Fizikalna svojstva vodika. Svojstva i upotreba vodika

Vodonik H - hemijski element, jedan od najčešćih u našem univerzumu. masa vodika kao element u sastavu materije iznosi 75% od ukupnog sadržaja atoma drugog tipa. On ulazi najvažnijih i vitalne veze na planetu - voda. Posebnost vodika je i činjenica da je on prvi element periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeleeva.

Otkrivanje i istraživanje

Prvi pomen vodika u spisima Paracelsus datiraju iz šesnaestog stoljeća. Ali njegova izolacija od smjesa plinova istraživanja zraka i zapaljivih svojstava je postignut u naučnici sedamnaestom stoljeću Lemaire. Hidrogen temeljito studirao engleski kemičar i fizičar naučnik Henry Cavendish, što empirijski dokazano da je masa vodika najniži u odnosu na druge plinove. U kasnijim fazama razvoja nauke, mnogi naučnici su radili s njim, kao što je Lavoisier, koji ga je nazvao "je proizvela vodu."

Funkcija na situaciju PSKHE

Element, otvarajući periodni D. I. Mendeleeva - je vodik. Fizička i kemijska svojstva atoma pokazuju određene dualnosti jer vodonik istovremeno spadaju u prvu grupu, glavni podgrupa, ako se ponaša kao metal i daje jedan elektron u procesu kemijske reakcije i sedmi - u slučaju potpuno ispunjen valence shell, i.e. recepciji negativne čestice, što ga karakterizira kao slična halogene.

Karakteristike elektronske strukture elementa

Svojstva atoma vodonika složenih supstanci na koje je uključena i jednostavna supstanca N ₂ se prvenstveno određuje elektronske konfiguracije vodika. Čestica ima elektron sa Z = (-1), koji rotira u svojoj orbiti oko jezgra sadrži jedan proton sa jedinici mase i pozitivan naboj (+1). Elektronsku konfiguraciju 1s evidentiran kao ^1, što ukazuje na prisustvo negativnih čestica u sebi za prvi i jedini vodika e-orbitala.

Kada izolacije ili trzaj elektron i atom elementa ima svojstvo da se spaja sa metalima dobiti kation. U suštini jona vodonika - pozitivan elementarnih čestica. Stoga, elektron lišen vodika jednostavno nazvan proton.

fizičke osobine

Kada opisuje fizičke osobine vodika ukratko, to je bezbojna, štedljivo topiv gas sa Relativna atomska masa od 2, 14,5 puta lakši od zraka, temperature ukapljivanja -252,8 stupnjeva Celzijusa.

U eksperimentu, lako možete vidjeti da je H ₂ je najlakši. To je dovoljno da se popuni tri lopte raznih supstanci - vodika, ugljičnog dioksida, obično zrak - i istovremeno osloboditi ih iz ruke. Najbrži koja stiže na zemlju, koji je ispunjen sa CO ₂ nakon kapi vazduh zrak mješavina se sastoji od H ₂ i sve dovesti do plafona.

Mala težina i veličina čestica vodika opravdati svoju sposobnost da prodire kroz različite materijale. Na primjer iste lopte u ovom lako napraviti nekoliko dana nakon što je izduvati se kao jednostavno plin će proći kroz gumu. Također, vodik mogu akumulirati u strukturi pojedinih metala (paladija ili platine), a kada se podiže temperatura ispari iz njega.

hidrogen imovine štedljivo koristi u laboratoriju za svoju metodu izolacije raseljenih vode. Fizička svojstva vodika (sto je prikazano u nastavku sadrži osnovne parametre) definirati svoje područje primjene i metode pripreme.

The izotopa

Kao i mnogi drugi članovi periodnog sistema hemijskih elemenata, Vodik ima nekoliko prirodnih izotopa, i.e. atoma sa istim brojem protona u jezgru, ali različit broj neutrona - čestica sa nula i jedinica zadužena masu. Primjeri atoma koji imaju slične nekretnine - kisik, ugljik, hlor, brom i slično, uključujući radioaktivni.

Fizička svojstva vodika ¹ H, najrasprostranjeniji predstavnika ove grupe se značajno razlikuju od onih karakteristika svojih momaka. Konkretno, različite funkcije supstance u kojima pripadaju. Prema tome, postoji redovna i deuterated vodom koja sadrži u svom sastavu umjesto atom vodonika sa samo jednim proton deuterij ² H - izotop sa dva elementarne čestice: pozitivno i prazne. Ovaj izotop je dva puta teži nego što je uobičajeno vodika, što objašnjava osnovna razlika u svojstvima spojeva koje čine. Priroda deuterija naći u 3200 puta rjeđi od vodika. Treće predstavnika - tricij, ³ H, u srži ima dva protona i jednog neutrona.

Metode za pripremu i izoluju

Laboratorijske i industrijske metode za proizvodnju vodika su sasvim drugačiji. Dakle, male količine plina se proizvodi prvenstveno reakcijama koje uključuju minerala, a proizvodnja velikih razmjera od sve više koriste organske sinteze.

Sljedeće kemijske reakcije koriste se u laboratoriji:

1. Reakcije alkalnih i zemnoalkalnih metala s vodom i stvara lužine i željenu gasa.
2. Elektrolizom vodene otopine elektrolita na anodi se oslobađa H ₂ ↑, i katode - kisik.
3. Razgradnje hidridi alkalnih metala s vodom, alkalni i proizvodi su, odnosno, plin H ₂ ↑.
4. Reagirajući razrijeđenu kiselinu sa metalima da se formira soli i H ₂ ↑.
5. Djelovanjem lužine na siliciju, aluminija i cinka doprinosi oslobađanje vodika paralelno da formiraju kompleksne soli.

U industrijski gas korist pribavljena tehnike kao što su:

1. Termičko razlaganje metana u prisustvu katalizatora za njenih konstitutivnih osnovne supstance (350 stepeni dostiže vrijednost takvih parametara su temperatura) - vodik H ₂ i ugljen C. ↑
2. Prenos vodene pare kroz koksa na 1000 ° C da se formira ugljični dioksid CO ₂ i H ₂ ↑ (najčešći način).
3. Konverzija metana na nikla katalizatora pri temperaturi do 800 stupnjeva.
4. Vodonik je nusproizvod prilikom elektrolize vodenih rastvora kalijum hlorida ili natrija.

Kemijske interakcije: opće odredbe

Fizička svojstva vodika u velikoj mjeri objasniti njegovo ponašanje u procesima odgovor sa posebnim spoj. Valencija vodika je 1, budući da se nalazi u periodnog sistema u prvoj grupi, a pokazuje drugačije oksidacije države. U svim jedinjenja, osim hidridi, vodonik sd = (1+) u molekule tipa centralnog nervnog sistema, CN _2, CN ₃ - (1).

A molekula vodonika, formirana pružajući generalizovane elektronski par, sastoji se od dva atoma i prilično stabilna energično, iz tog razloga pod normalnim uvjetima više inertni u reakciji i ulazi u normalnim uvjetima promjene. Ovisno o stupnju oksidacije vodika i drugih supstanci, može poslužiti i kao oksidansa i reduktor.

Tvari koje reagiraju na formiranje vodika i

Elemental interakcija formirati složene supstance (često na povišenim temperaturama):

1. Alkalnih i zemnoalkalnih metala + H = hidrid.
2. Halogene + H ₂ = vodik halogenida.
3. Sumpor + = hidrogen sulfid.
4. Kisik + _H2O = vodu.
5. Carbon + H = metana.
6. Dušik + H ₂ = amonijaka.

Interakcija sa složenim supstanci:

1. Priprema sinteze plina iz ugljen-monoksida i vodika.
2. Oporavak metala iz njihovog oksida sa H _2.
3. Hidrogen zasićenje nezasićenih alifatskih ugljikovodika.

vodikova veza

Fizička svojstva vodika su takva da omogućavaju, biti u vezi sa elektronegativniji element, da se formira posebnu vrstu veze sa istim atom susjedni molekula koje imaju nedeljeni elektronskih parova (npr, kisik, dušik i fluor). Najjasniji primjer je bolji pogled na ovaj fenomen - to je voda. Može se reći spojenim vodikove veze su slabiji od kovalentne ili jonske, ali s obzirom na činjenicu da mnogi od njih imaju značajan utjecaj na svojstva supstanci. U stvari, vodikove veze - je elektrostatički interakcija, koji se vezuje molekule vode u dimeri i polimeri, dokazujući svoju visoku tačku ključanja.

Vodika u sastavu mineralnih jedinjenja

Sastav neorganskih kiselina uključuju proton - kacija atoma kao što su hidrogen. Supstanca kiseline talog koji ima stupanj oksidacije veće od (-1) je rekao polibaznih spoj. U ovom trenutku postoji nekoliko atoma vodonika, što čini višestepene disocijacija u vodenim otopinama. Svaki naredni proton kiseline talog odvaja od teže. Kvantificirati sadržaja vodika u okruženju određuje kiselost.

Vodika sadrže hidroksilne grupe i baze. Oni su povezani na atom vodika kisika, što je rezultiralo u stepenu oksidaciju ostataka lužine uvijek jednaka (-1). O sadržaju hidroksilne grupe u okruženju definisan svojim bazičnosti.

Korištenje ljudskih aktivnosti

Cilindri sa supstancom, kao i kontejneri sa drugim tečnih gasova kao što su kisik, imaju specifičan izgled. Oni naslikao darkish-zelene boje sa jarko crvenim "Hydrogen" slova. Gas se ubrizgava u balon pod pritiskom od oko 150 atmosfera. Fizička svojstva vodika, a posebno lakoća plinovitih agregatnog stanja i koristi se za njih punjenje sa mješavinom helijuma balona, zvučeći baloni, itd

Vodik, fizičke i kemijske osobine koje su ljudi naučili da koriste prije mnogo godina, u ovom trenutku su uključeni u mnogim industrijama. Njegov glavni mase ide u proizvodnju amonijaka. Također vodonik je uključen u proizvodnji metala (hafnijuma, germanij, galij, silicij, molibden, volfram, cirkonijuma, i drugi) od oksida, govoreći u reakciji kao redukcijsko sredstvo i soli cijanovodonična kiselina, metil alkohol, ali i sintetičkih tečno gorivo. Prehrambenoj industriji koristi za pretvaranje biljnih ulja u čvrste masti.

Definisane kemijska svojstva i upotreba vodika u raznim hidrogenacije procesa i hidrogenacije masti, ugljena, ugljikovodici, ulja i mazuta. Sa njim proizvesti dragulja, sa žarnom niti, troše kovanje i zavarivanje metalnih proizvoda pod utjecajem kisika i vodika plamen.