Водород Химический символ H. Порядковый номер 1. Атомная
реклама
Водород Автор: SergeiMegan 31.05.2008 22:28 - Обновлено 19.06.2008 10:00 Водород Химический символ H. Порядковый номер 1. Атомная масса 1,00794. Ядро атома водорода содержит один протон. Электронная конфигурация 1s1. Водород имеет простейшее строение атома: его ядро окружено электронным облаком. Число известных изотопов 4. Обычный водород состоит из молекул, в состав которых входят атомы, образованные одним протоном и одним электроном. Этот «простейший» водород называют протий 11Н. Существуют, однако, еще три изотопа водорода, а именно: дейтерий, ядро которого содержит один протон и один нейтрон (его обозначают символом D) — 21Н, и тритий (символ Т), Тритий имеет в ядре два нейтрона и один протон —31Н, а четвертый — 41Н — получен искусственно. В обычном водороде один атом дейтерия приходится приблизительно на 7 тысяч атомов протия, а на один атом трития — 1018 атомов протия. Тритий является радиоактивным элементом с периодом поля распада 12,262 года и получается искусственно действием нейтронов на изотоп лития: 6Li + n4He+T Космические лучи в верхних слоях атмосферы вызывают образование нейтронов, вступающих в реакцию: 14N + n12C+T Эта реакция объясняет наличие ничтожно малых количеств трития в атмосфере. Особое значение с современных позиций приобретает вопрос о месте водорода в периодической системе Д. И. Менделеева, Электронная структура оболочки водорода аналогична оболочке щелочных металлов. Подобно щелочным металлам, водород имеет высшую степень окисления +1 однозарядного иона H+. Спектр водорода очень похож на спектры щелочных металлов. Подобно последним, водород является сильным восстановителем. Эти ос-новные причины позволяют рассматривать водород как представителя I группы. Однако радиус однозарядного иона H+, называемого протоном (10-6 нм), резко отличается от радиусов ионов щелочных металлов (0,06-0,17 нм). Энергия ионизации атома водорода намного больше атомов щелочных металлов и близка к энергии ионизации галогенов (ЕCl=13,01 эВ, ЕH=13,59 эВ). Следует отметить и другое важное отличие: для щелочных металлов невозможно существование отрицательно заряженных ионов, тогда как для водорода степень окисления -1 достаточно харак-терна. Таким образом, между водородом и щелочными металлами наблюдается лишь некоторое сходство. С другой стороны, водород включен в главную подгруппу седьмой группы Как и галогены, водород — газообразное в обычных условиях вещество, образует двухатомные молекулы с ковалентной связью, проявляет окислительные свойства, т.е. атом водорода при-соединяет один электрон, образуя прочную электронную конфигурацию ближайшего инертного элемента гелия. Во всех соединениях водорода с 1/3 Водород Автор: SergeiMegan 31.05.2008 22:28 - Обновлено 19.06.2008 10:00 металлами анион КГ одновалентен, а сами эти соединения, — гидриды — по структуре и характеру связи очень сходны с галогенидами: они являются типичными солями. Поэтому водород помещают в VII группу периодической системы элементов Д. И. Менделеева, а в I группе символ водорода заключают в скобки или наоборот. Нахождение в природе Водород широко распространен в природе — содержится в воде, во всех органических соединениях, в свободном виде — в некоторых природных газах. Содержание его в земной коре с учетом гидросферы составляет 1% по массе или 16 атомных процентов. Водород составляет около половины массы Солнца. Получение В лабораторных условиях водород получают следующими способами. Взаимодействие металла (цинка) с разбавленными растворами соляной или серной кислот (реакция проводится в аппарате Киппа): Zn+2НСl=ZnCl2+H2 H<0 Zn+H+= Zn2++H2 2. Взаимодействие щелочноземельных металлов с водой: Са+2Н2O = Са(ОН)2+H2 3. Взаимодействие алюминия или кремния с водными растворами щелочей: 2Аl+2NaOH+6Н2О=2Na[Al(OH)4]+3H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 4. Взаимодействие гидридов с водой: NaH+Н2O=NaOH+H2 В промышленности водород также получают несколькими способами. 1. Электролиз водных растворов КСl или NaCl как побочный продукт. Катодом служит железная сетка, анодом — графит. Схему электролиза (на примере КС1) следует представлять так. КС1 полностью диссоциирует на ионы K+ и Cl-. При прохождении электрического тока к катоду подходят ионы К+, к аноду — хлорид-ионы Сl-. Калий в ряду стандартных электродных потенциалов расположен до алюминия, и его ионы восстанавливаются (присоединяют электроны) гораздо труднее, чем молекулы воды, Ионов же водорода Н+ в растворе очень мало. Поэтому на катоде разряжаются только молекулы воды с выделением молекулярного водорода: 2Н2О+2e-Н2+ 2OHХлорид-ионы в концентрированном растворе легче отдают электроны (окисляются), чем молекулы воды, поэтому на аноде разряжаются хлорид-ионы: 2Сl--2e-Сl2 Общее уравнение электролиза раствора в ионной форме: 2/3 Водород Автор: SergeiMegan 31.05.2008 22:28 - Обновлено 19.06.2008 10:00 2. пропуская Конверсионный пары воды способ через (конверсия раскаленный — превращение). кокс при 1000°С: Сначала получают водяной газ, С+Н2O=СО+Н2 H>0 сЗатем избытком оксид паров углерода воды (II) над окисляют нагретым вкДж. оксид до 400-450°С углерода катализатором (IV), пропуская Fe2O3: смесь водяного газа СО+(Н2)+Н2O=СО2+2Н2 H>0 Образующийся 50% промышленного оксид водорода. углерода (IV) поглощается водой. Этим получают свыше 3. Окисление метана водяным паром: Реакция СО протекает вобщего СO2 ввсостоит присутствии исводорода Н2 отделяют никелевого от СО2, катализатора как описано выше. примерно при 800°С. Далее Этот водород. метод позволяет использовать природные газы и получать самый дешевый 4. Термическое разложение метана (1200°С): СН4=С+2Н2 5. газообразные Глубокое вещества, кроме (до -196°С) водорода, коксового конденсируются. газа. При таком охлаждении все 6. Электролиз воды присутствии NaOH или КОН: катоде образуется два объема водорода, на аноде — один объем кислорода. Физические свойства 14,4 кипения Жидкий раза водород -251,8°С. — легче газ без воздуха, бесцветен. При цвета, этой плотность вкуса температуре запаха. при нормальных водород Самый переходит условиях из всех вспособом 0,0899 газов: г/л. 1 состояние. л Температура весит г, в Водород водорода); объясняет очень его способность характерной мало растворим диффундировать особенностью виH2 воде (в 1 является л воды через при растворимость металлические 20°С растворяется встенки. металлах, 18 мл что Химические свойства В потере молекуле соединениях электрона воды водород образованием образуется одновалентен. протон иона-гидроксония •СН4+Н2O=СО+3Н2 ВДля водных него характерна Н3O+. ион степень Н+ присоединяется окисления +1. к]При Но приводит соответствует гидридах впревращают гидридах самых креакция образованию оболочке металлов электроположительных гелия. степень гидрид-иона Гидрид-ион окисления металлов существует равна -1. (NaH, Присоединение конфигурация только CaH2). вжидкое кристаллических которого электрона 1s2 Формирование образовании многими RH, неметаллами молекулы двухэлектронных образует связей и взаимодействии (ковалентные газообразные водорода связи) соединения происходит с[их неметаллами. типа RH4, при Со RH3, RH2, Молекула Возникновение электронов (или связи между |металлами электронного из ними двух объясняется атомов, облака): связанных образованием Н:Н или прочной Н2. обобщенной ковалентной пары связью. Благодаря чем необходимо температуре его отдельные этому затратить выше обобщению 2000°С. атомы. энергию Чтобы электронов 436 разорвать молекула Распад молекулы молекул H2 более на атомы Н2 на энергетически втеплоты. атомы 1металлов: моле происходит водорода, устойчива, при поджигании нормальных смеси условиях из 2водород объемов водород не и 1Н-,электронная взаимодействует объема О2 реакция са кислородом, протекает однако со взрывом: при 2Н2+О2=2Н2О Водород водородно-кислородного одного кислороде, объема горит так вси кислорода кислороде при взрыве пламени называют свосстановительными гремучей выделением достигает гремучим смеси большого образуется 2800°С. газом. количества Как Смесь вода. при двух горении объемов Температура в0,09 и При предварительно его поджиганием. работе сохлаждение водородом проверять необходимо герметичность соблюдать аппаратуры, большую также осторожность: чистоту водорода перед Взаимодействие взрывом даже в темноте: схлора галогенами протекает по-разному. Фтор реагирует сводорода водородом со H2+F2=2HF водородом происходит со взрывом только на свету: Н2+Сl2=2НСl СНа высокой бромом температуре. протекает менее энергично, а слегкий иодом не идет до конца даже при пропускании водорода через расплавленную серу сероводород: H2+S=H2S давлении иводорода вобразуя присутствии обратимо катализатора: реагирует сявляются азотом, причем только при высоком 3Н2+N22NH3 H<0 металлами, 2Na+Н2=2NaH высокой температуре 2Li+Н2=2LiH белые водород кристаллические Са+Н2=СаН2 соединяется вещества срастворах щелочными — гидриды и щелочноземельными В отрицательную: этих соединениях водород металл является имеет положительную окислителем: степень окисления, водород — Н+e-HСоединения характеризуются воды они разлагаются водорода сильными спа соответствующий (гидриды) гидроксид свойствами. иобразуется типично водород: Уже ионными в присутствии иводорода следов NaH+НОН=NaOH+H2 СаН2+2Н2О=Са(ОН)2+2H2 При нагревании восстанавливает многие металлы из оксидов, например: CuO+Н2=Cu+Н2О В — этой восстановитель реакции водород (см. отдает 13), один электрон (молекула водорода дваиз электрона), Применение Использование водорода его физических иихимических свойствах. Как гелием). легкий газ, он используется дляна наполнения аэростатов и энергетике дирижаблей (в смеси с он Применяют пламенем водород идля сваривают для получения металлы. высоких температур: кислородно-водородным Он химической топлива; горючее). дейтерий используется врежут пищевой промышленности исоединения тритий промышленности получения —табл. — важное для металлов получения — применение для (молибдена, гидрогенизации аммиака в атомной вольфрама искусственного жиров. и— изотопы др.) жидкого (термоядерное ихводорода оксидов, в Таблица 13, Водородные иосновано изменение свойств водородных соединений элементов в нашли периодической системе с ростом заряда ядер 1. В главных водородных периоде от концов к неметаллов элементов центру периода главных полярность подгрупп уменьшается. Н—Э Закономерно в молекулах 2. элементов увеличивается. же полярность связи вtплавления, гидридах сагрегатное ростом зарядов ядер изменяются 3. соединений уменьшается исоединений подгруппах физические ссвойства увеличением (tкипения, полярность заряда ядер связисвязи элементов. в молекулах водородных состояние). 3/3
