Hidrojenin kimyasal özellikleri kullanılır. Hidrojen - özellikleri, fiziksel ve kimyasal özellikleri

Hidrojen evrende en bol bulunan kimyasal elementtir. Yıldızların yanıcı maddesinin temelini oluşturan odur.

Hidrojen, Mendeleev'in Periyodik Tablosundaki ilk kimyasal elementtir. Atomu en basit yapıya sahiptir: tek bir elektron, temel parçacık "proton" (atomun çekirdeği) etrafında döner:

Doğal hidrojen üç izotoptan oluşur: protium 1 H, döteryum 2 H ve trityum 3 H.

Görev 12.1. Bu izotopların atomlarının çekirdeklerinin yapısını belirtiniz.

sahip olmak dış seviye bir elektron, bir hidrojen atomu bunun için olası tek değerlik I'i sergileyebilir:

Soru. Bir hidrojen atomu elektronları kabul ettiğinde tamamlanmış bir dış seviye mi oluşur?

Böylece hidrojen atomu hem kabul edebilir hem de verebilir. bir elektron, yani tipik bir metal olmayandır. V herhangi bir hidrojen atomu bileşikleri bir sevgili.

Basit madde "hidrojen" H2- renksiz ve kokusuz gaz, çok hafif. Suda az çözünür, ancak birçok metalde yüksek oranda çözünür. Yani, bir hacim paladyum rd 900 hacme kadar hidrojeni emer.

Şema (1), hidrojenin hem oksitleyici bir ajan hem de indirgeyici bir ajan olabileceğini, aktif metaller ve birçok metal olmayanla reaksiyona girebileceğini göstermektedir:

Görev 12.2. Hidrojenin hangi reaksiyonlarda oksitleyici, hangilerinde indirgeyici olduğunu belirleyin. Bunu not et hidrojen molekülü iki atomdan oluşur.

Hidrojen ve oksijen karışımı bir "patlayıcı gazdır", çünkü ateşlendiğinde çok sayıda cana mal olan güçlü bir patlama meydana gelir. Bu nedenle hidrojenin açığa çıktığı deneyler ateşten uzakta yapılmalıdır.

Çoğu zaman hidrojen, oksitlerinden saf metaller elde etmek için kullanılan indirgeyici özellikler gösterir *:

* Alüminyum benzer özellikler gösterir (bkz. ders 10 - aluminotermi).

Hidrojen ve organik bileşikler arasında çeşitli reaksiyonlar meydana gelir. Yani, hidrojen ilavesi nedeniyle ( hidrojenasyon) sıvı yağlar katıya dönüştürülür ( daha fazla ders 25).

Hidrojen çeşitli şekillerde elde edilebilir:

• Metallerin asitlerle etkileşimi:

Görev 12.3. hidroklorik asitli alüminyum, bakır ve çinko. Reaksiyon hangi durumlarda gerçekleşmez? Niye ya? Zorluk durumunda, 2.2 ve 8.3 derslerine bakınız;

• Aktif metallerin su ile etkileşimi:

Görev 12.4. Bu tür reaksiyonlar için denklemler yazın sodyum, baryum, alüminyum, demir, kurşun. Reaksiyon hangi durumlarda gerçekleşmez? Niye ya? Zorluk durumunda, bkz. ders 8.3.

V endüstriyel ölçekli Hidrojen, suyun elektrolizi ile üretilir:

yanı sıra sıcak demir talaşlarından su buharı geçirirken:

Hidrojen evrende en bol bulunan elementtir. Yıldız kütlesinin çoğunu oluşturur ve termonükleer füzyon- bu yıldızların yaydığı enerji kaynağı.

Oksijen

Oksijen gezegenimizdeki en yaygın kimyasal elementtir: Yerkabuğundaki atomların yarısından fazlası oksijendir. Oksijen O2 maddesi atmosferimizin yaklaşık 1/5'idir ve oksijen kimyasal elementi hidrosferin (okyanuslar) 8/9'udur.

Mendeleev'in Periyodik Tablosunda oksijen, seri numarası 8 ve ikinci periyodun VI grubunda yer alıyor. Bu nedenle, oksijen atomunun yapısı aşağıdaki gibidir:

Dış düzeyde 6 elektrona sahip olan oksijen, tipik bir ametaldir, yani 2 dış seviyenin tamamlanmasına kadar elektron:

Bu nedenle, bileşiklerindeki oksijen değerlik sergiler. II ve oksidasyon durumu –2 (peroksitler hariç).

Elektronları kabul ederek, oksijen atomu bir oksitleyici ajanın özelliklerini sergiler. Oksijenin bu özelliği son derece önemlidir: solunum, metabolizma sırasında oksidasyon süreçleri meydana gelir; Oksidasyon süreçleri, basit ve karmaşık maddeler.

Yanma - basit ve karmaşık maddelerin oksidasyonuışık ve ısı salınımı eşlik eder. Hemen hemen tüm metaller ve metal olmayanlar oksijen atmosferinde yanar veya oksitlenir. Bu durumda oksitler oluşur:

* Daha doğrusu Fe 3 O 4 .

Yanarken oksijende karmaşık maddeler oksitler oluşur kimyasal elementler, orijinal maddeye dahil. Basit maddeler olarak sadece nitrojen ve halojenler yayılır:

Bu tepkimelerden ikincisi metan gazı olduğu için günlük yaşamda ve endüstride ısı ve enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. CH 4 doğal gaza dahildir.

Oksijen, birçok endüstriyel ve biyolojik süreçler. Büyük miktarlarda oksijen, havadan ve ayrıca suyun elektrolizi (ve hidrojen) ile elde edilir. Küçük miktarlarda, karmaşık maddelerin ayrıştırılmasıyla elde edilebilir:

Görev 12.5. Burada verilen reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.

Suçlu

Su hiçbir şeyle değiştirilemez - gezegenimizde bulunan hemen hemen tüm diğer maddelerden farkı budur. Su ancak suyun kendisi ile değiştirilebilir. Susuz yaşam yoktur: Sonuçta, üzerinde su göründüğünde Dünya'daki yaşam ortaya çıktı. Doğal bir evrensel olduğu için yaşam sudan kaynaklanmıştır. çözücü. Çözülür, yani gerekli olan her şeyi öğütür. besinler ve onlara canlı organizmaların hücrelerini sağlar. Ve öğütme sonucunda kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonların hızı keskin bir şekilde artar. Ayrıca, önceden çözündürme olmadan %99,5 (her 200'den 199'u) reaksiyon oluşamaz! (Ayrıca bkz. Ders 5.1.)

Yetişkin bir kişinin günde 2,5-3 litre su alması gerektiği biliniyor, aynı miktar vücuttan atılıyor: yani insan vücudunda bir su dengesi var. İhlal edilirse, bir kişi basitçe ölebilir. Örneğin, bir kişinin sadece% 1-2'lik su kaybı susuzluğa neden olur ve termoregülasyonun ihlali nedeniyle vücut ısısını% 5 artırır: bir kalp atışı oluşur, halüsinasyonlar meydana gelir. Vücutta %10 veya daha fazla su kaybı ile zaten geri dönüşü olmayan değişiklikler meydana gelir. Kişi susuzluktan ölecektir.

Su eşsiz bir maddedir. Kaynama noktası -80 °C (!) olmalıdır, ancak +100 °C'dir. Niye ya? Çünkü polar su molekülleri arasında oluşur hidrojen bağları:

Bu nedenle, hem buz hem de kar gevşektir ve daha büyük bir hacim kaplar. Sıvı su. Sonuç olarak, buz suyun yüzeyine yükselir ve rezervuarların sakinlerini donmaktan korur. Yeni yağan kar çok miktarda hava içerir ve mükemmel bir ısı yalıtkanıdır. Kar, dünyayı kalın bir tabaka ile kapladıysa, hem hayvanlar hem de bitkiler en şiddetli donlardan kurtuldu.

Ayrıca su, yüksek bir ısı kapasitesine sahiptir ve bir tür ısı akümülatörüdür. Bu nedenle, denizlerin ve okyanusların kıyılarında iklim ılımandır ve iyi sulanan bitkiler dondan kuru olanlardan daha az etkilenir.

Su olmadan imkansız hidroliz, zorunlu olarak proteinlerin, yağların ve karbonhidratların emilimine eşlik eden kimyasal bir reaksiyon. zorunlu gıdalarımızın bileşenleri. Hidrolizin bir sonucu olarak, bu karmaşık organik maddeler aslında canlı bir organizma tarafından emilen düşük moleküler ağırlıklı maddelere ayrışır (daha fazla ayrıntı için 25-27. derslere bakınız). Hidroliz süreçleri tarafımızca 6. derste tartışılmıştır. Su, birçok metal ve metal olmayan, oksitler, tuzlarla reaksiyona girer.

Görev 12.6. Reaksiyon denklemlerini yazın:

1. sodyum + su →
2. klor + su →
3. kalsiyum oksit + su →
4. kükürt oksit (IV) + su →
5. çinko klorür + su →
6. sodyum silikat + su →

Bu, ortamın (pH) reaksiyonunu değiştirir mi?

Su ürün birçok tepki. Örneğin, bir nötralizasyon reaksiyonunda ve birçok OVR'de su zorunlu olarak oluşur.

Görev 12.7. Bu tür reaksiyonlar için denklemler yazın.

sonuçlar

Hidrojen, Evrendeki en yaygın kimyasal elementtir ve oksijen, Dünya'daki en yaygın kimyasal elementtir. Bu maddeler zıt özellikler sergiler: hidrojen bir indirgeyici maddedir ve oksijen bir oksitleyici maddedir. Bu nedenle, birbirleriyle kolayca reaksiyona girerek Dünya'daki en şaşırtıcı ve en yaygın maddeyi oluştururlar - su.

Hidrojen H Evrendeki en yaygın elementtir (kütlece yaklaşık %75), Dünya'da ise en yaygın dokuzuncu elementtir. En önemli doğal hidrojen bileşiği sudur.
Hidrojen periyodik cetvelde (Z=1) ilk sırada yer alır. Bir atomun en basit yapısına sahiptir: Bir atomun çekirdeği 1 elektrondan oluşan bir elektron bulutu ile çevrili 1 protondur.
Bazı koşullar altında, hidrojen metalik özellikler gösterir (bir elektron verir), diğerlerinde - metalik değildir (bir elektron kabul eder).
Hidrojen izotopları doğada bulunur: 1H - protium (çekirdek bir protondan oluşur), 2H - döteryum (D - çekirdek bir proton ve bir nötrondan oluşur), 3H - trityum (T - çekirdek bir proton ve iki atomdan oluşur) nötronlar).

basit madde hidrojen

Hidrojen molekülü, polar olmayan bir kovalent bağ ile bağlanmış iki atomdan oluşur.
Fiziksel özellikler. Hidrojen renksiz, toksik olmayan, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Hidrojen molekülü polar değildir. Bu nedenle, gaz halindeki hidrojende moleküller arası etkileşim kuvvetleri küçüktür. Bu kendini gösterir Düşük sıcaklık kaynama (-252.6 0С) ve erime (-259.2 0С).
Hidrojen havadan daha hafiftir, D (havada) = 0.069; suda az çözünür (100 hacim H2O içinde 2 hacim H2 çözünür). Bu nedenle hidrojen laboratuvarda üretildiğinde hava veya su ile yer değiştirme yöntemleriyle toplanabilir.

hidrojen elde etmek

laboratuvarda:

1. Seyreltik asitlerin metaller üzerindeki etkisi:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H2

2. Alkali etkileşimi ve sh-z metaller su ile:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hidritlerin hidrolizi: metal hidritler, karşılık gelen alkali ve hidrojenin oluşumuyla su tarafından kolayca ayrışır:
NaH + H20 → NaOH + H2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

4. Alkalilerin çinko veya alüminyum veya silikon üzerindeki etkisi:
2Al + 2NaOH + 6H20 → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Su elektrolizi. Suyun elektriksel iletkenliğini arttırmak için, örneğin NaOH, H2S04 veya Na2S04 gibi bir elektrolit eklenir. Katotta, anotta - 1 hacim oksijende 2 hacim hidrojen oluşur.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Hidrojenin endüstriyel üretimi

1. Metanın buharla dönüştürülmesi, Ni 800 °C (en ucuz):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Toplamda:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. 1000 o C'de sıcak kok vasıtasıyla su buharı:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Ortaya çıkan karbon monoksit (IV) su tarafından emilir, bu şekilde endüstriyel hidrojenin %50'si elde edilir.

3. Bir demir veya nikel katalizör varlığında metanı 350°C'ye ısıtarak:
CH 4 → C + 2H 2

4. Bir yan ürün olarak sulu KCl veya NaCl çözeltilerinin elektrolizi:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Hidrojenin kimyasal özellikleri

• Bileşiklerde hidrojen her zaman tek değerlidir. +1 oksidasyon durumuna sahiptir, ancak metal hidritlerde -1'dir.
• Hidrojen molekülü iki atomdan oluşur. Aralarında bir bağın ortaya çıkması, genelleştirilmiş bir elektron çifti H: H veya H 2 oluşumu ile açıklanır.
• Elektronların bu genelleştirilmesinden dolayı, H2 molekülü, kendi atomlarından daha enerjik olarak kararlıdır. Bir molekülü 1 mol hidrojende atomlara ayırmak için 436 kJ'lik bir enerji harcamak gerekir: H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 kJ / mol
• Bu, normal sıcaklıkta moleküler hidrojenin nispeten düşük aktivitesini açıklar.
• Birçok metal olmayan hidrojen ile RN 4, RN 3, RN 2, RN gibi gazlı bileşikler oluşturur.

1) Halojenlerle hidrojen halojenürler oluşturur:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Aynı zamanda flor ile patlar, sadece aydınlatıldığında veya ısıtıldığında klor ve brom ile ve sadece ısıtıldığında iyot ile reaksiyona girer.

2) Oksijen ile:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
ısı çıkışı ile. Sıradan sıcaklıklarda, reaksiyon yavaş yavaş, 550 ° C'nin üzerinde - bir patlama ile ilerler. 2 hacim H2 ve 1 hacim O2 karışımına patlayıcı gaz denir.

3) Isıtıldığında, kükürtle kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer (selenyum ve tellür ile çok daha zor):
H 2 + S → H 2 S (hidrojen sülfür),

4) Sadece katalizör üzerinde ve yüksek sıcaklık ve basınçlarda amonyak oluşumu ile nitrojen ile:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) Yüksek sıcaklıklarda karbon ile:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Alkali ve toprak alkali metallerle hidrürler oluşturur (hidrojen oksitleyici bir maddedir):
H 2 + 2Li → 2LiH
metal hidritlerde, hidrojen iyonu negatif olarak yüklenir (oksidasyon durumu -1), yani hidrit Na + H - klorür Na + Cl - gibi oluşturulur

Karmaşık maddelerle:

7) Metal oksitlerle (metalleri eski haline getirmek için kullanılır):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) karbon monoksit (II) ile:
CO + 2H 2 → CH3OH
Sentez - gaz (bir hidrojen karışımı ve karbonmonoksit) büyük pratik öneme sahiptir, çünkü sıcaklığa, basınca ve katalizöre bağlı olarak, örneğin HCHO, CH30H ve diğerleri gibi çeşitli organik bileşikler oluşur.

9) Doymamış hidrokarbonlar hidrojen ile reaksiyona girerek doymuş hale gelir:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Hidrojen H, Evrenimizde en yaygın olanlardan biri olan kimyasal bir elementtir. Maddelerin bileşimindeki bir element olarak hidrojen kütlesi, başka bir türdeki atomların toplam içeriğinin% 75'idir. Gezegendeki en önemli ve hayati bağlantıya dahildir - su. Ayırt edici özellik hidrojen aynı zamanda D. I. Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik sistemindeki ilk element olduğu gerçeğidir.

Keşif ve keşif

Paracelsus'un yazılarında hidrojene yapılan ilk atıflar on altıncı yüzyıla kadar uzanmaktadır. Ama onun izolasyonu gaz karışımı hava ve yanıcı özelliklerin incelenmesi on yedinci yüzyılda bilim adamı Lemery tarafından yapılmıştır. Hidrojen, diğer gazlara kıyasla hidrojen kütlesinin en küçük olduğunu deneysel olarak kanıtlayan bir İngiliz kimyager, fizikçi ve doğa bilimci tarafından kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bilimin gelişiminin sonraki aşamalarında, birçok bilim adamı, özellikle onu "su doğurmak" olarak adlandıran Lavoisier ile birlikte çalıştı.

PSCE'deki pozisyona göre karakteristik

açılan eleman periyodik tablo D. I. Mendeleev, hidrojendir. Fiziksel ve Kimyasal özellikler atomlar bir tür ikilik gösterir, çünkü hidrojen aynı anda birinci gruba, ana alt gruba atıfta bulunur, eğer bir metal gibi davranırsa ve süreçte tek bir elektron verirse Kimyasal reaksiyon ve yedinci - değerlik kabuğunun tamamen doldurulması durumunda, yani, onu halojenlere benzer şekilde karakterize eden negatif bir parçacığın alınması.

Elemanın elektronik yapısının özellikleri

Dahil edildiği karmaşık maddelerin ve en basit H2 maddesinin özellikleri öncelikle hidrojenin elektronik konfigürasyonu ile belirlenir. Parçacık, çekirdek etrafında yörüngesinde dönen, birim kütleli ve pozitif yüklü (+1) bir proton içeren Z= (-1) olan bir elektrona sahiptir. Elektronik konfigürasyonu 1s 1 olarak yazılır; bu, hidrojen için ilk ve tek s-yörüngesinde bir negatif parçacığın varlığı anlamına gelir.

Bir elektron ayrıldığında veya verildiğinde ve bu elementin bir atomu metallerle ilgili olma özelliğine sahip olduğunda, bir katyon elde edilir. Aslında, hidrojen iyonu pozitif bir temel parçacıktır. Bu nedenle, elektronu olmayan bir hidrojene basitçe proton denir.

Fiziksel özellikler

Hidrojeni kısaca tanımlarsak, havadan 2, 14,5 kat daha hafif, sıvılaşma sıcaklığı -252.8 santigrat derece olan, bağıl atom kütlesi 2 olan, renksiz, az çözünür bir gazdır.

H2'nin en hafif olduğu deneyimlerden kolayca görülebilir. Bunu yapmak için, üç topu çeşitli maddelerle (hidrojen, karbondioksit, normal hava) doldurmak ve aynı anda elinizden bırakmak yeterlidir. CO 2 ile dolu olan zemine herkesten daha hızlı ulaşacak, daha sonra bir hava karışımı ile şişerek düşecek ve H 2 içeren tavana yükselecektir.

Hidrojen parçacıklarının küçük kütlesi ve boyutu, çeşitli maddelerden geçme kabiliyetini haklı çıkarır. Aynı top örneğinde, bunu doğrulamak kolaydır, gaz basitçe kauçuktan geçeceğinden birkaç gün içinde kendi kendine sönecektir. Ayrıca, hidrojen bazı metallerin (paladyum veya platin) yapısında birikebilir ve sıcaklık yükseldiğinde ondan buharlaşabilir.

Hidrojenin düşük çözünürlüğünün özelliği, laboratuvar uygulamasında hidrojen yer değiştirme yöntemiyle (aşağıdaki tablo ana parametreleri içerir) izole etmek için kullanılır, uygulama kapsamını ve üretim yöntemlerini belirler.

izotopik kompozisyon

Periyodik kimyasal elementler sisteminin diğer birçok temsilcisi gibi, hidrojenin de birkaç doğal izotopu vardır, yani atomları aynı numaraçekirdekteki protonlar, ancak farklı numara nötronlar - sıfır yük ve birim kütleye sahip parçacıklar. Benzer bir özelliğe sahip atom örnekleri oksijen, karbon, klor, brom ve radyoaktif olanlar dahil diğerleridir.

Bu grubun temsilcilerinden en yaygın olan hidrojen 1 H'nin fiziksel özellikleri, benzerlerinin aynı özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır. Özellikle içerdikleri maddelerin özellikleri farklılık göstermektedir. Yani, tek bir protonlu bir hidrojen atomu yerine, bileşiminde bulunan sıradan ve döteryumlu su var, döteryum 2H - iki izotopu temel parçacıklar: pozitif ve yüksüz. Bu izotop, sıradan hidrojenden iki kat daha ağırdır ve bu da, oluşturdukları bileşiklerin özelliklerindeki temel farkı açıklar. Doğada, döteryum hidrojenden 3200 kat daha nadirdir. Üçüncü temsilci trityum 3 H'dir, çekirdekte iki nötron ve bir proton vardır.

Elde etme ve izole etme yöntemleri

Laboratuvar ve endüstriyel yöntemler çok farklıdır. Bu nedenle, küçük miktarlarda gaz, esas olarak aşağıdaki reaksiyonlar yoluyla elde edilir: mineraller ve büyük ölçekli üretim, daha büyük ölçüde organik sentezi kullanır.

Laboratuvarda aşağıdaki kimyasal etkileşimler kullanılmaktadır:

Endüstriyel çıkarlarda, gaz aşağıdaki gibi yöntemlerle elde edilir:

1. Metanın bir katalizör varlığında kurucu basit maddelerine termal ayrışması (350 derece sıcaklık gibi bir göstergenin değerine ulaşır) - hidrojen H2 ve karbon C.
2. 1000 santigrat derecede koktan buharlı su geçirerek oluşturmak karbon dioksit CO 2 ve H 2 (en yaygın yöntem).
3. 800 dereceye ulaşan bir sıcaklıkta bir nikel katalizörü üzerinde gaz halindeki metanın dönüştürülmesi.
4. hidrojen yan ürün sulu potasyum veya sodyum klorür çözeltilerinin elektrolizinde.

Kimyasal etkileşimler: genel hükümler

Hidrojenin fiziksel özellikleri, bir veya başka bir bileşikle reaksiyon süreçlerindeki davranışını büyük ölçüde açıklar. Hidrojenin değeri, periyodik cetvelde birinci grupta yer aldığı için 1'dir ve oksidasyon derecesi farklı gösterir. Hidritler hariç tüm bileşiklerde, s.o.'de hidrojen = (1+), XH, XH2, XH3 - (1-) gibi moleküllerde.

Genelleştirilmiş bir elektron çifti oluşturarak oluşturulan hidrojen gazı molekülü iki atomdan oluşur ve enerji açısından oldukça kararlıdır, bu yüzden normal koşullar biraz inerttir ve normal koşullar değiştiğinde tepkimeye girer. Hidrojenin diğer maddelerin bileşimindeki oksidasyon derecesine bağlı olarak, hem oksitleyici bir ajan hem de indirgeyici ajan olarak hareket edebilir.

Hidrojenin reaksiyona girdiği ve oluştuğu maddeler

Karmaşık maddeler oluşturmak için elementel etkileşimler (genellikle yüksek sıcaklıklarda):

1. Alkali ve alkali toprak metal + hidrojen = hidrit.
2. Halojen + H2 = hidrojen halojenür.
3. Kükürt + hidrojen = hidrojen sülfür.
4. Oksijen + H2 = su.
5. Karbon + hidrojen = metan.
6. Azot + H2 = amonyak.

Karmaşık maddelerle etkileşim:

1. Karbon monoksit ve hidrojenden sentez gazı elde edilmesi.
2. Metallerin oksitlerinden H 2 ile geri kazanımı.
3. Doymamış alifatik hidrokarbonların hidrojen doygunluğu.

hidrojen bağı

Hidrojenin fiziksel özellikleri öyledir ki, bir elektronegatif element ile birleştiğinde hidrojenin oluşmasına izin verir. özel Tip paylaşılmamış elektron çiftlerine (örneğin oksijen, azot ve flor) sahip komşu moleküllerden aynı atomla bağlar. en parlak örnek benzer bir fenomeni düşünmenin daha iyi olduğu sudur. Kovalent veya iyonik olanlardan daha zayıf olan hidrojen bağları ile dikildiği söylenebilir, ancak birçoğu olması nedeniyle maddenin özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Esasen, hidrojen bağı, su moleküllerini dimerlere ve polimerlere bağlayarak yüksek kaynama noktasına yol açan elektrostatik bir etkileşimdir.

Mineral bileşiklerin bileşimindeki hidrojen

Hepsine dahil inorganik asitler bir proton içerir - hidrojen gibi bir atomun katyonu. Asit kalıntısının oksidasyon durumu (-1)'den büyük olan bir maddeye polibazik bileşik denir. Ayrışmayı sağlayan birkaç hidrojen atomu içerir. sulu çözeltilerçok aşamalı. Sonraki her proton asidin geri kalanından giderek daha zor kopar. Ortamdaki hidrojenlerin nicel içeriğine göre asitliği belirlenir.

İnsan faaliyetlerinde uygulama

Bir madde içeren silindirler ve ayrıca diğer maddeler içeren kaplar sıvılaştırılmış gazlarörneğin oksijen, belirli bir görünüm. Parlak kırmızı "Hidrojen" yazısıyla koyu yeşile boyanmışlardır. Gaz, yaklaşık 150 atmosferlik bir basınç altında bir silindire pompalanır. Hidrojenin fiziksel özellikleri, özellikle gaz halindeki kümelenme halinin hafifliği, helyumla karıştırılmış balonları, balonları vb. doldurmak için kullanılır.

İnsanların fiziksel ve kimyasal özelliklerini yıllar önce kullanmayı öğrendiği hidrojen, günümüzde pek çok endüstride kullanılmaktadır. Çoğu amonyak üretimine gidiyor. Hidrojen ayrıca oksitlerden (hafniyum, germanyum, galyum, silikon, molibden, tungsten, zirkonyum ve diğerleri), reaksiyonda indirgeyici bir madde, hidrosiyanik ve hidroklorik asitler ve ayrıca yapay olarak hareket eder. sıvı yakıt. Gıda endüstrisi dönüştürmek için kullanır sebze yağları sert yağlara dönüştürülür.

Hidrojenin kimyasal özelliklerini ve kullanımını belirledi. çeşitli süreçler yağlar, kömürler, hidrokarbonlar, yağlar ve akaryakıtın hidrojenasyonu ve hidrojenasyonu. Değerli taşlar, akkor lambalar, dövme ve kaynak yapmak için kullanılır. metal ürünleri bir oksi-hidrojen alevinin etkisi altında.

Etkileşim hidrojenİle oksijen Sir Henry Cavendish'in kurduğu gibi, suyun oluşumuna yol açar. hadi devam edelim basit örnek beste yapmayı öğren kimyasal reaksiyon denklemleri.
ne geliyor hidrojen ve oksijen, bunu zaten biliyoruz:

H 2 + O 2 → H 2 O

Şimdi, kimyasal reaksiyonlarda kimyasal elementlerin atomlarının yok olmadığını ve yoktan ortaya çıkmadığını, birbirine dönüşmediğini hesaba katıyoruz. yeni kombinasyonlarda birleştir yeni moleküller oluşturmak için. Bu, her türden atomların kimyasal reaksiyon denkleminde aynı sayıda olması gerektiği anlamına gelir. önceki reaksiyonlar ( ayrıldı eşittir işaretinden) ve sonrasında reaksiyonun sonu ( sağda eşittir işaretinden), şöyle:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

işte bu reaksiyon denklemi - Madde ve katsayı formülleri kullanılarak devam eden bir kimyasal reaksiyonun koşullu kaydı.

Bu, yukarıdaki reaksiyonda iki ben hidrojen ile tepki vermeli bir köstebek tarafından oksijen, ve sonuç olacak iki ben Su.

Etkileşim hidrojenİle oksijen- hiç de basit bir süreç değil. Bu elementlerin oksidasyon durumlarında bir değişikliğe yol açar. Bu tür denklemlerde katsayıları seçmek için genellikle yöntem kullanılır " elektronik Denge".

Hidrojen ve oksijenden su oluştuğunda, bunun anlamı şudur: hidrojen oksidasyon durumunu değiştirdi 0 önceki +ben, a oksijen- itibaren 0 önceki -II. Aynı zamanda, birkaç (n) elektronlar:

Hidrojen veren elektronlar burada hizmet eder indirgen madde ve oksijen alan elektronlar - oksitleyici ajan.

Oksitleyici ve indirgeyici maddeler

Şimdi elektron verme ve alma işlemlerinin ayrı ayrı nasıl göründüğüne bakalım. Hidrojen"soyguncu" ile tanışan oksijen, tüm özelliğini kaybeder - iki elektron ve oksidasyon durumu eşit olur +ben:

H 2 0 − 2 e− = 2H + I

Olmuş oksidasyon yarı reaksiyon denklemi hidrojen.

ve haydut oksijen Yaklaşık 2 talihsiz hidrojenden son elektronları almış olan, yeni oksidasyon durumundan çok memnun -II:

O 2 + 4 e− = 2O −II

Bu indirgeme yarı reaksiyon denklemi oksijen.

Hem "haydut" hem de "kurbanının" kimyasal kimliklerini ve basit maddelerden - iki atomlu moleküllü gazlardan - kaybettiğini eklemek için kalır. H2 ve Yaklaşık 2 yeni bir kimyasal maddenin bileşenlerine dönüştü - Su H2O.

daha fazla tartışacağız Aşağıdaki şekilde: indirgeyici haydut oksitleyiciye kaç elektron verdi, o kadar çok aldı. İndirgeyici ajan tarafından bağışlanan elektronların sayısı, oksitleyici ajan tarafından kabul edilen elektronların sayısına eşit olmalıdır..

Yani ihtiyacın var elektron sayısını eşitlemek birinci ve ikinci yarı reaksiyonlarda. Kimyada, aşağıdaki koşullu yarı reaksiyon denklemlerini yazma şekli kabul edilir:

Burada küme parantezinin solundaki 2 ve 1 sayıları, verilen ve alınan elektronların sayısının eşit olmasını sağlamaya yardımcı olacak faktörlerdir. Yarı reaksiyon denklemlerinde 2 elektron verildiğini ve 4 elektronun kabul edildiğini dikkate alıyoruz.Alınan ve verilen elektron sayısını eşitlemek için en az ortak kat ve ek faktörler bulunur. Bizim durumumuzda, en küçük ortak kat 4'tür. Ek faktörler hidrojen için 2 (4: 2 = 2) ve oksijen için - 1 (4: 4 = 1) olacaktır.
Ortaya çıkan çarpanlar, gelecekteki reaksiyon denkleminin katsayıları olarak hizmet edecektir:

2H 2 0 + O 2 0 \u003d 2H 2 + I O -II

Hidrojen oksitlenmiş sadece buluştuğunda değil oksijen. Hidrojen üzerinde yaklaşık olarak aynı etki ve flor F2, halojen ve ünlü "soyguncu" ve görünüşte zararsız azot N2:

Bunun sonucunda hidrojen florid HF veya amonyak NH3.

Her iki bileşikte de oksidasyon durumu hidrojen eşit olur +ben, çünkü molekülde bir başkasının elektronik iyiliği için yüksek elektronegatifliğe sahip "açgözlü" ortaklar edinir - flor F ve azot n. saat azot elektronegatifliğin değeri üç geleneksel birime eşit kabul edilir ve y flor genel olarak, tüm kimyasal elementler arasında en yüksek elektronegatiflik dört birimdir. Dolayısıyla zavallı hidrojen atomunu herhangi bir elektronik ortam olmadan bırakmalarına şaşmamalı.

Fakat hidrojen belki eski haline getirmek- elektronları kabul edin. Bu, elektronegatifliği hidrojenden daha az olan alkali metaller veya kalsiyum, onunla reaksiyona katılırsa olur.

Hidrojenin ne olduğuna bir göz atalım. Bu metal olmayan maddenin kimyasal özellikleri ve üretimi, okulda inorganik kimya dersinde incelenir. yönlendiren bu unsurdur. periyodik sistem Mendeleev ve bu nedenle ayrıntılı bir açıklamayı hak ediyor.

Bir elemanın açılması hakkında kısa bilgi

Hidrojenin fiziksel ve kimyasal özelliklerine geçmeden önce bu önemli elementin nasıl bulunduğunu öğrenelim.

On altıncı ve on yedinci yüzyıllarda çalışan kimyagerler, yazılarında asitler aktif metallere maruz kaldığında açığa çıkan yanıcı gazdan defalarca bahsetti. 18. yüzyılın ikinci yarısında G. Cavendish bu gazı toplayıp analiz etmeyi başardı ve ona "yanıcı gaz" adını verdi.

O zamanlar hidrojenin fiziksel ve kimyasal özellikleri çalışılmamıştı. Sadece on sekizinci yüzyılın sonunda, A. Lavoisier, bu gazın suyu analiz ederek elde edilebileceğini analiz ederek kurmayı başardı. Kısa bir süre sonra, "su doğurmak" anlamına gelen yeni hidrojen elementini aramaya başladı. Hidrojen, modern Rusça adını M.F. Solovyov'a borçludur.

doğada olmak

Hidrojenin kimyasal özellikleri ancak doğadaki bolluğuna göre analiz edilebilir. Bu element hidro ve litosferde bulunur ve aynı zamanda minerallerin bir parçasıdır: doğal ve ilişkili gaz, turba, petrol, kömür, petrol şeyl. Hidrojenin ne olduğunu bilmeyecek bir yetişkin hayal etmek zor. ayrılmaz parça Su.

Ek olarak, bu metal olmayan hayvan organizmalarında nükleik asitler, proteinler, karbonhidratlar ve yağlar şeklinde bulunur. Gezegenimizde, bu element oldukça nadiren serbest halde bulunur, belki de sadece doğal ve volkanik gazda.

Plazma biçiminde hidrojen, yıldızların ve Güneş'in kütlesinin yaklaşık yarısını oluşturur ve aynı zamanda yıldızlararası gazın bir parçasıdır. Örneğin, serbest formda olduğu kadar metan, amonyak formunda da bu metal olmayan, kuyruklu yıldızlarda ve hatta bazı gezegenlerde bulunur.

Fiziksel özellikler

Hidrojenin kimyasal özelliklerini düşünmeden önce, normal koşullar altında olduğunu belirtelim. gaz halindeki madde havadan daha hafif, birkaç izotopik forma sahip. Suda hemen hemen çözünmez ve yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Kütle numarası 1 olan Protium, en hafif şekli olarak kabul edilir. Radyoaktif özelliklere sahip olan trityum, nöronların UV ışınlarına maruz kalmasıyla doğada atmosferik nitrojenden oluşur.

Molekül yapısının özellikleri

Hidrojenin kimyasal özelliklerini, onun karakteristik reaksiyonlarını düşünmek için, yapısının özellikleri üzerinde duralım. Bu iki atomlu molekül, kovalent polar olmayan bir kimyasal bağa sahiptir. Aktif metaller asit çözeltileri ile etkileşime girdiğinde atomik hidrojen oluşumu mümkündür. Ancak bu formda, bu metal olmayan, yalnızca önemsiz bir süre için var olabilir, neredeyse anında moleküler bir formda yeniden birleşir.

Kimyasal özellikler

Hidrojenin kimyasal özelliklerini düşünün. Bu kimyasal elementin oluşturduğu bileşiklerin çoğunda, onu aktif (alkali) metallere benzer kılan +1 oksidasyon durumu sergiler. Hidrojenin metal olarak karakterize edilen ana kimyasal özellikleri:

• su oluşturmak için oksijen ile etkileşim;
• hidrojen halojenür oluşumu ile birlikte halojenlerle reaksiyon;
• kükürt ile birleştirildiğinde hidrojen sülfür üretimi.

Hidrojenin kimyasal özelliklerini karakterize eden reaksiyon denklemi aşağıdadır. Metal olmayan (-1 oksidasyon durumuna sahip) olarak, yalnızca aktif metallerle reaksiyonda etki ederek onlarla karşılık gelen hidritleri oluşturduğuna dikkat çekiyoruz.

Normal sıcaklıktaki hidrojen, diğer maddelerle aktif olarak etkileşime girmez, bu nedenle reaksiyonların çoğu yalnızca ön ısıtmadan sonra gerçekleştirilir.

Mendeleev'in periyodik kimyasal element sistemine başkanlık eden elementin bazı kimyasal etkileşimleri üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Su oluşumunun reaksiyonuna 285.937 kJ enerji salınımı eşlik eder. saat yükselmiş sıcaklık(550 santigrat dereceden fazla) bu süreç güçlü bir patlama eşlik etti.

Gaz halindeki hidrojenin endüstride önemli bir uygulama bulan kimyasal özellikleri arasında metal oksitlerle etkileşimi ilgi çekicidir. Katalitik hidrojenasyon ile modern endüstri metal oksitler işlenir, örneğin saf metal demir skalasından (karışık demir oksit) izole edilir. Bu method liderlik etmene izin verir verimli geri dönüşüm hurda metal.

Hidrojenin atmosferik nitrojen ile etkileşimini içeren amonyak sentezi de modern dünyada talep görmektedir. kimyasal endüstri. Bu kimyasal etkileşimin meydana gelmesi için koşullar arasında basınç ve sıcaklığı not ediyoruz.

Çözüm

Aktif olmayan hidrojendir kimyasal de normal koşullar. Sıcaklık arttıkça aktivitesi önemli ölçüde artar. Bu madde organik sentezde talep var. Örneğin hidrojenasyon yoluyla ketonlar ikincil alkollere indirgenebilir ve aldehitler birincil alkollere dönüştürülebilir. Ek olarak, hidrojenasyon yoluyla, etilen ve asetilen sınıflarının doymamış hidrokarbonları, metan serisinin doymuş bileşiklerine dönüştürülebilir. Hidrojen haklı olarak modern kimyasal üretimde talep edilen basit bir madde olarak kabul edilir.