Bakit hindi nasusunog ang tubig, bagaman binubuo ito ng mga nasusunog na sangkap (hydrogen at oxygen). Hydrogen. Mga katangiang pisikal at kemikal, pagkuha ng Oxygen plus hydrogen kung ano ang mangyayari

10.1.Hydrogen

Ang pangalang "hydrogen" ay tumutukoy sa parehong elemento ng kemikal at isang simpleng sangkap. Elemento hydrogen binubuo ng mga atomo ng hydrogen. Simpleng sangkap hydrogen binubuo ng mga molekulang hydrogen.

a) Ang kemikal na elemento ng hydrogen

Sa natural na serye ng mga elemento, ang serial number ng hydrogen ay 1. Sa sistema ng mga elemento, ang hydrogen ay nasa unang yugto sa pangkat IA o VIIA.

Ang hydrogen ay isa sa mga pinakakaraniwang elemento sa Earth. Ang mole fraction ng hydrogen atoms sa atmospera, hydrosphere at lithosphere ng Earth (sama-samang tinatawag na earth's crust) ay 0.17. Ito ay matatagpuan sa tubig, maraming mineral, langis, natural gas, halaman at hayop. Ang karaniwang katawan ng tao ay naglalaman ng mga 7 kilo ng hydrogen.

Mayroong tatlong isotopes ng hydrogen:
a) magaan na hydrogen - protium,
b) mabigat na hydrogen - deuterium(D),
c) napakabigat na hydrogen - tritium(T).

Ang Tritium ay isang hindi matatag (radioactive) isotope, kaya halos hindi ito matatagpuan sa kalikasan. Ang Deuterium ay matatag, ngunit napakakaunti nito: w D = 0.015% (ng masa ng lahat ng terrestrial hydrogen). Samakatuwid, ang atomic mass ng hydrogen ay napakaliit na naiiba mula sa 1 Dn (1.00794 Dn).

b) hydrogen atom

Mula sa mga nakaraang seksyon ng kurso ng kimika, alam mo na ang mga sumusunod na katangian ng hydrogen atom:

Ang mga kakayahan ng valence ng isang hydrogen atom ay tinutukoy ng pagkakaroon ng isang electron sa isang solong valence orbital. Ang isang mataas na enerhiya ng ionization ay gumagawa ng isang hydrogen atom na hindi hilig na magbigay ng isang electron, at ang isang hindi masyadong mataas na electron affinity na enerhiya ay humahantong sa isang bahagyang pagkahilig na tanggapin ang isa. Dahil dito, sa mga sistema ng kemikal ang pagbuo ng H cation ay imposible, at ang mga compound na may H anion ay hindi masyadong matatag. Kaya, ang hydrogen atom ay pinaka-malamang na bumuo ng isang covalent bond sa iba pang mga atoms dahil sa kanyang isang unpaired electron. Parehong sa kaso ng pagbuo ng isang anion at sa kaso ng pagbuo ng isang covalent bond, ang hydrogen atom ay monovalent.
Sa isang simpleng sangkap, ang estado ng oksihenasyon ng mga atomo ng hydrogen ay zero sa karamihan ng mga compound, ang hydrogen ay nagpapakita ng isang estado ng oksihenasyon ng +I, at tanging sa mga hydride ng hindi bababa sa electronegative na mga elemento ang hydrogen ay may isang estado ng oksihenasyon ng -I.
Ang impormasyon tungkol sa mga kakayahan ng valence ng hydrogen atom ay ibinibigay sa Talahanayan 28. Ang valence state ng isang hydrogen atom na nakagapos ng isang covalent bond sa anumang atom ay ipinahiwatig sa talahanayan ng simbolo na "H-".

Talahanayan 28.Mga posibilidad ng Valence ng hydrogen atom

Estado ng Valence		Mga halimbawa ng mga kemikal
	ako 0 –ako	HCl, H 2 O, H 2 S, NH 3, CH 4, C 2 H 6, NH 4 Cl, H 2 SO 4, NaHCO 3, KOH H 2 B 2 H 6 , SiH 4 , GeH 4
		NaH, KH, CaH 2, BaH 2

c) Molekyul ng hydrogen

Ang diatomic hydrogen molecule H2 ay nabuo kapag ang mga atomo ng hydrogen ay nakagapos sa tanging covalent bond na posible para sa kanila. Ang koneksyon ay nabuo sa pamamagitan ng isang mekanismo ng palitan. Ayon sa paraan ng pag-overlap ng mga electron cloud, isa itong s-bond (Fig. 10.1 A). Dahil ang mga atom ay pareho, ang bono ay hindi polar.

Interatomic distance (mas tiyak, equilibrium interatomic distance, dahil nag-vibrate ang mga atom) sa isang hydrogen molecule r(H–H) = 0.74 A (Larawan 10.1 V), na makabuluhang mas mababa kaysa sa kabuuan ng orbital radii (1.06 A). Dahil dito, ang mga ulap ng elektron ng mga nakagapos na atomo ay nagsasapawan nang malalim (Larawan 10.1 b), at ang bono sa molekula ng hydrogen ay malakas. Ito ay ipinahiwatig din ng medyo mataas na halaga ng nagbubuklod na enerhiya (454 kJ/mol).
Kung nailalarawan natin ang hugis ng molekula sa pamamagitan ng ibabaw ng hangganan (katulad ng hangganan ng ibabaw ng ulap ng elektron), maaari nating sabihin na ang molekula ng hydrogen ay may hugis ng isang bahagyang deformed (pinahaba) na bola (Larawan 10.1). G).

d) Hydrogen (sangkap)

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang hydrogen ay isang walang kulay at walang amoy na gas. Sa maliit na dami ito ay hindi nakakalason. Ang solid hydrogen ay natutunaw sa 14 K (–259 °C), at ang likidong hydrogen ay kumukulo sa 20 K (–253 °C). Mababang mga punto ng pagkatunaw at pagkulo, isang napakaliit na hanay ng temperatura para sa pagkakaroon ng likidong hydrogen (6 °C lamang), pati na rin ang mga maliliit na halaga ng molar heats ng pagsasanib (0.117 kJ/mol) at singaw (0.903 kJ/mol). ) ay nagpapahiwatig na ang mga intermolecular bond sa hydrogen ay napakahina.
Ang density ng hydrogen r(H 2) = (2 g/mol): (22.4 l/mol) = 0.0893 g/l. Para sa paghahambing: ang average na density ng hangin ay 1.29 g/l. Iyon ay, ang hydrogen ay 14.5 beses na "mas magaan" kaysa sa hangin. Ito ay halos hindi matutunaw sa tubig.
Sa temperatura ng silid, ang hydrogen ay hindi aktibo, ngunit kapag pinainit ito ay tumutugon sa maraming mga sangkap. Sa mga reaksyong ito, ang mga atomo ng hydrogen ay maaaring tumaas o bawasan ang kanilang estado ng oksihenasyon: H 2 + 2 e– = 2Н –I, Н 2 – 2 e– = 2Н +I.
Sa unang kaso, ang hydrogen ay isang oxidizing agent, halimbawa, sa mga reaksyon na may sodium o calcium: 2Na + H 2 = 2NaH, ( t) Ca + H 2 = CaH 2 . ( t)
Ngunit ang pagbabawas ng mga katangian ng hydrogen ay mas katangian: O 2 + 2H 2 = 2H 2 O, ( t)
CuO + H 2 = Cu + H 2 O. ( t)
Kapag pinainit, ang hydrogen ay na-oxidized hindi lamang ng oxygen, kundi pati na rin ng ilang iba pang mga non-metal, halimbawa, fluorine, chlorine, sulfur at kahit nitrogen.
Sa laboratoryo, ang hydrogen ay ginawa bilang isang resulta ng reaksyon

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Sa halip na zinc, maaari kang gumamit ng bakal, aluminyo at ilang iba pang mga metal, at sa halip na sulfuric acid, maaari kang gumamit ng ilang iba pang dilute acid. Ang resultang hydrogen ay kinokolekta sa isang test tube sa pamamagitan ng pag-displace ng tubig (tingnan ang Fig. 10.2 b) o sa simpleng inverted flask (Larawan 10.2 A).

Sa industriya, ang hydrogen ay nagagawa sa malalaking dami mula sa natural na gas (pangunahin ang methane) sa pamamagitan ng pagtugon dito ng singaw ng tubig sa 800 °C sa pagkakaroon ng isang nickel catalyst:

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 ( t, Ni)

o gamutin ang karbon sa mataas na temperatura gamit ang singaw ng tubig:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2. ( t)

Ang dalisay na hydrogen ay nakukuha mula sa tubig sa pamamagitan ng pagbubulok nito ng electric current (napapailalim sa electrolysis):

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (electrolysis).

e) Mga compound ng hydrogen

Ang mga hydride (binary compound na naglalaman ng hydrogen) ay nahahati sa dalawang pangunahing uri:
a) pabagu-bago ng isip (molekular) hydride,
b) tulad ng asin (ionic) hydride.
Ang mga elemento ng mga pangkat IVA – VIIA at boron ay bumubuo ng molecular hydride. Sa mga ito, tanging ang mga hydride ng mga elemento na bumubuo ng mga nonmetals ay matatag:

B 2 H 6 ; NH3; H2O; HF
SiH 4 ;PH 3 ; H2S; HCl
AsH3; H2Se; HBr
H2Te; HI
Maliban sa tubig, ang lahat ng mga compound na ito ay mga gas na sangkap sa temperatura ng silid, kaya ang kanilang pangalan ay "volatile hydride".
Ang ilan sa mga elemento na bumubuo ng nonmetals ay matatagpuan din sa mas kumplikadong hydride. Halimbawa, ang carbon ay bumubuo ng mga compound na may mga pangkalahatang formula na C n H 2 n+2 , C n H 2 n, C n H 2 n–2 at iba pa, kung saan n maaaring napakalaki (ang mga compound na ito ay pinag-aaralan sa organic chemistry).
Kasama sa ionic hydride ang mga hydride ng alkali, alkaline earth elements at magnesium. Ang mga kristal ng mga hydride na ito ay binubuo ng mga H anion at mga metal na kasyon sa pinakamataas na estado ng oksihenasyon na Me o Me 2 (depende sa grupo ng sistema ng elemento).

LiH
NaH	MgH 2
KH	CaH2
RbH	SrH 2
CsH	BaH 2

Parehong ionic at halos lahat ng molecular hydrides (maliban sa H 2 O at HF) ay mga ahente ng pagbabawas, ngunit ang mga ionic hydrides ay nagpapakita ng mga katangian ng pagbabawas na mas malakas kaysa sa mga molekular.
Bilang karagdagan sa hydride, ang hydrogen ay bahagi ng hydroxides at ilang mga asing-gamot. Magiging pamilyar ka sa mga katangian ng mga mas kumplikadong hydrogen compound na ito sa mga susunod na kabanata.
Ang pangunahing mga mamimili ng hydrogen na ginawa sa industriya ay mga halaman para sa paggawa ng ammonia at nitrogen fertilizers, kung saan ang ammonia ay nakuha nang direkta mula sa nitrogen at hydrogen:

N 2 +3H 2 2NH 3 ( R, t, Pt – katalista).

Ang hydrogen ay ginagamit sa malalaking dami upang makagawa ng methyl alcohol (methanol) sa pamamagitan ng reaksyong 2H 2 + CO = CH 3 OH ( t, ZnO – catalyst), pati na rin sa paggawa ng hydrogen chloride, na direktang nakuha mula sa chlorine at hydrogen:

H 2 + Cl 2 = 2HCl.

Minsan ginagamit ang hydrogen sa metalurhiya bilang ahente ng pagbabawas sa paggawa ng mga purong metal, halimbawa: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.

1. Anong mga particle ang binubuo ng nuclei ng a) protium, b) deuterium, c) tritium?
2.Ihambing ang ionization energy ng hydrogen atom sa ionization energy ng atoms ng iba pang elemento. Aling elemento ang pinakamalapit sa hydrogen sa mga tuntunin ng katangiang ito?
3. Gawin ang parehong para sa electron affinity energy
4. Ihambing ang direksyon ng polariseysyon ng covalent bond at ang antas ng oksihenasyon ng hydrogen sa mga compound: a) BeH 2, CH 4, NH 3, H 2 O, HF; b) CH 4, SiH 4, GeH 4.
5. Isulat ang pinakasimple, molekular, istruktura at spatial na formula ng hydrogen. Alin ang madalas gamitin?
6. Madalas nilang sabihin: "Ang hydrogen ay mas magaan kaysa hangin." Ano ang ibig sabihin nito? Sa anong mga kaso maaaring literal na kunin ang expression na ito, at sa anong mga kaso ito ay hindi?
7. Bumuo ng mga istrukturang formula ng potassium at calcium hydride, pati na rin ang ammonia, hydrogen sulfide at hydrogen bromide.
8. Pag-alam sa molar heats ng pagkatunaw at pagsingaw ng hydrogen, matukoy ang mga halaga ng kaukulang mga tiyak na dami.
9. Para sa bawat isa sa apat na reaksyon na naglalarawan ng mga pangunahing kemikal na katangian ng hydrogen, lumikha ng elektronikong balanse. Lagyan ng label ang mga oxidizing at reducing agent.
10. Tukuyin ang mass ng zinc na kinakailangan upang makagawa ng 4.48 litro ng hydrogen gamit ang isang laboratoryo na pamamaraan.
11. Tukuyin ang masa at dami ng hydrogen na maaaring makuha mula sa 30 m 3 ng pinaghalong mitein at singaw ng tubig, na kinuha sa ratio ng volume na 1:2, na may ani na 80%.
12. Gumawa ng mga equation para sa mga reaksyong nagaganap sa panahon ng interaksyon ng hydrogen a) sa fluorine, b) sa sulfur.
13. Ang mga scheme ng reaksyon sa ibaba ay naglalarawan ng mga pangunahing kemikal na katangian ng ionic hydride:

a) MH + O 2 MOH ( t); b) MH + Cl 2 MCl + HCl ( t);
c) MH + H 2 O MOH + H 2 ; d) MH + HCl(p) MCl + H 2
Narito ang M ay lithium, sodium, potassium, rubidium o cesium. Isulat ang mga equation para sa kaukulang mga reaksyon kung ang M ay sodium. Ilarawan ang mga kemikal na katangian ng calcium hydride gamit ang mga equation ng reaksyon.
14. Gamit ang electron balance method, lumikha ng mga equation para sa mga sumusunod na reaksyon na naglalarawan ng mga nagpapababang katangian ng ilang molecular hydride:
a) HI + Cl 2 HCl + I 2 ( t); b) NH 3 + O 2 H 2 O + N 2 ( t); c) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( t).

10.2 Oxygen

Tulad ng hydrogen, ang salitang "oxygen" ay ang pangalan ng parehong elemento ng kemikal at isang simpleng sangkap. Bukod sa simpleng bagay" oxygen"(dioxygen) kemikal na elemento ang oxygen ay bumubuo ng isa pang simpleng sangkap na tinatawag na " ozone"(trioxygen). Ito ay mga allotropic na pagbabago ng oxygen. Ang sangkap na oxygen ay binubuo ng mga molekula ng oxygen O 2 , at ang sangkap na ozone ay binubuo ng mga molekula ng osono O 3 .

a) Kemikal na elemento ng oxygen

Sa natural na serye ng mga elemento, ang serial number ng oxygen ay 8. Sa sistema ng mga elemento, ang oxygen ay nasa ikalawang yugto sa VIA group.
Ang oxygen ay ang pinaka-masaganang elemento sa Earth. Sa crust ng lupa, ang bawat pangalawang atom ay isang oxygen atom, iyon ay, ang molar fraction ng oxygen sa atmospera, hydrosphere at lithosphere ng Earth ay halos 50%. Ang oxygen (substance) ay isang bahagi ng hangin. Ang dami ng bahagi ng oxygen sa hangin ay 21%. Ang oxygen (isang elemento) ay matatagpuan sa tubig, maraming mineral, at mga halaman at hayop. Ang katawan ng tao ay naglalaman ng average na 43 kg ng oxygen.
Ang natural na oxygen ay binubuo ng tatlong isotopes (16 O, 17 O at 18 O), kung saan ang pinakamagaan na isotope 16 O ay ang pinaka-karaniwan Samakatuwid, ang atomic mass ng oxygen ay malapit sa 16 Dn (15.9994 Dn).

b) Atom ng oxygen

Alam mo ang mga sumusunod na katangian ng oxygen atom.

Talahanayan 29.Mga posibilidad ng Valence ng oxygen atom

Estado ng Valence		Mga halimbawa ng mga kemikal
		Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 *

	–II –ako 0 +Ako +II	H 2 O, SO 2, SO 3, CO 2, SiO 2, H 2 SO 4, HNO 2, HClO 4, COCl 2, H 2 O 2 O2** O2F2 NG 2
		NaOH, KOH, Ca(OH) 2, Ba(OH) 2 Na 2 O 2, K 2 O 2, CaO 2, BaO 2
		Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, BaO, FeO, La 2 O 3

* Ang mga oxide na ito ay maaari ding ituring bilang mga ionic compound.
** Ang mga atomo ng oxygen sa molecule ay wala sa valence state na ito; ito ay isang halimbawa lamang ng isang sangkap na may estado ng oksihenasyon ng mga atomo ng oxygen na katumbas ng zero
Ang mataas na enerhiya ng ionization (tulad ng hydrogen) ay pumipigil sa pagbuo ng isang simpleng cation mula sa oxygen atom. Ang enerhiya ng electron affinity ay medyo mataas (halos dalawang beses kaysa sa hydrogen), na nagbibigay ng mas malaking propensity para sa oxygen atom na makakuha ng mga electron at ang kakayahang bumuo ng O 2A anion. Ngunit ang electron affinity energy ng oxygen atom ay mas mababa pa rin kaysa sa halogen atoms at kahit na iba pang elemento ng VIA group. Samakatuwid, ang mga anion ng oxygen ( oxide ions) umiiral lamang sa mga compound ng oxygen na may mga elemento na ang mga atomo ay napakadaling nagbibigay ng mga electron.
Sa pamamagitan ng pagbabahagi ng dalawang hindi magkapares na electron, ang isang oxygen atom ay maaaring bumuo ng dalawang covalent bond. Dalawang nag-iisang pares ng mga electron, dahil sa imposibilidad ng paggulo, ay maaari lamang pumasok sa pakikipag-ugnayan ng donor-acceptor. Kaya, nang hindi isinasaalang-alang ang multiplicity ng bono at hybridization, ang oxygen atom ay maaaring nasa isa sa limang estado ng valence (Talahanayan 29).
Ang pinakakaraniwang valence state para sa oxygen atom ay W k = 2, iyon ay, ang pagbuo ng dalawang covalent bond dahil sa dalawang hindi magkapares na electron.
Ang napakataas na electronegativity ng oxygen atom (mas mataas lamang para sa fluorine) ay humahantong sa katotohanan na sa karamihan ng mga compound nito ang oxygen ay may oxidation state na –II. Mayroong mga sangkap kung saan ang oxygen ay nagpapakita ng iba pang mga estado ng oksihenasyon, ang ilan sa mga ito ay ibinigay sa Talahanayan 29 bilang mga halimbawa, at ang paghahambing na katatagan ay ipinapakita sa Fig. 10.3.

c) Molekyul ng oxygen

Ito ay eksperimento na itinatag na ang diatomic oxygen molecule O 2 ay naglalaman ng dalawang hindi magkapares na mga electron. Gamit ang paraan ng valence bond, hindi maipaliwanag ang elektronikong istraktura ng molekulang ito. Gayunpaman, ang mga katangian ng bono sa molekula ng oxygen ay malapit sa isang covalent bond. Ang molekula ng oxygen ay non-polar. Interatomic na distansya ( r o–o = 1.21 A = 121 nm) ay mas mababa kaysa sa distansya sa pagitan ng mga atomo na konektado ng iisang bono. Ang molar binding energy ay medyo mataas at umaabot sa 498 kJ/mol.

d) Oxygen (substance)

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang oxygen ay isang walang kulay at walang amoy na gas. Ang solid oxygen ay natutunaw sa 55 K (–218 °C), at ang likidong oxygen ay kumukulo sa 90 K (–183 °C).
Ang mga intermolecular bond sa solid at likidong oxygen ay medyo mas malakas kaysa sa hydrogen, na pinatunayan ng mas malaking hanay ng temperatura ng pagkakaroon ng likidong oxygen (36 °C) at mas malaking molar heats ng fusion (0.446 kJ/mol) at vaporization (6. 83 kJ /mol).
Ang oxygen ay bahagyang natutunaw sa tubig: sa 0 °C, 5 volume lamang ng oxygen (gas!) ang natutunaw sa 100 volume ng tubig (likido!).
Ang mataas na propensity ng oxygen atoms upang makakuha ng mga electron at mataas na electronegativity ay humantong sa katotohanan na ang oxygen ay nagpapakita lamang ng mga katangian ng oxidizing. Ang mga katangiang ito ay lalo na binibigkas sa mataas na temperatura.
Ang oxygen ay tumutugon sa maraming metal: 2Ca + O 2 = 2CaO, 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 ( t);
di-metal: C + O 2 = CO 2, P 4 + 5O 2 = P 4 O 10,
at kumplikadong mga sangkap: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O, 2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2.

Kadalasan, bilang isang resulta ng naturang mga reaksyon, ang iba't ibang mga oxide ay nakuha (tingnan ang Kabanata II § 5), ngunit ang mga aktibong alkali na metal, halimbawa sodium, kapag sinunog, ay nagiging peroxide:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

Ang structural formula ng nagresultang sodium peroxide ay (Na) 2 (O-O).
Ang isang nagbabagang splinter na inilagay sa oxygen ay sumabog sa apoy. Ito ay isang maginhawa at madaling paraan upang makita ang purong oxygen.
Sa industriya, ang oxygen ay nakukuha mula sa hangin sa pamamagitan ng pagwawasto (complex distillation), at sa laboratoryo - sa pamamagitan ng pagpapailalim sa ilang mga compound na naglalaman ng oxygen sa thermal decomposition, halimbawa:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (200 °C);
2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 (150 °C, MnO 2 – katalista);
2KNO 3 = 2KNO 2 + 3O 2 (400 °C)
at, bilang karagdagan, sa pamamagitan ng catalytic decomposition ng hydrogen peroxide sa temperatura ng silid: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 catalyst).
Ang purong oxygen ay ginagamit sa industriya upang paigtingin ang mga prosesong iyon kung saan nangyayari ang oksihenasyon at upang lumikha ng mataas na temperatura ng apoy. Sa teknolohiya ng rocket, ang likidong oxygen ay ginagamit bilang isang oxidizer.
Ang oxygen ay may malaking kahalagahan para sa pagpapanatili ng buhay ng mga halaman, hayop at tao. Sa normal na kondisyon, ang isang tao ay may sapat na oxygen sa hangin upang makahinga. Ngunit sa mga kondisyon kung saan walang sapat na hangin, o walang hangin sa lahat (sa mga eroplano, sa panahon ng diving work, sa spaceships, atbp.), Ang mga espesyal na halo ng gas na naglalaman ng oxygen ay inihanda para sa paghinga. Ginagamit din ang oxygen sa gamot para sa mga sakit na nagdudulot ng hirap sa paghinga.

e) Ozone at mga molekula nito

Ang Ozone O 3 ay ang pangalawang allotropic modification ng oxygen.
Ang triatomic ozone molecule ay may isang sulok na istraktura sa pagitan ng dalawang istruktura na kinakatawan ng mga sumusunod na formula:

Ang Ozone ay isang madilim na asul na gas na may masangsang na amoy. Dahil sa malakas na aktibidad ng oxidizing, ito ay lason. Ang ozone ay isa at kalahating beses na "mas mabigat" kaysa sa oxygen at bahagyang mas natutunaw sa tubig kaysa sa oxygen.
Ang ozone ay nabuo sa atmospera mula sa oxygen sa panahon ng kidlat na mga paglabas ng kuryente:

3O 2 = 2O 3 ().

Sa normal na temperatura, ang ozone ay dahan-dahang nagiging oxygen, at kapag pinainit, ang prosesong ito ay nangyayari nang paputok.
Ang ozone ay nakapaloob sa tinatawag na "ozone layer" ng atmospera ng mundo, na nagpoprotekta sa lahat ng buhay sa Earth mula sa mga nakakapinsalang epekto ng solar radiation.
Sa ilang lungsod, ginagamit ang ozone sa halip na chlorine para disimpektahin (disinfect) ang inuming tubig.

Iguhit ang mga structural formula ng mga sumusunod na substance: OF 2, H 2 O, H 2 O 2, H 3 PO 4, (H 3 O) 2 SO 4, BaO, BaO 2, Ba(OH) 2. Pangalanan ang mga sangkap na ito. Ilarawan ang mga estado ng valence ng mga atomo ng oxygen sa mga compound na ito.
Tukuyin ang valence at oxidation state ng bawat oxygen atom.
2. Bumuo ng mga equation para sa mga reaksyon ng pagkasunog ng lithium, magnesium, aluminum, silicon, red phosphorus at selenium sa oxygen (ang mga atomo ng selenium ay na-oxidize sa estado ng oksihenasyon +IV, ang mga atomo ng iba pang mga elemento ay na-oxidize sa pinakamataas na estado ng oksihenasyon). Anong mga klase ng mga oxide ang nabibilang sa mga produkto ng mga reaksyong ito?
3. Ilang litro ng ozone ang maaaring makuha (sa normal na kondisyon) a) mula sa 9 litro ng oxygen, b) mula sa 8 g ng oxygen?

Ang tubig ang pinakamaraming sangkap sa crust ng lupa. Ang masa ng tubig sa lupa ay tinatayang 10 18 tonelada. Ang tubig ay ang batayan ng hydrosphere ng ating planeta; bilang karagdagan, ito ay nakapaloob sa atmospera, sa anyo ng yelo na bumubuo ng mga polar cap ng Earth at mga glacier na may mataas na bundok, at bahagi din ng iba't ibang mga bato. Ang mass fraction ng tubig sa katawan ng tao ay halos 70%.
Ang tubig ay ang tanging sangkap na may sariling mga espesyal na pangalan sa lahat ng tatlong estado ng pagsasama-sama.

Elektronikong istraktura ng isang molekula ng tubig (Larawan 10.4 A) naunang pinag-aralan namin nang detalyado (tingnan ang § 7.10).
Dahil sa polarity ng O-H bond at angular na hugis, ang molekula ng tubig ay electric dipole.

Upang makilala ang polarity ng isang electric dipole, isang pisikal na dami na tinatawag na " electric moment ng isang electric dipole" o kaya lang" dipole moment".

Sa kimika, ang dipole moment ay sinusukat sa debyes: 1 D = 3.34. 10 –30 Klase. m

Sa isang molekula ng tubig mayroong dalawang polar covalent bond, iyon ay, dalawang electric dipoles, na ang bawat isa ay may sariling dipole moment (u). Ang kabuuang dipole moment ng isang molekula ay katumbas ng vector sum ng dalawang sandali na ito (Larawan 10.5):

(H 2 O) = ,

saan q 1 at q 2 – bahagyang singil (+) sa mga atomo ng hydrogen, at at – interatomic O – H na mga distansya sa molekula. kasi q 1 = q 2 = q, at , pagkatapos

Ang eksperimento na tinutukoy na mga dipole na sandali ng molekula ng tubig at ilang iba pang mga molekula ay ibinibigay sa talahanayan.

Talahanayan 30.Mga dipole moment ng ilang polar molecule

Molecule	Molecule	Molecule

Dahil sa likas na katangian ng dipole ng molekula ng tubig, madalas itong kinakatawan ng eskematiko tulad ng sumusunod:
Ang dalisay na tubig ay isang walang kulay na likido na walang lasa o amoy. Ang ilang mga pangunahing pisikal na katangian ng tubig ay ibinibigay sa talahanayan.

Talahanayan 31.Ilang pisikal na katangian ng tubig

Ang malalaking halaga ng molar heats ng pagkatunaw at singaw (isang pagkakasunud-sunod ng magnitude na mas malaki kaysa sa hydrogen at oxygen) ay nagpapahiwatig na ang mga molekula ng tubig, kapwa sa solid at likidong bagay, ay mahigpit na nakagapos. Ang mga koneksyon na ito ay tinatawag na " mga bono ng hydrogen".

ELECTRIC DIPOLE, DIPOLE MOMENT, BOND POLARITY, MOLECULE POLARITY.
Gaano karaming mga valence electron ng isang oxygen atom ang nakikibahagi sa pagbuo ng mga bono sa isang molekula ng tubig?
2. Kapag anong mga orbital ang nagsasapawan, nabubuo ang mga bono sa pagitan ng hydrogen at oxygen sa isang molekula ng tubig?
3.Gumawa ng diagram ng pagbuo ng mga bono sa isang molekula ng hydrogen peroxide H 2 O 2. Ano ang masasabi mo tungkol sa spatial na istraktura ng molekulang ito?
4. Ang mga interatomic na distansya sa mga molekula ng HF, HCl at HBr ay katumbas ng 0.92, ayon sa pagkakabanggit; 1.28 at 1.41. Gamit ang talahanayan ng mga dipole moments, kalkulahin at ihambing ang mga bahagyang singil sa mga atomo ng hydrogen sa mga molekulang ito.
5. Ang interatomic na mga distansya S - H sa molekula ng hydrogen sulfide ay 1.34, at ang anggulo sa pagitan ng mga bono ay 92°. Tukuyin ang mga halaga ng mga bahagyang singil sa sulfur at hydrogen atoms. Ano ang masasabi mo tungkol sa hybridization ng valence orbitals ng sulfur atom?

10.4. Bono ng hydrogen

Tulad ng alam mo na, dahil sa makabuluhang pagkakaiba sa electronegativity ng hydrogen at oxygen (2.10 at 3.50), ang hydrogen atom sa molekula ng tubig ay nakakakuha ng isang malaking positibong bahagyang singil ( q h = 0.33 e), at ang oxygen atom ay may mas malaking negatibong partial charge ( q h = –0.66 e). Alalahanin din na ang oxygen atom ay may dalawang nag-iisang pares ng mga electron bawat sp 3-hybrid AO. Ang hydrogen atom ng isang molekula ng tubig ay naaakit sa oxygen atom ng isa pang molekula, at, bilang karagdagan, ang kalahating walang laman na 1s-AO ng hydrogen atom ay bahagyang tumatanggap ng isang pares ng mga electron ng oxygen atom. Bilang resulta ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula, isang espesyal na uri ng intermolecular bond ang nangyayari - isang hydrogen bond.
Sa kaso ng tubig, ang pagbuo ng hydrogen bond ay maaaring ilarawan sa eskematiko tulad ng sumusunod:

Sa huling pormula ng istruktura, ang tatlong tuldok (linya na may tuldok, hindi mga electron!) ay nagpapahiwatig ng isang hydrogen bond.

Ang mga hydrogen bond ay umiiral hindi lamang sa pagitan ng mga molekula ng tubig. Ito ay nabuo kung ang dalawang kondisyon ay natutugunan:
1) ang molekula ay may mataas na polar na H-E na bono (E ang simbolo ng isang atom ng isang medyo electronegative na elemento),
2) ang molekula ay naglalaman ng isang E atom na may malaking negatibong partial charge at isang solong pares ng mga electron.
Ang elementong E ay maaaring fluorine, oxygen at nitrogen. Ang mga hydrogen bond ay mas mahina kung ang E ay chlorine o sulfur.
Mga halimbawa ng mga sangkap na may hydrogen bond sa pagitan ng mga molekula: hydrogen fluoride, solid o likidong ammonia, ethyl alcohol at marami pang iba.

Sa likidong hydrogen fluoride, ang mga molekula nito ay iniuugnay ng mga bono ng hydrogen sa medyo mahahabang kadena, at sa likido at solidong ammonia na mga three-dimensional na network ay nabuo.
Sa mga tuntunin ng lakas, ang isang hydrogen bond ay intermediate sa pagitan ng isang kemikal na bono at iba pang mga uri ng intermolecular bond. Ang enerhiya ng molar ng isang hydrogen bond ay karaniwang umaabot mula 5 hanggang 50 kJ/mol.
Sa solidong tubig (i.e., mga kristal ng yelo), ang lahat ng mga atomo ng hydrogen ay nakagapos ng hydrogen sa mga atomo ng oxygen, na ang bawat atom ng oxygen ay bumubuo ng dalawang mga bono ng hydrogen (gamit ang parehong mga pares ng mga electron). Ang istrukturang ito ay ginagawang mas "maluwag" ang yelo kumpara sa likidong tubig, kung saan ang ilan sa mga bono ng hydrogen ay nasira, at ang mga molekula ay nagagawang "mag-impake" ng kaunti nang mas mahigpit. Ang tampok na ito ng istraktura ng yelo ay nagpapaliwanag kung bakit, hindi tulad ng karamihan sa iba pang mga sangkap, ang tubig sa solidong estado ay may mas mababang density kaysa sa likidong estado. Ang tubig ay umabot sa pinakamataas na densidad nito sa 4 °C - sa temperaturang ito ay marami ng hydrogen bonds ang nasira, at ang thermal expansion ay wala pang masyadong malakas na epekto sa density.
Napakahalaga ng hydrogen bond sa ating buhay. Isipin natin sandali na ang mga bono ng hydrogen ay tumigil sa pagbuo. Narito ang ilang mga kahihinatnan:

ang tubig sa temperatura ng silid ay magiging gas dahil ang kumukulo nito ay bababa sa halos -80 °C;
lahat ng mga anyong tubig ay magsisimulang mag-freeze mula sa ibaba, dahil ang density ng yelo ay mas malaki kaysa sa density ng likidong tubig;
Ang double helix ng DNA at marami pang iba ay titigil sa pag-iral.

Ang mga halimbawang ibinigay ay sapat na upang maunawaan na sa kasong ito ang kalikasan sa ating planeta ay magiging ganap na naiiba.

HYDROGEN BOND, MGA KONDISYON NG PAGBUO NITO.
Ang formula ng ethyl alcohol ay CH 3 – CH 2 – O – H. Sa pagitan ng aling mga atomo ng iba't ibang mga molekula ng sangkap na ito ay nabuo ang mga bono ng hydrogen? Sumulat ng mga pormula sa istruktura na naglalarawan ng kanilang pagbuo.
2. Ang mga hydrogen bond ay umiiral hindi lamang sa mga indibidwal na sangkap, kundi pati na rin sa mga solusyon. Ipakita, gamit ang mga istrukturang formula, kung paano nabubuo ang mga bono ng hydrogen sa isang may tubig na solusyon ng a) ammonia, b) hydrogen fluoride, c) ethanol (ethyl alcohol). = 2H 2 O.
Ang parehong mga reaksyong ito ay nangyayari sa tubig palagi at sa parehong bilis, samakatuwid, mayroong isang ekwilibriyo sa tubig: 2H 2 O AN 3 O + OH.
Ang ekwilibriyong ito ay tinatawag balanse ng autoprotolysis tubig.

Ang direktang reaksyon ng nababaligtad na proseso na ito ay endothermic, samakatuwid, kapag pinainit, ang autoprotolysis ay tumataas, ngunit sa temperatura ng silid ang equilibrium ay inilipat sa kaliwa, iyon ay, ang konsentrasyon ng H 3 O at OH ions ay bale-wala. Ano ang katumbas nila?
Ayon sa batas ng aksyong masa

Ngunit dahil sa ang katunayan na ang bilang ng mga reacted na molekula ng tubig ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa kabuuang bilang ng mga molekula ng tubig, maaari nating ipagpalagay na ang konsentrasyon ng tubig sa panahon ng autoprotolysis ay halos hindi nagbabago, at 2 = const Ang ganitong mababang konsentrasyon ng magkasalungat na sisingilin na mga ion sa purong tubig ay nagpapaliwanag kung bakit ang likidong ito, bagaman mahina, ay nagsasagawa pa rin ng electric current.

AUTOPROTOLYSIS NG TUBIG, AUTOPROTOLYSIS CONSTANT (IONIC PRODUCT) NG TUBIG.
Ang ionic na produkto ng likidong ammonia (boiling point –33 °C) ay 2·10 –28. Sumulat ng isang equation para sa autoprotolysis ng ammonia. Tukuyin ang konsentrasyon ng mga ammonium ions sa purong likidong ammonia. Aling substance ang may mas malaking electrical conductivity, tubig o likidong ammonia?

1. Produksyon ng hydrogen at ang pagkasunog nito (pagbabawas ng mga katangian).
2. Pagkuha ng oxygen at nasusunog na mga sangkap sa loob nito (mga katangian ng oxidizing).

Ang mga pamamaraang pang-industriya para sa paggawa ng mga simpleng sangkap ay nakasalalay sa anyo kung saan matatagpuan ang kaukulang elemento sa kalikasan, iyon ay, kung ano ang maaaring maging hilaw na materyal para sa paggawa nito. Kaya, ang oxygen, na magagamit sa isang libreng estado, ay nakuha sa pisikal - sa pamamagitan ng paghihiwalay mula sa likidong hangin. Halos lahat ng hydrogen ay nasa anyo ng mga compound, kaya ang mga kemikal na pamamaraan ay ginagamit upang makuha ito. Sa partikular, maaaring gamitin ang mga reaksyon ng agnas. Ang isang paraan upang makagawa ng hydrogen ay sa pamamagitan ng agnas ng tubig sa pamamagitan ng electric current.

Ang pangunahing pang-industriya na paraan para sa paggawa ng hydrogen ay ang reaksyon ng methane, na bahagi ng natural na gas, na may tubig. Isinasagawa ito sa mataas na temperatura (madaling i-verify na kapag nagpapasa ng methane kahit na sa kumukulong tubig, walang reaksyon na nagaganap):

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

Sa laboratoryo, upang makakuha ng mga simpleng sangkap, hindi nila kinakailangang gumamit ng mga natural na hilaw na materyales, ngunit piliin ang mga panimulang materyales kung saan mas madaling ihiwalay ang kinakailangang sangkap. Halimbawa, sa laboratoryo, hindi nakukuha ang oxygen mula sa hangin. Ang parehong naaangkop sa produksyon ng hydrogen. Ang isa sa mga pamamaraan ng laboratoryo para sa paggawa ng hydrogen, na kung minsan ay ginagamit sa industriya, ay ang agnas ng tubig sa pamamagitan ng electric current.

Karaniwan, ang hydrogen ay ginawa sa laboratoryo sa pamamagitan ng pagtugon sa zinc na may hydrochloric acid.

Sa industriya

1.Electrolysis ng may tubig na mga solusyon sa asin:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Pagpasa ng singaw ng tubig sa mainit na coke sa mga temperatura sa paligid ng 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Mula sa natural gas.

Pag-convert ng singaw: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Catalytic oxidation na may oxygen: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Pag-crack at pagreporma ng mga hydrocarbon sa panahon ng pagdadalisay ng langis.

Sa laboratoryo

1.Ang epekto ng dilute acids sa mga metal. Upang maisagawa ang reaksyong ito, kadalasang ginagamit ang zinc at hydrochloric acid:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Pakikipag-ugnayan ng calcium sa tubig:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hydrolysis ng hydride:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Ang epekto ng alkalis sa sink o aluminyo:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Paggamit ng electrolysis. Sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng alkalis o acids, ang hydrogen ay inilabas sa cathode, halimbawa:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

Bioreactor para sa produksyon ng hydrogen

Mga katangiang pisikal

Ang hydrogen gas ay maaaring umiral sa dalawang anyo (mga pagbabago) - sa anyo ng ortho - at para-hydrogen.

Sa isang molekula ng orthohydrogen (mp. −259.10 °C, bp −252.56 °C) ang nuclear spins ay nakadirekta nang magkapareho (parallel), at sa parahydrogen (mp. −259.32 °C, bp. . pigsa. -252.89 °C) - kabaligtaran sa bawat isa (antiparallel).

Ang mga allotropic na anyo ng hydrogen ay maaaring paghiwalayin sa pamamagitan ng adsorption sa aktibong carbon sa likidong temperatura ng nitrogen. Sa napakababang temperatura, ang equilibrium sa pagitan ng orthohydrogen at parahydrogen ay halos ganap na inilipat patungo sa huli. Sa 80 K ang ratio ng mga form ay humigit-kumulang 1:1. Kapag pinainit, ang desorbed parahydrogen ay nagiging orthohydrogen hanggang sa mabuo ang isang timpla na equilibrium sa temperatura ng silid (ortho-para: 75:25). Kung walang katalista, ang pagbabago ay nangyayari nang dahan-dahan, na ginagawang posible na pag-aralan ang mga katangian ng mga indibidwal na allotropic form. Ang molekula ng hydrogen ay diatomic - H₂. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ito ay isang walang kulay, walang amoy, at walang lasa na gas. Ang hydrogen ay ang pinakamagaan na gas, ang density nito ay maraming beses na mas mababa kaysa sa density ng hangin. Malinaw, mas maliit ang masa ng mga molekula, mas mataas ang kanilang bilis sa parehong temperatura. Bilang pinakamagagaan na molekula, ang mga molekula ng hydrogen ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa mga molekula ng anumang iba pang gas at sa gayon ay maaaring maglipat ng init nang mas mabilis mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Sinusunod nito na ang hydrogen ay may pinakamataas na thermal conductivity sa mga gaseous substance. Ang thermal conductivity nito ay humigit-kumulang pitong beses na mas mataas kaysa sa thermal conductivity ng hangin.

Mga katangian ng kemikal

Ang mga molekula ng hydrogen H₂ ay medyo malakas, at para makapag-react ang hydrogen, maraming enerhiya ang dapat gamitin: H 2 = 2H - 432 kJ Samakatuwid, sa mga ordinaryong temperatura, ang hydrogen ay tumutugon lamang sa napakaaktibong mga metal, halimbawa calcium, na bumubuo ng calcium hydride: Ca + H 2 = CaH 2 at kasama ang tanging non-metal - fluorine, na bumubuo ng hydrogen fluoride: F 2 + H 2 = 2HF Sa karamihan ng mga metal at non-metal, ang hydrogen ay tumutugon sa mataas na temperatura o sa ilalim ng iba pang mga impluwensya, halimbawa , sa ilalim ng ilaw. Maaari itong "mag-alis" ng oxygen mula sa ilang mga oxide, halimbawa: CuO + H 2 = Cu + H 2 0 Ang nakasulat na equation ay sumasalamin sa reduction reaction. Ang mga reaksyon ng pagbabawas ay mga proseso kung saan ang oxygen ay inalis mula sa isang compound; Ang mga sangkap na nag-aalis ng oxygen ay tinatawag na mga ahente ng pagbabawas (sila mismo ang nag-oxidize). Dagdag pa, ibibigay ang isa pang kahulugan ng mga konseptong "oxidation" at "reduction". At ang kahulugang ito, sa kasaysayan ang una, ay nagpapanatili ng kahalagahan nito ngayon, lalo na sa organikong kimika. Ang reaksyon ng pagbabawas ay ang kabaligtaran ng reaksyon ng oksihenasyon. Ang parehong mga reaksyong ito ay palaging nangyayari nang sabay-sabay bilang isang proseso: kapag ang isang sangkap ay na-oxidized (nabawasan), ang pagbawas (oxidation) ng isa pa ay kinakailangang mangyari nang sabay-sabay.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Mga form na may mga halogens hydrogen halides:

F 2 + H 2 → 2 HF, ang reaksyon ay nangyayari nang paputok sa dilim at sa anumang temperatura, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, ang reaksyon ay nangyayari nang paputok, sa liwanag lamang.

Nakikipag-ugnayan ito sa soot sa ilalim ng mataas na init:

C + 2H 2 → CH 4

Pakikipag-ugnayan sa alkali at alkaline earth na mga metal

Nabubuo ang hydrogen na may mga aktibong metal hydride:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Hydride- tulad ng asin, solidong sangkap, madaling ma-hydrolyzed:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Pakikipag-ugnayan sa mga metal oxide (karaniwang d-elemento)

Ang mga oxide ay nabawasan sa mga metal:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hydrogenation ng mga organikong compound

Kapag ang hydrogen ay kumikilos sa unsaturated hydrocarbons sa pagkakaroon ng isang nickel catalyst at sa mataas na temperatura, isang reaksyon ang nangyayari. hydrogenation:

CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Binabawasan ng hydrogen ang aldehydes sa mga alkohol:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Geochemistry ng hydrogen

Ang hydrogen ay ang pangunahing materyales sa pagtatayo ng uniberso. Ito ang pinakakaraniwang elemento, at ang lahat ng elemento ay nabuo mula dito bilang resulta ng thermonuclear at nuclear reactions.

Ang libreng hydrogen H2 ay medyo bihira sa mga terrestrial na gas, ngunit sa anyo ng tubig ito ay nangangailangan ng isang napakahalagang bahagi sa mga proseso ng geochemical.

Ang hydrogen ay maaaring naroroon sa mga mineral sa anyo ng ammonium ion, hydroxyl ion at mala-kristal na tubig.

Sa atmospera, ang hydrogen ay patuloy na nagagawa bilang resulta ng pagkabulok ng tubig sa pamamagitan ng solar radiation. Lumilipat ito sa itaas na kapaligiran at tumakas sa kalawakan.

Aplikasyon

Enerhiya ng hydrogen

Ang atomic hydrogen ay ginagamit para sa atomic hydrogen welding.

Sa industriya ng pagkain, ang hydrogen ay nakarehistro bilang isang additive ng pagkain E949, tulad ng packaging gas.

Mga tampok ng paggamot

Ang hydrogen, kapag inihalo sa hangin, ay bumubuo ng isang paputok na halo - ang tinatawag na detonating gas. Ang gas na ito ay pinakamasabog kapag ang volume ratio ng hydrogen at oxygen ay 2:1, o hydrogen at hangin ay humigit-kumulang 2:5, dahil ang hangin ay naglalaman ng humigit-kumulang 21% na oxygen. Ang hydrogen ay isa ring panganib sa sunog. Ang likidong hydrogen ay maaaring magdulot ng matinding frostbite kung ito ay madikit sa balat.

Ang mga paputok na konsentrasyon ng hydrogen at oxygen ay nangyayari mula 4% hanggang 96% ayon sa dami. Kapag inihalo sa hangin mula 4% hanggang 75(74)% ayon sa volume.

Paggamit ng hydrogen

Sa industriya ng kemikal, ginagamit ang hydrogen sa paggawa ng ammonia, sabon at plastik. Sa industriya ng pagkain, ang margarine ay ginawa mula sa mga likidong langis ng gulay gamit ang hydrogen. Ang hydrogen ay napakagaan at palaging tumataas sa hangin. Noong unang panahon, ang mga airship at balloon ay napuno ng hydrogen. Ngunit sa 30s. XX siglo Ilang kakila-kilabot na sakuna ang naganap nang sumabog at nasunog ang mga airship. Sa ngayon, ang mga airship ay puno ng helium gas. Ginagamit din ang hydrogen bilang rocket fuel. Sa ibang araw, ang hydrogen ay maaaring malawakang gamitin bilang panggatong para sa mga kotse at trak. Ang mga hydrogen engine ay hindi nagpaparumi sa kapaligiran at naglalabas lamang ng singaw ng tubig (bagaman ang paggawa ng hydrogen mismo ay humahantong sa ilang polusyon sa kapaligiran). Ang ating Araw ay kadalasang gawa sa hydrogen. Ang init ng araw at liwanag ay ang resulta ng pagpapakawala ng nuclear energy mula sa pagsasanib ng hydrogen nuclei.

Paggamit ng hydrogen bilang panggatong (cost-effective)

Ang pinakamahalagang katangian ng mga sangkap na ginagamit bilang panggatong ay ang kanilang init ng pagkasunog. Mula sa kurso ng pangkalahatang kimika ay kilala na ang reaksyon sa pagitan ng hydrogen at oxygen ay nangyayari sa pagpapalabas ng init. Kung kukuha tayo ng 1 mol H 2 (2 g) at 0.5 mol O 2 (16 g) sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon at pukawin ang reaksyon, pagkatapos ay ayon sa equation

H 2 + 0.5 O 2 = H 2 O

pagkatapos makumpleto ang reaksyon, ang 1 mol ng H 2 O (18 g) ay nabuo sa pagpapalabas ng enerhiya na 285.8 kJ/mol (para sa paghahambing: ang init ng pagkasunog ng acetylene ay 1300 kJ/mol, propane - 2200 kJ/mol) . Ang 1 m³ ng hydrogen ay tumitimbang ng 89.8 g (44.9 mol). Samakatuwid, upang makagawa ng 1 m³ ng hydrogen, 12832.4 kJ ng enerhiya ang gugugol. Isinasaalang-alang ang katotohanan na 1 kWh = 3600 kJ, nakakakuha tayo ng 3.56 kWh ng kuryente. Alam ang taripa para sa 1 kWh ng kuryente at ang halaga ng 1 m³ ng gas, maaari nating tapusin na ipinapayong lumipat sa hydrogen fuel.

Halimbawa, ang pang-eksperimentong modelo ng Honda FCX sa ika-3 henerasyon na may 156 litro na tangke ng hydrogen (naglalaman ng 3.12 kg ng hydrogen sa ilalim ng presyon ng 25 MPa) ay naglalakbay ng 355 km. Alinsunod dito, mula sa 3.12 kg H2, nakuha ang 123.8 kWh. Bawat 100 km, ang pagkonsumo ng enerhiya ay magiging 36.97 kWh. Alam ang halaga ng kuryente, ang halaga ng gas o gasolina, at ang kanilang pagkonsumo para sa isang kotse kada 100 km, madaling kalkulahin ang negatibong epekto sa ekonomiya ng paglipat ng mga kotse sa hydrogen fuel. Sabihin natin (Russia 2008), 10 cents bawat kWh ng kuryente ay humahantong sa katotohanan na ang 1 m³ ng hydrogen ay humahantong sa isang presyo na 35.6 cents, at isinasaalang-alang ang kahusayan ng agnas ng tubig na 40-45 cents, ang parehong halaga ng kWh mula sa pagsunog ng gasolina ay nagkakahalaga ng 12832.4 kJ/42000 kJ/0.7 kg/l*80 cents/l=34 cents sa mga retail na presyo, habang para sa hydrogen ay kinakalkula namin ang perpektong opsyon, nang hindi isinasaalang-alang ang transportasyon, pagbaba ng halaga ng kagamitan, atbp. Para sa methane na may combustion energy na humigit-kumulang 39 MJ per m³ ang resulta ay magiging dalawa hanggang apat na beses na mas mababa dahil sa pagkakaiba sa presyo (1 m³ para sa Ukraine ay nagkakahalaga ng $179, at para sa Europe $350). Ibig sabihin, ang katumbas na halaga ng methane ay nagkakahalaga ng 10-20 cents.

Gayunpaman, hindi natin dapat kalimutan na kapag nagsunog tayo ng hydrogen, nakakakuha tayo ng malinis na tubig kung saan ito kinuha. Ibig sabihin, meron tayong renewable mag-imbak enerhiya na walang pinsala sa kapaligiran, hindi katulad ng gas o gasolina, na pangunahing pinagkukunan ng enerhiya.

Php sa linya 377 Babala: nangangailangan(http://www..php): nabigong magbukas ng stream: walang angkop na wrapper na makikita sa /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php sa linya 377 Fatal error: require(): Ang nabigong pagbubukas ay kinakailangan "http://www..php" (include_path="..php sa linya 377

10.1.Hydrogen

a) Ang kemikal na elemento ng hydrogen

Sa natural na serye ng mga elemento, ang serial number ng hydrogen ay 1. Sa sistema ng mga elemento, ang hydrogen ay nasa unang yugto sa pangkat IA o VIIA.

Mayroong tatlong isotopes ng hydrogen:
a) magaan na hydrogen - protium,
b) mabigat na hydrogen - deuterium(D),
c) napakabigat na hydrogen - tritium(T).

b) hydrogen atom

Mula sa mga nakaraang seksyon ng kurso ng kimika, alam mo na ang mga sumusunod na katangian ng hydrogen atom:

Talahanayan 28.Mga posibilidad ng Valence ng hydrogen atom

Estado ng Valence		Mga halimbawa ng mga kemikal
	ako 0 –ako	HCl, H 2 O, H 2 S, NH 3, CH 4, C 2 H 6, NH 4 Cl, H 2 SO 4, NaHCO 3, KOH H 2 B 2 H 6 , SiH 4 , GeH 4
		NaH, KH, CaH 2, BaH 2

c) Molekyul ng hydrogen

d) Hydrogen (sangkap)

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 ( t, Ni)

o gamutin ang karbon sa mataas na temperatura gamit ang singaw ng tubig:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2. ( t)

Ang dalisay na hydrogen ay nakukuha mula sa tubig sa pamamagitan ng pagbubulok nito ng electric current (napapailalim sa electrolysis):

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (electrolysis).

e) Mga compound ng hydrogen

LiH
NaH	MgH 2
KH	CaH2
RbH	SrH 2
CsH	BaH 2

N 2 +3H 2 2NH 3 ( R, t, Pt – katalista).

H 2 + Cl 2 = 2HCl.

Minsan ginagamit ang hydrogen sa metalurhiya bilang ahente ng pagbabawas sa paggawa ng mga purong metal, halimbawa: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.

10.2 Oxygen

a) Kemikal na elemento ng oxygen

b) Atom ng oxygen

Alam mo ang mga sumusunod na katangian ng oxygen atom.

Talahanayan 29.Mga posibilidad ng Valence ng oxygen atom

Estado ng Valence		Mga halimbawa ng mga kemikal
		Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 *

	–II –ako 0 +Ako +II	H 2 O, SO 2, SO 3, CO 2, SiO 2, H 2 SO 4, HNO 2, HClO 4, COCl 2, H 2 O 2 O2** O2F2 NG 2
		NaOH, KOH, Ca(OH) 2, Ba(OH) 2 Na 2 O 2, K 2 O 2, CaO 2, BaO 2
		Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, BaO, FeO, La 2 O 3

c) Molekyul ng oxygen

d) Oxygen (substance)

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

e) Ozone at mga molekula nito

3O 2 = 2O 3 ().

Upang makilala ang polarity ng isang electric dipole, isang pisikal na dami na tinatawag na " electric moment ng isang electric dipole" o kaya lang" dipole moment".

Sa kimika, ang dipole moment ay sinusukat sa debyes: 1 D = 3.34. 10 –30 Klase. m

(H 2 O) = ,

saan q 1 at q 2 – bahagyang singil (+) sa mga atomo ng hydrogen, at at – interatomic O – H na mga distansya sa molekula. kasi q 1 = q 2 = q, at , pagkatapos

Ang eksperimento na tinutukoy na mga dipole na sandali ng molekula ng tubig at ilang iba pang mga molekula ay ibinibigay sa talahanayan.

Talahanayan 30.Mga dipole moment ng ilang polar molecule

Molecule	Molecule	Molecule

Talahanayan 31.Ilang pisikal na katangian ng tubig

10.4. Bono ng hydrogen

Sa huling pormula ng istruktura, ang tatlong tuldok (linya na may tuldok, hindi mga electron!) ay nagpapahiwatig ng isang hydrogen bond.

ang tubig sa temperatura ng silid ay magiging gas dahil ang kumukulo nito ay bababa sa halos -80 °C;
lahat ng mga anyong tubig ay magsisimulang mag-freeze mula sa ibaba, dahil ang density ng yelo ay mas malaki kaysa sa density ng likidong tubig;
Ang double helix ng DNA at marami pang iba ay titigil sa pag-iral.

Ang mga halimbawang ibinigay ay sapat na upang maunawaan na sa kasong ito ang kalikasan sa ating planeta ay magiging ganap na naiiba.

1. Produksyon ng hydrogen at ang pagkasunog nito (pagbabawas ng mga katangian).
2. Pagkuha ng oxygen at nasusunog na mga sangkap sa loob nito (mga katangian ng oxidizing).

§3. Reaction equation at kung paano ito isulat

Pakikipag-ugnayan hydrogen Sa oxygen, gaya ng itinatag ni Sir Henry Cavendish, ay humahantong sa pagbuo ng tubig. Gamitin natin ang simpleng halimbawang ito para matutunan kung paano mag-compose mga equation ng reaksyong kemikal.
Kung ano ang lumalabas hydrogen At oxygen, alam na natin:

H 2 + O 2 → H 2 O

Ngayon isaalang-alang natin na ang mga atomo ng mga elemento ng kemikal sa mga reaksiyong kemikal ay hindi nawawala at hindi lumilitaw mula sa wala, hindi nagbabago sa bawat isa, ngunit pagsamahin sa mga bagong kumbinasyon, na bumubuo ng mga bagong molekula. Nangangahulugan ito na sa equation ng isang kemikal na reaksyon ay dapat mayroong parehong bilang ng mga atomo ng bawat uri sa mga reaksyon ( umalis mula sa pantay na tanda) at pagkatapos pagtatapos ng reaksyon ( tama mula sa pantay na tanda), tulad nito:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Ito na equation ng reaksyon - kondisyonal na pagtatala ng isang patuloy na kemikal na reaksyon gamit ang mga formula ng mga sangkap at koepisyent.

Nangangahulugan ito na sa ibinigay na reaksyon dalawang nunal hydrogen dapat mag-react sa isang nunal oxygen, at ang magiging resulta ay dalawang nunal tubig.

Pakikipag-ugnayan hydrogen Sa oxygen- hindi isang simpleng proseso sa lahat. Ito ay humahantong sa isang pagbabago sa mga estado ng oksihenasyon ng mga elementong ito. Upang pumili ng mga coefficient sa mga naturang equation, kadalasang ginagamit nila ang " elektronikong balanse".

Kapag ang tubig ay nabuo mula sa hydrogen at oxygen, nangangahulugan ito na hydrogen binago ang estado ng oksihenasyon nito mula sa 0 sa +Ako, A oxygen- mula sa 0 sa −II. Sa kasong ito, maraming dumaan mula sa mga atomo ng hydrogen hanggang sa mga atomo ng oxygen. (n) mga electron:

Ang mga electron na nagbibigay ng hydrogen ay nagsisilbi dito ahente ng pagbabawas, at ang mga electron na tumatanggap ng oxygen ay ahente ng oxidizing.

Mga ahente ng oxidizing at mga ahente ng pagbabawas

Tingnan natin ngayon kung ano ang hitsura ng mga proseso ng pagbibigay at pagtanggap ng mga electron nang magkahiwalay. Hydrogen, na nakilala ang oxygen na "magnanakaw", nawawala ang lahat ng mga ari-arian nito - dalawang electron, at ang estado ng oksihenasyon nito ay nagiging pantay. +Ako:

N 2 0 − 2 e− = 2Н +I

Ito ay gumana equation ng kalahating reaksyon ng oksihenasyon hydrogen.

At ang bandido- oxygen O 2, na kinuha ang huling mga electron mula sa kapus-palad na hydrogen, ay labis na nasisiyahan sa kanyang bagong estado ng oksihenasyon -II:

O2+4 e− = 2O −II

Ito pagbabawas ng kalahating reaksyon equation oxygen.

Ito ay nananatiling idagdag na ang parehong "bandit" at ang kanyang "biktima" ay nawala ang kanilang kemikal na indibidwalidad at ginawa mula sa mga simpleng sangkap - mga gas na may diatomic molecules H 2 At O 2 naging mga bahagi ng isang bagong kemikal na sangkap - tubig H 2 O.

Higit pa rito ay mangatuwiran tayo bilang mga sumusunod: kung gaano karaming mga electron ang ibinigay ng reducing agent sa oxidizing bandit, iyon ay kung gaano karaming mga electron ang natanggap niya. Ang bilang ng mga electron na naibigay ng reducing agent ay dapat na katumbas ng bilang ng mga electron na tinatanggap ng oxidizing agent.

Kaya kailangan equalize ang bilang ng mga electron sa una at ikalawang kalahating reaksyon. Sa kimika, tinatanggap ang sumusunod na karaniwang anyo ng pagsulat ng mga equation ng kalahating reaksyon:

	2 N 2 0 − 2 e− = 2Н +I
	1 O 2 0 + 4 e− = 2O −II

Dito, ang mga numero 2 at 1 sa kaliwa ng curly brace ay mga salik na makakatulong na matiyak na ang bilang ng mga electron na ibinigay at natanggap ay pantay. Isaalang-alang natin na sa mga equation ng kalahating reaksyon 2 electron ang ibinibigay, at 4 ang tinatanggap Upang mapantayan ang bilang ng tinanggap at ibinigay na mga electron, hanapin ang hindi bababa sa karaniwang maramihang at karagdagang mga kadahilanan. Sa aming kaso, ang pinakamaliit na common multiple ay 4. Ang mga karagdagang salik para sa hydrogen ay magiging 2 (4: 2 = 2), at para sa oxygen - 1 (4: 4 = 1)
Ang mga resultang multiplier ay magsisilbing coefficient ng equation ng reaksyon sa hinaharap:

2H 2 0 + O 2 0 = 2H 2 +I O −II

Hydrogen nag-oxidize hindi lamang kapag nakikipagkita sa oxygen. Kumilos sila sa hydrogen sa humigit-kumulang sa parehong paraan. fluorine F 2, isang halogen at isang kilalang "magnanakaw", at tila hindi nakakapinsala nitrogen N 2:

H 2 0 + F 2 0 = 2H +I F −I

3H 2 0 + N 2 0 = 2N −III H 3 +I

Sa kasong ito lumalabas hydrogen fluoride HF o ammonia NH 3.

Sa parehong mga compound ang estado ng oksihenasyon ay hydrogen nagiging pantay +Ako, dahil nakakakuha siya ng mga kasosyo sa molekula na "matakaw" para sa mga elektronikong gamit ng ibang tao, na may mataas na electronegativity - fluorine F At nitrogen N. U nitrogen ang halaga ng electronegativity ay itinuturing na katumbas ng tatlong maginoo na yunit, at plurayd Sa pangkalahatan, ang pinakamataas na electronegativity sa lahat ng elemento ng kemikal ay apat na yunit. Kaya't hindi nakakagulat na iniwan nila ang mahinang hydrogen atom nang walang anumang elektronikong kapaligiran.

Pero hydrogen siguro ibalik- tumanggap ng mga electron. Nangyayari ito kung ang mga alkali metal o calcium, na may mas mababang electronegativity kaysa sa hydrogen, ay lumahok sa reaksyon dito.

Ang hydrogen H ay ang pinakakaraniwang elemento sa Uniberso (mga 75% ng masa), at sa Earth ito ang ika-siyam na pinakamarami. Ang pinakamahalagang likas na hydrogen compound ay tubig.
Nangunguna ang hydrogen sa periodic table (Z = 1). Ito ay may pinakasimpleng atomic na istraktura: ang nucleus ng atom ay 1 proton, na napapalibutan ng isang electron cloud na binubuo ng 1 electron.
Sa ilang mga kundisyon, ang hydrogen ay nagpapakita ng mga katangiang metal (nag-donate ng isang elektron), habang sa iba naman ay nagpapakita ito ng mga katangiang hindi metal (tumatanggap ng isang elektron).
Ang hydrogen isotopes na matatagpuan sa kalikasan ay: 1H - protium (ang nucleus ay binubuo ng isang proton), 2H - deuterium (D - ang nucleus ay binubuo ng isang proton at isang neutron), 3H - tritium (T - ang nucleus ay binubuo ng isang proton at dalawa mga neutron).

Simpleng sangkap na hydrogen

Ang molekula ng hydrogen ay binubuo ng dalawang atom na konektado ng isang covalent nonpolar bond.
Mga katangiang pisikal. Ang hydrogen ay isang walang kulay, walang amoy, walang lasa, hindi nakakalason na gas. Ang molekula ng hydrogen ay hindi polar. Samakatuwid, ang mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan sa hydrogen gas ay maliit. Ito ay ipinapakita sa mababang mga punto ng kumukulo (-252.6 0C) at mga punto ng pagkatunaw (-259.2 0C).
Ang hydrogen ay mas magaan kaysa sa hangin, D (sa pamamagitan ng hangin) = 0.069; bahagyang natutunaw sa tubig (2 volume ng H2 dissolve sa 100 volume ng H2O). Samakatuwid, ang hydrogen, kapag ginawa sa laboratoryo, ay maaaring kolektahin sa pamamagitan ng air o water displacement method.

Paggawa ng hydrogen

Sa laboratoryo:

1. Epekto ng dilute acids sa mga metal:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Pakikipag-ugnayan ng alkali at mga pangunahing metal sa tubig:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. Hydrolysis ng hydride: ang metal hydride ay madaling nabulok ng tubig upang mabuo ang kaukulang alkali at hydrogen:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. Ang epekto ng alkalis sa sink o aluminyo o silikon:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Electrolysis ng tubig. Upang mapataas ang electrical conductivity ng tubig, isang electrolyte ang idinagdag dito, halimbawa NaOH, H 2 SO 4 o Na 2 SO 4. 2 volume ng hydrogen ang nabuo sa cathode, at 1 volume ng oxygen sa anode.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Pang-industriya na produksyon ng hydrogen

1. Pag-convert ng methane na may singaw, Ni 800 °C (pinakamamura):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Sa kabuuan:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Tubig singaw sa pamamagitan ng mainit na coke sa 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Ang nagreresultang carbon monoxide (IV) ay nasisipsip ng tubig, at 50% ng pang-industriyang hydrogen ay ginawa sa ganitong paraan.

3. Sa pamamagitan ng pagpainit ng methane sa 350°C sa pagkakaroon ng iron o nickel catalyst:
CH 4 → C + 2H 2

4. Electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng KCl o NaCl bilang isang by-product:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Mga kemikal na katangian ng hydrogen

Sa mga compound, ang hydrogen ay palaging monovalent. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang estado ng oksihenasyon ng +1, ngunit sa metal hydride ito ay katumbas ng -1.
Ang molekula ng hydrogen ay binubuo ng dalawang atomo. Ang paglitaw ng isang koneksyon sa pagitan ng mga ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagbuo ng isang pangkalahatang pares ng mga electron H: H o H 2
Salamat sa generalization na ito ng mga electron, ang H 2 molecule ay mas energetically stable kaysa sa mga indibidwal na atoms nito. Upang masira ang 1 mole ng hydrogen molecules sa mga atomo, kinakailangan na gumastos ng 436 kJ ng enerhiya: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
Ipinapaliwanag nito ang medyo mababang aktibidad ng molecular hydrogen sa mga ordinaryong temperatura.
Sa maraming di-metal, ang hydrogen ay bumubuo ng mga gaseous compound tulad ng RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Bumubuo ng hydrogen halides na may mga halogen:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Kasabay nito, sumasabog ito sa fluorine, tumutugon sa chlorine at bromine lamang kapag naiilaw o pinainit, at may yodo lamang kapag pinainit.

2) May oxygen:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
na may paglabas ng init. Sa normal na temperatura ang reaksyon ay nagpapatuloy nang mabagal, sa itaas ng 550°C ito ay sumasabog. Ang pinaghalong 2 volume ng H 2 at 1 volume ng O 2 ay tinatawag na detonating gas.

3) Kapag pinainit, malakas itong tumutugon sa asupre (mas mahirap sa selenium at tellurium):
H 2 + S → H 2 S (hydrogen sulfide),

4) Sa nitrogen na may pagbuo ng ammonia lamang sa isang katalista at sa mataas na temperatura at presyon:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) May carbon sa mataas na temperatura:
2H 2 + C → CH 4 (methane)

6) Bumubuo ng hydride na may alkali at alkaline earth metals (hydrogen ay isang oxidizing agent):
H 2 + 2Li → 2LiH
sa metal hydride, ang hydrogen ion ay negatibong sisingilin (estado ng oksihenasyon -1), iyon ay, Na + H hydride - binuo katulad ng Na + Cl chloride -

Sa mga kumplikadong sangkap:

7) Sa mga metal oxide (ginagamit para mabawasan ang mga metal):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) na may carbon monoxide (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Synthesis - gas (isang pinaghalong hydrogen at carbon monoxide) ay may mahalagang praktikal na kahalagahan, dahil depende sa temperatura, presyon at katalista, ang iba't ibang mga organikong compound ay nabuo, halimbawa HCHO, CH 3 OH at iba pa.

9) Ang unsaturated hydrocarbons ay tumutugon sa hydrogen, nagiging puspos:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.