Хімічні властивостіводню

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?

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.

Характеристика s-елементів

До блоку s-елементів належать 13 елементів, загальним для яких є забудова в їх атомах s-підрівня зовнішнього енергетичного рівня.

Хоча водень і гелій ставляться до s-елементів через специфіку їх властивостей слід розглядати окремо. Водень, натрій, калій, магній, кальцій – життєво необхідні елементи.

Сполуки s-елементів виявляють загальні закономірності у властивостях, що пояснюється подібністю електронної будови їх атомів. Всі зовнішні електрони є валентними та беруть участь в утворенні хімічних зв'язків. Тому максимальний ступінь окислення цих елементів у сполуках дорівнює числуелектронів у зовнішньому шарі і дорівнює номеру групи, в якій і знаходиться даний елемент. Ступінь окиснення металів s-елементів завжди позитивна. Інша особливість полягає в тому, що після відокремлення електронів зовнішнього шару залишається іон, що має оболонку благородного газу. При збільшенні порядкового номера елемента атомного радіусу зменшується енергії іонізації (від 5,39 еВ y Li до 3,83 еВ y Fr), а відновна активність елементів зростає.

Переважна більшість з'єднань s-елементів безбарвна (на відміну від з'єднань d-елементів), оскільки виключений перехід d-електронів, що обумовлює забарвлення, з низьких енергетичних рівнів на більш високі енергетичні рівні.

З'єднання елементів груп IA - IIA - типові солі, у водному розчині вони практично повністю дисоціюють на іони, не схильні до гідролізу по катіону (крім солей Be 2+ і Mg 2+).

водень гідрид іонний ковалентний

Для іонів s-елементів комплексоутворення не є характерним. Кристалічні комплекси s - елементів з лігандами H 2 O-кристаллогідрати, відомі з давнини, наприклад: Na 2 В 4 O 7 10H 2 O-бура, KАl (SO 4) 2 12H 2 O-квасці. Молекули води в кристалогідратах групуються навколо катіону, але іноді повністю оточують і аніон. Внаслідок малого заряду іона та великого радіусу іона лужні метали найменш схильні до утворення комплексів, у тому числі й аквакомплексів. Як комплексоутворювачі в комплексних сполуках невисокої стійкості виступають іони літію, берилію, магнію.

Водень. Хімічні властивості водню

Водень – найлегший s-елемент. Його електронна конфігурація в основному стані 1S1. Атом водню складається з одного протону та одного електрона. Особливість водню у тому, що його валентний електрон перебуває у сфері дії атомного ядра. Водень не має проміжного електронного шару, тому водень не можна вважати електронним аналогом. лужних металів.

Як і лужні метали водень є відновником, виявляє ступінь окиснення +1, Спектри водню подібні до спектрів лужних металів. З лужними металами зближує водень його здатність давати в розчинах гідратований позитивно заряджений іон Н+.

Подібно до галогену атома водню не вистачає одного електрона. Цим і обумовлено існування гідрид-іону Н-.

Крім того, як і атоми галогенів, атоми водню характеризуються високим значенням енергії іонізації (1312 кдж/моль). Таким чином, водень займає особливе положення у періодичній системі елементів.

Водень - найпоширеніший елемент у всесвіті: він становить до половини маси сонця та більшості зірок.

На сонці та інших планетах водень знаходиться в атомарному стані, у міжзоряному середовищі у вигляді частково іонізованих двоатомних молекул.

Водень має три ізотопи; протий 1 Н, дейтерій 2 Д та тритій 3 Т, причому тритій - радіоактивний ізотоп.

Молекули водню відрізняються великою міцністю і малою поляризацією, незначними розмірами і малою масою і мають велику рухливість. Тому у водню дуже низькі температури плавлення (-259,2 про З) та кипіння (-252,8 про З). Через високу енергію дисоціації (436 кДж/моль) розпад молекул на атоми відбувається при температурах вище 2000 о С. Водень безбарвний газ без запаху і смаку. Він має малу щільність - 8,99 · 10 -5 г/см. високих тискахводень перетворюється на металевий стан. Вважається, що на далеких планетах сонячної системи – Юпітері та Сатурні водень перебуває у металевому стані. Існує припущення, що до складу земного ядра також входить металевий водень, де він знаходиться при надвисокому тиску, що створюється земною мантією.

Хімічні властивості. При кімнатній температурі молекулярний водень реагує лише з фтором, при опроміненні світлом - з хлором і бромом, при нагріванні з О2, S, Se, N2, C, I2.

Реакції водню з киснем та галогенами протікають за радикальним механізмом.

Взаємодія з хлором – приклад нерозгалуженої реакції при опроміненні світлом (фотохімічна активація), при нагріванні (термічна активація).

Сl + H 2 = HCl + H (розвиток ланцюга)

H+ Сl 2 = HCl + Сl

Вибух гримучого газу - водневої кисневої суміші - приклад розгалуженого ланцюгового процесу, коли ініціювання ланцюга включає не одну, а кілька стадій:

Н 2 + Про 2 = 2ОН

Н+ Про 2 = ВІН+О

О+ Н 2 = ВІН + Н

ВІН + Н 2 = Н 2 Про + Н

Вибухового процесу вдається уникнути, якщо працювати із чистим воднем.

Оскільки для водню характерна - позитивна (+1) і негативна (-1) ступінь окислення, водень може виявляти і відновлювальні, і окисні властивості.

Відновлювальні властивості водню виявляються при взаємодії з неметалами:

Н 2 (г) + Cl 2 (г) = 2НCl (г),

2Н 2 (г) + О 2 (г) = 2Н 2 О (г),

Ці реакції протікають із виділенням великої кількості теплоти, що свідчать про високу енергію (міцність) зв'язків Н-Сl, Н-О. Тому водень виявляє відновлювальні властивості по відношенню до багатьох оксидів, галогенідів, наприклад:

На цьому засноване застосування водню як відновник для отримання простих речовин з оксидів галогенідів.

Ще сильнішим відновником є ​​атомарний водень. Він утворюється із молекулярного в електронному розряді в умовах низького тиску.

Високу відновлювальну активність має водень у момент виділення при взаємодії металу з кислотою. Такий водень відновлює CrCl 3 CrCl 2:

2CrCl 3 + 2HСl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 +H 2 ^

Важливе значення має взаємодія водню з оксидом азоту (ІІ):

2NO + 2H 2 = N 2 + H 2 O

Використовується в очисних системах під час виробництва азотної кислоти.

Як окислювач водень взаємодіє з активними металами:

В даному випадку водень веде себе як галоген, утворюючи аналогічні галогеніди. гідриди.

Гідриди sелементів I групи мають іонну структуру типу NaCl. У хімічному відношенні іонні гідриди поводяться як основні сполуки.

До ковалентних відносяться гідриди менш електронегативних, ніж сам водень неметалевих елементів, наприклад, гідриди складу SiH 4 ВН 3 СН 4 . За хімічною природою гідриди неметалів є кислотними сполуками.

Характерною особливістю гідролізу гідридів є виділення водню, реакція протікає по окислювально-відновному механізму.

Основний гідрид

Кислотний гідрид

За рахунок виділення водню гідроліз протікає повністю і необоротно (?<0, ?S>0). При цьому основні гідриди утворюють луг, а кислотну кислоту.

Стандартний потенціал системи В. Отже, іон Н – сильний відновник.

У лабораторії водень отримують взаємодією цинку з 20% сірчаної кислотою в апараті Кіппа.

Технічний цинк часто містить невеликі домішки миш'яку та сурми, які відновлюються воднем у момент виділення до отруйних газів: арсина SbH 3 та стабіна SbH Таким воднем можна отруїтися. З хімічно чистим цинком реакція протікає повільно через перенапругу і хороший струм водню отримати не вдається. Швидкість цієї реакції збільшується шляхом додавання кристаликів мідного купоросу, прискорюється реакція за рахунок утворення гальванічної пари Cu-Zn.

Чистіший водень утворюється при дії лугу на кремній або алюміній при нагріванні:

У промисловості чистий водень отримують електролізом води, що містить електроліти (Na 2 SO 4 Ba (OH) 2).

Велика кількість водню утворюється як побічний продукт при електролізі водного розчину хлориду натрію з діафрагмою, що розділяє катодне і анодне простір,

Найбільшу кількість водню одержують газифікацією твердого палива (антрациту) перегрітою водяною парою:

Або конверсією природного газу (метану) перегрітою водяною парою:

Суміш, що утворюється (синтез-газ) використовується у виробництві багатьох органічних сполук. Вихід водню можна збільшити, пропускаючи синтез-газ над каталізатором, при цьому СО перетворюється на СО 2 .

Застосування.Велика кількість водню витрачається на синтез аміаку. На отримання хлороводню та соляної кислоти, для гідрогенізації рослинних жирів, для відновлення металів (Mо, W, Fe) з оксидів. Водень-кисневе полум'я використовують для зварювання, різання та плавлення металів.

Рідкий водень використовують як ракетне паливо. Водневе паливо є екологічно безпечнимі більш енергоємним, ніж бензин, тож у майбутньому воно може замінити нафтопродукти. Вже зараз у світі на водні працює кілька сотень автомобілів. Проблеми водневої енергетики пов'язані зі зберіганням та транспортуванням водню. Водень зберігаючи у підземних танкерах у рідкому стані під тиском 100 атм. Перевезення великих кількостей рідкого водню становить серйозну небезпеку.

Атом водню має електронну формулу зовнішнього (і єдиного) електронного рівня. s 1 . З одного боку, за наявності одного електрона на зовнішньому електронному рівні атом водню схожий на атоми лужних металів. Однак, йому, як і галогенам не вистачає до заповнення зовнішнього електронного рівня всього одного електрона, оскільки на першому електронному рівні може розташовуватися не більше 2-х електронів. Виходить, що водень можна помістити одночасно як до першої, так і до передостанньої (сьомої) групи таблиці Менделєєва, що іноді і робиться в різних варіантахперіодичної системи:

З погляду властивостей водню як простої речовини, він все-таки має більше спільного з галогенами. Водень, як і галогени, є неметалом і утворює аналогічно їм двоатомні молекули (H 2).

У звичайних умовах водень є газоподібною, малоактивною речовиною. Невисока активність водню пояснюється високою міцністю зв'язку між атомами водню в молекулі, для розриву якої потрібно або сильне нагрівання, або застосування каталізаторів або те й інше одночасно.

Взаємодія водню із простими речовинами

з металами

З металів водень реагує тільки з лужними та лужноземельними! До лужних металів належать метали головної підгрупи. першої групи(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), а до лужноземельних - метали головної підгрупи II групи, крім берилію і магнію (Ca, Sr, Ba, Ra)

При взаємодії з активними металами водень виявляє окисні властивості, тобто. знижує свій рівень окислення. При цьому утворюються гідриди лужних та лужноземельних металів, які мають іонну будову. Реакція протікає при нагріванні:

Слід зазначити, що взаємодія з активними металами є єдиним випадком коли молекулярний водень Н 2 є окислювачем.

з неметалами

З неметалів водень реагує лише з вуглецем, азотом, киснем, сіркою, селеном та галогенами!

Під вуглецем слід розуміти графіт або аморфний вуглець, оскільки алмаз – вкрай інертна алотропна модифікаціявуглецю.

При взаємодії з неметалами водень може виконувати лише функцію відновника, тобто тільки підвищувати свій ступінь окислення:

Взаємодія водню зі складними речовинами

з оксидами металів

Водень не реагує з оксидами металів, що знаходяться в ряду активності металів до алюмінію (включно), однак, здатний відновлювати багато оксидів металів правіше алюмінію при нагріванні:

з оксидами неметалів

З оксидів неметалів водень реагує при нагріванні з оксидами азоту, галогенів та вуглецю. З усіх взаємодій водню з оксидами неметалів особливо слід відзначити його реакцію з чадним газом CO.

Суміш CO і H 2 навіть має власну назву – «синтез-газ», оскільки з неї залежно від умов можуть бути отримані такі затребувані продукти промисловості як метанол, формальдегід і навіть синтетичні вуглеводні:

з кислотами

З неорганічними кислотами водень не реагує!

З органічних кислотводень реагує тільки з ненасиченими, а також з кислотами, що містять функціональні групи, здатні до відновлення воднем, зокрема альдегідні, кето- або нітрогрупи.

з солями

У разі водних розчинів солей їхня взаємодія з воднем не протікає. Однак при пропусканні водню над твердими солями деяких металів середньої та низької активності можливе їх часткове або повне відновлення, наприклад:

Хімічні властивості галогенів

Галогенами називають хімічні елементи групи VIIA (F, Cl, Br, I, At), а також утворені ними прості речовини. Тут і далі текстом, якщо не сказано інше, під галогенами розумітимуться саме прості речовини.

Усі галогени мають молекулярну будову, що зумовлює низькі температури плавлення та кипіння даних речовин. Молекули галогенів двоатомні, тобто. їх формулу можна записати в загальному виглядіяк Hal 2 .

Слід зазначити таке специфічне фізична властивістьйоду, як його здатність до сублімаціїабо, інакше кажучи, сублімації. сублімацією, називають явище, у якому речовина, що у твердому стані, при нагріванні не плавиться, а, минаючи рідку фазу, відразу ж перетворюється на газоподібний стан.

Електронна будовазовнішнього енергетичного рівня атома будь-якого галогену має вигляд ns 2 np 5 де n – номер періоду таблиці Менделєєва, в якому розташований галоген. Як можна помітити, до восьмиелектронної зовнішньої оболонки атомам галогенів не вистачає лише одного електрона. З цього логічно припустити переважно окислюючі властивості вільних галогенів, що підтверджується і практично. Як відомо, електронегативність неметалів при русі вниз по підгрупі знижується, у зв'язку з чим активність галогенів зменшується в ряді:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

Взаємодія галогенів із простими речовинами

Усі галогени є високоактивними речовинами та реагують з більшістю простих речовин. Однак, слід зазначити, що фтор через свою надзвичайно високу реакційної здатностіможе реагувати навіть із тими простими речовинами, із якими що неспроможні реагувати інші галогени. До таких простих речовин відносяться кисень, вуглець (алмаз), азот, платина, золото та деякі шляхетні гази (ксенон та криптон). Тобто. фактично, фтор не реагує лише з деякими благородними газами.

Інші галогени, тобто. хлор, бром і йод також є активними речовинами, проте менш активними, ніж фтор. Вони реагують практично з усіма простими речовинами, крім кисню, азоту, вуглецю у вигляді алмазу, платини, золота та благородних газів.

Взаємодія галогенів з неметалами

воднем

При взаємодії всіх галогенів з воднем утворюються галогеноводородиіз загальною формулою HHal. При цьому реакція фтору з воднем починається мимоволі навіть у темряві і протікає з вибухом відповідно до рівняння:

Реакція хлору з воднем може бути ініційована інтенсивним ультрафіолетовим опроміненням або нагріванням. Також протікає із вибухом:

Бром і йод реагують з воднем тільки при нагріванні і при цьому реакція з йодом є оборотною:

фосфором

Взаємодія фтору з фосфором призводить до окислення фосфору вищого ступеняокиснення (+5). При цьому відбувається утворення пентафториду фосфору:

При взаємодії хлору та брому з фосфором можливе отримання галогенідів фосфору як у ступені окислення + 3, так і в ступені окислення +5, що залежить від пропорцій речовин, що реагують:

При цьому у разі білого фосфору в атмосфері фтору, хлору або рідкому бромі реакція починається спонтанно.

Взаємодія ж фосфору з йодом може призвести до утворення тільки тріодиду фосфору через значно меншу, ніж у інших галогенів окислювальної здатності:

сірої

Фтор окислює сірку до вищого ступеня окислення +6, утворюючи гексафторид сірки:

Хлор і бром реагують із сіркою, утворюючи сполуки, що містять сірку у вкрай не властивих їй ступенях окиснення +1 та +2. Дані взаємодії є дуже специфічними, й у здачі ЄДІ з хімії вміння записувати рівняння цих взаємодій необов'язково. Тому три нижченаведені рівняння дано швидше для ознайомлення:

Взаємодія галогенів із металами

Як було зазначено вище, фтор здатний реагувати з усіма металами, навіть такими малоактивними як платина і золото:

Інші галогени реагують з усіма металами крім платини та золота:

Реакції галогенів зі складними речовинами

Реакції заміщення з галогенами

Найактивніші галогени, тобто. хімічні елементи яких розташовані вище в таблиці Менделєєва, здатні витісняти менш активні галогени з галогеноводородних кислот і галогенідів металів, що ними утворюються:

Аналогічним чином, бром витісняє сірку із розчинів сульфідів та сірководню:

Хлор є сильнішим окислювачем і окислює сірководень у його водному розчині не до сірки, а до сірчаної кислоти:

Взаємодія галогенів із водою

Вода горить у фторі синім полум'ям відповідно до рівняння реакції:

Бром та хлор реагують з водою інакше, ніж фтор. Якщо фтор виступав у ролі окислювача, то хлор та бром диспропорціонують у воді, утворюючи суміш кислот. При цьому реакції оборотні:

Взаємодія йоду з водою протікає настільки мізерно малою мірою, що їм можна знехтувати і вважати, що реакція не протікає зовсім.

Взаємодія галогенів із розчинами лугів

Фтор при взаємодії з водним розчином лугу знову ж таки виступає в ролі окислювача:

Вміння записувати це рівняння не потрібно для здачі ЄДІ. Достатньо знати факт про можливість такої взаємодії та окисної ролі фтору в цій реакції.

На відміну від фтору, інші галогени в розчинах лугів диспропорціонують, тобто одночасно підвищують і знижують свій ступінь окислення. При цьому, у разі хлору та брому в залежності від температури можливе протікання по двох різних напрямках. Зокрема, на холоді реакції протікають так:

а при нагріванні:

Йод реагує з лугами лише за другим варіантом, тобто. із заснуванням йодату, т.к. гіпоіодит не стійкий не тільки при нагріванні, але також за нормальної температури і навіть на холоді.

Водень був відкритий у другій половині 18 століття англійським ученим у галузі фізики та хімії Г. Кавендішем. Він зумів виділити речовину у чистому стані, зайнявся її вивченням та описав властивості.

Такою є історія відкриття водню. У ході експериментів дослідник визначив, що це горючий газ, згоряння якого повітря дає воду. Це спричинило визначення якісного складу води.

Що таке водень

Про водень, як про просту речовину, вперше заявив французький хімік А. Лавуазьє в 1784, оскільки визначив, що до його молекули входять атоми одного виду.

Назва хімічного елемента латиною звучить як hydrogenium (читається «гідрогеніум»), що означає «що народжує воду». Назва відсилає до реакції горіння, у результаті якої утворюється вода.

Характеристика водню

Позначення водню М. Менделєєв надав цьому хімічному елементуперший порядковий номер, розмістивши його в головній підгрупі першої групи та першому періоді та умовно в головній підгрупі сьомої групи.

Атомарна вага (атомна маса) водню становить 1,00797. Молекулярна маса H 2 дорівнює 2 а. е. Молярна маса чисельно дорівнює їй.

Представлений трьома ізотопами, що мають спеціальну назву: найпоширеніший протий (H), важкий дейтерій (D), радіоактивний тритій (Т).

Це перший елемент, який може бути розділений повністю на ізотопи простим способом. Ґрунтується він на високій різниці мас ізотопів. Вперше процес було здійснено у 1933 році. Пояснюється це тим, що лише 1932 року було виявлено ізотоп із масою 2.

Фізичні властивості

У нормальних умовах проста речовина водень у вигляді двоатомних молекул є газом, без кольору, у якого відсутній смак і запах. Мало розчинний у воді та інших розчинниках.

Температура кристалізації - 259,2 ° C, температура кипіння - 252,8 ° C.Діаметр молекул водню настільки малий, що вони мають здатність до повільної дифузії через ряд матеріалів (гума, скло, метали). Ця властивість знаходить застосування, коли потрібно очистити водень від газоподібних домішок. За н. у. водень має густину, рівну 0,09 кг/м3.

Чи можливе перетворення водню на метал за аналогією з елементами, розташованими в першій групі? Вченими встановлено, що водень за умов, коли тиск наближається до 2 млн. атмосфер, починає поглинати інфрачервоні промені, що свідчить про поляризацію молекул речовини. Можливо, за ще більш високих тисків водень стане металом.

Це цікаво:є припущення, що на планетах-гігантах, Юпітері та Сатурні водень знаходиться у вигляді металу. Передбачається, що у складі земного ядра теж є металевий твердий водень, завдяки надвисокому тиску, створюваному земною мантією.

Хімічні властивості

У хімічну взаємодію з воднем вступають як прості, і складні речовини. Але малу активність водню потрібно збільшити створенням відповідних умов – підвищенням температури, застосуванням каталізаторів та інших.

При нагріванні реакцію з воднем вступають такі прості речовини, як кисень (O 2), хлор(Cl 2), азот (N 2), сірка(S).

Якщо підпалити чистий водень на кінці газовідвідної трубки в повітрі, він горітиме рівно, але ледве помітно. Якщо помістити газовідвідну трубку в атмосферу чистого кисню, то горіння продовжиться з утворенням на стінках судини крапель води, як результат реакції:

Горіння води супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Це екзотермічна реакція сполуки, у процесі якої водень окислюється киснем з утворенням оксиду H 2 O. Це також і окислювально-відновна реакція, в якій водень окислюється, а кисень відновлюється.

Аналогічно відбувається реакція з Cl 2 з утворенням хлороводню.

Для здійснення взаємодії азоту з воднем потрібно висока температурата підвищений тиск, а також присутність каталізатора. Результатом є аміак.

В результаті реакції із сіркою утворюється сірководень, розпізнавання якого полегшує характерний запах тухлих яєць.

Ступінь окислення водню цих реакціях +1, а гідридах, описаних нижче, – 1.

При реакції з деякими металами утворюються гідриди, наприклад гідрид натрію - NaH. Деякі з цих складних сполук використовуються як паливо для ракет, а також термоядерної енергетиці.

Водень реагує і з речовинами категорії складних. Наприклад, з оксидом міді (II) формула CuO. Для здійснення реакції водень міді пропускається над нагрітим порошкоподібним оксидом міді (II). У процесі взаємодії реагент змінює свій колір і стає червоно-коричневим, але в холодних стінках пробірки осідають крапельки води.

Водень у ході реакції окислюється, утворюючи воду, а мідь відновлюється з оксиду простої речовини (Cu).

Області застосування

Водень має велике значення для людини і знаходить застосування в різних сферах:

1. У хімічному виробництві – це сировину, інших галузях – паливо. Не обходяться без водню та підприємства нафтохімії та нафтопереробки.
2. В електроенергетиці ця проста речовина виконує функцію охолоджуючого агента.
3. У чорній та кольоровій металургії водню відводиться роль відновника.
4. Цією допомогою виробляють інертне середовище при упаковці продуктів.
5. Фармацевтична промисловість користується воднем як реагентом у виробництві перекису водню.
6. Цим легким газом заповнюють метеорологічні зонди.
7. Відомий цей елемент і як відновник палива для ракетних двигунів.

Вчені одностайно пророкують водневому паливу пальму першості в енергетиці.

Отримання у промисловості

У промисловості водень отримують шляхом електролізу, якому піддають хлориди чи гідроксиди лужних металів, розчинені у воді. Також можна отримувати водень у такий спосіб безпосередньо з води.

Використовується з цією метою конверсія коксу або метану з водяною парою. Розкладання метану за підвищеної температури також дає водень. Зрідження коксового газу фракційним методом також застосовується для промислового одержання водню.

Отримання у лабораторії

У лабораторії для одержання водню використовують апарат Кіппа.

Як реагентів виступають соляна або сірчана кислотата цинк. Внаслідок реакції утворюється водень.

Знаходження водню у природі

Водень частіше за інші елементи зустрічається у Всесвіті. Більшість зірок, зокрема Сонця, та інших космічних тілскладає водень.

У земній корі його лише 0,15%. Він присутній у багатьох мінералах, у всіх органічних речовинах, а також у воді, що покриває на 3/4 поверхню нашої планети.

У верхніх шарах атмосфери можна знайти сліди водню в чистому вигляді. Знаходять його й у низці горючих природних газів.

Газоподібний водень є найнещілішим, а рідкий – найщільнішою речовиною на нашій планеті. За допомогою водню можна змінити тембр голосу, якщо вдихнути його, а на видиху заговорити.

В основі дії найпотужнішої водневої бомбилежить розщеплення найлегшого атома.