Fizička svojstva vodika. Svojstva i primjena vodika

Vodik H je kemijski element, jedan od najčešćih u našem svemiru. Masa vodika kao elementa u sastavu tvari je 75% ukupnog sadržaja atoma različitih tipova. On ulazi u najvažniju i vitalnu vezu na planeti - vodi. Značajka vodika je također da je to prvi element u periodičkom sustavu kemijskih elemenata DI Mendelejev.

Otkriće i istraživanje

Prvi spominjanje vodika u spisima Paracelsa datira iz šesnaestog stoljeća. No, njegova izolacija od mješavine plina istraživanja zraka i zapaljive svojstva postignut u znanstvenika sedamnaestog stoljeća Lemaire. Vodik temeljito studirao engleski kemičar i fizičar znanstvenik Henry Cavendish, što empirijski dokazao da je masa vodika najniže u usporedbi s drugim plinovima. U kasnijim fazama razvoja znanosti, s njim su radili mnogi znanstvenici, osobito Lavoisier, koji ga je nazvao "rađanjem vode".

Karakterizacija po položaju u PSA

Element koji otvara periodni stol DI Mendelejeva je vodik. Fizikalna i kemijska svojstva atomom pokazuju određenu dualnost jer vodik istovremeno pripadaju prvoj skupini, glavne podskupine, ako se ponaša kao metal i daje jedan elektron u procesu kemijske reakcije i sedmi - u slučaju potpuno ispunjen valentne ljuske, tj recepcije negativna čestica, koja ga karakterizira slično halogenom.

Značajke elektroničke strukture elementa

nekretnine atom vodika, kompleksnih tvari u koje ulazi i najjednostavniju supstancu H₂ prvenstveno određen elektronskom konfiguracijom vodika. Navedena čestica ima elektron sa Z = (1), koji se okreće u orbiti oko jezgre koja sadrži jedan proton s jedinici mase i pozitivnog naboja (+1). Njegova elektronska konfiguracija je napisana kao 1s¹, što znači prisustvo jedne negativne čestice na prvim i jednim S-orbitalom za vodikogen.

S odstranjivanjem ili povlačenjem elektrona, a atom ovog elementa ima takvo svojstvo da ga čini povezanim s metalima, dobiva se kation. Zapravo, ion vodika je pozitivna elementarna čestica. Stoga elektron koji je lišen vodika jednostavno se naziva protonom.

Fizička svojstva

Ako opisujemo fizička svojstva vodik kratko, on je bezbojna, slabo topljiva plin s relativno atomske mase spoja 2, 14,5 puta lakši od zraka, temperature ukapljivanja od -252.8 stupnjeva.

Lako je vidjeti iz iskustva da je H₂ većinu svjetla. Da biste to učinili, dovoljno je ispuniti tri sfere s različitim tvarima - vodikom, ugljičnim dioksidom, običnim zrakom - i istodobno ih osloboditi iz ruke. Najbrži od svih će biti onaj koji je ispunjen CO₂, Nakon toga, mješavina zračnog puhanog zraka će pasti, a H₂ na sve se diže na strop.

Mala masa i veličina čestica vodika opravdavaju njegovu sposobnost prodiranja u različite tvari. Na primjeru iste kuglice lako je biti siguran, nakon nekoliko dana sam će se otpuhati jer će plin jednostavno proći kroz gumu. Također, vodik se može akumulirati u strukturi određenih metala (paladij ili platina), a s povećanjem temperature isparava iz njega.

Imovina niske topljivosti vodika koristi se u laboratorijskoj praksi zbog izolacije pomicanjem voda. Fizička svojstva vodik (tablica u nastavku prikazuje glavne parametre) odrediti opseg primjene i metode proizvodnje.

Izotopni sastav

Kao i mnogi drugi članovi periodnog sustava kemijskih elemenata, vodik u nekoliko prirodnih izotopa, tj atoma s istim brojem protona u jezgri, ali različite brojeve neutrona - čestice nula i jedinica naboja mase. Primjeri atoma koji posjeduju slično svojstvo su kisik, ugljik, klor, brom i drugi, uključujući radioaktivne.

Fizička svojstva vodika ¹H, najčešći predstavnici ove skupine, značajno se razlikuju od iste osobine svojih bližnjih ljudi. Posebno, značajke tvari u kojima su uključene razlikuju se. Dakle, postoji obična i deuterirana voda koja sadrži u svom sastavu umjesto vodikovog atoma s jednim proton deuterijem ²H je njegov izotop s dvije elementarne čestice: pozitivan i bez napunjenosti. Ovaj izotop dvaput je teži od uobičajenog vodika, što objašnjava kardinalnu razliku u svojstvima spojeva koji čine. U prirodi deuterij se nalazi 3200 puta rjeđe od vodika. Treći predstavnik je tritium ³H, u jezgri ima dva neutrona i jedan proton.

Metode za dobivanje i ekstrakciju

Laboratorijske i industrijske metode proizvodnja vodika su sasvim drugačiji. Dakle, u malim količinama, plin se proizvodi uglavnom reakcijama koje uključuju minerale, a velika proizvodnja u većoj mjeri koristi organsku sintezu.

U laboratoriju se koriste sljedeće kemijske interakcije:

1. Reakcija alkalnih i zemnoalkalnih metala s vodom da se formira alkalna i željeni plin.
2. Elektroliza vodene otopine elektrolita, H se oslobađa na anodu₂i na katodu - kisik.
3. Raspadanje hidrida alkalijski metali voda, proizvodi su alkalni i, prema tome, plin H₂uarr-.
4. Interakcija razrijeđenih kiselina s metalima u obliku soli i H₂uarr-.
5. Djelovanje lužina na silicij, aluminij i cink također pridonosi oslobađanju vodika paralelno s formiranjem složenih soli.

U industrijskim interesima plin se proizvodi takvim postupcima kao što su:

1. Termička dekompozicija metana u prisutnosti katalizatora na sastavne jednostavne supstance (350 stupnjeva dostigne vrijednost takvog parametra kao i temperatura) - vodik H₂ugljični ugljen i C.
2. Prolazeći paru vodom kroz koks na 1000 stupnjeva Celzijusa formiranjem ugljičnog dioksida CO₂ i H₂uarr- (najčešća metoda).
3. Pretvorba plinovitog metana na nikalni katalizator na temperaturi koja doseže 800 stupnjeva.
4. Vodik je nusprodukt u elektrolizi vodenih otopina kalija ili natrij klorida.

Kemijske interakcije: opće odredbe

Fizička svojstva vodika uglavnom objašnjavaju svoje ponašanje u procesima reakcije s određenim spojem. Valencija vodika je jednaka 1, budući da se nalazi u prvoj skupini u Mendelejevom stolu, a stupanj oksidacije je različit. U svim spojevima, osim hidrida, vodik u soje = (1+), u molekulama tipa XH, XN₂, XH₃ - (1-).

Molekula plina vodika, nastaje pružajući generalizirani elektronski par, koji se sastoji od dva atoma i prilično stabilan energično, iz tog razloga, u normalnim uvjetima više inertnih u reakciji, a ulazi u normalnim uvjetima promjena. Ovisno o stupnju oksidacije vodika u sastavu drugih tvari, može djelovati i kao oksidacijsko sredstvo i kao reducirajući agens.

Tvari s kojima reagira i tvore vodik

Elementarne interakcije s stvaranjem složenih supstancija (često na povišenim temperaturama):

1. Alkalni i zemno alkalijski metal + vodik = hidrid.
2. Halogen + H₂ = vodikov halogenid.
3. Sumpor + vodik = sumporovodik.
4. Kisik + H₂ = voda.
5. Ugljik + vodik = metan.
6. Dušik + H₂ = amonijak.

Interakcija s kompleksnim tvarima:

1. Proizvodnja plinovitih sinteza iz ugljičnog monoksida i vodika.
2. Smanjenje metala iz njihovih oksida s H₂.
3. Zasićenost vodika nezasićenih alifatskih ugljikovodika.

Vodikova veza

Fizikalna svojstva vodika su takvi da dopuštaju, da su u vezi s elektronegativnom elementom, kako bi se dobilo posebnu vrstu veze s istom atomu susjednih molekula s nepodijeljenim elektronskim parove (npr kisika, dušika i fluora). Najjasniji primjer na kojem je bolje razmotriti takav fenomen jest voda. Može se reći prošiveni vodikove veze su slabiji od kovalentnom ili ionskog, no s obzirom na činjenicu da su mnogi od njih imaju značajan utjecaj na svojstva tvari. U stvari, vodikova veza je elektrostatska interakcija koja veže molekule vode na dimere i polimere, što opravdava visoku točku ključanja.

Vodik u sastavu mineralnih spojeva

Sastav svih anorganskih kiselina uključuje protoniranje iona kao što je vodik. Tvar čiji kiselinski ostatak ima stupanj oksidacije veći od (-1) naziva se polibazični spoj. Sadrži nekoliko vodikovih atoma, što čini disocijaciju u vodenim otopinama više stupnjeva. Svaki daljnji proton sve više i više odvaja od ostatka kiseline. Kvantitativni sadržaj vodika u mediju određuje njegovu kiselost.

Vodik također sadrži hidroksilne skupine baza. U njima, vodik je povezan na atom kisika, kao rezultat toga, stupanj oksidacije ovog ostatka alkalija uvijek je jednak (-1). Prema sadržaju hidroksila u mediju, utvrđena je bazičnost.

Primjena u ljudskim aktivnostima

Cilindri s tvarima, kao i posude s drugim ukapljenim plinovima, na primjer kisikom, imaju specifičan izgled. Obojani su u tamno zelenu boju s jakim crvenim natpisom "Vodik". Plin se pumpa u balon pod tlakom od oko 150 atmosfera. Fizikalna svojstva vodika, naročito jednostavnu i plinovitog agregatnom stanju služi za punjenje ih sa smjesom alfa balona, ​​sondiranje balona, ​​itd

Vodik, fizička i kemijska svojstva koja su ljudi naučili prije mnogo godina, sada je uključena u mnoge industrije. Njezina skupa ide u proizvodnju amonijaka. Također sudjeluje i vodik dobivanje metala (hafnija, germanija, silicija, galij, molibdena, volframa, cirkonij, i drugi) od oksida, govoreći u reakciji kao sredstva za redukciju i soli cijanovodične kiseline, metil alkohol, kao i umjetna tekuća goriva. Industrija hrane koristi je za pretvaranje biljnih ulja u čvrste masti.

Utvrđeno je kemijska svojstva i uporaba vodika u različitim procesima hidrogenacije i hidrogenacije masti, ugljena, ugljikovodika, ulja i loživog ulja. S njim proizvode dragulje, žarulja, provesti kovanje i zavarivanje metalnih proizvoda pod utjecajem kisika vodika plamena.