žemių metalų sąveika su vandeniu.

Norint surinkti gautą vandenilį, reikia vamzdį laikyti aukštyn kojom. Galų gale šios dujos negali būti surinktos, pavyzdžiui, kaip anglies dioksidas. Tai vandenilis, jis daug lengvesnis nei oras. Greitai išsilydo, o dideliais kiekiais sumaišant su oru sprogsta. Todėl bandymo vamzdis turi būti perjungtas. Užpildę, jis turi būti uždarytas guminiu kamščiu.

Norėdami patikrinti surinkto vandenilio grynumą, turėtumėte apšviesti rungtynes prie kaklo. Jei medvilnė yra kurta ir tyla, tai reiškia, kad dujos yra švarios, su minimaliomis oro priemaišomis. Jei garsiai ir švilpimas - nešvarus, su dideliu procentiniu daliu užsienio komponentų.

Naudojimo sritys

Kai vandenilis sudeginamas, išleidžiama tiek daug energijos (šilumos), taigi šios dujos laikomos pačiu pelningiausiu kuru. Be to, jis yra ekologiškas. Tačiau iki šiol jo naudojimas šioje srityje yra ribotas. Taip yra dėl nepagrįstų ir neišspręstų gryno vandenilio sintezės problemų, kurios būtų tinkamos naudoti reaktoriuose, varikliuose ir nešiojamuosiuose įrenginiuose, taip pat gyvenamųjų pastatų šildymo katilams.

Galų gale šių dujų gavimo būdai yra gana brangūs, todėl pirmiausia reikia sukurti specialų sintezės metodą. Tokia, kuri leis gauti produktą dideliu kiekiu ir su minimaliomis išlaidomis.

Galima išskirti keletą pagrindinių sričių, kuriose mūsų aptariamos dujos randa paraišką.

1. Cheminė sintezė. Remiantis hidrinimu, gaunami muilai, margarinai ir plastikas. Sintezuojant vandenilį, metanolį ir amoniaką, taip pat kitus junginius.
2. Maisto pramonėje - kaip priedas E949.
3. Aviacijos pramonė (raketų inžinerija, orlaivių konstrukcija).
4. Energetika.
5. Meteorologija.
6. Ekologiškai grynos rūšies degalai.

Akivaizdu, kad vandenilis yra toks pat svarbus kaip ir gamtoje. Dar didesnį vaidmenį atlieka įvairūs jo sudaryti junginiai.

Vandenilio junginiai

Tai yra sudėtingos medžiagos, turinčios vandenilio atomus. Galima išskirti keletą pagrindinių tokių medžiagų rūšių.

1. Vandenilio halogenidai. Bendra formulė yra HHal. Vandenilio chloridas yra ypač svarbus. Tai yra dujos, kurios ištirpsta vandenyje, kad susidarytų vandenilio chlorido rūgšties tirpalas. Ši rūgštis plačiai naudojama beveik visose cheminėse sintezėse. Ir tiek organiniai, tiek neorganiniai. Vandenilio chloridas yra junginys, turintis empirinę HCL formulę ir kasmet yra didžiausia gamybai mūsų šalyje. Vandenilis, vandenilio fluidas ir vandenilio bromidas taip pat yra vandenilio halogenidai. Jie visi sudaro atitinkamas rūgštis.
2. Lakieji vandenilio junginiai iš nemetalų. Beveik visi jie yra pakankamai nuodingos dujos. Pavyzdžiui, vandenilio sulfidas, metanas, silanas, fosfinas ir kt. Tuo pat metu labai degi.
3. Hidridai - junginiai su metalais. Susiję su druskų klase.
4. Hidroksidai: bazės, rūgštys ir amfoteriniai junginiai. Jų sudėtis būtinai apima vandenilio atomus, vieną ar daugiau. Pavyzdys: NaOH, K2 [AL (OH) ₄ ], H2SO4 ir kiti.
5. Vandenilio hidroksidas. Šis junginys dažniausiai vadinamas vandeniu. Kitas pavadinimas yra vandenilio oksidas. Empirinė formulė yra tokia: H ₂ O.
6. Vandenilio peroksidas. Tai stipriausias oksidatorius, kurio formulė yra H2O2.
7. Daugybė organinių junginių: angliavandeniliai, baltymai, riebalai, lipidai, vitaminai, hormonai, eteriniai aliejai ir kt.

Akivaizdu, kad nagrinėjamo elemento junginių įvairovė yra labai didelė. Tai dar kartą patvirtina savo didelę reikšmę gamtai ir žmogui, taip pat visoms gyvoms būtybėms.

Vandenilio oksidas yra geriausias tirpiklis

Kaip minėta pirmiau, bendras šios medžiagos pavadinimas yra vanduo. Jį sudaro du vandenilio atomai ir vienas deguonis, sujungti kartu kovalentinėmis poliarinėmis jungtimis. Vandens molekulė yra dipolis, kuris paaiškina daugelį jo savybių. Visų pirma, tai yra universalus tirpiklis.

Vandens aplinkoje vyksta beveik visi cheminiai procesai. Vidaus reakcijos į plastiko ir energijos metabolizmą gyvuose organizmuose taip pat atliekamos vandenilio oksido pagalba.

Vanduo teisėtai laikomas svarbiausia medžiaga planetoje. Žinoma, kad be jo gyvas organizmas negali gyventi. Žemėje jis gali egzistuoti trimis agreguotomis būsenomis:

• Skystas;
• Dujos (garas);
• Kietas (ledas).

Priklausomai nuo vandenilio izotopo, kuris yra molekulės dalis, yra trys vandens tipai.

1. Šviesa ar protiktas. Izotopas, kurio masės skaičius yra 1. Formulė - H ₂ O. Tai žinoma forma, kurią naudoja visi organizmai.
2. Deuteris arba sunkus, jo formulė yra D ₂ O. Jame yra izotopas ² H.
3. Labai sunkus arba tritis. Formulė atrodo kaip T ₃ O, izotopas - ³ N.

Labai svarbūs yra šviežių proti vandenų rezervai planetoje. Jau daugelyje šalių to trūksta. Sukuriami metodai druskingo vandens valymui gerti.

Vandenilio peroksidas yra universali priemonė

Šis junginys, kaip minėta aukščiau, yra puikus oksidatorius. Tačiau su tvirtais atstovais taip pat gali elgtis kaip reduktorius. Be to, jis turi ryškų baktericidinį poveikį.

Kitas šio junginio pavadinimas yra peroksidas. Būtent tokia forma naudojama medicinoje. 3% šio junginio kristalinio hidrato tirpalas yra medicininis vaistas, naudojamas mažoms žaizdoms gydyti dezaktyvacijos tikslais. Tačiau įrodyta, kad šiuo atveju žaizdų gijimo laikas didėja.

Be to, vandenilio peroksidas yra naudojamas raketų kure, pramonėje dezinfekavimui ir balinimui, kaip putų medžiagai tinkamų medžiagų gamybai (pavyzdžiui, putplastis). Be to, peroksidas padeda išvalyti akvariumus, išblukinti plaukus ir balinti dantis. Tačiau tuo pačiu metu jis pažeidžia audinius, todėl specialistai šiuo tikslu nerekomenduojami.