Fyzikální vlastnosti vodíku. Vlastnosti a aplikace vodíku

Vodík H je chemický prvek, jeden z nejběžnějších v našem vesmíru. Hmotnost vodíku jako prvek ve složení látek činí 75% celkového obsahu atomů jiného typu. Vstupuje do nejdůležitějšího a nejdůležitějšího spojení planety - vody. Charakteristickým znakem vodíku je také to, že je prvním prvkem pravidelného systému chemických prvků DI Mendelejeva.

Objev a výzkum

První zmínka o vodíku v spisech Paracelsus pochází z 16. století. Ale jeho oddělení od plynové směsi vzduchu a studie o hořlavých vlastnostech bylo již provedeno v sedmnáctém století vědcem Lemerym. Anglický chemik, fyzik a přírodovědec Henry Cavendish, který dokázal, že hmotnost vodíku je nejmenší ve srovnání s jinými plyny, důkladně studoval vodík. V pozdějších fázích vývoje vědy, mnoho vědců pracoval s ním, jako Lavoisier, který ji označil za „generována voda.“

Charakterizace podle polohy v PSA

Prvkem, který otevírá periodickou tabulku DI Mendelejeva, je vodík. Fyzikální a chemické vlastnosti atomu vykazují určitou dualitu, protože vodík současně patří do první skupiny, hlavní podskupiny, pokud se chová jako kov a poskytuje jeden elektron v procesu chemické reakce a sedmý - v případě zcela zaplněném valence pláště, to znamená příjem negativní částice, která ho charakterizuje jako podobná halogenům.

Vlastnosti elektronické struktury prvku

Vlastnosti atom vodíku, komplexních látek, do kterých vstupuje, a nejjednodušší substance H₂ primárně určená elektronickou konfigurací vodíku. Část má jeden elektron s Z = (-1), který se otáčí v oběžné dráze kolem jádra obsahujícího jeden proton s jednotkovou hmotností a kladným nábojem (+1). Jeho elektronická konfigurace je napsána jako 1s¹, což znamená přítomnost jedné záporné částice na prvním a jediném s-orbitálech pro hydrogenogen.

Při odtržení nebo odtržení elektronu, a atom tohoto prvku má takovou vlastnost, že se to vztahuje k kovům, získává se kation. Ve skutečnosti jsou vodíkové ionty pozitivní elementární částice. Proto je elektron zbaven vodíku jednoduše nazýván protonem.

Fyzikální vlastnosti

Popíšeme fyzikální vlastnosti vodík je krátký, to je bezbarvý, lehce rozpustný plyn s relativní atomovou hmotností rovnou 2, 14,5 krát lehčí než vzduch s teplotou zkapalňování -252,8 stupňů Celsia.

Ze zkušenosti je snadné vidět, že H₂ nejsvětlejší. K tomu je třeba vyplnit tři koule různými látkami - vodíkem, oxidem uhličitým, běžným vzduchem - a současně je uvolnit z ruky. Nejrychlejší ze všeho bude ten, který je naplněn CO₂, Po něm se spustí směs vzduchového vzduchu a H₂ v každém případě stoupá na strop.

Malá hmotnost a velikost částic vodíku ospravedlňují schopnost pronikat do různých látek. Na příkladu téhož míče je snadné si být jisti, že po několika dnech bude sám vyhozen, protože plyn prostě projde gumou. Také vodík se může hromadit ve struktuře určitých kovů (palladium nebo platina) a se zvyšující se teplotou se od něj odpaří.

Vlastnost nízké rozpustnosti vodíku se používá v laboratorní praxi pro izolaci vytěsněním vody. Fyzikální vlastnosti vodík (v následující tabulce jsou uvedeny hlavní parametry) určuje rozsah jeho použití a způsoby výroby.

Isotopické složení

Podobně jako mnoho jiných členů periodické soustavy chemických prvků, vodík má několik přirozených izotopů, to znamená atomy se stejným počtem protonů v jádře, ale různý počet neutronů - částice s nulou a jednotkou náboje hmoty. Příklady atomů, které mají podobnou vlastnost, jsou kyslík, uhlík, chlor, brom a další, včetně radioaktivních.

Fyzikální vlastnosti vodíku ¹H, nejčastější z představitelů této skupiny, se výrazně liší od stejných charakteristik svých ostatních lidí. Zvláště charakteristiky látek, které jsou zahrnuty, se liší. Existuje tedy obyčejná a deuterovaná voda, která obsahuje ve svém složení namísto atomu vodíku jediný protonový deuterium ²H je jeho izotop se dvěma elementárními částicemi: pozitivní a nenabitý. Tento izotop je dvakrát těžší než obvyklý vodík, což vysvětluje zásadní rozdíl ve vlastnostech sloučenin, které tvoří. V přírodě je deuterium nalezeno 3200 krát méně často než vodík. Třetím zástupcem je tritium ³H, v jádru má dva neutrony a jeden proton.

Metody získávání a extrakce

Laboratorní a průmyslové metody výroba vodíku jsou zcela odlišné. V malých množstvích se plyn vyrábí hlavně reakcemi zahrnujícími minerály a ve velkém měřítku se ve větší míře používá organická syntéza.

V laboratoři se používají následující chemické interakce:

1. Reakce alkalických kovů a kovů alkalických zemin s vodou za vzniku alkálie a požadovaného plynu.
2. Elektrolýza vodného roztoku elektrolytu, H se uvolňuje v anodě₂a na katodě - kyslík.
3. Rozklad hydridů alkalických kovů voda, produkty jsou alkalické a, v důsledku toho, plyn H₂uarr-.
4. Interakce zředěných kyselin s kovy za vzniku solí a H₂uarr-.
5. Účinek alkalických látek na křemíku, hliníku a zinku také přispívá k uvolňování vodíku paralelně s tvorbou komplexních solí.

V průmyslových zájmech se plyn vyrábí takovými způsoby, jako je:

1. Tepelný rozklad methanu v přítomnosti katalyzátoru na jednoduché látky (350 stupňů dosahuje hodnoty takového parametru jako teplota) - vodík H₂uhlovodík a uhlík C.
2. Přechod parní vody přes koks při 1000 ° C s tvorbou oxidu uhličitého CO₂ a H₂uarr- (nejběžnější metoda).
3. Konverze plynného methanu na niklovém katalyzátoru při teplotě dosahující 800 stupňů.
4. Vodík je vedlejším produktem při elektrolýze vodných roztoků chloridů draselných nebo sodných.

Chemické interakce: obecná ustanovení

Fyzikální vlastnosti vodíku většinou vysvětlují jeho chování v reakčních procesech s určitou sloučeninou. Valence vodíku se rovná 1, protože je umístěna v první skupině v Mendeleevově tabulce a stupeň oxidace je jiný. Ve všech sloučeninách, kromě hydridů, vodík v sóji = (1+), v molekulách typu XH, XN₂, ХН₃ - (1-).

Molekula plynného vodíku, tvořená vytvořením generalizovaného elektronového páru, se skládá ze dvou atomů a je poměrně stabilní energeticky, a proto je za normálních podmínek poněkud inertní a v reakci vstupuje, když se změní normální podmínky. V závislosti na stupni oxidace vodíku jako dalších látek, může sloužit jak jako oxidační činidlo a redukční činidlo.

Látky, s nimiž reaguje a které tvoří vodík

Elementární interakce s tvorbou komplexních látek (často při zvýšených teplotách):

1. Alkalický a kov alkalické zeminy + vodík = hydrid.
2. Halogen + H₂ = halogenovodík.
3. Síra + vodík = sirovodík.
4. Kyslík + H₂ = voda.
5. Uhlík + vodík = metan.
6. Dusík + H₂ = amoniak.

Interakce s komplexními látkami:

1. Výroba syntézního plynu z oxidu uhelnatého a vodíku.
2. Redukce kovů z jejich oxidů pomocí H₂.
3. Saturace vodíkem nenasycených alifatických uhlovodíků.

Vodíková vazba

Fyzikální vlastnosti vodíku jsou takové, že umožňují, že v souvislosti s elektronegativní prvek, do speciálního typu připojení se stejným atomem sousedních molekul, které mají nesdílené páry elektron (například kyslík, dusík a fluoru). Nejjasnějším příkladem, pro který je lepší považovat takovýto jev, je voda. Dá se říci, prošité vodíkové vazby jsou slabší než kovalentní nebo iontové, ale vzhledem k tomu, že mnoho z nich má významný vliv na vlastnosti látek. Ve skutečnosti je vodíková vazba elektrostatická interakce, která váže molekuly vody na dimery a polymery, což ospravedlňuje její vysokou teplotu varu.

Vodík v složení minerálních sloučenin

Složení všech anorganických kyselin zahrnuje protonový kation atomu, jako je vodík. Látka, jejíž zbytek kyseliny má stupeň oxidace větší než (-1), se nazývá vícesložková sloučenina. Obsahuje několik atomů vodíku, což vede k disociaci vodních roztoků v několika stupních. Každý další protón se od zvyšku kyseliny odděluje čím dál tím obtížněji. Kvantitativní obsah vodíku v médiu určuje jeho kyselost.

Vodík také obsahuje hydroxylové skupiny bází. V nich je vodík spojen s atomem kyslíku, v důsledku toho je stupeň oxidace tohoto zbytku alkálie vždy rovný (-1). Podle obsahu hydroxylů v médiu se stanoví jeho zásaditost.

Aplikace v lidských činnostech

Válce s látkou, stejně jako nádoby s jinými zkapalněnými plyny, například s kyslíkem, mají zvláštní vzhled. Jsou namalovány v tmavě zelené barvě s jasně červeným nápisem "Vodík". Plyn se čerpá do balónu při tlaku asi 150 atmosfér. Fyzikální vlastnosti vodíku, zejména snadnost stavu plynného agregátu, se používají k jeho naplnění heliovými balónky, balónky atd. Ve směsi s heliem.

Vodík, jehož fyzikální a chemické vlastnosti se lidé naučili používat před mnoha lety, je nyní zapojen do mnoha průmyslových odvětví. Její objem se vztahuje k výrobě čpavku. Také vodík se účastní získání kovů (hafnium, germanium, galium, křemík, molybden, wolfram, zirkonium, a další), oxidů, mluvení při reakci jako redukčního činidla a soli kyseliny kyanovodíkové, methylalkohol, stejně jako umělá kapalná paliva. Potravinářský průmysl ji používá k přeměně rostlinných olejů na tuhé tuky.

Stanovil chemické vlastnosti a použití vodíku v různých procesech hydrogenace a hydrogenace tuků, uhlí, uhlovodíků, olejů a topného oleje. Díky tomu se vyrábějí drahé kameny, vyrábějí se žárovky, kování a svařování kovových výrobků se provádí pod vlivem plamene kyslík-vodík.