Hidrojenin kimyasal reaksiyonları. Oksijen ve özellikleri

s-elemanlarının özellikleri

S-elemanları bloğu, atomlarında dış enerji seviyesinin s-alt seviyesinin oluşturulması olan ortak olan 13 element içerir.

Hidrojen ve helyum s elementleri olmasına rağmen, özelliklerinin özgünlüğü nedeniyle ayrı ayrı ele alınmalıdır. Hidrojen, sodyum, potasyum, magnezyum, kalsiyum hayati elementlerdir.

S-elementlerinin bileşikleri, benzerlikle açıklanan özelliklerde genel düzenlilikler gösterir. elektronik yapı onların atomları. Tüm dış elektronlar değerliktir ve kimyasal bağların oluşumunda yer alır. Böyle maksimum derece bileşiklerde bu elementlerin oksidasyonu eşittir numara dış katmandaki elektronlar ve buna göre, bu elemanın bulunduğu grubun sayısına eşittir. S-element metallerinin oksidasyon durumu her zaman pozitiftir. Diğer bir özellik, dış tabakanın elektronlarının ayrılmasından sonra, soy gaz kabuğuna sahip bir iyonun kalmasıdır. artarken 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.

d-elektronlarının düşükten geçişi nedeniyle, s-elementlerinin bileşiklerinin ezici çoğunluğu renksizdir (d-elementlerinin bileşiklerinin aksine). enerji seviyeleri daha yüksek enerji seviyelerine

IA - IIA grup elementlerinin bileşikleri tipik tuzlardır, sulu bir çözeltide neredeyse tamamen iyonlara ayrışırlar, katyonda hidrolize duyarlı değildirler (Be 2+ ve Mg 2+ tuzları hariç).

hidrojen hidrit iyonik kovalent

Kompleksleşme, s-element iyonları için tipik değildir. s - ligandlı elementlerin kristal kompleksleri H2O-kristalin hidratlar aşağıdakilerden bilinmektedir: derin antik, örneğin: Na 2 B 4 O 7 10H 2 O-boraks, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-alum. Kristalli hidratlardaki su molekülleri katyonun etrafında gruplanmıştır, ancak bazen anyonu da tamamen çevrelerler. İyonun küçük yükü ve iyonun büyük yarıçapı nedeniyle, alkali metaller, su kompleksleri de dahil olmak üzere kompleks oluşumuna en az eğilimlidir. Lityum, berilyum ve magnezyum iyonları, düşük stabiliteye sahip kompleks bileşiklerde kompleks oluşturucu maddeler olarak işlev görür.

Hidrojen. Hidrojenin kimyasal özellikleri

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

Alkali metaller gibi hidrojen de indirgeyici bir ajandır ve +1 oksidasyon durumu sergiler.Hidrojenin spektrumları alkali metallerinkine benzer. Hidrojen, çözeltilerde hidratlı pozitif yüklü H + iyonu verme yeteneği ile alkali metallere yaklaştırır.

Bir halojen gibi, bir hidrojen atomunda bir elektron eksik. Hidrit iyonu H -'nin varlığının nedeni budur.

Ayrıca halojen atomları gibi hidrojen atomları da yüksek iyonlaşma enerjisi (1312 kJ/mol) ile karakterize edilir. Bu nedenle hidrojen, Elementlerin Periyodik Tablosunda özel bir konuma sahiptir.

Hidrojen, evrende en bol bulunan elementtir ve güneşin ve çoğu yıldızın kütlesinin yarısını oluşturur.

Güneşte ve diğer gezegenlerde, hidrojen atom halindedir, yıldızlararası ortamda kısmen iyonize iki atomlu moleküller şeklindedir.

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

Hidrojen molekülleri, yüksek mukavemet ve düşük polarizasyon, küçük boyut ve düşük kütle ve yüksek hareketlilik ile ayırt edilir. Bu nedenle hidrojen çok düşük erime (-259.2 o C) ve kaynama noktasına (-252.8 o C) sahiptir. Yüksek ayrışma enerjisi (436 kJ/mol) nedeniyle moleküllerin atomlara ayrışması 2000 o C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleşir. Hidrojen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Düşük bir yoğunluğa sahiptir - 8.99 · 10 -5 g / cm Çok yüksek basınçlarda hidrojen metalik bir duruma dönüşür. Uzak gezegenlerde olduğuna inanılıyor Güneş Sistemi- Jüpiter ve Satürn için hidrojen metalik haldedir. Metalik hidrojenin de süper konumda bulunduğu dünyanın çekirdeğinin bileşimine dahil edildiği varsayımı vardır. yüksek basınç dünyanın mantosu tarafından yaratılmıştır.

Kimyasal özellikler. saat oda sıcaklığı moleküler hidrojen, ışıkla ışınlandığında sadece flor ile reaksiyona girer - O 2, S, Se, N 2, C, I 2 ile ısıtıldığında klor ve brom ile.

Hidrojenin oksijen ve halojenlerle reaksiyonları radikal bir mekanizma ile ilerler.

Klor ile etkileşim, ışıkla ışınlandığında (fotokimyasal aktivasyon), ısıtıldığında (termal aktivasyon) dalsız reaksiyona bir örnektir.

Cl + H 2 = HCl + H (zincir geliştirme)

H + Cl2 = HCl + Cl

Bir oksihidrojen gazının patlaması - bir hidrojen-oksijen karışımı - bir zincirin başlatılması bir değil birkaç aşama içerdiğinde, dallı zincirli bir işlemin bir örneğidir:

H2 + O2 = 2OH

H + O 2 = OH + O

O + H2 = OH + H

OH + H2 = H20 + H

Saf hidrojen ile çalışarak patlayıcı işlemden kaçınılabilir.

Hidrojen, pozitif (+1) ve negatif (-1) oksidasyon durumları ile karakterize edildiğinden, hidrojen hem indirgeme hem de oksitleme özellikleri gösterebilir.

Hidrojenin indirgeme özellikleri, metal olmayanlarla etkileşime girdiğinde ortaya çıkar:

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

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g),

Bu reaksiyonlar salıverilme ile devam eder. Büyük bir sayı H-Cl, H-O bağlarının yüksek enerjisine (kuvvetine) tanıklık eden ısı. Bu nedenle hidrojen, birçok oksit, halojenür ile ilgili olarak indirgeyici özellikler sergiler, örneğin:

Bu, hidrojenin elde etmek için indirgeyici bir ajan olarak kullanılmasının temelidir. basit maddeler halojenür oksitlerden.

Atomik hidrojen daha da güçlü bir indirgeyici ajandır. Düşük basınç koşullarında elektronik deşarjda molekülerden oluşur.

Hidrojen, bir metalin bir asit ile etkileşimi sırasında salınma anında yüksek bir indirgeme aktivitesine sahiptir. Bu hidrojen, CrCl3'ü CrCl 2'ye indirger:

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 + H 2 ^

Hidrojenin nitrojen oksit (II) ile etkileşimi önemlidir:

2NO + 2H 2 = N 2 + H 2 O

Nitrik asit üretimi için arıtma sistemlerinde kullanılır.

Oksitleyici bir ajan olarak hidrojen, aktif metallerle etkileşime girer:

Bu durumda, hidrojen halojen gibi davranır ve halojenürlere benzer şekilde oluşur. hidritler.

Grup I s-element hidrürleri, NaCl tipinde iyonik bir yapıya sahiptir. Kimyasal olarak iyonik hidritler, bazik bileşikler gibi davranır.

Kovalent hidritler, örneğin SiH 4, BH 3, CH 4 bileşiminin hidritleri gibi metalik olmayan elementlerin hidrojeninden daha az elektronegatiftir. Kimyasal yapıları gereği ametal hidritler asidik bileşiklerdir.

Hidritlerin hidrolizinin karakteristik bir özelliği, hidrojenin evrimidir; reaksiyon, bir redoks mekanizmasına göre ilerler.

temel hidrit

asit hidrit

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

B sisteminin standart potansiyeli. Sonuç olarak, H iyonu güçlü bir indirgeyici ajandır.

Laboratuvarda, Kipp aparatında çinkonun %20 sülfürik asit ile etkileşimi ile hidrojen üretilir.

Teknik çinko genellikle, hidrojen tarafından zehirli gazlara salındığında indirgenen küçük arsenik ve antimon safsızlıkları içerir: arsin SbH 3 ve stabin SbH Bu tür hidrojen zehirlenebilir. Kimyasal olarak saf çinko ile reaksiyon, aşırı voltaj nedeniyle yavaş ilerler ve iyi bir hidrojen akımı elde edilemez. Bu reaksiyonun hızı, kristallerin eklenmesiyle arttırılır. bakır sülfat galvanik bir Cu-Zn çiftinin oluşması nedeniyle reaksiyon hızlanır.

Daha saf hidrojenısıtıldığında alkalinin silikon veya alüminyum üzerindeki etkisiyle oluşur:

Endüstride, elektrolitler (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2) içeren suyun elektrolizi ile saf hidrojen elde edilir.

Katot ve anot boşluğunu ayıran bir diyafram ile sulu bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizinde yan ürün olarak büyük miktarda hidrojen oluşur,

En büyük hidrojen miktarı gazlaştırma ile elde edilir. katı yakıt(antrasit) aşırı ısıtılmış buharla:

Veya dönüştürme doğal gaz(metan) aşırı ısıtılmış buharla:

Ortaya çıkan karışım (sentez gazı) birçok organik bileşiğin üretiminde kullanılmaktadır. Hidrojen verimi, katalizör üzerinden sentez gazı geçirilerek arttırılabilir, bu sayede CO, CO2'ye dönüştürülür.

Uygulama. Amonyak sentezinde büyük miktarda hidrojen tüketilir. Hidrojen klorür ve hidroklorik asit üretimi için, bitkisel yağların hidrojenasyonu için, oksitlerden metallerin (Mo, W, Fe) indirgenmesi için. Hidrojen-oksijen alevi metalleri kaynaklamak, kesmek ve eritmek için kullanılır.

Sıvı hidrojen olarak kullanılır roket yakıtı... Hidrojen yakıtı Çevre dostu ve benzinden daha fazla enerji yoğun, bu nedenle gelecekte petrol ürünlerinin yerini alabilir. Dünyada zaten birkaç yüz araba hidrojenle çalışıyor. Hidrojen enerjisinin sorunları, hidrojenin depolanması ve taşınması ile ilişkilidir. Hidrojen, 100 atm basınç altında sıvı halde yeraltı tankerlerinde depolanır. Büyük miktarlarda sıvı hidrojenin taşınması ciddi bir tehlikedir.

Hidrojen, Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosundaki ilk elementtir, atomik numara 1 ve bağıl atom kütlesi 1.0079. Hidrojenin fiziksel özellikleri nelerdir?

Hidrojenin fiziksel özellikleri

Latince'den çevrilen hidrojen, "su doğurmak" anlamına gelir. 1766'da İngiliz bilim adamı G. Cavendish, asitlerin metaller üzerindeki etkisiyle salınan "yanıcı hava" topladı ve özelliklerini incelemeye başladı. 1787'de A. Lavoisier bu "yanıcı havayı" suyun bir parçası olan yeni bir kimyasal element olarak tanımladı.

Pirinç. 1. A. Lavoisier.

Hidrojenin 2 kararlı izotopu vardır - protium ve döteryum ve ayrıca radyoaktif - trityum, gezegenimizde miktarı çok küçüktür.

Hidrojen uzayda en bol bulunan elementtir. Güneş ve çoğu yıldız, birincil elementleri olarak hidrojene sahiptir. Ayrıca bu gaz, su, yağ, doğal gazın bir parçasıdır. Dünyadaki toplam hidrojen içeriği %1'dir.

Pirinç. 2. Hidrojen formülü.

Bu maddenin atomu bir çekirdek ve bir elektron içerir. Hidrojenden bir elektron kaybolduğunda pozitif yüklü bir iyon oluşturur, yani metalik özellikler gösterir. Ama aynı zamanda bir hidrojen atomu sadece bir elektron kaybetmekle kalmaz, aynı zamanda bir elektron da bağlayabilir. Bunda halojenlere çok benzer. Bu nedenle Periyodik Tablodaki hidrojen hem I hem de VII gruplarına aittir. Hidrojenin metalik olmayan özellikleri daha büyük ölçüde ifade edilir.

Bir hidrojen molekülü, bir kovalent bağ ile bağlanmış iki atomdan oluşur

hidrojen normal koşullar kokusuz ve tatsız renksiz gaz halinde bir elementtir. Havadan 14 kat daha hafiftir ve kaynama noktası -252.8 santigrat derecedir.

Tablo "Hidrojenin fiziksel özellikleri"

Hidrojen fiziksel özelliklerinin yanı sıra bir takım kimyasal özelliklere de sahiptir. Isıtıldığında veya katalizörlerin etkisi altında hidrojen, metaller ve metal olmayanlar, kükürt, selenyum, tellür ile reaksiyona girer ve ayrıca birçok metalin oksitlerini azaltabilir.

hidrojen üretimi

Hidrojen üretimi için endüstriyel yöntemlerden (sulu tuz çözeltilerinin elektrolizi hariç), aşağıdakilere dikkat edilmelidir:

• 1000 derecelik bir sıcaklıkta sıcak kömürden su buharı geçirmek:

• 900 derecelik bir sıcaklıkta su buharı ile metanın dönüşümü:

CH 4 + 2H20 = CO2 + 4H2

Pirinç. 3. Metanın buhar dönüşümü.

• 400 derecelik bir sıcaklıkta bir katalizör (Ni) varlığında metanın ayrışması:

Hidrojen, Mendeleev'in periyodik sisteminde aynı anda iki hücreyi işgal eden özel bir elementtir. Zıt özelliklere sahip iki grup elementte bulunur ve bu özelliği onu benzersiz kılar. Hidrojen basit bir maddedir ve parçası birçok karmaşık bileşik, organojeniktir ve besin... Ana özellikleri ve özellikleri ile kendinizi tanımaya değer.

Mendeleev'in periyodik sistemindeki hidrojen

Hidrojenin ana özellikleri şu şekilde belirtilmiştir:

• elementin sıra sayısı - 1 (aynı sayıda proton ve elektron vardır);
• atom kütlesi 1.00795'tir;
• hidrojenin her biri özel özelliklere sahip üç izotopu vardır;
• sadece bir elektronun içeriği nedeniyle, hidrojen indirgeyici ve oksitleyici özellikler gösterebilir ve bir elektronun salınmasından sonra hidrojen, verici-alıcı mekanizması tarafından kimyasal bağların oluşumunda yer alan serbest bir yörüngeye sahiptir;
• hidrojen, düşük yoğunluklu hafif bir elementtir;
• hidrojen güçlü bir indirgeyici ajandır, ana alt grubun birinci grubundaki bir alkali metal grubunu açar;
• hidrojen metaller ve diğer güçlü indirgeyici maddelerle reaksiyona girdiğinde elektronlarını alır ve oksitleyici bir madde haline gelir. Bu tür bileşiklere hidrürler denir. Belirtilen kritere göre, hidrojen geleneksel olarak benzerlikleri olan halojenler grubuna aittir (tabloda yukarıda parantez içinde flor verilmiştir).

Basit bir madde olarak hidrojen

Hidrojen iki molekülü olan bir gazdır. Bu madde 1766 yılında İngiliz bilim adamı Henry Cavendish tarafından keşfedilmiştir. Hidrojenin oksijenle birleştiğinde patlayan bir gaz olduğunu kanıtladı. Hidrojeni inceledikten sonra kimyagerler, bu maddenin insan tarafından bilinenlerin en hafifi olduğunu buldular.

Başka bir bilim adamı, Lavoisier, elemente "suyu doğurmak" için Latince olan "hidrojenyum" adını verdi. 1781'de Henry Cavendish, suyun oksijen ve hidrojenin bir kombinasyonu olduğunu kanıtladı. Başka bir deyişle, su, hidrojenin oksijenle reaksiyonunun bir ürünüdür. Hidrojenin yanıcı özellikleri eski bilim adamları tarafından zaten biliniyordu: karşılık gelen kayıtlar 16. yüzyılda yaşayan Paracelsus tarafından bırakılmıştı.

Moleküler hidrojen, doğada yaygın olarak bulunan, iki atomdan oluşan ve yanan bir ışın ortaya çıktığında doğal olarak oluşan gaz halinde bir bileşiktir. Bir hidrojen molekülü, helyum çekirdeğine dönüşen atomlara bozunabilir, çünkü bunlara katılabilirler. nükleer reaksiyonlar... Bu tür süreçler düzenli olarak uzayda ve Güneş'te gerçekleşir.

Hidrojen ve fiziksel özellikleri

Hidrojen aşağıdaki fiziksel parametrelere sahiptir:

• -252.76 ° C sıcaklıkta kaynar;
• -259.14 ° C sıcaklıkta erir; * Belirtilen sıcaklık aralığında hidrojen kokusuz, renksiz bir sıvıdır;
• hidrojen suda az çözünür;
• hidrojen sağlarken teorik olarak metalik bir duruma geçebilir Özel durumlar (Düşük sıcaklık ve yüksek basınç);
• saf hidrojen, patlayıcı ve yanıcı bir maddedir;
• hidrojen, metallerin kalınlığı boyunca yayılabilir, bu nedenle içlerinde iyi çözünür;
• hidrojen havadan 14.5 kat daha hafiftir;
• yüksek basınçta, kar benzeri katı hidrojen kristalleri elde edilebilir.

Hidrojenin kimyasal özellikleri

Laboratuvar yöntemleri:

• seyreltik asitlerin aktif metaller ve orta aktiviteli metallerle etkileşimi;
• metal hidritlerin hidrolizi;
• alkali ve toprak alkali metallerin su ile reaksiyonu.

Hidrojen bileşikleri:

hidrojen halojenürler; uçucu hidrojen bileşikleri metal olmayanlar; hidritler; hidroksitler; hidrojen hidroksit (su); hidrojen peroksit; organik bileşikler (proteinler, yağlar, hidrokarbonlar, vitaminler, lipitler, uçucu yağlar, hormonlar). Proteinlerin, yağların ve karbonhidratların özelliklerini araştıran güvenli deneyleri görmek için tıklayın.

Üretilen hidrojeni toplamak için tüpü baş aşağı tutun. Hidrojen, havadan çok daha hafif olduğu için karbondioksit gibi toplanamaz. Hidrojen hızla buharlaşır ve hava ile karıştırıldığında (veya büyük bir birikim halinde) patlar. Bu nedenle tüpü ters çevirmek gerekir. Doldurulduktan hemen sonra tüp lastik bir tıpa ile kapatılır.

Hidrojenin saflığını kontrol etmek için test tüpünün boynuna ışıklı bir kibrit getirmeniz gerekir. Donuk ve sessiz bir pamuk oluşursa, gaz temizdir ve havadaki kirlilikler minimumdur. Alkış yüksek sesle ve ıslık çalıyorsa, test tüpündeki gaz kirlidir ve büyük oranda yabancı bileşen içerir.

Dikkat! Bu deneyimleri kendiniz denemeyin!

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 giriyor - su. Ayırt edici özellik hidrojen aynı zamanda DI Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik tablosundaki ilk element olduğu gerçeğidir.

Keşif ve keşif

Paracelsus'un yazılarında hidrojenin ilk sözü on altıncı yüzyıla kadar uzanır. Ama ondan ayrılması gaz karışımı hava ve yanıcı özelliklerin incelenmesi, on yedinci yüzyılda bilim adamı Lemery tarafından yapılmıştır. Hidrojen, diğer gazlara kıyasla hidrojen kütlesinin en küçük olduğunu ampirik 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'de pozisyona göre karakteristik

Eleman açılışı periyodik tablo DI Mendeleev, hidrojendir. Atomun fiziksel ve kimyasal özellikleri belirli bir ikilik gösterir, çünkü hidrojen aynı anda birinci gruba, ana alt gruba, eğer bir metal gibi davranırsa ve bir kimyasal reaksiyon sürecinde tek bir elektron verirse, ve yedinci - değerlik kabuğunun tamamen doldurulması durumunda, yani, onu halojenlere benzer şekilde karakterize eden negatif parçacık.

Elemanın elektronik yapısının özellikleri

Onu ve en basit H2 maddesini içeren karmaşık maddelerin özellikleri, öncelikle hidrojenin elektronik konfigürasyonu ile belirlenir. Bir parçacığın, yörüngesinde birim kütleli ve pozitif yüklü (+1) bir proton içeren bir çekirdeğin etrafında dönen Z = (-1) olan bir elektronu vardır. Elektronik konfigürasyonu 1s 1 olarak yazılmıştır, bu da hidrojen için ilk ve tek s-yörüngesinde bir negatif parçacık olduğu anlamına gelir.

Bir elektron koparıldığında veya elektrondan vazgeçildiğinde ve bu elementin atomu onu metallerle ilişkilendirecek bir özelliğe sahip olduğunda, bir katyon elde edilir. Esasen, bir hidrojen iyonu pozitif bir temel parçacıktır. Bu nedenle, bir elektrondan yoksun hidrojene basitçe proton denir.

Fiziksel özellikler

Kısacası, hidrojen, havadan 2, 14,5 kat daha hafif, -252.8 santigrat derece sıvılaştırma sıcaklığına sahip, bağıl atom kütlesi 2, 14,5 kat daha hafif olan renksiz, az çözünür bir gazdır.

H 2'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 en hızlı ulaşacak, ardından şişirilmiş hava karışımı aşağı inecek ve H 2 içeren ise tavana yükselecektir.

Hidrojen parçacıklarının küçük kütlesi ve boyutu, çeşitli maddelere nüfuz etme yeteneğini haklı çıkarır. Aynı top örneğinde, buna ikna edilmesi kolaydır, birkaç gün içinde kendi kendine sönecektir, çünkü gaz basitçe kauçuğun içinden geçecektir. Ayrıca, hidrojen bazı metallerin (paladyum veya platin) yapısında birikebilir ve sıcaklık yükseldiğinde ondan buharlaşabilir.

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

izotopik kompozisyon

Diğer birçok temsilci gibi periyodik sistem kimyasal elementler, hidrojenin birkaç doğal izotopu vardır, yani atomları aynı numaraçekirdekteki protonlar, ancak farklı sayılar nötronlar - sıfır yük ve birim kütleye sahip parçacıklar. Benzer özelliklere sahip atom örnekleri oksijen, karbon, klor, brom ve radyoaktif olanlar dahil diğerleridir.

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

Elde etme ve izole etme yöntemleri

Laboratuvar ve endüstriyel yöntemler oldukça 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. Buharlı suyun koktan 1000 santigrat derecede geçirilmesi karbon dioksit CO 2 ve H 2 (en yaygın yöntem).
3. 800 dereceye ulaşan sıcaklıklarda bir nikel katalizörü üzerinde gaz halindeki metanın dönüştürülmesi.
4. hidrojen yan ürün sulu potasyum veya sodyum klorür çözeltilerinin elektrolizi sırasında.

Kimyasal etkileşimler: genel hükümler

Hidrojenin fiziksel özellikleri, şu veya bu bileşikle reaksiyon süreçlerindeki davranışını büyük ölçüde açıklar. Hidrojenin değeri, periyodik tablonun ilk grubunda yer aldığı ve oksidasyon durumu farklı olduğu için 1'dir. Hidritler hariç tüm bileşiklerde, s.r. cinsinden hidrojen = (1+), XH, XH2, XH3 - (1-) tipindeki moleküllerde.

Genelleştirilmiş bir elektron çifti oluşturarak oluşan hidrojen gazı molekülü iki atomdan oluşur ve enerjisel olarak oldukça kararlıdır, bu yüzden normal koşullar biraz inerttir ve normal koşullar değiştiğinde tepki verir. Hidrojenin diğer maddelerin bileşimindeki oksidasyon durumuna bağlı olarak, hem oksitleyici hem de indirgeyici ajan olarak işlev görebilir.

Reaksiyona girdiği ve hidrojen oluşturan maddeler

Karmaşık maddelerin oluşumu ile 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 üretimi.
2. Н 2 kullanarak metallerin oksitlerinden indirgenmesi.
3. Doymamış alifatik hidrokarbonların hidrojen doygunluğu.

Hidrojen bağı

Hidrojenin fiziksel özellikleri, elektronegatif bir element ile kombinasyon halinde oluşmasına izin verecek şekildedir. özel Tip yalnız elektron çiftlerine sahip komşu moleküllerden (örneğin oksijen, nitrojen ve flor) aynı atomla bağlar. en net örnek, böyle bir fenomeni düşünmenin daha iyi olduğu sudur. Kovalent veya iyonik olanlardan daha zayıf olan hidrojen bağları ile dikildikleri söylenebilir, ancak birçoğunun olması nedeniyle bir maddenin özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptirler. Özünde, hidrojen bağı, su moleküllerini dimerlere ve polimerlere bağlayan elektrostatik bir etkileşimdir. yüksek ateş kaynamak.

Mineral bileşiklerde hidrojen

Herşey inorganik asitler bir proton içerir - hidrojen gibi bir atomun katyonu. Asidik tortusu (-1)'den daha büyük bir oksidasyon durumuna sahip olan bir maddeye polibazik bileşik denir. Ayrışmayı sağlayan birkaç hidrojen atomu içerir. sulu çözeltilerçok aşamalı. Her müteakip proton, asidin geri kalanından giderek daha zor ayrılır. Asitliği, ortamdaki hidrojenin nicel içeriği ile belirlenir.

İnsan faaliyetlerinde uygulama

Madde içeren silindirler ve diğerleriyle birlikte kaplar sıvılaştırılmış gazlarörneğin oksijen, belirli bir görünüm... Parlak kırmızı yazıt "Hidrojen" ile koyu yeşil boyanırlar. Gaz, yaklaşık 150 atmosferlik bir basınçta bir silindire pompalanır. Hidrojenin fiziksel özellikleri, özellikle gaz halindeki kümelenme durumunun hafifliği, helyum ile bir karışımdaki 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 katı yağlara dönüştürülür.

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

Oksijen yeryüzünde en bol bulunan elementtir. Azot ve az miktarda diğer gazlarla birlikte serbest oksijen, Dünya'nın atmosferini oluşturur. Havadaki içeriği hacimce %20,95 veya ağırlıkça %23,15'tir. Yerkabuğundaki atomların %58'i bağlı oksijen atomlarıdır (kütle olarak %47). Oksijen suyun bir parçasıdır (hidrosferdeki bağlı oksijen rezervleri son derece büyüktür), kayalar, birçok mineral ve tuz, canlı organizmaları oluşturan yağlarda, proteinlerde ve karbonhidratlarda bulunur. Dünyadaki serbest oksijenin neredeyse tamamı ortaya çıktı ve fotosentez sürecinin bir sonucu olarak korunur.

Fiziksel özellikler.

Oksijen - gaz renksiz, tatsız ve kokusuz, havadan biraz daha ağır. Suda az çözünürüz (31 ml oksijen 20 derecede 1 litre suda çözünür), ancak yine de atmosferdeki diğer gazlardan daha iyi, bu nedenle su oksijenle zenginleştirilmiştir. Normal koşullar altında oksijenin yoğunluğu 1.429 g/l'dir. -183 0 C sıcaklıkta ve 101.325 kPa basınçta oksijen sıvı hale dönüşür. Sıvı oksijen mavimsi bir renge sahiptir, manyetik alana çekilir ve -218.7 ° C'de mavi kristaller oluşturur.

Doğal oksijenin O 16, O 17, O 18 olmak üzere üç izotopu vardır.

allotropi- Yetenek kimyasal element Sadece bir moleküldeki atom sayısı veya yapı bakımından farklılık gösteren iki veya daha fazla basit madde şeklinde bulunur.

Ozon O 3 - içinde bulunur üst katmanlar Dünya yüzeyinden 20-25 km yükseklikte atmosfer oluşturur ve sözde " ozon tabakası», Dünya'yı Güneş'in zararlı ultraviyole ışınlarından koruyan; soluk mor, büyük miktarlarda zehirli, belirli, keskin ama hoş bir kokuya sahip gaz. Erime noktası -192.7 0 С, kaynama noktası –111.9 0 С Suda oksijenden daha iyi çözüleceğiz.

Ozon güçlü bir oksitleyici ajandır. Oksidatif aktivitesi, molekülün atomik oksijen salınımı ile bozunma yeteneğine dayanır:

Birçok basit ve karmaşık maddeyi oksitler. Potasyum ozonid gibi bazı metallerle ozonidler oluşturur:

K + O3 = KO3

Ozon özel cihazlarda elde edilir - ozonizerler. Onlarda, bir elektrik boşalmasının etkisi altında moleküler oksijen ozona dönüştürülür:

Yıldırım deşarjlarının etkisi altında da benzer bir reaksiyon meydana gelir.

Ozon kullanımı, güçlü oksitleyici özelliklerinden kaynaklanmaktadır: kumaşları ağartmak, dezenfekte etmek için kullanılır. içme suyu, tıpta dezenfektan olarak.

Çok miktarda ozonun solunması zararlıdır: gözlerin ve solunum organlarının mukoza zarlarını tahriş eder.

Kimyasal özellikler.

Diğer elementlerin atomlarıyla (flor hariç) kimyasal reaksiyonlarda, oksijen yalnızca oksitleyici özellikler sergiler.

En önemli kimyasal özellik, hemen hemen tüm elementlerle oksit oluşturma yeteneğidir. Aynı zamanda oksijen, özellikle ısıtıldığında çoğu maddeyle doğrudan reaksiyona girer.

Bu reaksiyonların bir sonucu olarak, kural olarak, daha az sıklıkla oksitler oluşur - peroksitler:

2Са + О 2 = 2СаО

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Oksijen, halojenler, altın, platin ile doğrudan etkileşime girmez, oksitleri dolaylı olarak elde edilir. Isıtıldığında, kükürt, karbon, fosfor oksijende yanar.

Oksijenin nitrojen ile etkileşimi sadece 1200 0 C sıcaklıkta veya elektrik deşarjında ​​başlar:

N 2 + O 2 = 2NA

Hidrojen ile oksijen su oluşturur:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Bu reaksiyon sırasında, önemli miktar sıcaklık.

İki hacim hidrojen ile bir oksijen karışımı tutuşturulduğunda patlar; patlatma gazı denir.

Birçok metal, atmosferik oksijenle temas ettiğinde, yıkıma - korozyona maruz kalır. Normal koşullar altında bazı metaller sadece yüzeyden oksitlenir (örneğin alüminyum, krom). Ortaya çıkan oksit filmi, daha fazla etkileşimi önler.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

Karmaşık maddeler ayrıca belirli koşullar altında oksijen ile etkileşime girer. Bu durumda oksitler ve bazı durumlarda oksitler ve basit maddeler oluşur.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

4NН 3 + ЗО 2 = 2N 2 + 6Н 2 О

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

Oksijen, karmaşık maddelerle etkileşime girdiğinde oksitleyici bir madde görevi görür. Oksijenin oksidatif aktivitesi, önemli özelliğine dayanmaktadır - koruma yeteneği yanma maddeler.

Hidrojen ile oksijen ayrıca bir bileşik oluşturur - hidrojen peroksit Н 2 О 2 - suda kolayca çözünür, yanan büzücü bir tada sahip renksiz şeffaf bir sıvı. Kimyasal olarak hidrojen peroksit çok ilginç bir bileşiktir. Düşük stabilitesi karakteristiktir: ayakta dururken yavaşça suya ve oksijene ayrışır:

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

Işık, ısıtma, alkalilerin varlığı, oksitleyici maddelerle veya indirgeyici maddelerle temas bozunma sürecini hızlandırır. Hidrojen peroksit içindeki oksijenin oksidasyon durumu = - 1, yani. oksijenin sudaki (-2) oksidasyon durumu ile moleküler oksijendeki (0) oksidasyon durumu arasında bir ara değere sahiptir, bu nedenle hidrojen peroksit redoks ikiliği sergiler. Hidrojen peroksitin oksitleyici özellikleri, indirgeyici olanlardan çok daha belirgindir ve asidik, alkali ve nötr ortamlarda kendini gösterir.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O