Физични свойства на водорода. Свойства и приложение на водорода

Водородът Н е химически елемент, един от най-разпространените в нашата вселена. Масата на водорода като елемент в състава на веществата е 75% от общото съдържание на атоми от различен тип. Той влезе в най-важната и жизненоважна връзка на планетата - водата. Отличителна черта на водорода също е, че той е първият елемент в периодичната система на химичните елементи на ДИ Менделеев.

Откриване и изследване

Първото споменаване на водорода в писанията на Парацелз е от шестнадесети век. Но отделянето му от газовата смес на въздуха и изследването на горими свойства вече бяха направени през седемнадесети век от учения Лемари. Английският химик, физикът и естественият учен Хенри Кавендиш, който доказа с опит да докаже, че масата на водорода е най-малката в сравнение с другите газове, изучи подробно водорода. В следващите етапи на развитието на науката много учени работеха с него, по-специално Лавоазие, който го нарече "раждане на вода".

Характеризиране по позиция в PSA

Елементът, който отваря периодичната таблица на Джи Менделеев, е водородът. Физични и химични свойства на атома проявяват определена двойственост защото едновременно водород принадлежат към първата група, основната подгрупата, ако той се държи като метал и дава един електрон в процеса на химическа реакция и седмият - в случай на изцяло запълнена валентна черупки, т.е. приемане отрицателна част, която я характеризира като подобна на халогени.

Характеристики на електронната структура на елемента

свойства водороден атом, сложните вещества, в които влиза, и най-простата субстанция Н₂ основно се определя от електронната конфигурация на водорода. Частта има един електрон с Z = (-1), който се върти в орбитата си около ядрото, съдържащо един протон с единична маса и положителен заряд (+1). Електронната му конфигурация е написана като 1s¹, което означава наличието на една отрицателна частица върху първия и единствен о-орбитал за хидрогенния.

С отделянето или отдръпването на електрона и атомът на този елемент има такова свойство, което го прави свързано с металите, се получава катион. Всъщност водородният йон е положителна елементарна частица. Следователно, един електронен, лишен от водород, просто се нарича протон.

Физични свойства

Ако опишем физични свойства водородът е кратък, това е безцветен, слабо разтворим газ с относителна атомна маса, равна на 2, 14,5 пъти по-лека от въздуха, с температура на втечняване -252,8 градуса по Целзий.

Лесно е да се види от опита, че₂ най-много светлина. За да направите това, е достатъчно да напълнете три сфери с различни вещества - водород, въглероден диоксид, обикновен въздух - и същевременно да ги освободите от ръката. Най-бързо от всички ще бъде този, който е пълен с CO₂, След това сместа на въздуха с въздух ще падне, а H₂ при всички изкачвания до тавана.

Малката маса и размерът на водородните частици оправдава способността му да прониква в различни вещества. По примера на една и съща топка е лесно да се уверите, че след няколко дни той сам ще бъде изгонен, тъй като газът просто ще премине през гума. Също така, водородът може да се натрупва в структурата на определени метали (паладий или платина) и с повишаване на температурата се изпарява от него.

Свойството с ниска разтворимост на водорода се използва в лабораторната практика за изолирането му чрез изместване вода. Физични свойства водород (таблицата по-долу показва основните параметри) определят обхвата на неговото приложение и методите на производство.

Изотопния състав

Подобно на много други членове на периодичната система на химичните елементи, Водородът има няколко естествени изотопи, т.е. атоми със същото броя на протоните в ядрото, но различен брой неутрони - частици с нула и единица заряд маса. Примери за атоми притежаващи подобно свойство са кислород, въглерод, хлор, бром и други, включително радиоактивни.

Физични свойства на водорода ¹Н, най-често срещаните представители на тази група, се различават значително от същите характеристики на другите хора. По-специално характеристиките на веществата, в които са включени, се различават. Така че има обикновена и деутерирана вода, съдържаща в състава си вместо водороден атом с един протонен деутерий ²H е неговият изотоп с две елементарни частици: положителен и ненатоварен. Този изотоп е два пъти по-тежък от обичайния водород, което обяснява кардиналната разлика в свойствата на съединенията, които те съставят. В природата деутериумът се среща 3200 пъти по-рядко от водорода. Третият представител е тритий ³H, в ядрото има два неутрона и един протон.

Методи за получаване и извличане

Лабораторни и промишлени методи производство на водород са съвсем различни. По този начин в малки количества газът се произвежда главно чрез реакции, включващи минерали, а мащабното производство използва органичен синтез в по-голяма степен.

В лабораторията се използват следните химични взаимодействия:

1. Реакция на алкални и алкалоземни метали с вода за образуване на основи и желания газ.
2. Електролизата на воден електролитен разтвор, Н се отделя при анода₂urr- и на катода - кислород.
3. Разлагане на хидриди алкални метали вода, продуктите са алкални и, съответно, газ Н.₂uarr-.
4. Взаимодействие на разредени киселини с метали за образуване на соли и Н₂uarr-.
5. Действието на алкали върху силиций, алуминий и цинк също допринася за отделянето на водород паралелно с образуването на комплексни соли.

В промишлени интереси газът се произвежда чрез методи като:

1. Термичното разграждане на метана в присъствието на катализатора до съставните прости вещества (350 градуса достига стойността на такъв параметър като температурата) - водород Н₂карбамид и въглерод С.
2. Преминаване на изпарената вода през кокса при 1000 градуса по Целзий с образуването на въглероден диоксид СО₂ и H₂uarr- (най-често използваният метод).
3. Превръщане на газообразен метан в никелов катализатор при температура, достигаща 800 градуса.
4. Водородът е страничен продукт при електролиза на водни разтвори на калиев или натриев хлорид.

Химични взаимодействия: общи разпоредби

Физическите свойства на водорода до голяма степен обясняват поведението му в процесите на реакция с конкретно съединение. Валентността на водорода е равна на 1, тъй като се намира в първата група в таблицата на Менделеев, а степента на окисление е различна. Във всички съединения, с изключение на хидриди, водород в соя = (1+), в молекули от типа XH, XN₂, XH₃ - (1-).

Молекулата на водородния газ, образувана чрез създаване на генерализирана електронна двойка, се състои от два атома и е сравнително стабилна енергично, затова при нормални условия тя е малко инертна и в реакцията влиза, когато нормалните условия се променят. В зависимост от степента на окисление на водорода в състава на други вещества, той може да действа както като окислител, така и като редуктор.

Вещества, с които той реагира и които образуват водород

Елементарни взаимодействия с образуването на комплексни вещества (често при повишени температури):

1. Алкален и алкалоземен метал + водород = хидрид.
2. Халоген + Н₂ = водороден халид.
3. Сяра + водород = сероводород.
4. Кислород + Н₂ = вода.
5. Въглерод + водород = метан.
6. Азот + Н₂ = амоняк.

Взаимодействие със сложни вещества:

1. Производство на синтетичен газ от въглероден окис и водород.
2. Намаляването на металите от техните оксиди с H₂.
3. Насищане с водород на ненаситени алифатни въглеводороди.

Водородна връзка

Физични свойства на водород са такива, че да позволят, е във връзка с електроотрицателен елемент, за да се образува специален тип връзка със същия атом на съседните молекули, имащи несподелени електронни двойки (например, кислород, азот и флуор). Най-ясният пример, по който е по-добре да се разглежда такъв феномен, е водата. Може да се каже зашити водородни връзки са по-слаби от ковалентни или йонни, но поради факта, че много от тях имат значително влияние върху свойствата на веществата. В действителност, водородна връзка - е електростатично взаимодействие, което се свързва водни молекули на димери и полимери, доказващи висока точка на кипене.

Водород в състава на минералните съединения

Съставът на всички неорганични киселини включва протонен катион на атом като водород. Вещество, чийто остатък на киселина има степен на окисление по-голямо от (-1), се нарича полисъединено съединение. Той съдържа няколко водородни атома, което прави дисоциацията във водни разтвори многоетажна. Всеки следващ протон се отделя от останалата част от киселината все по-трудно. Количественото съдържание на водород в средата определя неговата киселинност.

Водородът също съдържа хидроксилни групи бази. В тях водородът е свързан с кислороден атом, като в резултат степента на окисляване на този алкален остатък винаги е равна на (-1). Съгласно съдържанието на хидроксили в средата, се определя нейната базичност.

Прилагане в човешката дейност

Цилиндрите със субстанция, както и контейнерите с други втечнени газове, например кислород, имат специфичен външен вид. Те са боядисани в тъмно зелен цвят с ярък червен надпис "Водород". Газът се изпомпва в балон при налягане от около 150 атмосфери. Физическите свойства на водорода, по-специално лекотата на състоянието на газообразните агрегати, се използват за запълването му с хелиеви балони, балони и т.н. в смес с хелий.

Водородът, физическите и химичните свойства, които хората са се научили да използват преди много години, понастоящем се включват в много отрасли. Неговата голяма част отива за производството на амоняк. Също така участва и водородът получаване на метали (хафний, германий, галий, силиций, молибден, волфрам, цирконий и др.) от окиси, действащи като редуциращ агент, хлороводородна и солна киселина в реакцията, метилов алкохол, както и изкуствени течни горива. Хранителната индустрия го използва, за да превърне растителните масла в твърди мазнини.

Определени са химичните свойства и използването на водорода в различни процеси на хидрогениране и хидрогениране на мазнини, въглища, въглеводороди, масла и горива. С помощта на него се произвеждат скъпоценни камъни, лампи с нажежаема жичка, коване и заваряване на метални продукти се извършват под въздействието на пламък кислород-водород.