Головна Хронічний Не реагує з воднем за нормальних температур. Водень. Будова та властивості водню. Водневі сполуки металів та неметалів. Взаємодія з лужними та лужноземельними металами

Не реагує з воднем за нормальних температур. Водень. Будова та властивості водню. Водневі сполуки металів та неметалів. Взаємодія з лужними та лужноземельними металами

Хімічні властивості водню

За звичайних умов молекулярний Водень порівняно мало активний, безпосередньо з'єднуючись лише з найактивнішими з неметалів (з фтором, але в світла і з хлором). Однак при нагріванні він вступає в реакції з багатьма елементами.

Водень вступає в реакції з простими та складними речовинами:

- Взаємодія водню з металами призводить до утворення складних речовин - гідридів, у хімічних формулах яких атом металу завжди стоїть на першому місці:

За високої температури Водень безпосередньо реагує з деякими металами(лужними, лужноземельними та іншими), утворюючи білі кристалічні речовини - гідриди металів (Li Н, Na Н, КН, СаН 2 та ін.):

Н 2 + 2Li = 2LiH

Гідриди металів легко розкладаються водою з утворенням відповідного лугу та водню:

Са H 2 + 2Н 2 О = Са(ОН) 2 + 2Н 2

- при взаємодії водню з неметалами утворюються леткі водневі сполуки. У хімічній формулі летючого водневого з'єднання атом водню може стояти як на першому так і на другому місці, залежно від місцезнаходження в ПСХЕ (див. табличку в слайді):

1). З киснемВодень утворює воду:

Відео "Горіння водню"

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О + Q

При нормальних температурах реакція протікає вкрай повільно, вище 550 ° С - з вибухом (суміш 2 обсягів Н 2 і 1 обсягу 2 називається гримучим газом) .

Відео "Вибух гримучого газу"

Відео "Приготування та вибух гримучої суміші"

2). З галогенамиВодень утворює галогеноводи, наприклад:

Н 2 + Cl 2 = 2НСl

При цьому з фтором Водень вибухає (навіть у темряві при -252°С), з хлором і бромом реагує лише при освітленні або нагріванні, а з йодом тільки при нагріванні.

3). З азотомВодень взаємодіє з утворенням аміаку:

ДТ 2 + N 2 = 2NН 3

лише на каталізаторі і при підвищених температурах і тисках.

4). При нагріванні Водень енергійно реагує із сіркою:

Н 2 + S = H 2 S (сірководень),

значно важче з селеном та телуром.

5). З чистим вуглецемВодень може реагувати без каталізатора тільки при високих температурах:

2Н 2 + С (аморфний) = СН 4 (метан)

- Водень входить у реакцію заміщення з оксидами металів При цьому утворюються в продуктах вода і відновлюється метал. Водень - виявляє властивості відновника:

Водень використовується для відновлення багатьох металів, оскільки забирає кисень у їх оксидів:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4Н 2 О, і т.д.

Застосування водню

Відео "Застосування водню"

Нині водень отримують у величезних кількостях. Дуже більшу частину його використовують при синтезі аміаку, гідрогенізації жирів та при гідруванні вугілля, олій та вуглеводнів. Крім того, водень застосовують для синтезу соляної кислоти, метилового спирту, синильної кислоти, при зварюванні та куванні металів, а також при виготовленні ламп розжарювання та дорогоцінного каміння. У продаж водень надходить у балонах під тиском понад 150 атм. Вони пофарбовані в темно-зелений колір і мають червоний напис "Водень".

Водень використовується для перетворення рідких жирів у тверді (гідрогенізація), виробництва рідкого палива гідрогенізацією вугілля та мазуту. У металургії водень використовують як відновник оксидів або хлоридів для одержання металів та неметалів (германію, кремнію, галію, цирконію, гафнію, молібдену, вольфраму та ін.).

Практичне застосування водню різноманітне: їм зазвичай заповнюють кулі-зонди, в хімічній промисловості він служить сировиною для отримання багатьох важливих продуктів (аміаку та ін), в харчовій - для вироблення з рослинних олійтвердих жирів і т. д. Висока температура (до 2600 ° С), що виходить при горінні водню в кисні, використовується для плавлення тугоплавких металів, кварцу і т. п. Рідкий водень є одним з найефективніших реактивних палив. Щорічне світове споживання водню перевищує 1 млн т.

ТРЕНАЖИРИ

№2. Водень

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ

Завдання №1
Складіть рівняння реакцій взаємодії водню з такими речовинами: F 2 , Ca, Al 2 O 3 , оксид ртуті (II), оксид вольфраму (VI). Назвіть продукти реакції, вкажіть типи реакцій.

Завдання №2
Здійсніть перетворення за схемою:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Завдання №3.
Обчисліть масу води, яку можна одержати при спалюванні 8 г водню?

Історія відкриття водню

Якщо є найпоширенішим хімічним елементом Землі, то водень – найпоширеніший елемент у всьому Всесвіту. Наше (та інші зірки) приблизно половину складається з водню, а щодо міжзоряного газу, він на 90% складається з атомів водню. Чимале місце цей хімічний елемент займає і на Землі, адже разом із киснем він входить до складу води, а сама його назва «водень» походить від двох давньогрецьких слів: «вода» та «рожаю». Крім води водень присутній у більшості органічних речовин і клітин, без нього, як і без кисню, було б немислиме саме Життя.

Історія відкриття водню

Першим серед учених водень помітив ще великий алхімік та лікар середньовіччя Теофраст Парацельс. У своїх алхімічних дослідах, сподіваючись знайти «філософський камінь» змішуючи з кислотами Парацельс отримав якийсь невідомий до того горючий газ. Щоправда, відокремити цей газ від повітря так і не вдалося.

Лише через півтора століття після Парацельса французькому хіміку Лемері таки вдалося відокремити водень від повітря та довести його горючість. Щоправда, Лемері так і не зрозумів, що отриманий ним газ є чистим воднем. Паралельно подібними хімічними дослідами займався і російський вчений Ломоносов, але справжній прорив у дослідженні водню було зроблено англійським хіміком Генрі Кавендішем, якого по праву вважають першовідкривачем водню.

В 1766 Кавендішу вдалося отримати чистий водень, який він називав «горючим повітрям». Ще через 20 років талановитий французький хімік Антуан Лавуазьє зміг синтезувати воду і виділити з неї це «горюче повітря» – водень. І саме Лавуазьє запропонував водню його назву – «Hydrogenium», він же «водень».

Антуан Лавуазьє зі своєю дружиною, що допомагала йому проводити хімічні досліди, у тому числі і по синтезу водню.

В основі розташування хімічних елементівв періодичній системі Менделєєва лежить їхня атомна вага, розрахована щодо атомної ваги водню. Тобто іншими словами водень та його атомна вага є наріжним каменем таблиці Менделєєва, тією точкою опори, основі якої великий хімік створив свою систему. Тому не дивно, що у таблиці Менделєєва водень займає почесне місце.

Крім цього водень має такі характеристики:

Атомна маса водню становить 1,00795.
У водню в наявності три ізотопи, кожен з яких має індивідуальні властивості.
Водень – легкий елемент, що має малу щільність.
Водень має відновлювальні та окислювальні властивості.
Вступаючи з металами, водень приймає їх електрон і стає окислювачем. Подібні сполуки називаються гідратами.

Водень це газ, його молекула складається з двох атомів.

Так схематично виглядає молекула водню.

Молекулярний водень, утворений з таких двохатомних молекул вибухає при піднесеній сірнику, що горить. Молекула водню під час вибуху розпадається на атоми, які перетворюються на ядра гелію. Саме таким чином відбуваються на Сонці та інших зірках – за рахунок постійного розпаду молекул водню наше світило горить та обігріває нас своїм теплом.

Фізичні властивості водню

У водню наявні такі фізичні властивості:

Температура кипіння водню становить 252,76 ° С;
А при температурі 259,14 ° C він починає плавитися.
У воді водень розчиняється слабо.
Чистий водень – дуже небезпечна вибухова та палива речовина.
Водень легший за повітря в 14,5 разів.

Хімічні властивості водню

Оскільки водень може бути в різних ситуаціях і окислювачем та відновником його використовують для здійснення реакцій та синтезів.

Окисні властивості водню взаємодіють з активними (зазвичай лужними та лужноземельними) металами, результатом цих взаємодій є утворення гідридів – солеподібних сполук. Втім, гідриди утворюються при реакціях водню з малоактивними металами.

Відновлювальні властивості водню мають здатність відновлювати метали до простих речовин з їх оксидів, у промисловості це називається водневою термією.

Як отримати водень?

Серед промислових засобів одержання водню можна виділити:

газифікацію вугілля,
парову конверсію метану,
електроліз.

У лабораторії водень можна отримати:

при гідролізі гідридів металів,
при реакції з водою лужних та лужноземельних металів,
при взаємодії розбавлених кислот із активними металами.

Застосування водню

Оскільки водень у 14 разів легший за повітря, то в минулі часи їм начиняли повітряні кулі та дирижаблі. Але після серії катастроф, що сталися з дирижаблями, конструкторам довелося шукати водню заміну (нагадаємо, чистий водень – вибухонебезпечна речовина, і найменшої іскри було достатньо, щоб стався вибух).

Вибух дирижабля Гінденбург у 1937 році, причиною вибуху якраз і стало займання водню (внаслідок короткого замикання), на якому літав цей величезний дирижабль.

Тому для подібних літальних апаратів замість водню стали використовувати гелій, який також легший за повітря, отримання гелію більш трудомістке, зате він не такий вибухонебезпечний як водень.

Також за допомогою водню проводиться очищення різних видів палива, особливо на основі нафти та нафтопродуктів.

Водень, відео

І на завершення освітнє відео на тему нашої статті.

Розглянемо, що є водень. Хімічні властивості та отримання цього неметалу вивчають у курсі неорганічної хімії у школі. Саме цей елемент очолює періодичну систему Менделєєва, а тому заслуговує на детальний опис.

Коротка інформація про відкриття елемента

Перш ніж розглядати фізичні та хімічні властивості водню, з'ясуємо, як було знайдено цей важливий елемент.

Хіміки, які працювали у шістнадцятому та сімнадцятому століттях, неодноразово згадували у своїх працях про пальний газ, який виділяється при впливі на кислоти активними металами. У другій половині вісімнадцятого століття Г. Кавендішу вдалося зібрати та проаналізувати цей газ, давши йому назву «горючий газ».

Фізичні та хімічні властивості водню на той час не були вивчені. Тільки наприкінці 18 століття А. Лавуазьє вдалося шляхом аналізу встановити, що одержати цей газ можна шляхом аналізу води. Трохи пізніше він став називати новий елемент hydrogene, що в перекладі означає «що породжує воду». Своєю сучасною російською назвою водень завдячує М. Ф. Соловйову.

Знаходження у природі

Хімічні властивості водню можна аналізувати лише з його поширеності у природі. Даний елемент присутній у гідро- та літосфері, а також входить до складу корисних копалин: природного та попутного газу, торфу, нафти, вугілля, горючих сланців. Важко собі уявити дорослу людину, яка б не знала про те, що водень є складовою води.

Крім того, цей неметал знаходиться в організмах тварин у вигляді нуклеїнових кислот, білків, вуглеводів, жирів. На нашій планеті цей елемент зустрічається у вільному вигляді досить рідко, мабуть, лише у природному та вулканічному газі.

У вигляді плазми водень становить приблизно половину маси зірок та Сонця, крім того, входить до складу міжзоряного газу. Наприклад, у вільному вигляді, а також у формі метану, аміаку цей неметал є у складі комет і навіть деяких планет.

Фізичні властивості

Перш ніж розглядати хімічні властивості водню, зазначимо, що за нормальних умов він є газоподібною речовиною легшою за повітря, що має кілька ізотопних форм. Він майже нерозчинний у воді, має високу теплопровідність. Протий, що має масове число 1, вважається найлегшою його формою. Тритій, який має радіоактивні властивості, утворюється в природі з атмосферного азоту при впливі на нього нейронів УФ-променів.

Особливості будови молекули

Щоб розглянути хімічні властивості водню, реакції, характерні йому, зупинимося і особливостях його будови. У цій двоатомній молекулі ковалентний неполярний хімічний зв'язок. Утворення атомарного водню можливе за умови взаємодії активних металів на розчини кислот. Але в такому вигляді цей неметал здатний існувати лише незначний часовий проміжок, практично відразу він рекомбінується в молекулярний вигляд.

Хімічні властивості

Розглянемо хімічні властивості водню. Здебільшого сполук, які утворює даний хімічний елемент, він виявляє ступінь окислення +1, що робить його схожим з активними (лужними) металами. Основні хімічні властивості водню, що характеризують його як метал:

взаємодія з киснем із утворенням води;
реакція з галогенами, що супроводжується утворенням галогеноводороду;
одержання сірководню при з'єднанні із сіркою.

Нижче наведено рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості водню. Звертаємо увагу на те, що як неметал (зі ступенем окислення -1) він виступає тільки в реакції з активними металами, утворюючи з ними відповідні гідриди.

Водень за нормальної температури неактивно вступає у взаємодію Космосу з іншими речовинами, тому більшість реакцій здійснюється лише після попереднього нагрівання.

Зупинимося докладніше деяких хімічних взаємодіях елемента, який очолює періодичну систему хімічних елементів Менделєєва.

Реакція утворення води супроводжується виділенням 285,937 кДж енергії. При підвищеній температурі (більше 550 градусів за Цельсієм) цей процес супроводжується сильним вибухом.

Серед тих хімічних властивостей газоподібного водню, які знайшли суттєве застосування у промисловості, інтерес представляє його взаємодію Космосу з оксидами металів. Саме шляхом каталітичного гідрування в сучасній промисловості здійснюють переробку оксидів металів, наприклад, виділяють із залізної окалини (змішаного оксиду заліза) чистий метал. Цей спосіб дозволяє вести ефективну переробку металобрухту.

Синтез аміаку, який передбачає взаємодію водню з азотом повітря, також затребуваний у сучасній хімічній промисловості. Серед умов протікання цієї хімічної взаємодії відзначимо тиск та температуру.

Висновок

Саме водень є малоактивним хімічною речовиноюза звичайних умов. У разі підвищення температури його активність істотно зростає. Ця речовина потрібна в органічному синтезі. Наприклад, шляхом гідрування можна відновити кетони до вторинних спиртів, а альдегіди перетворити на первинні спирти. Крім того, шляхом гідрування можна перетворити ненасичені вуглеводні класу етилену та ацетилену на граничні сполуки ряду метану. Водень по праву вважають простою речовиною, затребуваною в сучасному хімічному виробництві.

Водень - проста речовина H 2 (диводень, дипротій, легкий водень).

Коротка характеристика водню:

Неметал.
Безбарвний газ, що важко піддається зрідженню.
Погано розчиняється у воді.
Найкраще розчиняється в органічних розчинниках.
Хемосорбується металами: залізом, нікелем, платиною, паладієм.
Сильний відновник.
Взаємодіє (при високих температурах) з неметалами, металами, оксидами металів.
Найбільшу відновну здатність має атомний водень H 0 , одержуваний при термічному розкладанні H 2 .
Ізотопи водню:
- 1 H - протий
- 2 H - дейтерій (D)
- 3 H - тритій (Т)
Відносна молекулярна маса = 2,016
Відносна щільність твердого водню (t=-260°C) = 0,08667
Відносна щільність рідкого водню (t=-253°C) = 0,07108
Надлишковий тиск (н.у.) = 0,08988 г/л
t плавлення = -259,19 ° C
t кипіння = -252,87 ° C
Об'ємний коефіцієнт розчинності водню:
- (t = 0 ° C) = 2,15;
- (t = 20 ° C) = 1,82;
- (t = 60 ° C) = 1,60;

1. Термічне розкладання водню(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Взаємодія водню з неметалами:

H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
H 2 +Cl 2 = 2HCl (при спалюванні або на світлі за кімнатної температури):
- Cl 2 = 2Cl 0
- Cl 0 +H 2 = HCl+H 0
- H 0 +Cl 2 = HCl+Cl 0
H 2 +Br 2 = 2HBr (t=350-500°C, каталізатор платина)
H 2 +I 2 = 2HI (t=350-500°C, каталізатор платина)
H 2 +O 2 = 2H 2 O:
- H 2 +O 2 = 2OH 0
- OH 0 +H 2 = H 2 O+H 0
- H 0 +O 2 = OH 0 +O 0
- O 0 +H 2 = OH 0 +H 0
H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
3H 2 +N 2 = 2NH 3 (t=500°C, каталізатор залізо)
2H 2 +C(кокс) = CH 4 (t=600°C, каталізатор платина)
H 2 +2C(кокс) = C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
H 2 +2C(кокс)+N 2 = 2HCN (t більше 1800°C)

3. Взаємодія водню з складними речовинами:

4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (t більше 570°C)
H 2 +Ag 2 SO 4 = 2Ag+H 2 SO 4 (t більше 200°C)
4H 2 +2Na 2 SO 4 = Na 2 S+4H 2 O (t = 550-600°C, каталізатор Fe 2 O 3)
3H 2 +2BCl 3 = 2B+6HCl (t = 800-1200°C)
H 2 +2EuCl 3 = 2EuCl 2 +2HCl (t = 270°C)
4H 2 +CO 2 = CH 4 +2H 2 O (t = 200°C, каталізатор CuO 2)
H 2 +CaC 2 = Ca+C 2 H 2 (t більше 2200°C)
H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t до 0°C, розчин)

4. Участь водню в окисно-відновних реакціях:

2H 0 (Zn, розб. HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
8H 0 (Al, конц. KOH)+KNO 3 = NH 3 +KOH+2H 2 O
2H 0 (Zn, розб. HCl)+EuCl 3 = 2EuCl 2 +2HCl
2H 0 (Al)+NaOH(конц.)+Ag 2 S = 2Ag↓+H 2 O+NaHS
2H 0 (Zn, розб. H 2 SO 4)+C 2 N 2 = 2HCN

Водневі сполуки

D 2 – дидейтерій:

Важкий водень.
Безбарвний газ, що важко піддається зрідженню.
Дідейтерію міститься у природному водні 0,012-0,016% (за масою).
У газовій суміші дидейтерію та протию ізотопний обмін протікає при високих температурах.
Поганорозчинний у звичайній та важкій воді.
Зі звичайною водою ізотопний обмін незначний.
Хімічні властивості аналогічні легкому водню, але дидейтерій має меншу реакційну здатність.
Відносна молекулярна маса = 4,028
Відносна щільність рідкого дидейтерію (t=-253°C) = 0,17
t плавлення = -254,5 ° C
t кипіння = -249,49 ° C

T 2 – дитритій:

Надважкий водень.
Безбарвний радіоактивний газ.
Період напіврозпаду 12,34 роки.
У природі дитритій утворюється внаслідок бомбардування нейтронами космічного випромінювання ядер 14 N, сліди дитритію виявлено у природних водах.
Отримують дитритій у ядерному реакторі бомбардуванням літію повільними нейтронами.
Відносна молекулярна маса = 6,032
t плавлення = -252,52°C
t кипіння = -248,12 ° C

HD - дейтеріоводород:

Безбарвний газ.
Чи не розчиняється у воді.
Хімічні властивості аналогічні H2.
Відносна молекулярна маса = 3,022
Відносна щільність твердого дейтеріоводу (t=-257°C) = 0,146
Надлишковий тиск (н.у.) = 0,135 г/л
t плавлення = -256,5 ° C
t кипіння = -251,02 ° C

Оксиди водню

H 2 O - вода:

Безбарвна рідина.
За ізотопним складом кисню вода складається з H 2 16 O з домішками H 2 18 O та H 2 17 O
За ізотопним складом водню вода складається з 1 H 2 O з домішкою HDO.
Рідка вода піддається протолізу (H 3 O + та OH -):
- H 3 O + (катіон оксонію) є найсильнішою кислотою у водному розчині;
- OH - (гідроксід-іон) є найсильнішою основою у водному розчині;
- Вода - найслабший сполучений протоліт.
З багатьма речовинами вода утворює кристалогідрати.
Вода є хімічно активною речовиною.
Вода є універсальним рідким розчинником неорганічних сполук.
Відносна молекулярна маса води = 18,02
Відносна щільність твердої води (льоду) (t=0°C) = 0,917
Відносна щільність рідкої води:
- (t=0°C) = 0,999841
- (t=20°C) = 0,998203
- (t=25°C) = 0,997044
- (t=50°C) = 0,97180
- (t=100°C) = 0,95835
густина (н.у.) = 0,8652 г/л
t плавлення = 0°C
t кипіння = 100 ° C
Іонний добуток води (25°C) = 1,008·10 -14

1. Термічне розкладання води:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (понад 1000°C)

D 2 O - оксид дейтерію:

Тяжка вода.
Безбарвна гігроскопічна рідина.
В'язкість вища, ніж у води.
Змішується із звичайною водою у необмежених кількостях.
При ізотопному обміні утворюється напівважка вода HDO.
Розчинна здатність нижче, ніж у звичайної води.
Хімічні властивості оксиду дейтерію аналогічні хімічним властивостямводи, але всі реакції протікають повільніше.
Тяжка вода присутня в природній воді (масове відношення до звичайної води 1:5500).
Оксид дейтерію отримують багаторазовим електролізом природної води, у якому важка вода накопичується у залишку електроліту.
Відносна молекулярна маса важкої води = 20,03
Відносна щільність рідкої важкої води (t=11,6°C) = 1,1071
Відносна щільність рідкої важкої води (t=25°C) = 1,1042
t плавлення = 3,813°C
t кипіння = 101,43 ° C

T 2 O - оксид тритію:

Надважка вода.
Безбарвна рідина.
В'язкість вище, а здатність, що розчиняє, нижче, ніж у звичайної і важкої води.
Змішується зі звичайною та важкою водою у необмежених кількостях.
Ізотопний обмін із звичайною та важкою водою призводить до утворення HTO, DTO.
Хімічні властивості надважкої води аналогічні хімічним властивостям води, але всі реакції протікають набагато повільніше, ніж у важкій воді.
Сліди оксиду тритію знаходять у природній воді та атмосфері.
Отримують надважку воду пропусканням тритію над розпеченим оксидом міді CuO.
Відносна молекулярна маса надважкої води = 22,03
t плавлення = 4,5 ° C

Водень. Властивості, одержання, застосування.

Історична довідка

Водень – перший елемент ПСХЕ Д.І. Менделєєва.

Російська назва водню вказує, що він народжує воду; латинське « гідрогеніум» означає те саме.

Вперше виділення пального газу при взаємодії деяких металів із кислотами спостерігали Роберт Бойль та його сучасники у першій половині XVI століття.

Але водень було відкрито лише 1766 року англійським хіміком Генрі Кавендишем, який встановив, що з взаємодії металів з розведеними кислотами виділяється якесь «горюче повітря». Спостерігаючи горіння водню на повітрі, Кавендіш встановив, що з'являється вода. Це було 1782 року.

У 1783 році французький хімік Антуан-Лоран Лавуазьє виділив водень шляхом розкладання води розпеченим залізом. В 1789 водень був виділений при розкладанні води під дією електричного струму.

Поширеність у природі

Водень – головний елемент космосу. Наприклад, Сонце на 70% своєї маси складається з водню. Атомів водню у Всесвіті у кілька десятків тисяч разів більше, ніж усіх атомів усіх металів, разом узятих.

У земній атмосфері також є трохи водню у вигляді простої речовини – газу складу Н 2 . Водень набагато легший за повітря, і тому його знаходять у верхніх шарах атмосфери.

Але набагато більше на Землі пов'язаного водню: адже він входить до складу води, найпоширенішої на нашій планеті складної речовини. Водень, пов'язаний з молекулами, містять і нафту, і природний газ, багато мінералів і гірських порід. Водень входить до складу всіх органічних речовин.

Характеристика водню.

Водень має подвійну природу, тому в одних випадках водень поміщають у підгрупу лужних металів, а в інших – в підгрупу галогенів.

Електронна конфігурація 1s 1 . Атом водню складається з одного протону та одного електрона.
Атом водню здатний втрачати електрон і перетворюватися на катіон H +, і в цьому він подібний до лужних металів.
Атом водню також може приєднувати електрон, утворюючи при цьому аніон Н - у цьому відношенні водень схожий з галогенами.
У з'єднаннях завжди одновалентний
СО: +1 та -1.

Фізичні властивості водню

Водень – це газ, без кольору, смаку та запаху. У 14,5 разів легше за повітря. Мало розчинний у воді. Має високу теплопровідність. При t = -253 ° С - зріджується, при t = -259 ° С - твердне. Молекули водню настільки малі, що здатні повільно дифундувати через багато матеріалів - гуму, скло, метали, що використовується при очищенні водню від інших газів.

Відомі 3 ізотопи водню: - протий, - дейтерій, - тритій. Основна частина природного водню становить протий. Дейтерій входить до складу важкої води, якою збагачені поверхневі води океану. Тритій – радіоактивний ізотоп.

Хімічні властивості водню

Водень – неметал, має молекулярну будову. Молекула водню складається з двох атомів, пов'язаних між собою ковалентним неполярним зв'язком. Енергія зв'язку у молекулі водню становить 436 кДж/моль, що пояснює низьку хімічну активність молекулярного водню.

Взаємодія із галогенами. За нормальної температури водень реагує лише з фтором:

H2 + F2 = 2HF.

З хлором - тільки на світлі, утворюючи хлороводень, з бромом реакція протікає менш енергійно, з йодом не йде до кінця навіть за високих температур.

Взаємодія з киснем – при нагріванні, при запаленні реакція протікає з вибухом: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.

Водень горить у кисні з виділенням великої кількості тепла. Температура воднево-кисневого полум'я 2800 °С.

Суміш із 1 частини кисню та 2 частин водню – «гримуча суміш», найбільш вибухонебезпечна.

Взаємодія із сіркою – при нагріванні H2+S=H2S.
Взаємодія із азотом. При нагріванні, високому тискута в присутності каталізатора:

3H 2 + N 2 = 2NH 3 .

Взаємодія із оксидом азоту (II). Використовується в очисних системах під час виробництва азотної кислоти: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.
Взаємодія із оксидами металів. Водень – відмінний відновник, він відновлює багато металів з їх оксидів: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.
Сильним відновником є атомарний водень. Він утворюється із молекулярного в електричному розряді в умовах низького тиску. Високу відновлювальну активність має водень у момент виділення, що утворюється при відновленні металу кислотою
Взаємодія з активними металами . При високій температурі з'єднується з лужними та лужноземельними металами і утворюючи білі кристалічні речовини – гідриди металів, виявляючи властивості окислювача: 2Na + H 2 = 2NaH;

Ca + H2 = CaH2.

Одержання водню

В лабораторії:

Взаємодія металу з розведеними розчинами сірчаної та соляної кислот,

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 .

Взаємодія алюмінію або кремнію з водними розчинами лугів:

2Al + 2NaOH + 10H 2 O = 2Na + 3H 2 ;

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2 .

У промисловості:

Електроліз водних розчинів хлоридів натрію та калію або електроліз води за наявності гідроксидів:

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH;

2Н2О = 2Н2+О2.

Конверсійний метод. Спочатку одержують водяний газ, пропускаючи пари води через розпечений кокс при 1000 °С:

З + Н 2 О = СО + Н 2.

Потім оксид вуглецю (II) окислюють в оксид вуглецю (IV), пропускаючи суміш водяного газу з надлишком водяної пари над нагрітим до 400–450 °С каталізатором Fe 2 O 3:

CO + H2O = CO2 + H2.

Оксид вуглецю (IV), що утворюється, поглинається водою, цим способом отримують 50 % промислового водню.

Конверсія метану: CH 4 + H 2 O = CO + 3H2.

Реакція протікає при нікелевого каталізатора при 800 °С.

Термічний розпад метану при 1200 °С: CH 4 = C + 2H 2 .
Глибоке охолодження (до -196 ° С) коксового газу. За цієї температури конденсуються всі газоподібні речовини, крім водню.

Застосування водню

Застосування водню засноване на його фізичних та хімічних властивостях:

як легкий газ, він використовується для наповнення аеростатів (у суміші з гелієм);
киснево-водневе полум'я застосовується для отримання високих температур при зварюванні металів;
як відновник використовується для отримання металів (молібдену, вольфраму та ін) з їх оксидів;
для отримання аміаку та штучного рідкого паливадля гідрогенізації жирів.