خواص شیمیایی هیدروژن: ویژگی ها و کاربردها اکسیژن و خواص آن ترکیبات اکسیژن با هیدروژن

فراوان ترین عنصر در کیهان هیدروژن است. در مورد ستارگان، به شکل هسته - پروتون - و ماده ای برای فرآیندهای گرما هسته ای است. تقریبا نیمی از جرم خورشید نیز از مولکول های H 2 تشکیل شده است. محتوای آن در پوسته زمین به 0.15٪ می رسد و اتم ها در ترکیب نفت وجود دارند. گاز طبیعی، اب. همراه با اکسیژن، نیتروژن و کربن، یک عنصر آلی است که بخشی از همه موجودات زنده روی زمین است. در این مقاله به بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروژن می پردازیم، زمینه های اصلی کاربرد آن در صنعت و اهمیت آن در طبیعت را تعریف می کنیم.

موقعیت در جدول تناوبی عناصر شیمیایی مندلیف

اولین عنصری که جدول تناوبی را باز می کند هیدروژن است. جرم اتمی آن 1.0079 است. دارای دو ایزوتوپ پایدار (پروتیم و دوتریوم) و یک ایزوتوپ رادیواکتیو (تریتیوم) است. خواص فیزیکی بر اساس مکان غیرفلز در جدول تعیین می شود. عناصر شیمیایی... در شرایط عادی، هیدروژن (فرمول آن H 2 است) گازی است که تقریباً 15 برابر سبکتر از هوا است. ساختار اتمی یک عنصر منحصر به فرد است: فقط از یک هسته و یک الکترون تشکیل شده است. مولکول این ماده دو اتمی است، ذرات موجود در آن با کمک یک پیوند کووالانسی غیر قطبی به هم متصل می شوند. ظرفیت انرژی آن بسیار بزرگ است - 431 کیلوژول. این موضوع فعالیت شیمیایی کم این ترکیب را در شرایط عادی توضیح می دهد. فرمول الکترونیکیهیدروژن به شرح زیر است: H: H.

ماده بیشتر دارد کل خطخواصی که در میان غیر فلزات دیگر مشابهی ندارند. بیایید نگاهی به برخی از آنها بیندازیم.

حلالیت و هدایت حرارتی

فلزات بهتر از همه گرما را هدایت می کنند، اما هیدروژن از نظر هدایت گرمایی به آنها نزدیک می شود. توضیح این پدیده در سرعت بسیار بالای حرکت حرارتی مولکول های سبک ماده نهفته است، بنابراین، در اتمسفر هیدروژن، یک جسم گرم شده 6 برابر سریعتر از هوا خنک می شود. این ترکیب می تواند بسیار محلول در فلزات باشد، به عنوان مثال، تقریباً 900 حجم هیدروژن می تواند توسط یک حجم پالادیوم جذب شود. فلزات می توانند با H 2 وارد واکنش های شیمیایی شوند که در آن خواص اکسید کننده هیدروژن آشکار می شود. در این حالت، هیدریدها تشکیل می شوند:

2Na + H 2 = 2 NaH.

در این واکنش، اتم‌های عنصر الکترون‌هایی را از ذرات فلز دریافت می‌کنند و به آنیون‌هایی با یک بار منفی تبدیل می‌شوند. ماده ساده H 2 در این مورد یک عامل اکسید کننده است که معمولاً برای آن معمول نیست.

هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده

فلزات و هیدروژن نه تنها با رسانایی حرارتی بالا، بلکه با توانایی اتم های آنها در فرآیندهای شیمیایی برای رها کردن الکترون های خود، یعنی اکسید شدن، متحد می شوند. به عنوان مثال، اکسیدهای بازی با هیدروژن واکنش می دهند. واکنش ردوکس با آزاد شدن فلز خالص و تشکیل مولکول های آب به پایان می رسد:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

برهمکنش یک ماده با اکسیژن هنگام گرم شدن نیز منجر به تولید مولکول های آب می شود. این فرآیند گرمازا است و با انتشار همراه است تعداد زیادیانرژی حرارتی. اگر مخلوط گاز H 2 و O 2 به نسبت 2: 1 واکنش می دهند، سپس به این دلیل نامیده می شود که هنگام مشتعل شدن منفجر می شود:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O.

آب نقش مهمی در تشکیل هیدروسفر زمین، آب و هوا، آب و هوا دارد و دارد. گردش عناصر در طبیعت را تضمین می کند، از تمام فرآیندهای زندگی موجودات - ساکنان سیاره ما پشتیبانی می کند.

تعامل با غیر فلزات

مهمترین خواص شیمیایی هیدروژن واکنش آن با عناصر غیرفلزی است. در شرایط عادی، آنها از نظر شیمیایی به اندازه کافی بی اثر هستند، بنابراین، این ماده فقط می تواند با هالوژن ها، به عنوان مثال، فلوئور یا کلر، که فعال ترین در بین تمام غیر فلزات هستند، واکنش نشان دهد. بنابراین، مخلوطی از فلوئور و هیدروژن در تاریکی یا در سرما، و با کلر - هنگام گرم شدن یا در نور منفجر می شود. محصولات واکنش هالیدهای هیدروژن هستند که محلول های آبی آنها به نام اسیدهای فلوراید و کلرید شناخته می شوند. C در دمای 450-500 درجه، فشار 30-100 مگاپاسکال و در حضور یک کاتالیزور برهمکنش می کند:

N2 + 3H2 ⇔ p، t، kat ⇔ 2NH3.

خواص شیمیایی در نظر گرفته شده هیدروژن برای صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، می توانید یک محصول شیمیایی ارزشمند - آمونیاک را دریافت کنید. ماده اولیه اصلی برای تولید اسید نیتریک و کودهای نیتروژنی: اوره، نیترات آمونیوم.

مواد آلی

بین کربن و هیدروژن منجر به تولید ساده ترین هیدروکربن - متان می شود:

C + 2H 2 = CH 4.

ماده ضروری است قسمتی ازطبیعی و به عنوان سوخت و مواد اولیه با ارزش برای صنعت سنتز آلی استفاده می شود.

در شیمی ترکیبات کربن، این عنصر بخشی از تعداد زیادی از مواد است: آلکان ها، آلکن ها، کربوهیدرات ها، الکل ها و غیره. بسیاری از واکنش های ترکیبات آلی با مولکول های H2 شناخته شده است. آنها در مجموع به عنوان هیدروژناسیون یا هیدروژناسیون نامیده می شوند. بنابراین، آلدئیدها را می توان با هیدروژن به الکل ها، هیدروکربن های غیر اشباع - به آلکان ها کاهش داد. به عنوان مثال، اتیلن به اتان تبدیل می شود:

C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6.

مهم اهمیت عملیدارای خواص شیمیایی هیدروژن مانند هیدروژنه کردن روغن های مایع: آفتابگردان، ذرت، کلزا. منجر به تولید چربی جامد - سالوما می شود که در تولید گلیسیرین، صابون، استئارین و مارگارین جامد استفاده می شود. برای بهبود ظاهرو طعم و مزهیک محصول غذایی، شیر، چربی های حیوانی، شکر، ویتامین ها به آن اضافه می شود.

در مقاله خود به بررسی خواص هیدروژن پرداختیم و به نقش آن در طبیعت و زندگی انسان پی بردیم.

هیدروژن در نیمه دوم قرن 18 توسط دانشمند انگلیسی در زمینه فیزیک و شیمی G. Cavendish کشف شد. او موفق شد یک ماده را در حالت خالص جدا کند، شروع به مطالعه آن کرد و خواص آن را شرح داد.

این داستان کشف هیدروژن است. در جریان آزمایشات محقق مشخص کرد که این گاز قابل احتراق است که احتراق آن در هوا آب می دهد. این منجر به تعیین ترکیب کیفی آب شد.

هیدروژن چیست

شیمیدان فرانسوی A. Lavoisier اولین بار در سال 1784 هیدروژن را به عنوان یک ماده ساده اعلام کرد، زیرا او تشخیص داد که مولکول آن حاوی اتم هایی از همان نوع است.

نام عنصر شیمیایی در لاتین شبیه به هیدروژنیوم (بخوانید "hydrogenium") است که به معنای "زایش آب" است. این نام به واکنش احتراق اشاره دارد که آب تولید می کند.

خصوصیات هیدروژن

N. مندلیف برای اولین بار نام هیدروژن را به این عنصر شیمیایی اختصاص داد شماره سریال، قرار دادن آن در زیرگروه اصلی گروه اول و دوره اول و به صورت مشروط در زیرگروه اصلی گروه هفتم.

وزن اتمی (جرم اتمی) هیدروژن 1.00797 است. وزن مولکولی H 2 2 amu است. ه- جرم مولی عددی برابر با آن است.

این ایزوتوپ با سه ایزوتوپ با یک نام خاص نشان داده می شود: رایج ترین پروتیوم (H)، دوتریوم سنگین (D)، تریتیوم رادیواکتیو (T).

این اولین عنصری است که می تواند به طور کامل به ایزوتوپ ها تفکیک شود. به روشی ساده... این بر اساس تفاوت زیاد در جرم ایزوتوپ ها است. این فرآیند برای اولین بار در سال 1933 انجام شد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که فقط در سال 1932 ایزوتوپی با جرم 2 شناسایی شد.

مشخصات فیزیکی

در شرایط عادی، یک ماده ساده هیدروژن به شکل مولکول های دو اتمی گاز، بی رنگ، بی مزه و بی بو است. اجازه دهید کمی در آب و حلال های دیگر حل شود.

دمای تبلور 259.2 درجه سانتیگراد، نقطه جوش 252.8 درجه سانتیگراد است.قطر مولکول های هیدروژن به قدری کوچک است که این قابلیت را دارند که به آرامی در تعدادی از مواد (لاستیک، شیشه، فلزات) پخش شوند. این ویژگی زمانی استفاده می شود که نیاز به تصفیه هیدروژن از ناخالصی های گازی باشد. زیر n در هیدروژن دارای چگالی برابر با 0.09 کیلوگرم بر متر مکعب است.

آیا می توان هیدروژن را با قیاس با عناصر موجود در گروه اول به فلز تبدیل کرد؟ دانشمندان دریافته‌اند که هیدروژن در شرایطی که فشار به ۲ میلیون اتمسفر نزدیک می‌شود، شروع به جذب پرتوهای فروسرخ می‌کند که نشان‌دهنده قطبی شدن مولکول‌های ماده است. شاید حتی بیشتر فشارهای بالا، هیدروژن تبدیل به فلز می شود.

جالبه:این فرض وجود دارد که در سیارات غول پیکر، مشتری و زحل، هیدروژن به شکل فلز است. فرض بر این است که هیدروژن جامد فلزی نیز در ترکیب هسته زمین وجود دارد که دلیل آن فشار فوق العاده بالایی است که توسط گوشته زمین ایجاد می شود.

خواص شیمیایی

هر دو ماده ساده و پیچیده وارد برهمکنش شیمیایی با هیدروژن می شوند. اما فعالیت کم هیدروژن باید با ایجاد شرایط مناسب - با افزایش دما، استفاده از کاتالیزورها و غیره - افزایش یابد.

هنگامی که گرم می شود، مواد ساده ای مانند اکسیژن (O 2)، کلر (Cl 2)، نیتروژن (N 2)، گوگرد (S) با هیدروژن واکنش می دهند.

اگر هیدروژن خالص را در انتهای لوله خروجی گاز در هوا مشتعل کنید، به طور یکنواخت می سوزد، اما به سختی قابل توجه است. اگر لوله خروجی گاز در فضایی از اکسیژن خالص قرار گیرد، در نتیجه واکنش، احتراق با تشکیل قطرات آب بر روی دیواره‌های ظرف ادامه می‌یابد:

احتراق آب با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است. این یک واکنش ترکیبی گرمازا است که در آن هیدروژن توسط اکسیژن اکسید می شود و اکسید H 2 O را تشکیل می دهد. همچنین یک واکنش ردوکس است که در آن هیدروژن اکسید شده و اکسیژن کاهش می یابد.

واکنش با Cl 2 به روشی مشابه با تشکیل کلرید هیدروژن ادامه می یابد.

برهمکنش نیتروژن با هیدروژن نیاز به دمای بالا و فشار خون بالاو همچنین وجود یک کاتالیزور. نتیجه آمونیاک است.

در نتیجه واکنش با گوگرد، سولفید هیدروژن تشکیل می شود که تشخیص آن با بوی مشخصه تخم مرغ های فاسد تسهیل می شود.

حالت اکسیداسیون هیدروژن در این واکنش ها 1+ و در هیدریدهایی که در زیر توضیح داده شده است 1 است.

هنگام واکنش با برخی از فلزات، هیدریدها تشکیل می شوند، به عنوان مثال، هیدرید سدیم - NaH. برخی از این ترکیبات پیچیده به عنوان سوخت موشک و همچنین در انرژی حرارتی استفاده می شود.

هیدروژن با مواد پیچیده نیز واکنش می دهد. به عنوان مثال، با اکسید مس (II)، فرمول CuO. برای انجام واکنش، هیدروژن مس از روی اکسید مس (II) پودر شده عبور داده می شود. در حین فعل و انفعال، معرف رنگ خود را تغییر می دهد و قرمز مایل به قهوه ای می شود و قطرات آب روی دیواره های سرد لوله آزمایش می نشیند.

در طی واکنش، هیدروژن اکسید می شود و آب تشکیل می شود و مس از اکسید به یک ماده ساده (مس) تبدیل می شود.

مناطق استفاده

هیدروژن برای انسان از اهمیت بالایی برخوردار است و در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد:

1. در صنایع شیمیایی اینها مواد اولیه هستند، در صنایع دیگر سوخت است. شرکت های پتروشیمی و پالایش نفت نمی توانند بدون هیدروژن کار کنند.
2. در صنعت برق، این ماده ساده به عنوان یک عامل خنک کننده عمل می کند.
3. در متالورژی آهنی و غیر آهنی، هیدروژن نقش یک عامل کاهنده را به خود اختصاص می دهد.
4. با این کار یک محیط بی اثر در هنگام بسته بندی محصولات ایجاد می شود.
5. صنعت داروسازی - از هیدروژن به عنوان یک معرف در تولید پراکسید هیدروژن استفاده می کند.
6. کاوشگرهای هواشناسی با این گاز سبک پر شده اند.
7. این عنصر به عنوان کاهنده سوخت موتورهای موشک نیز شناخته می شود.

دانشمندان به اتفاق آرا نخل در بخش انرژی را برای سوخت هیدروژن پیشگویی می کنند.

ورود به صنعت

در صنعت، هیدروژن از طریق الکترولیز به دست می آید که در معرض کلریدها یا هیدروکسیدهای فلزات قلیایی حل شده در آب قرار می گیرد. همچنین می توان هیدروژن را از این طریق مستقیماً از آب بدست آورد.

برای این منظور از تبدیل کک یا متان با بخار استفاده می شود. تجزیه متان در دماهای بالا نیز هیدروژن تولید می کند. مایع سازی گاز کوره کک به روش کسری نیز برای تولید صنعتیهیدروژن

ورود به آزمایشگاه

در آزمایشگاه از دستگاه کیپ برای تولید هیدروژن استفاده می شود.

اسید هیدروکلریک یا سولفوریک و روی به عنوان معرف عمل می کنند. این واکنش هیدروژن تولید می کند.

یافتن هیدروژن در طبیعت

هیدروژن رایج ترین عنصر در کیهان است. بخش اعظم ستارگان از جمله خورشید و دیگر اجرام کیهانی هیدروژن است.

در پوسته زمین، تنها 0.15٪ است. در بسیاری از مواد معدنی، در تمام مواد آلی و همچنین در آب وجود دارد که 3/4 سطح سیاره ما را می پوشاند.

V لایه های بالاییاتمسفر شما می توانید ردی از هیدروژن را در آن پیدا کنید شکل خالص... همچنین در تعدادی از گازهای طبیعی قابل احتراق یافت می شود.

هیدروژن گازی نشتی ترین و هیدروژن مایع متراکم ترین ماده در سیاره ما است. با کمک هیدروژن می توانید در صورت استنشاق صدا و شروع به صحبت کردن در هنگام بازدم، صدا را تغییر دهید.

قوی ترین بمب هیدروژنی بر اساس شکافت سبک ترین اتم است.

هیدروژن یک گاز است، او است که در رتبه اول جدول تناوبی قرار دارد. نام این عنصر، که در طبیعت گسترده است، از لاتین به عنوان "تولید آب" ترجمه شده است. بنابراین خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروژن که می دانیم چیست؟

هیدروژن: اطلاعات عمومی

در شرایط عادی، هیدروژن بی مزه، بی بو و بی رنگ است.

برنج. 1. فرمول هیدروژن.

از آنجایی که یک اتم دارای یک سطح الکترونیکی انرژی است که حداکثر دو الکترون در آن قرار دارند، برای یک حالت پایدار یک اتم می‌تواند یک الکترون را بپذیرد (حالت اکسیداسیون -1) و یک الکترون (حالت اکسیداسیون +1) اهدا کند. ظرفیت ثابت I به همین دلیل است که نماد عنصر هیدروژن نه تنها در گروه IA (زیرگروه اصلی گروه I) همراه با فلزات قلیایی، بلکه در گروه VIIA (زیرگروه اصلی گروه VII) با هم قرار می گیرد. با هالوژن ها اتم های هالوژن نیز فاقد یک الکترون برای پر کردن سطح بیرونی هستند و مانند هیدروژن، غیرفلز هستند. هیدروژن یک حالت اکسیداسیون مثبت در ترکیبات نشان می دهد، جایی که با عناصر غیر فلزی الکترونگاتیو بیشتری همراه است، و یک حالت اکسیداسیون منفی در ترکیبات با فلزات.

برنج. 2. مکان هیدروژن در جدول تناوبی.

هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است که هر یک نام خاص خود را دارند: پروتیوم، دوتریوم، تریتیوم. تعداد دومی ها روی زمین ناچیز است.

خواص شیمیایی هیدروژن

در یک ماده ساده H 2، پیوند بین اتم ها قوی است (انرژی اتصال 436 کیلوژول در مول)، بنابراین فعالیت هیدروژن مولکولی کم است. در شرایط عادی، فقط با فلزات بسیار فعال برهمکنش می‌کند و تنها غیرفلزی که هیدروژن با آن واکنش می‌دهد فلوئور است:

F 2 + H 2 = 2HF (هیدروژن فلوراید)

هیدروژن با سایر مواد ساده (فلزات و غیرفلزات) و پیچیده (اکسیدها، ترکیبات آلی تعریف نشده) یا بر اثر تابش و افزایش دما یا در حضور کاتالیزور واکنش می دهد.

هیدروژن با آزاد شدن مقدار قابل توجهی گرما در اکسیژن می سوزد:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

مخلوطی از هیدروژن با اکسیژن (2 حجم هیدروژن و 1 حجم اکسیژن) هنگام مشتعل شدن به شدت منفجر می شود و به همین دلیل گاز انفجاری نامیده می شود. هنگام کار با هیدروژن، قوانین ایمنی باید رعایت شود.

برنج. 3. گاز اکسیژن.

در حضور کاتالیزورها، گاز می تواند با نیتروژن واکنش دهد:

3H 2 + N 2 = 2NH 3

- با توجه به این واکنش در دما و فشار بالا، آمونیاک در صنعت به دست می آید.

در شرایط دمای بالا، هیدروژن قادر به واکنش با گوگرد، سلنیوم، تلوریم است. و هنگام تعامل با فلزات قلیایی و قلیایی خاکی، هیدریدها تشکیل می شوند:

- در این حالت هیدروژن نقش یک عامل اکسید کننده را ایفا می کند.

هیدروژن با افزایش دما دارای ویژگی کاهش اکسیدهای بسیاری از فلزات و در نتیجه تشکیل آب است. برای مثال:

CuO + H 2 = H 2 O + Cu

- v این فرآیندهیدروژن یک عامل کاهنده است 4.3. مجموع امتیازهای دریافتی: 70.

اکسیژن فراوان ترین عنصر روی زمین است. همراه با نیتروژن و مقدار کمی از گازهای دیگر، اکسیژن آزاد جو زمین را تشکیل می دهد. محتوای آن در هوا 20.95 درصد حجمی یا 23.15 درصد وزنی است. در پوسته زمین، 58 درصد اتم ها اتم های اکسیژن متصل هستند (47 درصد جرمی). اکسیژن بخشی از آب است (ذخایر اکسیژن محدود در هیدروسفر بسیار زیاد است)، سنگ ها، بسیاری از مواد معدنی و نمک ها، در چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات هایی وجود دارد که موجودات زنده را تشکیل می دهند. تقریباً تمام اکسیژن آزاد زمین در نتیجه فرآیند فتوسنتز به وجود آمده و حفظ می شود.

مشخصات فیزیکی.

اکسیژن گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که کمی سنگین تر از هوا است. ما کمی در آب محلول هستیم (31 میلی لیتر اکسیژن در 1 لیتر آب در دمای 20 درجه حل می شود) اما همچنان بهتر از سایر گازهای موجود در جو است، بنابراین آب با اکسیژن غنی می شود. چگالی اکسیژن در شرایط عادی 1.429 گرم در لیتر است. در دمای 0-183 درجه سانتیگراد و فشار 101.325 کیلو پاسکال، اکسیژن به حالت مایع تبدیل می شود. اکسیژن مایع دارای رنگ مایل به آبی است، به میدان مغناطیسی کشیده می شود و در دمای 218.7- درجه سانتیگراد، بلورهای آبی را تشکیل می دهد.

اکسیژن طبیعی دارای سه ایزوتوپ O 16، O 17، O 18 است.

آلوتروپی- توانایی یک عنصر شیمیایی برای وجود دو یا چند ماده ساده که فقط در تعداد اتم های یک مولکول یا ساختار متفاوت است.

ازن O 3 - در اتمسفر فوقانی در ارتفاع 20-25 کیلومتری از سطح زمین وجود دارد و به اصطلاح "لایه ازن" را تشکیل می دهد که از زمین در برابر مخرب محافظت می کند. اشعه ماوراء بنفشخورشید؛ بنفش کم رنگ، سمی در مقادیر زیادگاز با بوی خاص، تند، اما مطبوع. نقطه ذوب -192.7 0 C، نقطه جوش -111.9 0 C. در آب بهتر از اکسیژن حل می شود.

ازن یک عامل اکسید کننده قوی است. فعالیت اکسیداتیو آن بر اساس توانایی مولکول برای تجزیه با آزاد شدن اکسیژن اتمی است:

بسیاری از مواد ساده و پیچیده را اکسید می کند. با برخی از فلزات، به عنوان مثال ازونید پتاسیم، ازونیدها را تشکیل می دهد:

K + O 3 = KO 3

ازن در دستگاه های خاص - ازن سازها به دست می آید. در آنها، تحت عمل یک تخلیه الکتریکی، اکسیژن مولکولی به ازن تبدیل می شود:

واکنش مشابهی تحت تأثیر تخلیه رعد و برق رخ می دهد.

استفاده از ازن به دلیل خاصیت اکسید کننده قوی آن است: برای سفید کردن پارچه ها، ضد عفونی کردن استفاده می شود. آب آشامیدنی، در پزشکی به عنوان یک ضد عفونی کننده.

استنشاق مقادیر زیاد ازن مضر است: غشاهای مخاطی چشم و اندام های تنفسی را تحریک می کند.

خواص شیمیایی.

در واکنش‌های شیمیایی با اتم‌های عناصر دیگر (به جز فلوئور)، اکسیژن منحصراً خاصیت اکسیدکننده از خود نشان می‌دهد.

مهم ترین خاصیت شیمیایی- توانایی تشکیل اکسید تقریباً با تمام عناصر. در عین حال، اکسیژن به طور مستقیم با اکثر مواد واکنش می دهد، به ویژه هنگامی که گرم می شود.

در نتیجه این واکنش ها، به عنوان یک قاعده، اکسیدها تشکیل می شوند، کمتر - پراکسیدها:

2Са + О 2 = 2СаО

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O 2 = Na 2 O 2

اکسیژن به طور مستقیم با هالوژن ها، طلا، پلاتین تعامل ندارد، اکسیدهای آنها به طور غیر مستقیم به دست می آید. هنگام گرم شدن، گوگرد، کربن، فسفر در اکسیژن می سوزند.

برهمکنش اکسیژن با نیتروژن فقط در دمای 1200 درجه سانتیگراد یا در یک تخلیه الکتریکی آغاز می شود:

N 2 + O 2 = 2NO

با هیدروژن، اکسیژن آب را تشکیل می دهد:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

در طی این واکنش مقدار قابل توجهی گرما آزاد می شود.

مخلوطی از دو حجم هیدروژن با یک اکسیژن هنگام مشتعل شدن منفجر می شود. به آن گاز منفجر کننده می گویند.

بسیاری از فلزات در تماس با اکسیژن اتمسفر، در معرض تخریب - خوردگی قرار می گیرند. برخی از فلزات در شرایط عادی فقط از سطح اکسید می شوند (به عنوان مثال، آلومینیوم، کروم). فیلم اکسید حاصل از تعامل بیشتر جلوگیری می کند.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

مواد پیچیده با شرایط خاصهمچنین با اکسیژن تعامل دارد. در این حالت اکسیدها و در برخی موارد اکسیدها و مواد ساده تشکیل می شوند.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

4NН 3 + ЗО 2 = 2N 2 + 6Н 2 О

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

هنگام تعامل با مواد پیچیده، اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند. فعالیت اکسیداتیو اکسیژن بر اساس ویژگی مهم آن - توانایی حفظ است احتراقمواد

با هیدروژن، اکسیژن همچنین یک ترکیب - پراکسید هیدروژن Н 2 О 2 - یک مایع شفاف بی رنگ با طعم قابض سوزان، به راحتی در آب حل می شود. از نظر شیمیایی، پراکسید هیدروژن یک ترکیب بسیار جالب است. پایداری کم آن مشخص است: هنگام ایستادن، به آرامی به آب و اکسیژن تجزیه می شود:

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

نور، حرارت، وجود قلیاها، تماس با عوامل اکسید کننده یا عوامل کاهنده فرآیند تجزیه را تسریع می کند. حالت اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید هیدروژن = - 1، یعنی. دارای یک مقدار متوسط ​​بین حالت اکسیداسیون اکسیژن در آب (2-) و در اکسیژن مولکولی (0) است؛ بنابراین، پراکسید هیدروژن دوگانگی ردوکس را نشان می دهد. خواص اکسید کننده پراکسید هیدروژن بسیار بارزتر از احیا کننده است و در محیط های اسیدی، قلیایی و خنثی آشکار می شود.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O

تعریف

هیدروژن- اولین عنصر جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف نماد - N.

جرم اتمی - 1 آمو مولکول هیدروژن دو اتمی است - Н 2.

پیکربندی الکترونیکی اتم هیدروژن 1s 1 است. هیدروژن متعلق به خانواده s-element است. در ترکیبات خود حالت های اکسیداسیون -1، 0، +1 را نشان می دهد. هیدروژن طبیعی از دو ایزوتوپ پایدار - پروتیوم 1 H (99.98٪) و دوتریوم 2 H (D) (0.015٪) - و ایزوتوپ رادیواکتیو تریتیوم 3 H (T) (مقادیر کمی، نیمه عمر - 12.5 سال) تشکیل شده است. ..

خواص شیمیایی هیدروژن

در شرایط عادی، هیدروژن مولکولی واکنش پذیری نسبتاً کمی از خود نشان می دهد که با استحکام بالای پیوندها در مولکول توضیح داده می شود. هنگامی که گرم می شود، تقریباً با تمام مواد ساده تشکیل شده توسط عناصر زیر گروه های اصلی (به جز گازهای نجیب، B، Si، P، Al) برهم کنش می کند. در واکنش های شیمیایی، می تواند هم به عنوان یک عامل کاهنده (بیشتر) و هم به عنوان یک عامل اکسید کننده (کمتر) عمل کند.

نمایشگاه های هیدروژن خواص عامل کاهنده(Н 2 0 -2е → 2Н +) در واکنش های زیر:

1. واکنش های متقابل با مواد ساده - غیر فلزات. هیدروژن واکنش نشان می دهد با هالوژنعلاوه بر این، واکنش متقابل با فلوئور در شرایط عادی، در تاریکی، با انفجار، با کلر - تحت نور (یا تابش UV) توسط یک مکانیسم زنجیره ای، با برم و ید فقط در هنگام گرم شدن. اکسیژن(مخلوطی از اکسیژن و هیدروژن با نسبت حجمی 2: 1 "گاز اکسیژن هیدروژن" نامیده می شود). خاکستری, نیتروژنو کربن:

H 2 + Hal 2 = 2HHal;

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S = H 2 S (t = 150 - 300C)؛

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C، p، kat = Fe، Pt)؛

2H 2 + C ↔ CH 4 (t، p، kat).

2. واکنش های متقابل با مواد پیچیده. هیدروژن واکنش نشان می دهد با اکسیدهای فلزات کم فعالیتو فقط فلزات موجود در ردیف فعالیت سمت راست روی را می‌تواند کاهش دهد:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O (t);

WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O (t).

هیدروژن واکنش نشان می دهد با اکسیدهای غیر فلزات:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C، p = 250 - 300 atm.، Kat = ZnO، Cr 2 O 3).

هیدروژن با ترکیبات آلی از کلاس سیکلوآلکان ها، آلکن ها، آرن ها، آلدئیدها و کتون ها و غیره وارد واکنش های هیدروژنه می شود. همه این واکنش ها تحت حرارت، تحت فشار، پلاتین یا نیکل به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند:

CH 2 = CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;

C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 —CH 2 —OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH (OH) -CH 3.

هیدروژن به عنوان یک عامل اکسید کننده(Н 2 + 2е → 2Н -) در واکنش های متقابل با فلزات قلیایی و قلیایی خاکی عمل می کند. در این حالت، هیدریدها تشکیل می شوند - ترکیبات یونی کریستالی که در آنها هیدروژن حالت اکسیداسیون -1 را نشان می دهد.

2Na + H 2 ↔ 2NaH (t، p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t، p).

خواص فیزیکی هیدروژن

هیدروژن گازی سبک، بی رنگ، بی بو و چگالی در شرایط عادی است. - 0.09 گرم در لیتر، 14.5 برابر سبک تر از هوا، عدل t = -252.8C، t pl = - 259.2C. هیدروژن در آب و حلال های آلی کم محلول است و در برخی فلزات به خوبی حل می شود: نیکل، پالادیوم، پلاتین.

بر اساس کیهان شیمی مدرن، هیدروژن فراوان ترین عنصر در کیهان است. شکل اصلی وجود هیدروژن در فضای بیرونی اتم های منفرد هستند. از نظر فراوانی روی زمین، هیدروژن در بین همه عناصر رتبه نهم را دارد. مقدار اصلی هیدروژن روی زمین در حالت محدود است - در ترکیب آب، نفت، گاز طبیعی، زغال سنگو غیره. به شکل یک ماده ساده، هیدروژن نادر است - در ترکیب گازهای آتشفشانی.

تولید هیدروژن

روش های آزمایشگاهی و صنعتی برای تولید هیدروژن وجود دارد. روش های آزمایشگاهی شامل برهمکنش فلزات با اسیدها (1) و همچنین برهمکنش آلومینیوم با محلول های آبی قلیایی ها (2) می باشد. در میان روش های صنعتیبرای تولید هیدروژن، الکترولیز محلول های آبی قلیایی ها و نمک ها (3) و تبدیل متان (4) نقش مهمی دارند:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3 H 2 (2);

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2 NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	هنگامی که 23.8 گرم قلع فلزی با اسید هیدروکلریک اضافی واکنش داد، هیدروژن به مقدار کافی برای بدست آوردن 12.8 گرم مس فلزی آزاد شد.وضعیت اکسیداسیون قلع را در ترکیب حاصل تعیین کنید.
راه حل	مستقر ساختار الکترونیکیاتم قلع (… 5s 2 5p 2)، می توان نتیجه گرفت که قلع با دو حالت اکسیداسیون مشخص می شود - 2+، +4. بر این اساس، معادلات واکنش های ممکن را می سازیم: Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3). بیایید مقدار ماده مس را پیدا کنیم: v (Cu) = m (Cu) / M (Cu) = 12.8 / 64 = 0.2 مول. طبق رابطه 3 مقدار ماده هیدروژن: v (H 2) = v (Cu) = 0.2 مول. با دانستن جرم قلع، مقدار ماده آن را می یابیم: v (Sn) = m (Sn) / M (Sn) = 23.8 / 119 = 0.2 مول. اجازه دهید مقادیر ماده قلع و هیدروژن را با توجه به معادلات 1 و 2 و با توجه به شرایط مسئله مقایسه کنیم: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1: 1 (معادله 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1: 2 (معادله 2); v (Sn): v (H 2) = 0.2: 0.2 = 1: 1 (شرایط مشکل). بنابراین قلع طبق رابطه 1 با اسید کلریدریک واکنش می دهد و حالت اکسیداسیون قلع +2 است.
پاسخ	حالت اکسیداسیون قلع +2 است.

مثال 2

ورزش	گاز آزاد شده توسط 2.0 گرم روی در 18.7 میلی لیتر اسید کلریدریک 14.6٪ (چگالی محلول 1.07 گرم در میلی لیتر) با حرارت دادن بیش از 4.0 گرم اکسید مس (II) عبور داده شد. جرم مخلوط جامد حاصل چقدر است؟
راه حل	وقتی روی اثر می کند اسید هیدروکلریکهیدروژن آزاد می شود: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1)، که با حرارت دادن، اکسید مس (II) را به مس تبدیل می کند (2): CuO + H 2 = Cu + H 2 O. بیایید مقدار مواد را در اولین واکنش پیدا کنیم: m (محلول HCl) = 18.7. 1.07 = 20.0 گرم؛ m (HCl) = 20.0. 0.146 = 2.92 گرم; v (HCl) = 2.92 / 36.5 = 0.08 مول؛ v (Zn) = 2.0 / 65 = 0.031 مول. روی کمبود دارد، بنابراین مقدار هیدروژن آزاد شده برابر است با: v (H 2) = v (Zn) = 0.031 مول. در واکنش دوم، هیدروژن کمبود دارد، زیرا: v (CuO) = 4.0 / 80 = 0.05 مول. در نتیجه واکنش، 0.031 مول CuO به 0.031 مول مس تبدیل می شود و کاهش وزن به صورت زیر خواهد بود: m (CuO) - m (Cu) = 0.031 × 80 - 0.031 × 64 = 0.50 گرم. جرم مخلوط جامد CuO با مس پس از عبور هیدروژن خواهد بود: 4.0-0.5 = 3.5 گرم.
پاسخ	جرم مخلوط جامد CuO و Cu 3.5 گرم است.