Je to vodík? Chemické a fyzikální vlastnosti vodíku

Všichni chemický prvek

Vodík není jen prvek, je to také prostá látka, stejně jako nedílná součást mnoha komplexních sloučenin, biogenního a organogenního prvku. Z tohoto důvodu považujeme jeho vlastnosti a vlastnosti podrobněji.

Vodík jako chemický prvek

Vodík je prvkem první skupiny hlavní podskupiny, stejně jako sedmá skupina hlavní podskupiny v prvním malém období. Toto období se skládá pouze ze dvou atomů: hélia a prvek, který uvažujeme. Popište hlavní rysy polohy vodíku v periodickém systému.

1. Pořadové číslo vodíku je 1, počet elektronů je stejný, odpovídajícím stejným počtem protonů. Atomová hmotnost je 1,00795. Existují tři izotopy daného prvku s hmotnostními čísly 1, 2, 3. Vlastnosti každého z nich jsou však velmi odlišné, protože zvýšení hmotnosti dokonce o jednotu je pro vodík jen dvojnásobné.
2. Co je navenek úroveň energie obsahuje pouze jeden elektron, dovoluje mu úspěšně projevovat jak oxidační, tak i redukční vlastnosti. Navíc, po uvolnění elektronu zůstává v něm volná orbita, která se podílí na tvorbě chemických vazeb mechanismem donor-akceptor.
3. Vodík je silné redukční činidlo. Proto je hlavní skupinou první skupina hlavní podskupiny, kde vede nejaktivnější kovy - alkalické.
4. Nicméně při interakci se silnými redukčními činidly, jako jsou například kovy, může být oxidačním činidlem za použití elektronu. Tyto sloučeniny se nazývají hydridy. Na tomto základě vede podskupinu halogenů, s nimiž je podobná.
5. Díky velmi malé atomové hmotnosti je vodík považován za nejlehčí prvek. Kromě toho je jeho hustota také velmi malá, takže je také standardem lehkosti.

Je tedy zřejmé, že atom vodíku je zcela odlišný prvek, na rozdíl od jakéhokoli jiného prvku. V důsledku toho jsou jeho vlastnosti také zvláštní a jednoduché a složité látky jsou velmi důležité. Zvažme je dále.

Jednoduchá látka

Pokud mluvíme o tomto prvku jako o molekule, pak musíme říci, že je to diatomická. To znamená, že vodík (jednoduchá látka) je plyn. Jeho empirický vzorec bude napsán jako H₂, a grafiku - prostřednictvím jediné sigma-vazby H-H. Mechanismus tvorby vazby mezi atomy je kovalentní nepolární.

Dokonce i Henry Cavendish v roce 1766 dokázal tuto látku objevit. Byl to ten, kdo dokázal, že vodík je plyn a ten, který je schopen explodovat ve vzduchu. Později byly vlastnosti dobře studovány, bylo zřejmé, že látka byla nejsnazší mezi známými.

Dokonce později, Lavoisier dal jméno latinského - hydrogenium, který v překladu znamená "zrodit vodu" (jak na prvek, tak na látku založenou na něm). V roce 1781 objevil tento objev Henry Cavendish, že voda je kombinací vodíku a kyslíku, tedy produktem jejich vzájemného působení. A ten lehký plyn byl také velmi hořlavý, to bylo známo už v 16. století, to se odrazilo v záznamu Paracelsus.

Molekulární vodík je tedy velmi přirozená a přirozeně tvořená plynná sloučenina sestávající ze dvou atomů, která je schopna explodovat ve vzduchu. Kromě toho se molekula může rozpadat na atomy, které se účastní jaderných reakcí a přemění se na heliová jádra. Tyto procesy se nepřetržitě vyskytují na slunci a ve vesmíru, které jsou hlavními dodavateli tohoto spojení.

Vodík je látka, která se může projevovat jak jako oxidační činidlo, tak jako redukční činidlo. To také nachází velmi široké uplatnění v lidské činnosti.

Fyzikální vlastnosti

Fyzikální parametry vodíku jsou následující:

1. Bod varu je (-252,76 ⁰C).
2. Bod tání - (-259,2 ⁰C).
3. Ve vyznačeném teplotním rozmezí je bezbarvá kapalina, která nemá zápach.
4. Při velmi vysokém tlaku se vyskytují sněhové krystaly tuhého vodíku.
5. Za určitých podmínek (vysoký tlak a nízké teploty) je možné přejít do kovového stavu.
6. Prakticky nerastvorim ve vodě, takže je možné shromáždit metodou přemístění vody ve výrobě v laboratoři.
7. Za normálních podmínek je vodíkem plyn, který nemá vůni, barvu a chuť.
8. Je hořlavou a výbušnou látkou.
9. Rozpouští se dobře v kovu, protože je schopen difundovat přes svou tloušťku.
10. Přibližně 14,5krát je tento plyn lehčí než vzduch.

Křišťálová mřížka jednoduché látky je molekulární, vazby jsou slabé, takže jsou snadno zničeny.

Chemické vlastnosti

Jak již bylo uvedeno výše, vodík je schopen vykazovat redukční i oxidační vlastnosti. Možné oxidační stavy prvku jsou 1- 1-. Proto se v průmyslu často používá pro syntézu a různé reakce.

Oxidační vlastnosti vodíku

1. Interakce s aktivním kovy (alkalické a alkalická zemina) za normálních podmínek vede k tvorbě solných sloučenin nazývaných hydridy. Například: LiH, CaH₂, KH, MgH₂ a další.
2. Sloučeniny s nízkým obsahem aktivních kovů pod vlivem vysokých teplot nebo silného osvětlení (fotochemické zahájení reakcí) tvoří také hydridy.

Redukční vlastnosti vodíku

1. Interakce za normálních podmínek pouze s fluorem (jako silný oxidant). V důsledku toho se vytváří fluorovodík nebo kyselina fluorovodíková HF.
2. Interakce s prakticky všemi nekovymi, ale za určitých poměrně přísných podmínek. Příklady sloučenin: H₂S, NH₃, H₂O, PH₃, SiH₄ a další.
3. Obnovuje kovy z jejich oxidů na jednoduché látky. To je jeden z průmyslových metody získávání kovů, nazývaná hydrotermie.

Samostatně bychom měli vynechat reakce, které se používají v organické syntéze. Jsou nazývány hydrogenací - saturací vodíkem a dehydrogenací, tj. Jeho štěpením z molekuly. Na základě těchto transformačních metod se vyrábí mnoho uhlovodíků a dalších organických sloučenin.

Bytí v přírodě

Vodík je nejčastější látkou na naší planetě i mimo ni. Koneckonců prakticky vše mezihvězdný prostor a hvězdy sestávají přesně z tohoto spojení. Ve vesmíru může existovat ve formě:

• plazma;
• plyn;
• ionty;
• atomy;
• molekul.

Existuje několik druhů mraků různé hustoty, které se skládají právě z této látky.

Pokud hovoříme o šíření konkrétně v zemské kůře, pak se vodík řadí k druhému z počtu atomů po kyslíku, tedy o 17%. Ve volné formě je vzácný, pouze v malých množstvích ve složení suchého vzduchu. Nejběžnější složkou tohoto prvku je voda. Ve svém složení se setkává na planetě.

Také vodík je povinnou složkou každého živého organismu. A v lidském těle je podíl tohoto atomu 63%. Vodík je organogenní prvek, proto tvoří molekuly bílkovin, tuků, sacharidů a nukleových kyselin, stejně jako mnoho dalších důležitých sloučenin.

Příjem

Existují různé způsoby získání plynu, který uvažujeme. Jedná se o několik možností průmyslových a laboratorních syntéz.

Průmyslové metody výroba vodíku:

1. Parní konverze metanu.
2. Zplyňování uhlí - proces zahrnuje topení uhlí na 1000 ⁰C, což vede k tvorbě vodíku a uhlí s vysokým obsahem uhlíku.
3. Elektrolýza. Tato metoda může být použita pouze pro vodné roztoky různých solí, protože taveniny nevedou k výboji vody na katodě.

Laboratorní metody výroby vodíku:

1. Hydrolýza kovových hydridů.
2. Účinek zředěných kyselin na aktivní kovy a průměrná aktivita.
3. Interakce alkalických kovů a kovů alkalických zemin s vodou.

Aby se shromáždil vodík, který je vytvořen, je nutné držet trubku vzhůru nohama. Koneckonců, tento plyn nelze shromažďovat, jako například oxid uhličitý. Je to vodík, je mnohem lehčí než vzduch. Rychle vytéká a ve velkém množství, když se mísí se vzduchem, exploduje. Z tohoto důvodu je třeba zkumavku otočit. Po naplnění musí být uzavřen gumovou zátkou.

Chcete-li zkontrolovat čistotu odebraného vodíku, měli byste přinést osvětlený zápas na krk. Pokud je bavlna hluchá a tichá - znamená to, že plyn je čistý, s minimálními nečistotami vzduchu. Pokud je hlasitý a pískání - špinavý, s velkým podílem cizích komponent.

Oblasti použití

Při spalování vodíku uvolněného je tak velké množství energie (tepla), že topný plyn je nejvýhodnější. Navíc je šetrné k životnímu prostředí. K dnešnímu dni je jeho využití v této oblasti omezené. To je vzhledem k neuvážené není zcela vyřešen problémy syntézy čistý vodík, který by byl vhodný pro použití jako palivo v reaktorech motorů a přenosných zařízení, jakož i ohřívání vody domů.

Koneckonců, způsoby získání tohoto plynu jsou poměrně drahé, takže je třeba nejprve vyvinout speciální metodu syntézy. Jeden, který vám umožní přijímat produkt ve velkých svazcích a s minimálními náklady.

Je možné vyčíslit několik hlavních oblastí, ve kterých se používá plyn, který uvažujeme.

1. Chemická syntéza. Na základě hydrogenace se získávají mýdla, margaríny a plasty. Za účasti vodíku, syntetizuje se methanol a amoniak, stejně jako další sloučeniny.
2. V potravinářském průmyslu - jako přísada E949.
3. Letecký průmysl (raketové inženýrství, konstrukce letadel).
4. Energetika.
5. Meteorologie.
6. Palivo ekologicky čistého druhu.

Je zřejmé, že vodík je stejně důležitý jako v přírodě. Ještě větší roli hrají různé sloučeniny, které tvoří.

Sloučeniny vodíku

Jedná se o složité látky obsahující atomy vodíku. Existuje několik základních typů těchto látek.

1. Halogenidy vodíku. Obecný vzorec je HHal. Zvláštní význam má mezi nimi chlorovodík. Jedná se o plyn, který se rozpouští ve vodě za vzniku roztoku kyseliny chlorovodíkové. Tato kyselina je široce používána prakticky ve všech chemických syntézách. A organické i anorganické. Chlorovodík je sloučenina, která má empirický vzorec HCL a je jednou z největších, pokud jde o výrobu v naší zemi ročně. Halogenidy halogenů zahrnují fluorovodík, fluorovodík a bromovodík. Všichni tvoří odpovídající kyseliny.
2. Prchavé vodíkové sloučeniny z nekovů. Prakticky všechny jsou dostatečně jedovaté plyny. Například sirovodík, methan, silan, fosfin a další. Zároveň velmi hořlavý.
3. Hydridy jsou sloučeniny s kovy. Vztahujte se k třídě solí.
4. Hydroxidy: báze, kyseliny a amfoterní sloučeniny. Jejich složení nutně zahrnuje atomy vodíku, jeden nebo více. Příklad: NaOH, K₂[AL (OH)₄], H₂SO₄ a další.
5. Hydroxid vodíku. Tato sloučenina je běžněji známá jako voda. Dalším názvem je oxid vodíku. Empirický vzorec vypadá takto: H₂O.
6. Peroxid vodíku. Toto je nejsilnější oxidační činidlo, jehož vzorec má tvar H₂O₂.
7. Četné organické sloučeniny: uhlovodíky, bílkoviny, tuky, lipidy, vitamíny, hormony, esenciální oleje a další.

Je zřejmé, že rozmanitost sloučenin uvažovaného prvku je velmi velká. To opět potvrzuje jeho velký význam pro přírodu a člověka, stejně jako pro všechny živé bytosti.

Oxid vodíku - to je nejlepší rozpouštědlo

Jak již bylo uvedeno výše, běžným názvem této látky je voda. Skládá se ze dvou atomů vodíku a jednoho kyslíku spojených kovalentními polárními vazbami. Molekula vody je dipól, což vysvětluje mnoho vlastností, které vykazuje. Zejména je to univerzální rozpouštědlo.

Ve vodním prostředí se vyskytují prakticky všechny chemické procesy. Vnitřní reakce plastického a energetického metabolismu v živých organizmech se také provádějí pomocí oxidu vodíku.

Voda je oprávněně považována za nejdůležitější látku na planetě. Je známo, že bez něj nemůže žít žádný živý organismus. Na Zemi může existovat ve třech agregovaných stavech:

• kapalina;
• plyn (pára);
• (led).

V závislosti na izotopu vodíku, který je součástí molekuly, existují tři typy vody.

1. Světlo nebo proti. Izotop s hmotnostním číslem 1. Vzorec - H₂A. Je to obvyklá forma používaná všemi organismy.
2. Deuterium nebo těžké, jeho vzorec je D₂O. Obsahuje izotop ²N.
3. Velmi těžké nebo trícium. Vzorec vypadá jako T₃O, izotop - ³N.

Velmi důležité jsou rezervy čerstvé protipovrchové vody na planetě. Již v mnoha zemích je nedostatek. Jsou vyvíjeny metody pro úpravu slané vody pro pitné účely.

Peroxid vodíku je univerzální lék

Tato sloučenina, jak je uvedeno výše, je výborným oxidačním činidlem. S silnými představiteli se však může chovat také jako redukční látka. Kromě toho má výrazný baktericidní účinek.

Dalším názvem této sloučeniny je peroxid. V této formě se používá v medicíně. 3% roztok krystalického hydrátu dotyčné sloučeniny je lékařský lék, který se používá k léčbě malých ran za účelem dekontaminace. Ukázalo se však, že hojení ran se zvyšuje.

Také peroxid vodíku se používá v raketovém palivu, v průmyslu pro dezinfekci a bělení, jako pěnivý prostředek pro výrobu vhodných materiálů (např. Pěna). Kromě toho peroxid pomáhá vyčistit akvária, vyblednout vlasy a bělit zuby. Současně však poškozuje tkáně, takže odborníci se k tomuto účelu nedoporučují.