Kemijska svojstva vodika. Važnost vodika u prirodi

Najčešći element u svemiru je vodik. U pitanju zvijezda, ima oblik nukleusa - protona - i materijal za termonuklearne procese. Gotovo polovica mase Sunca također se sastoji od molekula H₂

Položaj u periodičkom sustavu kemijskih elemenata Mendelejev

Prvi element koji otvara periodni sustav je vodik. Njegova atomska masa je 1.0079. Ima dvije stabilne (protium i deuterij) i jedan radioaktivni izotop (tritium). Fizička svojstva određena su mjestom nemetala u tablici kemijskih elemenata. Pod normalnim uvjetima, vodik (njegova formula je H₂) predstavlja plin koji je gotovo 15 puta svjetliji od zraka. Struktura atoma elementa je jedinstvena: sastoji se samo od jezgre i jednog elektrona. Molekula materije je diatomska, čestice u njemu su povezane pomoću kovalentne nepolarne veze. Njegov energetski intenzitet je prilično visok - 431 kJ. Ovo objašnjava nisku kemijsku aktivnost spoja u normalnim uvjetima. Elektronička formula vodika je kako slijedi: H: H.

Tvar ima brojne svojstva koja nemaju analoga među ostalim metalima. Razmotrimo neke od njih.

Topivost i toplinska vodljivost

Metali se najbolje koriste za toplinu, ali vodik se približava toplinskoj vodljivosti. Objašnjenje tog fenomena leži u vrlo visokoj stopi toplinskog gibanja svjetlosnih molekula tvari, pa se u atmosferi vodika grijani predmet hladi 6 puta brže nego u zraku. Spoj se može dobro otopiti u metalima, na primjer, gotovo 900 volumena vodika može se apsorbirati jednim volumenom paladija. Metali se mogu pridružiti H₂ u kemijskim reakcijama u kojima se očituju oksidirajuća svojstva vodika. U tom slučaju nastaju hidridi:

2Na + H₂ = 2 NaH.

U toj reakciji, atomi elementa uzimaju elektrone iz metalnih čestica, transformirajući se u anione s jednim negativnim nabojem. Jednostavna tvar H₂ u ovom slučaju to je oksidans, koji za njega obično nije tipičan.

Vodik kao reducirajući agens

Kombinira metale i vodik ne samo visoku toplinsku provodljivost, nego i sposobnost njihovih atoma u kemijskim procesima da odustanu od vlastitih elektrona, tj. Da se oksidiraju. Na primjer, bazični oksidi reagiraju s vodikom. Reakcija redukcije oksidacije završava izolacijom čistog metala i stvaranjem molekula vode:

CuO + H₂ = Cu + H₂O.

Interakcija tvari s kisikom nakon zagrijavanja također dovodi do proizvodnje molekula vode. Postupak je egzoterman i praćen je otpuštanjem velike količine toplinske energije. Ako plinska mješavina H₂ i O₂ reagira u omjeru od 2: 1, naziva se eksplozivnim plinom, jer kada se zapali, eksplodira:

2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Voda je vodikov oksid i igra važnu ulogu u formiranju Zemljine hidrosfera, klime, vremena. Omogućava ciklus elemenata u prirodi, podržava sve životne procese organizama - stanovnike našeg planeta.

Interakcija s nemetalima

Najvažnija kemijska svojstva vodika su njegove reakcije s nemetalnim elementima. U normalnim uvjetima molekula vodika su kemijski dovoljno inertni, stoga tvar može reagirati samo s halogenom, na primjer s fluorom ili klorom, što je najaktivnije među svim nemetalima. Dakle, mješavina fluora i vodika eksplodira u mraku ili u hladnom, te s klorom - kada se zagrije ili u svjetlu. Reakcijski produkti su halogenidi halida čije su vodene otopine poznate kao fluorid i kloridne kiseline. Kod dušika, tvar reagira na temperaturi od 450-500 stupnjeva, tlakom od 30-100 mPa i u prisutnosti katalizatora:

N2 + 3H2 hArr-p, t, kat hArr- 2NH₃.

Kemijska svojstva vodika smatraju od velike važnosti za industriju. Na primjer, možete dobiti vrijedni kemijski proizvod - amonijak. To je glavna sirovina za proizvodnju nitratne kiseline i dušičnih gnojiva: karbamid, amonijev nitrat.

Organske tvari

Reakcija spoja između ugljika i vodika dovodi do proizvodnje najjednostavnijeg ugljikovodika - metana:

C + 2H₂ = CH_4.

Tvar je bitan dio prirodnih i pridruženi naftni plin. Koriste se kao vrijedno gorivo i sirovina za industriju organske sinteze.

U kemiji ugljikovih spojeva element je dio velikog broja tvari: alkani, alkeni, ugljikohidrati, alkoholi itd. Mnoge reakcije organskih spojeva s molekulama H₂. Imaju zajednički naziv - hidrogeniranje ili hidrogeniranje. Tako se aldehidi mogu reducirati vodikom na alkohole, nezasićene ugljikovodike - do alkana. Na primjer, etilen se pretvara u etan:

C₂H₄ + H₂ = C₂H₆.

Od posebne praktične važnosti su kemijska svojstva vodika, kao npr. Hidrogeniranje tekućih ulja: suncokreta, kukuruza i repice ulja. To dovodi do proizvodnje krutih masnoća - salomass, koji se koristi u proizvodnji glicerina, sapuna, stearina i čvrste vrste margarina. Da bi se poboljšala izgled i okus prehrambenog proizvoda, dodaje se mlijeko, životinjske masti, šećer, vitamini.

U ovom radu proučavali smo svojstva vodika i otkrili njegovu ulogu u prirodi i ljudskom životu.