Hidrojenin kimyasal reaksiyonları. Bölüm IV.basit ve karmaşık maddeler

Etkileşim hidrojenİle oksijen Sir Henry Cavendish'in tespit ettiği gibi suyun oluşumuna yol açar. Hadi devam edelim basit örnek hadi nasıl beste yapacağımızı öğrenelim kimyasal reaksiyon denklemleri.
Ne çıkıyor hidrojen Ve oksijen, bunu zaten biliyoruz:

H 2 + Ö 2 → H 2 Ö

Şimdi kimyasal reaksiyonlarda kimyasal elementlerin atomlarının yok olmadığını, yoktan var etmediğini, birbirine dönüşmediğini, ancak yeni kombinasyonlarla birleştirin, yeni moleküller oluşturuyor. Bu, bir kimyasal reaksiyonun denkleminde her türden aynı sayıda atomun bulunması gerektiği anlamına gelir. önce reaksiyonlar ( sol eşittir işaretinden) ve sonrasında reaksiyonun sonu ( sağda eşittir işaretinden), şöyle:

2H2 + Ö2 = 2H2Ö

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

Bu, verilen reaksiyonda şu anlama gelir: iki ben hidrojen ile reaksiyona girmelidir bir köstebek oksijen ve sonuç şu olacak: iki ben su.

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

Hidrojen ve oksijenden su oluştuğunda bu şu anlama gelir: hidrojen oksidasyon durumunu değiştirdi 0 önce +ben, A oksijen- itibaren 0 önce −II. Bu durumda, birçoğu hidrojen atomlarından oksijen atomlarına geçti. (N) elektronlar:

Hidrojen veren elektronlar burada görev yapar indirgen madde ve oksijen kabul eden elektronlar oksitleyici ajan.

Oksitleyici ajanlar ve indirgeyici ajanlar

Şimdi elektron verme ve alma süreçlerinin ayrı ayrı nasıl göründüğünü görelim. Hidrojen"Soyguncu" oksijenle tanışan tüm varlıklarını kaybeder - iki elektron ve oksidasyon durumu eşit olur +ben:

N 2 0 - 2 e− = 2Н +I

Olmuş oksidasyon yarı reaksiyon denklemi hidrojen.

Ve haydut... oksijen Ç2 Talihsiz hidrojenden son elektronları alan, yeni oksidasyon durumundan çok memnun -II:

O2+4 e− = 2O −II

Bu indirgeme yarı reaksiyon denklemi oksijen.

Hem "haydut"un hem de "kurbanının" kimyasal bireyselliklerini kaybettiklerini ve basit maddelerden - iki atomlu moleküllere sahip gazlardan - yapıldığını eklemeye devam ediyor. H2 Ve Ç2 yeni bir sistemin bileşenleri haline geldi kimyasal madde - su H20.

Daha fazla tartışacağız Aşağıdaki şekilde: İndirgeyici madde oksitleyici hayduta kaç elektron verdi, o kadar elektron aldı. İndirgeyici ajanın bağışladığı elektronların sayısı, oksitleyici ajanın kabul ettiği elektronların sayısına eşit olmalıdır..

Yani bu gerekli elektron sayısını eşitle birinci ve ikinci yarı reaksiyonlarda. Kimyada, yarı reaksiyon denklemlerini yazmanın aşağıdaki geleneksel şekli kabul edilir:

Burada küme parantezinin solundaki 2 ve 1 sayıları verilen ve alınan elektron sayısının eşit olmasını sağlamaya yardımcı olacak faktörlerdir. Yarı reaksiyon denklemlerinde 2 elektron verildiğini ve 4'ünün kabul edildiğini dikkate alalım.Kabul edilen ve verilen elektron sayısını eşitlemek için en küçük ortak kat ve ek faktörleri bulun. Bizim durumumuzda en küçük ortak kat 4'tür. Hidrojen için ek çarpanlar 2 (4:2 = 2) ve oksijen için - 1 (4:4 = 1) olacaktır.
Ortaya çıkan çarpanlar gelecekteki reaksiyon denkleminin katsayıları olarak görev yapacak:

2H 2 0 + Ö 2 0 = 2H 2 +I O −II

Hidrojen oksitler sadece buluşurken değil oksijen. Hidrojene yaklaşık olarak aynı şekilde etki ederler. flor F2, bir halojen ve bilinen bir "soyguncu" ve görünüşte zararsız azot N 2:

Bu durumda ortaya çıkıyor hidrojen florid HF veya amonyak NH3.

Her iki bileşikte de oksidasyon durumu hidrojen eşit olur +ben, çünkü diğer insanların elektronik eşyaları için "açgözlü", yüksek elektronegatifliğe sahip molekül ortakları ediniyor - flor F Ve azot N. sen azot Elektronegatiflik değeri üç geleneksel birime eşit kabul edilir ve florür Genel olarak tüm kimyasal elementler arasında en yüksek elektronegatiflik dört birimdir. Dolayısıyla zavallı hidrojen atomunu herhangi bir elektronik ortamdan mahrum bırakmaları şaşılacak bir şey değil.

Ancak hidrojen Belki eski haline getirmek- elektronları kabul edin. Bu, hidrojenden daha düşük elektronegatifliğe sahip alkali metaller veya kalsiyumun onunla reaksiyona girmesi durumunda meydana gelir.

Hidrojen Evrendeki en yaygın kimyasal elementtir. Yıldızların yanıcı maddesinin temelini oluşturan şey budur.

Hidrojen, Mendeleev'in Periyodik Tablosunun ilk kimyasal elementidir. Atomu en basit yapıya sahiptir: etrafında temel parçacık"proton" (bir atomun çekirdeği) tek bir elektronun dönmesi:

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

Görev 12.1. Bu izotopların atom çekirdeğinin yapısını belirtiniz.

Dış seviyede bir elektrona sahip olan hidrojen atomu, mümkün olan tek değerlik I'i sergileyebilir:

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

Böylece bir hidrojen atomu hem kabul edebilir hem de verebilir bir elektron, yani tipik bir metal değildir. İÇİNDE herhangi bileşikler hidrojen atomu bir Valenten

Basit madde "hidrojen" H2- Gaz renksiz ve kokusuzdur, çok hafiftir. Suda az çözünür, ancak birçok metalde yüksek oranda çözünür. Yani bir hacim paladyum Рd 900 hacme kadar hidrojen emer.

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

Görev 12.2. Hidrojenin hangi reaksiyonlarda oksitleyici ajan, hangilerinde indirgeyici ajan olduğunu belirleyin. dikkat hidrojen molekülü iki atomdan oluşur.

Hidrojen ve oksijen karışımı “patlayıcı bir gazdır” çünkü ateşlendiğinde birçok cana mal olan güçlü bir patlama meydana gelir. Bu nedenle hidrojenin açığa çıktığı deneylerin ateşten uzakta yapılması gerekmektedir.

Çoğu zaman hidrojen, oksitlerinden saf metallerin üretiminde kullanılan indirgeyici özellikler sergiler*:

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

Hidrojen ve organik bileşikler arasında çeşitli reaksiyonlar meydana gelir. Böylece hidrojen eklenmesi nedeniyle ( hidrojenasyon) sıvı yağlar katıya dönüşür ( daha fazla ders 25).

Hidrojen farklı şekillerde üretilebilir:

• Metallerin asitlerle etkileşimi:

Görev 12.3. hidroklorik asit ile alüminyum, bakır ve çinko. Hangi durumlarda reaksiyon oluşmaz? Neden? Zorluk durumunda ders 2.2 ve 8.3'e bakın;

• Aktif metallerin su ile etkileşimi:

Görev 12.4. Bu reaksiyonların denklemlerini yazın sodyum, baryum, alüminyum, demir, kurşun. Hangi durumlarda reaksiyon oluşmaz? Neden? Herhangi bir zorlukla karşılaşırsanız Ders 8.3'e bakın.

İÇİNDE endüstriyel ölçekli Hidrojen suyun elektrolizi ile üretilir:

ve ayrıca su buharını sıcak demir talaşlarından geçirirken:

Hidrojen Evrendeki en yaygın elementtir. Yıldız kütlesinin çoğunu oluşturur ve katılır termonükleer füzyon- bu yıldızların yaydığı enerjinin kaynağı.

Oksijen

Oksijen gezegenimizdeki en yaygın kimyasal elementtir: Yer kabuğundaki atomların yarısından fazlası oksijendir. Oksijen O2 maddesi atmosferimizin yaklaşık 1/5'ini, kimyasal element oksijen ise hidrosferin (Dünya Okyanusu) 8/9'unu oluşturur.

İÇİNDE Periyodik tablo Mendeleev oksijeninin seri numarası 8'dir ve ikinci periyodun VI grubundadır. Bu nedenle oksijen atomunun yapısı aşağıdaki gibidir:

Dış seviyede 6 elektrona sahip olan oksijen tipik bir metal değildir, yani iki dış seviye tamamlanana kadar elektron:

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

Oksijen atomu, elektronları kabul ederek oksitleyici bir maddenin özelliklerini sergiler. Oksijenin bu özelliği son derece önemlidir: Solunum ve metabolizma sırasında oksidasyon süreçleri meydana gelir; Basit ve karmaşık maddelerin yanması sırasında oksidasyon süreçleri meydana gelir.

Yanma - basit ve karmaşık maddelerin oksidasyonu buna ışık ve ısının salınması 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 kimyasal elementlerin oksitleri oluşur, orijinal maddeye dahil. Basit maddeler halinde yalnızca nitrojen ve halojenler açığa çıkar:

Bu reaksiyonlardan ikincisi metan gazının varlığı nedeniyle günlük yaşamda ve endüstride ısı ve enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. 4. Bölüm dahil doğal gaz.

Oksijen birçok endüstriyel ve endüstriyel ortamın yoğunlaşmasını mümkün kılar. biyolojik süreçler. Oksijen büyük miktarlarda havadan elde edildiği gibi suyun (hidrojen gibi) elektrolizi ile de elde edilir. Küçük miktarlarda karmaşık maddelerin ayrışmasıyla elde edilebilir:

Görev 12.5. Katsayıları burada verilen reaksiyon denklemlerine yerleştirin.

su

Suyun yerini hiçbir şey alamaz; bu nedenle gezegenimizde bulunan hemen hemen tüm diğer maddelerden farklıdır. Suyun yerini ancak suyun kendisi alabilir. Susuz hayat olmaz: Sonuçta, Dünya'daki yaşam, üzerinde su göründüğünde ortaya çıktı. Yaşamın kökeni sudur çünkü o doğal bir evrenseldir çözücü. Gerekli olan her şeyi çözer ve dolayısıyla ezer. besinler ve onlara canlı organizmaların hücrelerini sağlar. Öğütme sonucunda kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonların hızı keskin bir şekilde artar. Üstelik ön çözünme olmadan reaksiyonların %99,5'i (her 200'den 199'u) gerçekleşemez! (Ayrıca bkz. ders 5.1.)

Bir yetişkinin günde 2,5-3 litre su alması gerektiği ve aynı miktarın vücuttan atıldığı bilinmektedir: yani insan vücudunda bir su dengesi vardır. İhlal edilirse, kişi basitçe ölebilir. Örneğin, bir kişinin yalnızca% 1-2'lik su kaybı susuzluğa neden olur ve% 5'i termoregülasyonun ihlali nedeniyle vücut ısısını artırır: çarpıntı meydana gelir ve halüsinasyonlar meydana gelir. Vücutta %10 veya daha fazla su kaybıyla, zaten geri dönüşü olmayan değişiklikler meydana gelir. Kişi susuzluktan ölecek.

Su eşsiz bir maddedir. Kaynama noktası –80 °C(!) olması gerekirken +100 °C'dir. Neden? Çünkü kutupsal su molekülleri arasında oluşur hidrojen bağları:

Bu nedenle hem buz hem de kar gevşektir ve olduğundan daha fazla hacim kaplar. Sıvı su. Sonuç olarak buz su yüzeyine yükselir ve rezervuar sakinlerini donmaya karşı korur. Yeni düşen kar çok fazla hava içerir ve mükemmel bir ısı yalıtkanıdır. Kar toprağı kalın bir tabaka halinde kaplarsa hem hayvanlar hem de bitkiler en şiddetli donlardan kurtulur.

Ayrıca suyun ısı kapasitesi yüksektir ve bir çeşit ısı akümülatörüdür. Bu nedenle deniz ve okyanus kıyılarında iklim ılımandır ve iyi sulanan bitkiler dondan kuru olanlara göre daha az etkilenir.

Su olmadan temelde imkansızdır hidroliz, Kimyasal reaksiyon mutlaka proteinlerin, yağların ve karbonhidratların emilimine eşlik eden zorunlu Yiyeceklerimizin bileşenleri. Hidrolizin bir sonucu olarak bu karmaşık organik maddeler, aslında canlı bir organizma tarafından emilen düşük molekül ağırlıklı maddelere parçalanır (daha fazla ayrıntı için 25-27. derslere bakınız). 6. derste hidroliz süreçlerini tartıştık. Su, birçok metal ve metal olmayan maddeler, oksitler ve 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 reaksiyonunu (pH) değiştirir mi?

Su ürün birçok tepki. Örneğin nötrleştirme reaksiyonunda ve birçok ORR'de mutlaka su oluşur.

Görev 12.7. Bu reaksiyonların denklemlerini yazınız.

sonuçlar

Hidrojen Evrende en çok bulunan kimyasal elementtir ve oksijen de Dünya üzerinde en çok bulunan kimyasal elementtir. Bu maddeler zıt özellikler sergiler: Hidrojen indirgeyici bir maddedir ve oksijen bir oksitleyici maddedir. Bu nedenle birbirleriyle kolayca reaksiyona girerek Dünyadaki en şaşırtıcı ve en yaygın madde olan suyu oluştururlar.

Hidrojen atomu, dıştaki (ve tek) elektron seviyesi 1'in elektronik formülüne sahiptir. S 1. Bir yandan dış elektronik seviyede bir elektronun varlığı açısından hidrojen atomu alkali metal atomlarına benzer. Bununla birlikte, tıpkı halojenler gibi, dış elektronik seviyeyi doldurmak için yalnızca bir elektrona ihtiyaç duyar, çünkü ilk elektronik seviye 2'den fazla elektron içeremez. Hidrojenin periyodik tablonun hem birinci hem de sondan bir önceki (yedinci) grubuna aynı anda yerleştirilebileceği ortaya çıktı; bu bazen şu şekilde yapılır: Çeşitli seçenekler periyodik sistem:

Basit bir madde olarak hidrojenin özellikleri açısından halojenlerle hala daha fazla ortak noktası vardır. Hidrojen de halojenler gibi metal değildir ve onlar gibi diatomik moleküller (H2) oluşturur.

İÇİNDE normal koşullar Hidrojen gaz halinde, düşük aktif bir maddedir. Hidrojenin düşük aktivitesi, moleküldeki hidrojen atomları arasındaki bağların yüksek mukavemeti ile açıklanır; bu bağların kırılması ya güçlü ısıtmayı ya da katalizör kullanımını ya da her ikisini birden gerektirir.

Hidrojenin basit maddelerle etkileşimi

metallerle

Metallerden hidrojen yalnızca alkali ve alkalin toprak metalleriyle reaksiyona girer! Alkali metaller ana alt grubun metallerini içerir Grup I(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) ve alkalin toprak metalleri - berilyum ve magnezyum (Ca, Sr, Ba, Ra) hariç grup II'nin ana alt grubunun metalleri

Hidrojen, aktif metallerle etkileşime girdiğinde oksitleyici özellikler sergiler; oksidasyon durumunu düşürür. Bu durumda iyonik yapıya sahip alkali ve alkali toprak metallerin hidritleri oluşur. Reaksiyon ısıtıldığında meydana gelir:

Aktif metallerle etkileşimin, moleküler hidrojen H2'nin oksitleyici bir madde olduğu tek durum olduğu unutulmamalıdır.

metal olmayanlarla

Metal olmayanlardan hidrojen yalnızca karbon, nitrojen, oksijen, kükürt, selenyum ve halojenlerle reaksiyona girer!

Elmas, karbonun son derece atıl bir allotropik modifikasyonu olduğundan karbon, grafit veya amorf karbon olarak anlaşılmalıdır.

Hidrojen, metal olmayanlarla etkileşime girdiğinde yalnızca indirgeyici bir maddenin işlevini yerine getirebilir, yani yalnızca oksidasyon durumunu artırabilir:

Hidrojenin karmaşık maddelerle etkileşimi

metal oksitler ile

Hidrojen, alüminyuma (dahil) kadar metallerin aktivite serisinde yer alan metal oksitlerle reaksiyona girmez, ancak ısıtıldığında birçok metal oksidi alüminyumun sağına indirgeme yeteneğine sahiptir:

metal olmayan oksitler ile

Metal olmayan oksitlerden hidrojen ısıtıldığında nitrojen, halojen ve karbon oksitlerle reaksiyona girer. Hidrojenin metal olmayan oksitlerle tüm etkileşimleri arasında özellikle dikkate değer olan, karbonmonoksit CO.

CO ve H2 karışımının kendi adı bile vardır - “sentez gazı”, çünkü koşullara bağlı olarak metanol, formaldehit ve hatta sentetik hidrokarbonlar gibi popüler endüstriyel ürünler ondan elde edilebilir:

asitlerle

İLE inorganik asitler Hidrojen reaksiyona girmez!

İtibaren organik asitler hidrojen yalnızca doymamış asitlerle ve ayrıca hidrojenle indirgenebilen fonksiyonel gruplar, özellikle aldehit, keto veya nitro grupları içeren asitlerle reaksiyona girer.

tuzlarla

Tuzların sulu çözeltileri durumunda bunların hidrojen ile etkileşimi meydana gelmez. Bununla birlikte, orta ve düşük aktiviteye sahip bazı metallerin katı tuzları üzerinden hidrojen geçirildiğinde bunların kısmen veya tamamen indirgenmesi mümkündür, örneğin:

Halojenlerin kimyasal özellikleri

Halojenler, grup VIIA'nın (F, Cl, Br, I, At) kimyasal elementleri ve oluşturdukları basit maddelerdir. Burada ve metnin ilerleyen kısımlarında aksi belirtilmedikçe halojenler basit maddeler olarak anlaşılacaktır.

Tüm halojenler, belirleyen bir moleküler yapıya sahiptir. Düşük sıcaklık Bu maddelerin erimesi ve kaynaması. Halojen molekülleri diatomiktir, yani. formülleri şu şekilde yazılabilir: Genel görünüm Hal 2 gibi.

Şunu belirtmek gerekir ki, bu spesifik fiziksel özellik Yoda, yeteneği nasıl süblimasyon veya başka bir deyişle, süblimasyon. Süblimasyon katı haldeki bir maddenin ısıtıldığında erimediği, ancak sıvı fazı atlayarak hemen gaz haline geçtiği bir olgudur.

Herhangi bir halojen atomunun dış enerji seviyesinin elektronik yapısı ns 2 np 5 biçimindedir; burada n, halojenin bulunduğu periyodik tablo periyodunun sayısıdır. Gördüğünüz gibi halojen atomlarının sekiz elektronlu dış kabuğa ulaşması için yalnızca bir elektrona ihtiyacı var. Bundan, pratikte doğrulanan serbest halojenlerin ağırlıklı olarak oksitleyici özelliklerinin varsayılması mantıklıdır. Bilindiği gibi, ametallerin elektronegatifliği bir alt grupta aşağıya doğru inildiğinde azalır ve bu nedenle halojenlerin aktivitesi seri olarak azalır:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

Halojenlerin basit maddelerle etkileşimi

Bütün halojenler yüksek oranda aktif maddeler ve çoğu basit maddeyle reaksiyona girer. Bununla birlikte, son derece yüksek reaktivitesi nedeniyle florin, diğer halojenlerin reaksiyona giremediği basit maddelerle bile reaksiyona girebileceğine dikkat edilmelidir. Bu tür basit maddeler arasında oksijen, karbon (elmas), nitrojen, platin, altın ve bazı soy gazlar (ksenon ve kripton) bulunur. Onlar. Aslında, flor yalnızca bazı soy gazlarla reaksiyona girmez.

Geri kalan halojenler, yani. klor, brom ve iyot da aktif maddelerdir ancak flordan daha az aktiftir. Oksijen, nitrojen, elmas, platin, altın ve soy gaz formundaki karbon dışında hemen hemen tüm basit maddelerle reaksiyona girerler.

Halojenlerin metal olmayanlarla etkileşimi

hidrojen

Tüm halojenler hidrojenle etkileşime girdiğinde oluşurlar. hidrojen halojenürlerİle Genel formül HHal. Bu durumda florun hidrojen ile reaksiyonu karanlıkta bile kendiliğinden başlar ve denklem uyarınca bir patlama ile ilerler:

Klorun hidrojenle reaksiyonu yoğun ultraviyole ışınımı veya ısı ile başlatılabilir. Ayrıca patlamayla devam eder:

Brom ve iyot, yalnızca ısıtıldığında hidrojen ile reaksiyona girer ve aynı zamanda iyot ile reaksiyon tersine çevrilebilir:

fosfor

Florun fosfor ile etkileşimi fosforun oksidasyonuna yol açar. en yüksek derece oksidasyon (+5). Bu durumda fosfor pentaflorür oluşur:

Klor ve brom fosfor ile etkileşime girdiğinde, reaksiyona giren maddelerin oranlarına bağlı olarak hem +3 oksidasyon durumunda hem de +5 oksidasyon durumunda fosfor halojenürler elde etmek mümkündür:

Ayrıca flor, klor veya sıvı brom atmosferinde beyaz fosfor durumunda reaksiyon kendiliğinden başlar.

Fosforun iyot ile etkileşimi, diğer halojenlere göre önemli ölçüde daha düşük oksitleme kabiliyeti nedeniyle yalnızca fosfor triyodürün oluşumuna yol açabilir:

gri

Flor, sülfürü en yüksek oksidasyon durumu +6'ya oksitleyerek sülfür heksaflorür oluşturur:

Klor ve brom kükürt ile reaksiyona girerek +1 ve +2 oksidasyon durumlarında kükürt içeren bileşikler oluşturur ve bunlar kendisi için son derece sıra dışıdır. Bu etkileşimler çok spesifiktir ve Birleşik Devlet Sınavını geçmek kimyada bu etkileşimler için denklem yazma becerisi gerekli değildir. Bu nedenle, aşağıdaki üç denklem daha çok referans amacıyla verilmiştir:

Halojenlerin metallerle etkileşimi

Yukarıda bahsedildiği gibi flor, tüm metallerle, hatta platin ve altın gibi aktif olmayan metallerle bile reaksiyona girebilir:

Geri kalan halojenler platin ve altın dışındaki tüm metallerle reaksiyona girer:

Halojenlerin karmaşık maddelerle reaksiyonları

Halojenlerle ikame reaksiyonları

Daha aktif halojenler, yani. Periyodik tabloda daha yüksekte bulunan kimyasal elementler, daha az aktif halojenleri, oluşturdukları hidrohalik asitlerden ve metal halojenürlerden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir:

Benzer şekilde, brom ve iyot, sülfürün ve/veya hidrojen sülfürün çözeltilerinden kükürtün yerini alır:

Klor daha güçlü bir oksitleyici maddedir ve sulu çözeltisindeki hidrojen sülfürü kükürde değil sülfürik asite oksitler:

Halojenlerin suyla reaksiyonu

Su, reaksiyon denklemine uygun olarak flor içinde mavi bir alevle yanar:

Brom ve klor su ile flordan farklı şekilde reaksiyona girer. Flor oksitleyici bir madde olarak görev yaptıysa, klor ve brom suda orantısızdır ve bir asit karışımı oluşturur. Bu durumda reaksiyonlar tersine çevrilebilir:

İyotun su ile etkileşimi ihmal edilebilecek kadar önemsiz bir derecede gerçekleşir ve reaksiyonun hiç gerçekleşmediği varsayılabilir.

Halojenlerin alkali çözeltilerle etkileşimi

Flor, sulu bir alkali çözelti ile etkileşime girdiğinde yine bir oksitleyici madde görevi görür:

Birleşik Devlet Sınavını geçmek için bu denklemi yazma becerisi gerekli değildir. Böyle bir etkileşimin olasılığı ve florun bu reaksiyondaki oksidatif rolü hakkındaki gerçeği bilmek yeterlidir.

Flordan farklı olarak alkali çözeltilerdeki diğer halojenler orantısızdır, yani oksidasyon durumlarını aynı anda artırır ve azaltırlar. Ayrıca klor ve bromun sıcaklığa bağlı olarak iki farklı yönde akması mümkündür. Özellikle soğukta reaksiyonlar şu şekilde ilerler:

ve ısıtıldığında:

İyot alkalilerle yalnızca ikinci seçeneğe göre reaksiyona girer, yani. iyodat oluşumu ile, çünkü hipoiyodit yalnızca ısıtıldığında değil aynı zamanda normal sıcaklıklarda ve hatta soğukta da stabil değildir.

Hidrojenin kimyasal özellikleri

Sıradan koşullar altında, moleküler Hidrojen nispeten az aktiftir ve yalnızca metal olmayanların en aktif olanlarıyla (flor ile ve ışıkta klor ile) doğrudan birleşir. Ancak ısıtıldığında birçok elementle reaksiyona girer.

Hidrojen basit ve karmaşık maddelerle reaksiyona girer:

Şu tarihte: Yüksek sıcaklık Hidrojen doğrudan reaksiyona girer bazı metallerle(alkali, alkali toprak ve diğerleri), beyaz kristalli maddeler oluşturan - metal hidritler (Li H, Na H, KH, CaH2, vb.):

H2 + 2Li = 2LiH

Metal hidrürler, karşılık gelen alkali ve hidrojeni oluşturmak üzere su ile kolayca ayrıştırılır:

Sa H2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2

1). Oksijen ile Hidrojen suyu oluşturur:

Video "Hidrojenin yanması"

2H2 + Ö2 = 2H2Ö + Q

Normal sıcaklıklarda reaksiyon son derece yavaş, 550°C'nin üzerinde, patlamayla ilerler. (2 hacim H2 ve 1 hacim O2 karışımına denir patlayıcı gaz) .

Video "Patlayıcı gazın patlaması"

Video "Patlayıcı bir karışımın hazırlanması ve patlaması"

2). Halojenli Hidrojen, hidrojen halojenürleri oluşturur, örneğin:

H2 + Cl2 = 2HCl

Aynı zamanda Hidrojen, flor ile patlar (karanlıkta ve -252°C'de bile), yalnızca aydınlatıldığında veya ısıtıldığında klor ve brom ile, yalnızca ısıtıldığında ise iyot ile reaksiyona girer.

3). Azotlu Hidrojen amonyak oluşturmak üzere reaksiyona girer:

ZN2 + N2 = 2NH3

yalnızca bir katalizör üzerinde ve yüksek sıcaklık ve basınçlarda.

4). Hidrojen ısıtıldığında güçlü bir şekilde reaksiyona girer kükürtlü:

H2 + S = H2S (hidrojen sülfür),

selenyum ve tellür ile çok daha zordur.

5). Saf karbonlu Hidrojen katalizör olmadan yalnızca yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girebilir:

2H2 + C (amorf) = CH4 (metan)

- Hidrojen metal oksitlerle yer değiştirme reaksiyonuna girer Bu durumda ürünlerde su oluşur ve metal azalır. Hidrojen - indirgeyici bir maddenin özelliklerini sergiler:

Hidrojen kullanılıyor birçok metalin geri kazanılması için, oksijeni oksitlerinden uzaklaştırdığı için:

Fe304 + 4H2 = 3Fe + 4H2O, vb.

Hidrojenin uygulamaları

Video "Hidrojen Kullanımı"

Şu anda büyük miktarlarda hidrojen üretiliyor. Çok büyük bir kısmı amonyak sentezinde, yağların hidrojenlenmesinde, kömür, yağlar ve hidrokarbonların hidrojenasyonunda kullanılır. Ayrıca hidrojen, hidroklorik asit, metil alkol, hidrosiyanik asit sentezinde, metallerin kaynaklanmasında ve dövülmesinde, ayrıca akkor lambaların ve değerli taşların imalatında kullanılır. Hidrojen, 150 atm'nin üzerindeki basınç altında silindirlerde satılmaktadır. Koyu yeşil boyalıdırlar ve kırmızı bir "Hidrojen" yazısı vardır.

Hidrojen, sıvı yağları katı yağlara (hidrojenasyon) dönüştürmek, kömür ve akaryakıtın hidrojenlenmesiyle sıvı yakıt üretmek için kullanılır. Metalurjide hidrojen, metalleri ve metal olmayanları (germanyum, silikon, galyum, zirkonyum, hafniyum, molibden, tungsten vb.) üretmek için oksitler veya klorürler için indirgeyici bir madde olarak kullanılır.

Hidrojenin pratik kullanımları çeşitlidir: Genellikle balonları doldurmak için kullanılırlar. kimyasal endüstri gıdada çok önemli birçok ürünün (amonyak vb.) üretimi için hammadde görevi görür. sebze yağları katı yağlar vb. Hidrojenin oksijen içinde yanması sonucu ortaya çıkan yüksek sıcaklık (2600 °C'ye kadar) eritme için kullanılır refrakter metaller, kuvars vb. Sıvı hidrojen en verimli jet yakıtlarından biridir. Yıllık küresel hidrojen tüketimi 1 milyon tonu aşıyor.

SİMÜLATÖRLER

2 numara. Hidrojen

ATAMA GÖREVLERİ

S elemanlarının özellikleri

S-element bloğu, s-alt seviye atomlarında harici bir enerji seviyesinin oluşturulması olan 13 element içerir.

Hidrojen ve helyum, s-elementleri olarak sınıflandırılmasına rağmen, özelliklerinin kendine özgü doğasından dolayı ayrı ayrı ele alınmaları gerekir. Hidrojen, sodyum, potasyum, magnezyum, kalsiyum hayati elementlerdir.

S-elementlerinin bileşikleri özelliklerde genel modeller sergiler, bu da benzerlikle açıklanır. elektronik yapı onların atomları. Tüm dış elektronlar değerlik elektronlarıdır ve kimyasal bağların oluşumunda rol alırlar. Bu yüzden maksimum derece bileşiklerdeki bu elementlerin oksidasyonu eşittir sayı dış katmandaki elektronlara ve dolayısıyla elementin bulunduğu grubun sayısına eşittir. S elementli metallerin oksidasyon durumu her zaman pozitiftir. Diğer bir özellik ise dış katmanın elektronları ayrıldıktan sonra soy gaz kabuğuna sahip bir iyonun kalmasıdır. Artırırken seri numarası element, atom yarıçapı, iyonlaşma enerjisi azalır (5,39 eV y Li'den 3,83 eV y Fr'ye) ve elementlerin indirgeme aktivitesi artar.

S-element bileşiklerinin büyük çoğunluğu renksizdir (d-element bileşiklerinin aksine), d-elektronlarının düşük seviyeden geçiş yapması nedeniyle enerji seviyeleri daha yüksek enerji seviyelerine.

IA - IIA gruplarının elementlerinin bileşikleri tipik tuzlardır, sulu bir çözeltide neredeyse tamamen iyonlara ayrışırlar ve katyon hidrolizine tabi değildirler (Be 2+ ve Mg 2+ tuzları hariç).

hidrojen hidrit iyonik kovalent

Kompleksleşme s-element iyonları için tipik değildir. H2O-kristalin hidratlar ligandlarına sahip s - elemanlarının kristal kompleksleri bilinmektedir. eski Çağlarörneğin: Na 2 B 4 O 7 10H2 O-boraks, KAl (S04) 2 12H2 O-alum. Kristalin hidratlardaki su molekülleri katyonun etrafında gruplanır, ancak bazen anyonun tamamını çevreler. Küçük iyon yükü ve büyük iyon yarıçapı nedeniyle alkali metaller, su kompleksleri de dahil olmak üzere kompleks oluşturmaya en az eğilimlidir. Lityum, berilyum ve magnezyum iyonları, düşük stabiliteye sahip karmaşık bileşiklerde kompleks oluşturucu maddeler olarak işlev görür.

Hidrojen. Hidrojenin kimyasal özellikleri

Hidrojen en çok hafif s elemanı. Temel durumdaki elektronik konfigürasyonu 1S 1'dir. Bir hidrojen atomu bir proton ve bir elektrondan oluşur. Hidrojenin özelliği, değerlik elektronunun doğrudan etki alanında bulunmasıdır. atom çekirdeği. Hidrojenin bir ara elektron katmanı yoktur, bu nedenle hidrojen, alkali metallerin elektronik bir analoğu olarak kabul edilemez.

Alkali metaller gibi hidrojen de indirgeyici bir maddedir ve +1 oksidasyon durumu sergiler. Hidrojenin spektrumu alkali metallerin spektrumuna benzer. Hidrojeni alkali metallere benzer kılan şey, çözeltilerde hidratlı, pozitif yüklü H+ iyonu üretme yeteneğidir.

Halojen gibi hidrojen atomunda da bir elektron eksiktir. Bu, H - hidrit iyonunun varlığını belirler.

Ayrıca halojen atomları gibi hidrojen atomları da yüksek iyonizasyon enerjisine (1312 kJ/mol) sahiptir. Bu nedenle hidrojen, Periyodik Element Tablosunda özel bir konuma sahiptir.

Hidrojen evrende en bol bulunan elementtir ve güneşin ve çoğu yıldızın kütlesinin yarısı kadarını oluşturur.

Güneşte ve diğer gezegenlerde hidrojen atomik durumda, yıldızlararası ortamda kısmen iyonize diatomik moleküller formunda bulunur.

Hidrojenin üç izotopu vardır; protium 1 H, döteryum 2 D ve trityum 3 T ve trityum radyoaktif bir izotoptur.

Hidrojen molekülleri, yüksek mukavemet ve düşük polarizasyon, küçük boyut ve düşük kütle ile ayırt edilir ve yüksek hareket kabiliyetine sahiptir. Bu nedenle hidrojenin erime noktaları (-259,2 o C) ve kaynama noktaları (-252,8 o C) oldukça düşüktür. Yüksek ayrışma enerjisi (436 kJ/mol) nedeniyle 2000 o C'nin üzerindeki sıcaklıklarda moleküllerin atomlara parçalanması meydana gelir. Hidrojen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Düşük bir yoğunluğa sahiptir - 8,99 10 -5 g/cm Çok yüksek basınçlar hidrojen metalik duruma geçer. Uzak gezegenlerde olduğuna inanılıyor Güneş Sistemi- Jüpiter ve Satürn'de hidrojen metalik durumdadır. Dünyanın çekirdeğinin bileşiminin, dünyanın mantosunun yarattığı ultra yüksek basınçta bulunan metalik hidrojeni de içerdiği varsayımı var.

Kimyasal özellikler. Şu tarihte: oda sıcaklığı moleküler hidrojen, ışıkla ışınlandığında yalnızca flor ile reaksiyona girer - O2, S, Se, N2, C, I2 ile ısıtıldığında klor ve brom ile.

Hidrojenin oksijen ve halojenlerle reaksiyonları radikal bir mekanizma ile ilerler.

Klor ile etkileşim, ışıkla ışınlandığında (fotokimyasal aktivasyon) veya ısıtıldığında (termal aktivasyon) dallanmamış reaksiyonun bir örneğidir.

Сl+ H2 = HCl + H (zincir gelişimi)

H+ Cl2 = HCl + Cl

Patlayıcı bir gazın (bir hidrojen-oksijen karışımı) patlaması, zincirin başlatılmasının bir değil birkaç aşama içerdiği dallanmış zincir sürecinin bir örneğidir:

H2 + O2 = 2OH

H+ O2 = OH+O

O+ H2 = OH+ H

OH + H2 = H2O + H

Saf hidrojenle çalışırsanız patlama sürecinden kaçınılabilir.

Hidrojen pozitif (+1) ve negatif (-1) oksidasyon durumuyla karakterize edildiğinden, hidrojen hem indirgeyici hem de oksitleyici özellikler sergileyebilir.

Hidrojenin indirgeyici özellikleri metal olmayanlarla etkileşime girdiğinde kendini gösterir:

H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g),

2H2(g) + O2(g) = 2H20(g),

Bu reaksiyonlar salınımla devam eder büyük miktar H-Cl, H-O bağlarının yüksek enerjisini (kuvvetini) gösteren ısı. Bu nedenle hidrojen birçok oksit ve halojenüre karşı indirgeyici özellikler sergiler, örneğin:

Halojenür oksitlerden basit maddelerin üretiminde hidrojenin indirgeyici madde olarak kullanılmasının temeli budur.

Daha da güçlü bir indirgeyici madde atomik hidrojendir. Düşük basınç koşulları altında moleküler elektron boşalmasından oluşur.

Hidrojen, bir metalin bir asitle etkileşimi sırasında salındığı anda yüksek bir indirgeme aktivitesine sahiptir. Bu hidrojen CrCl3'ü CrCl2'ye indirger:

2CrCl3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl2 + 2ZnCl2 +H2 ^

Hidrojenin nitrojen oksit (II) ile etkileşimi önemlidir:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Nitrik asit üretimi için arıtma sistemlerinde kullanılır.

Oksitleyici bir madde olarak hidrojen, aktif metallerle etkileşime girer:

Bu durumda hidrojen halojen gibi davranarak halojenürlere benzer bir yapı oluşturur. hidritler.

Grup I'in s-elementlerinin hidritleri, NaCl tipinde iyonik bir yapıya sahiptir. İyonik hidritler kimyasal olarak bazik bileşikler gibi davranır.

Kovalent hidrürler, hidrojenin kendisinden daha az elektronegatif olan metalik olmayan elementlerin hidritlerini, örneğin SiH4, BH3, CH4 bileşiminin hidritlerini içerir. Kimyasal yapısı gereği metal olmayan hidritler asidik bileşiklerdir.

Hidritlerin hidrolizinin karakteristik bir özelliği hidrojenin açığa çıkmasıdır; reaksiyon bir redoks mekanizması yoluyla ilerler.

Temel hidrit

Asit hidrit

Hidrojenin salınması nedeniyle hidroliz tamamen ve geri döndürülemez şekilde ilerler (?H<0, ?S>0). Bu durumda bazik hidritler bir alkali, asidik hidritler ise bir asit oluşturur.

Sistemin standart potansiyeli B'dir. Bu nedenle H iyonu güçlü bir indirgeyici ajandır.

Laboratuvarda çinkonun Kipp aparatında %20 sülfürik asitle reaksiyona sokulmasıyla hidrojen üretilir.

Teknik çinko genellikle zehirli gazlara salındığı sırada hidrojen tarafından indirgenen küçük arsenik ve antimon safsızlıkları içerir: arsin SbH 3 ve stabin SbH Bu hidrojen sizi zehirleyebilir. Kimyasal olarak saf çinko ile reaksiyon aşırı gerilim nedeniyle yavaş ilerler ve iyi bir hidrojen akımı elde edilemez. Bu reaksiyonun hızı kristal eklenerek arttırılır. bakır sülfat Cu-Zn galvanik çiftinin oluşması nedeniyle reaksiyon hızlanır.

Daha saf hidrojen alkalinin ısıtıldığında silikon veya alüminyum üzerindeki etkisiyle oluşur:

Endüstride saf hidrojen, elektrolitler (Na2S04, Ba(OH)2) içeren suyun elektrolizi ile üretilir.

Büyük miktarlarda hidrojen üretilir. yan ürün elektroliz sırasında sulu çözelti katot ve anot boşluklarını ayıran bir diyaframa sahip sodyum klorür,

En büyük miktarda hidrojen gazlaştırmayla elde edilir katı yakıt(antrasit) aşırı ısıtılmış su buharı ile:

Veya doğal gazın (metan) kızgın buharla dönüştürülmesiyle:

Ortaya çıkan karışım (sentez gazı) birçok organik bileşiğin üretiminde kullanılır. Hidrojen verimi, CO'yu C02'ye dönüştüren katalizör üzerinden sentez gazı geçirilerek artırılabilir.

Başvuru. Amonyak sentezinde büyük miktarda hidrojen tüketilir. Hidrojen klorür ve hidroklorik asit üretimi için, bitkisel yağların hidrojenlenmesi için, metallerin (Mo, W, Fe) oksitlerden geri kazanılması için. Hidrojen-oksijen alevi metallerin kaynaklanması, kesilmesi ve eritilmesinde kullanılır.

Sıvı hidrojen şu şekilde kullanılır: roket yakıtı. Hidrojen yakıtı Çevre dostu ve benzinden daha enerji yoğun olduğundan gelecekte petrol ürünlerinin yerini alabilir. Zaten dünyada birkaç yüz araba hidrojenle çalışıyor. Hidrojen enerjisinin sorunları hidrojenin depolanması ve taşınmasıyla ilgilidir. Hidrojen yer altı tankerlerinde sıvı halde 100 atm basınçta depolanıyor. Büyük miktarlarda sıvı hidrojenin taşınması ciddi riskler oluşturur.