Vesinik - mis see on? Omadused ja väärtus. Vesinik – mis see aine on? Vesiniku keemilised ja füüsikalised omadused

Vesinik on spetsiaalne element, mis hõivab korraga kaks rakku perioodiline süsteem Mendelejev. See paikneb kahes vastandlike omadustega elementide rühmas ja see omadus muudab selle ainulaadseks. Vesinik on lihtne aine ja paljude keerukate ühendite lahutamatu osa, see on organogeenne ja biogeenne element. Tasub üksikasjalikult tutvuda selle peamiste omaduste ja omadustega.

Vesinik Mendelejevi perioodilises süsteemis

Vesiniku peamised omadused on näidatud:

• elemendi seerianumber on 1 (prootoneid ja elektrone on sama palju);
• aatommass on 1,00795;
• vesinikul on kolm isotoopi, millest igaühel on erilised omadused;
• ainult ühe elektroni sisalduse tõttu on vesinik võimeline avaldama redutseerivaid ja oksüdeerivaid omadusi ning pärast elektroni loovutamist on vesinikul vaba orbitaal, mis osaleb keemiliste sidemete moodustamises vastavalt doonor-aktseptormehhanismile;
• vesinik on väikese tihedusega kerge element;
• vesinik on tugev redutseerija, see avab rühma leelismetallid põhialagrupi esimeses rühmas;
• kui vesinik reageerib metallide ja teiste tugevate redutseerivate ainetega, võtab see vastu nende elektroni ja muutub oksüdeerivaks aineks. Selliseid ühendeid nimetatakse hüdriidideks. Näidatud tunnuse järgi kuulub vesinik tinglikult halogeenide rühma (tabelis on see toodud sulgudes fluori kohal), millega tal on sarnasusi.

Vesinik kui lihtne aine

Vesinik on gaas, mille molekul koosneb kahest. Selle aine avastas 1766. aastal Briti teadlane Henry Cavendish. Ta tõestas, et vesinik on gaas, mis hapnikuga suhtlemisel plahvatab. Pärast vesiniku uurimist leidsid keemikud, et see aine on kõige kergem inimesele teadaolevatest ainetest.

Teine teadlane Lavoisier andis elemendile nime "hydrogenium", mis ladina keeles tähendab "vee sünnitamist". 1781. aastal tõestas Henry Cavendish, et vesi on hapniku ja vesiniku kombinatsioon. Teisisõnu, vesi on vesiniku ja hapniku reaktsiooni produkt. Vesiniku põlemisomadusi teadsid isegi antiikteadlased: vastavad ülestähendused jättis 16. sajandil elanud Paracelsus.

Molekulaarne vesinik on looduses levinud looduslik gaasiline ühend, mis koosneb kahest aatomist ja põleva killu tõstmisel. Vesinikumolekul võib laguneda aatomiteks, mis muutuvad heeliumi tuumadeks, kuna nad on võimelised osalema tuumareaktsioonid. Sellised protsessid toimuvad regulaarselt kosmoses ja Päikesel.

Vesinik ja selle füüsikalised omadused

Vesinikul on järgmised füüsikalised parameetrid:

• keeb temperatuuril -252,76 °C;
• sulab -259,14 °C juures; *näidustatud temperatuuripiirides on vesinik lõhnatu värvitu vedelik;
• vesinik on vees vähe lahustuv;
• vesinik võib teoreetiliselt minna metalliliseks olekuks, kui see on olemas eritingimused(madalad temperatuurid ja kõrge rõhk);
• puhas vesinik on plahvatusohtlik ja põlev aine;
• vesinik on võimeline difundeeruma läbi metallide paksuse, seetõttu lahustub see neis hästi;
• vesinik on õhust 14,5 korda kergem;
• kõrgel rõhul võib saada tahke vesiniku lumetaolisi kristalle.

Vesiniku keemilised omadused

Laboratoorsed meetodid:

• lahjendatud hapete koostoime aktiivsete metallide ja keskmise aktiivsusega metallidega;
• metallihüdriidide hüdrolüüs;
• Leelis- ja leelismuldmetallide reaktsioon veega.

Vesinikuühendid:

Vesinikhalogeniidid; mittemetallide lenduvad vesinikuühendid; hüdriidid; hüdroksiidid; vesinikhüdroksiid (vesi); vesinikperoksiidi; orgaanilised ühendid (valgud, rasvad, süsivesikud, vitamiinid, lipiidid, eeterlikud õlid, hormoonid). Klõpsake, et näha ohutuid katseid valkude, rasvade ja süsivesikute omaduste uurimisel.

Saadud vesiniku kogumiseks tuleb katseklaasi hoida tagurpidi. Vesinikku ei saa koguda nagu süsihappegaasi, sest see on õhust palju kergem. Vesinik aurustub kiiresti ja õhuga segunedes (või suures koguses) plahvatab. Seetõttu on vaja toru ümber pöörata. Vahetult pärast täitmist suletakse toru kummikorgiga.

Vesiniku puhtuse kontrollimiseks tuleb katseklaasi kaela tuua süüdatud tikk. Kui toimub kurt ja vaikne hüppamine, on gaas puhas ja õhu lisandid minimaalsed. Kui pop on vali ja vilistab, on katseklaasis gaas määrdunud, see sisaldab suures osas võõrkomponente.

Tähelepanu! Ärge proovige neid katseid ise korrata!

16. ja 17. sajandi keemikute töödes mainiti korduvalt põlevgaasi eraldumist hapete mõjul metallidele. 1766. aastal kogus ja uuris G. Cavendish vabanenud gaasi, nimetades seda "põlevaks õhuks". Flogistoni teooria toetajana uskus Cavendish, et see gaas on puhas flogiston. 1783. aastal tõestas A. Lavoisier vett analüüsides ja sünteesides selle koostise keerukust ning 1787. aastal määratles ta "põleva õhu" kui uue keemiline element(Vesinik) ja andis talle kaasaegne nimi vesinik (kreeka keelest hydor - vesi ja gennao - sünnitama), mis tähendab "vee sünnitamist"; seda juurt kasutatakse vesinikuühendite ja selle osalusel toimuvate protsesside nimetustes (näiteks hüdriidid, hüdrogeenimine). Kaasaegse venekeelse nimetuse "Hydrogen" pakkus välja M. F. Solovjov 1824. aastal.

Vesiniku levik looduses. Vesinik on looduses laialt levinud, selle sisaldus maakoores (litosfääris ja hüdrosfääris) on 1% massist, 16% aatomite arvu järgi. Vesinik on osa Maal levinuimast ainest - veest (11,19 massiprotsenti vesinikku), söe, nafta, maagaaside, savide, aga ka loomsete ja taimsete organismide koostises (st. valgud, nukleiinhapped, rasvad, süsivesikud jne). Vesinik on vabas olekus äärmiselt haruldane, seda leidub väikestes kogustes vulkaanilistes ja muudes maagaasides. Atmosfääris on tühine kogus vaba vesinikku (0,0001% aatomite arvu järgi). Maalähedases ruumis moodustab vesinik prootonite voona Maa sisemise ("prootoni") kiirgusvöö. Vesinik on kosmose kõige levinum element. Plasma kujul moodustab see umbes poole Päikese ja enamiku tähtede massist, põhiosa tähtedevahelise keskkonna ja gaasiliste udukogude gaasidest. Vesinik esineb paljude planeetide atmosfääris ja komeetides vaba H 2 , metaan CH 4 , ammoniaagi NH 3 , vee H 2 O, radikaalide nagu CH, NH, OH, SiH, PH jne kujul. Vesinik siseneb prootonivoo kujul Päikese korpuskulaarses kiirguses ja kosmilistes kiirtes.

Vesiniku isotoobid, aatom ja molekul. Tavaline vesinik koosneb kahe stabiilse isotoobi segust: kergest vesinikust ehk protiumist (1 H) ja raskest vesinikust ehk deuteeriumist (2 H või D). Looduslikes vesinikuühendites on keskmiselt 6800 1 H aatomit 1 2 H aatomi kohta. Radioaktiivne isotoop, massiarv 3 nimetatakse üliraskeks vesinikuks või triitiumiks (3 H või T), pehme β-kiirgusega ja poolestusajaga T ½ = 12,262 aastat. Looduses tekib triitium näiteks õhulämmastikust kosmiliste kiirte neutronite toimel; atmosfääris on see tühine (4 10-15%. koguarv vesinikuaatomid). Saadi äärmiselt ebastabiilne isotoop 4 H. Isotoopide 1 H, 2 H, 3 H ja 4 H massiarvud vastavalt 1, 2, 3 ja 4 näitavad, et protiumi aatomi tuum sisaldab ainult ühte prootonit, deuteeriumi. - üks prooton ja üks neutron, triitium - üks prooton ja 2 neutronit, 4 H - üks prooton ja 3 neutronit. Vesiniku isotoopide masside suur erinevus põhjustab märgatavama erinevuse nende füüsikalistes ja keemilistes omadustes kui teiste elementide isotoopide puhul.

Vesinikuaatomil on kõigi teiste elementide aatomitest kõige lihtsam struktuur: see koosneb tuumast ja ühest elektronist. Tuumaga elektroni sidumisenergia (ionisatsioonipotentsiaal) on 13,595 eV. Neutraalne aatom Vesinik võib siduda ka teise elektroni, moodustades negatiivse iooni H – sellisel juhul on neutraalse aatomiga teise elektroni sidumisenergia (elektroni afiinsus) 0,78 eV. Kvantmehaanika võimaldab arvutada vesinikuaatomi kõikvõimalikud energiatasemed ja sellest tulenevalt anda täieliku tõlgenduse selle aatomispektrist. Vesinikuaatomit kasutatakse mudelaatomina teiste keerukamate aatomite energiatasemete kvantmehaanilistes arvutustes.

Vesinik H2 molekul koosneb kahest aatomist, mis on omavahel ühendatud kovalentse keemilise sidemega. Dissotsiatsiooni (st aatomiteks lagunemise) energia on 4,776 eV. Aatomitevaheline kaugus tuumade tasakaaluasendis on 0,7414Å. Kõrgel temperatuuril dissotsieerub molekulaarne vesinik aatomiteks (dissotsiatsiooniaste 2000°C juures on 0,0013; 5000°C juures 0,95). Aatomi vesinik moodustub ka erinevates keemilised reaktsioonid(näiteks Zn toime vesinikkloriidhappele). Kuid vesiniku olemasolu aatomi olekus kestab ainult lühikest aega, aatomid rekombineeruvad H2 molekulideks.

Vesiniku füüsikalised omadused. Vesinik on kõigist teadaolevatest ainetest kõige kergem (14,4 korda õhust kergem), tihedus 0°C ja 1 atm juures 0,0899 g/l. Vesinik keeb (vedeldub) ja sulab (tahkestub) vastavalt -252,8 °C ja -259,1 °C juures (ainult heeliumis on rohkem madalad temperatuurid sulatamine ja keetmine). Vesiniku kriitiline temperatuur on väga madal (-240°C), mistõttu on selle veeldamine seotud suurte raskustega; kriitiline rõhk 12,8 kgf / cm 2 (12,8 atm), kriitiline tihedus 0,0312 g / cm 3. Vesiniku soojusjuhtivus on kõigist gaasidest kõrgeim, 0,174 W/(m·K) 0°С ja 1 atm juures, st 4,16·10 -4 cal/(s·cm·°С). Erisoojus Vesinik temperatuuril 0 ° C ja 1 atm C p 14,208 kJ / (kg K), see tähendab 3,394 cal / (g ° C). Vesinik lahustub vähesel määral vees (0,0182 ml / g temperatuuril 20 ° C ja 1 atm), kuid hästi - paljudes metallides (Ni, Pt, Pa ja teised), eriti pallaadiumis (850 mahtu 1 mahu Pd kohta). Vesiniku lahustuvus metallides on seotud selle võimega nende kaudu difundeeruda; difusiooniga läbi süsinikusulami (näiteks terase) kaasneb mõnikord sulami hävimine vesiniku ja süsiniku vastasmõju tõttu (nn dekarboniseerimine). Vedel vesinik on väga kerge (tihedus -253°C juures 0,0708 g/cm3) ja vedel (viskoossus -253°C juures 13,8 sentipoisi).

Vesiniku keemilised omadused. Enamikus ühendites on vesiniku valents (täpsemalt oksüdatsiooniaste) +1, nagu naatriumi ja teiste leelismetallide puhul; tavaliselt peetakse seda nende metallide analoogiks Mendelejevi süsteemi I rühma kuuluvaks. Kuid metallhüdriidides on vesinikuioon negatiivselt laetud (oksüdatsiooniaste -1), see tähendab, et Na + H -hüdriid on ehitatud nagu Na + Cl -kloriid. See ja mõned teised asjaolud (vesiniku ja halogeenide füüsikaliste omaduste lähedus, halogeenide võime asendada vesinikku orgaanilistes ühendites) annavad aluse arvata vesinik ka perioodilisuse süsteemi VII rühma. Kell normaalsetes tingimustes molekulaarne vesinik on suhteliselt inaktiivne, ühinedes otseselt ainult kõige aktiivsemate mittemetallidega (fluoriga ja valguses ka klooriga). Kuumutamisel reageerib see aga paljude elementidega. Aatomvesinikul on suurem keemiline aktiivsus võrreldes molekulaarse vesinikuga. Vesinik ühineb hapnikuga, moodustades vee:

H 2 + 1/2 O 2 \u003d H 2 O

vabanemisega 285,937 kJ / mol, see tähendab 68,3174 kcal / mol soojust (temperatuuril 25 ° C ja 1 atm). Tavalistel temperatuuridel kulgeb reaktsioon äärmiselt aeglaselt, üle 550 ° C - plahvatusega. Vesiniku-hapniku segu plahvatuspiirid on (mahu järgi) 4-94% H2 ja vesiniku-õhu segu - 4-74% H2 (segu 2 mahust H2 ja 1 mahuosast O-st). 2 nimetatakse plahvatusohtlikuks gaasiks). Vesinikku kasutatakse paljude metallide redutseerimiseks, kuna see eemaldab nende oksiididest hapnikku:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O,

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O jne.

Halogeenidega moodustab vesinik vesinikhalogeniide, näiteks:

H2 + Cl2 \u003d 2HCl.

Vesinik plahvatab koos fluoriga (ka pimedas ja -252°C juures), reageerib kloori ja broomiga ainult valgustamisel või kuumutamisel ning joodiga ainult kuumutamisel. Vesinik reageerib lämmastikuga, moodustades ammoniaagi:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

ainult katalüsaatoril ja kõrgendatud temperatuuridel ja rõhul. Kuumutamisel reageerib vesinik intensiivselt väävliga:

H 2 + S \u003d H 2 S (vesiniksulfiid),

palju keerulisem seleeni ja telluuriga. Vesinik võib reageerida puhta süsinikuga ilma katalüsaatorita ainult kõrgetel temperatuuridel:

2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan).

Vesinik reageerib otse mõne metalliga (leelis, leelismuldmuld ja teised), moodustades hüdriide:

H2 + 2Li = 2LiH.

Tähtis praktiline väärtus omavad vesiniku reaktsioone süsinikmonooksiidiga (II), milles sõltuvalt temperatuurist, rõhust ja katalüsaatorist tekivad erinevad orgaanilised ühendid, näiteks HCHO, CH 3 OH jt. Küllastumata süsivesinikud reageerivad vesinikuga küllastudes, näiteks:

C n H 2n + H 2 \u003d C n H 2n + 2.

Vesiniku ja selle ühendite roll keemias on erakordselt suur. Vesinik määrab nn protoonsete hapete happelised omadused. Vesinik kipub teatud elementidega moodustama nn vesinikside, millel on otsustav mõju paljude orgaaniliste ja mitteorgaaniliste elementide omadustele. orgaanilised ühendid.

Vesiniku saamine. Põhilised tooraineliigid vesiniku tööstuslikuks tootmiseks on looduslikud põlevad gaasid, koksiahjugaas ja nafta rafineerimisgaasid. Vesinikku saadakse veest ka elektrolüüsi teel (odava elektriga kohtades). kõige olulisematel viisidel vesiniku tootmine alates maagaas on süsivesinike, peamiselt metaani, katalüütiline interaktsioon veeauruga (konversioon):

CH 4 + H 2 O \u003d CO + ZH 2,

ja süsivesinike mittetäielik oksüdatsioon hapnikuga:

CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO + 2H 2

Saadud süsinikmonooksiid (II) muundatakse ka:

CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2.

Maagaasist toodetud vesinik on odavaim.

Vesinik eraldatakse koksiahju gaasist ja rafineerimistehaste gaasidest, eemaldades sügaval jahutamisel gaasisegust ülejäänud komponendid, mis on vesinikust kergemini veeldatavad. Vee elektrolüüs viiakse läbi alalisvooluga, juhtides selle läbi KOH või NaOH lahuse (teraseseadmete korrosiooni vältimiseks happeid ei kasutata). Vesinikku toodetakse laborites vee elektrolüüsil, samuti tsingi ja vesinikkloriidhappe vahelisel reaktsioonil. Kuid sagedamini kasutavad nad silindrites valmis vesinikku.

Vesiniku rakendamine. AT tööstuslikus mastaabis Vesinikku hakati täidiseks saama 18. sajandi lõpus õhupallid. Praegu kasutatakse vesinikku laialdaselt keemiatööstuses, peamiselt ammoniaagi tootmiseks. Vesiniku suurtarbija on ka metüül- ja muude alkoholide, sünteetilise bensiini ja muude vesinikust ja süsinikmonooksiidist (II) sünteesi teel saadud toodete tootmine. Vesinikku kasutatakse tahke ja raske hüdrogeenimiseks vedelkütused, rasvad ja muud, HCl sünteesiks, naftasaaduste hüdrotöötluseks, metallide keevitamiseks ja lõikamiseks hapniku-vesiniku leegiga (temperatuur kuni 2800 °C) ja aatomvesinikkeevitamiseks (kuni 4000 °C). Väga oluline rakendus tuumaenergia leitud vesiniku isotoobid – deuteerium ja triitium.

Perioodilises süsteemis on oma teatud koht positsioon, mis peegeldab selle omadusi ja räägib selle elektroonilisest struktuurist. Kõigi hulgas on aga üks spetsiaalne aatom, mis hõivab korraga kaks rakku. See paikneb kahes elementide rühmas, mis on oma avalduvate omaduste poolest täiesti vastandlikud. See on vesinik. Need omadused muudavad selle ainulaadseks.

Vesinik pole mitte ainult element, vaid ka lihtne aine, aga ka paljude keerukate ühendite lahutamatu osa, biogeenne ja organogeenne element. Seetõttu kaalume selle omadusi ja omadusi üksikasjalikumalt.

Vesinik kui keemiline element

Vesinik on põhialarühma esimese rühma, samuti esimesel väikesel perioodil põhialarühma seitsmenda rühma element. See periood koosneb ainult kahest aatomist: heeliumist ja elemendist, mida me käsitleme. Kirjeldame vesiniku positsiooni põhijooni perioodilises süsteemis.

1. Vesiniku seerianumber on 1, elektronide arv on sama, prootonite arv on sama. Aatommass- 1,00795. Sellel elemendil on kolm isotoopi massinumbritega 1, 2, 3. Kuid igaühe omadused on väga erinevad, kuna vesiniku massi kasv isegi ühe võrra on kohe kahekordne.
2. Asjaolu, et see sisaldab ainult ühte elektroni välisküljel, võimaldab sellel edukalt avaldada nii oksüdeerivaid kui ka redutseerivaid omadusi. Lisaks jääb see pärast elektroni loovutamist vabaks orbitaaliks, mis osaleb keemiliste sidemete moodustamises vastavalt doonor-aktseptormehhanismile.
3. Vesinik on tugev redutseerija. Seetõttu peetakse tema põhikohaks põhialagrupi esimest gruppi, kus ta kõige rohkem juhib aktiivsed metallid- leeliseline.
4. Kuid koostoimes tugevate redutseerivate ainetega, nagu näiteks metallid, võib see olla ka oksüdeeriv aine, mis võtab vastu elektroni. Neid ühendeid nimetatakse hüdriidideks. Selle põhjal juhib see halogeenide alarühma, millega ta on sarnane.
5. Väga väikese aatommassi tõttu peetakse vesinikku kõige kergemaks elemendiks. Lisaks on selle tihedus ka väga madal, seega on see ka kerguse etalon.

Seega on ilmne, et vesinikuaatom on erinevalt kõigist teistest elementidest täiesti ainulaadne. Sellest tulenevalt on ka selle omadused erilised ning tekkivad lihtsad ja keerulised ained on väga olulised. Vaatleme neid lähemalt.

lihtne aine

Kui me räägime sellest elemendist kui molekulist, siis peame ütlema, et see on kaheaatomiline. See tähendab, et vesinik (lihtne aine) on gaas. Selle empiiriline valem kirjutatakse kui H 2 ja graafiline - läbi ühe sigma sideme H-H. Aatomitevahelise sideme moodustumise mehhanism on kovalentne mittepolaarne.

1. Metaani aurureformeerimine.
2. Söe gaasistamine – protsess hõlmab kivisöe kuumutamist temperatuurini 1000 0 C, mille tulemusena moodustub vesinik ja suure süsinikusisaldusega kivisüsi.
3. Elektrolüüs. Seda meetodit saab kasutada ainult erinevate soolade vesilahuste jaoks, kuna sulatused ei põhjusta katoodil vee väljavoolu.

Laboratoorsed meetodid vesiniku tootmiseks:

1. Metallhüdriidide hüdrolüüs.
2. Lahjendatud hapete toime aktiivsetele metallidele ja keskmine aktiivsus.
3. Leelis- ja leelismuldmetallide koostoime veega.

Saadud vesiniku kogumiseks on vaja katseklaasi hoida tagurpidi. Seda gaasi ei saa ju kokku koguda nii nagu näiteks süsihappegaasi. See on vesinik, see on palju kergem kui õhk. See lendub kiiresti ja suures koguses õhuga segamisel plahvatab. Seetõttu tuleb toru ümber pöörata. Pärast selle täitmist tuleb see sulgeda kummikorgiga.

Kogutud vesiniku puhtuse kontrollimiseks tuleks kaela tuua süüdatud tikk. Kui puuvill on kurt ja vaikne, siis on gaas puhas, minimaalse õhulisandiga. Kui see on vali ja vilistab, on see määrdunud, suure osa võõrkomponentidega.

Kasutusvaldkonnad

Vesiniku põletamisel eraldub see suur hulk energia (soojus), et seda gaasi peetakse kõige tulusamaks kütuseks. Lisaks on see keskkonnasõbralik. Selle kasutamine selles valdkonnas on aga praegu piiratud. Põhjuseks on läbimõtlemata ja lahendamata probleemid puhta vesiniku sünteesimisel, mis sobiks kütusena kasutamiseks reaktorites, mootorites ja kaasaskantavates seadmetes, aga ka elamute küttekateldes.

Lõppude lõpuks on selle gaasi saamise meetodid üsna kallid, seega on kõigepealt vaja välja töötada spetsiaalne sünteesimeetod. Selline, mis võimaldab teil saada toodet suures mahus ja minimaalsete kuludega.

Vaadeldavat gaasi kasutatakse mitmes põhivaldkonnas.

1. Keemilised sünteesid. Hüdrogeenimise põhjal saadakse seebid, margariinid ja plastid. Vesiniku osalusel sünteesitakse metanooli ja ammoniaaki, aga ka muid ühendeid.
2. Toiduainetööstuses - lisandina E949.
3. Lennutööstus (raketiehitus, lennukiehitus).
4. Energiatööstus.
5. Meteoroloogia.
6. Keskkonnasõbralikku tüüpi kütus.

Ilmselgelt on vesinik sama oluline kui looduses rohkesti. Veelgi suuremat rolli mängivad sellest moodustunud mitmesugused ühendid.

Vesinikühendid

Need on keerulised ained, mis sisaldavad vesinikuaatomeid. Selliseid aineid on mitu peamist tüüpi.

1. Vesinikhalogeniidid. Üldvalem on HHal. Nende hulgas on eriti oluline vesinikkloriid. See on gaas, mis lahustub vees ja moodustab lahuse vesinikkloriidhappest. See hape leitakse lai rakendus peaaegu kõigis keemilistes sünteesides. Ja nii orgaaniline kui ka anorgaaniline. Vesinikkloriid on ühend, mille empiiriline valem on HCL ja mis on meie riigi aastatoodangult üks suurimaid. Vesinikhalogeniidide hulka kuuluvad ka vesinikjodiid, vesinikfluoriid ja vesinikbromiid. Kõik need moodustavad vastavad happed.
2. Lenduv Peaaegu kõik need on üsna mürgised gaasid. Näiteks vesiniksulfiid, metaan, silaan, fosfiin ja teised. Samas on need väga tuleohtlikud.
3. Hüdriidid on ühendid metallidega. Need kuuluvad soolade klassi.
4. Hüdroksiidid: alused, happed ja amfoteersed ühendid. Nende koostis sisaldab tingimata ühte või mitut vesinikuaatomit. Näide: NaOH, K 2, H 2 SO 4 ja teised.
5. Vesinikhüdroksiid. See ühend on paremini tuntud kui vesi. Vesinikoksiidi teine ​​nimi. Empiiriline valem näeb välja selline - H2O.
6. Vesinikperoksiidi. See on tugevaim oksüdeeriv aine, mille valem on H 2 O 2.
7. Arvukad orgaanilised ühendid: süsivesinikud, valgud, rasvad, lipiidid, vitamiinid, hormoonid, eeterlikud õlid ja teised.

Ilmselgelt on vaadeldava elemendi ühendite valik väga suur. See kinnitab veel kord selle suurt tähtsust looduse ja inimese, aga ka kõigi elusolendite jaoks.

on parim lahusti

Nagu eespool mainitud, on selle aine üldnimetus vesi. Koosneb kahest vesinikuaatomist ja ühest hapnikuaatomist, mis on omavahel ühendatud kovalentsete polaarsete sidemetega. Veemolekul on dipool, mis seletab paljusid selle omadusi. Eelkõige asjaolu, et see on universaalne lahusti.

Täpselt kell veekeskkond peaaegu kõike juhtub keemilised protsessid. Vesinikoksiidi abil viiakse läbi ka elusorganismide plastilise ja energiavahetuse sisereaktsioonid.

Vett peetakse planeedi kõige olulisemaks aineks. On teada, et ükski elusorganism ei saa ilma selleta elada. Maal on see võimeline eksisteerima kolmes agregatsiooniseisundis:

• vedelik;
• gaas (aur);
• tahke (jää).

Sõltuvalt molekuli osaks olevast vesiniku isotoobist eristatakse kolme tüüpi vett.

1. Kerge või prootium. Isotoop massiarvuga 1. Valem on H 2 O. See on tavaline vorm, mida kõik organismid kasutavad.
2. Deuteerium või raske, selle valem on D 2 O. Sisaldab isotoopi 2 H.
3. Üliraske või triitium. Valem näeb välja nagu T3O, isotoop on 3H.

Väga olulised on planeedi värske protiumivee varud. See on paljudes riikides juba puudulik. Töötatakse välja meetodeid soolase vee töötlemiseks joogivee saamiseks.

Vesinikperoksiid on universaalne vahend

See ühend, nagu eespool mainitud, on suurepärane oksüdeerija. Tugevate esindajatega võib see aga käituda ka redutseerijana. Lisaks on sellel väljendunud bakteritsiidne toime.

Selle ühendi teine ​​nimi on peroksiid. Just sellisel kujul kasutatakse seda meditsiinis. Kõnealuse ühendi kristalse hüdraadi 3% lahus on meditsiiniline ravim, mida kasutatakse väikeste haavade raviks, et neid puhastada. Siiski on tõestatud, et sel juhul suureneb haavade paranemine aja jooksul.

Samuti kasutatakse vesinikperoksiidi raketikütuses, tööstuses desinfitseerimiseks ja pleegitamiseks, vahuainena sobivate materjalide (näiteks vaht) tootmisel. Lisaks aitab peroksiid puhastada akvaariume, pleegitada juukseid ja valgendada hambaid. Kuid samal ajal kahjustab see kudesid, seetõttu ei soovita spetsialistid seda selleks kasutada.

MINSKI KERGETÖÖSTUSE TEHNOLOOGIA JA DISAINI KOLLEDŽ

abstraktne

distsipliin: keemia

Teema: "Vesinik ja selle ühendid"

Koostanud: 1. kursuse üliõpilane343 rühma

Viskup Elena

Kontrollitud: Alyabyeva N.V.

Minsk 2009

Vesinikuaatomi struktuur perioodilises süsteemis

Oksüdatsiooniseisundid

Levimus looduses

Vesinik kui lihtne aine

Vesinikühendid

Bibliograafia

Vesinikuaatomi struktuur perioodilises süsteemis

Perioodilise süsteemi esimene element (1. periood, järjekorranumber 1). Sellel ei ole täielikku analoogiat teiste keemiliste elementidega ja see ei kuulu ühtegi rühma, seetõttu paigutatakse ta tabelites tinglikult IA rühma ja / või VIIA rühma.

Vesinikuaatom on kõigi elementide aatomitest väikseim ja kergem. Aatomi elektrooniline valem on 1s 1 . Tavaline vabas olekus elemendi olemasolu vorm on kaheaatomiline molekul.

Oksüdatsiooniseisundid

Rohkemate elektronegatiivsete elementidega ühendites on vesinikuaatomi oksüdatsiooniaste +1, näiteks HF, H 2 O jne. Ja metallihüdriididega ühendites on vesinikuaatomi oksüdatsiooniaste -1, näiteks NaH , CaH 2 jne. Sellel on tüüpiliste metallide ja mittemetallide keskmine elektronegatiivsuse väärtus. Võimeline katalüütiliselt redutseerima orgaanilised lahustid, nagu äädikhape või alkohol, paljud orgaanilised ühendid: küllastumata ühendid küllastunud, mõned naatriumiühendid ammoniaagiks või amiinideks.

Levimus looduses

Looduslik vesinik koosneb kahest stabiilsest isotoobist - protium 1 H, deuteerium 2 H ja triitium 3 H. Teisel viisil tähistatakse deuteeriumi kui D ja triitiumi kui T. Võimalik. erinevaid kombinatsioone nt HT, HD, TD, H 2 , D 2 , T 2 . Vesinik on looduses enam levinud erinevate ühendite kujul väävli (H 2 S), hapniku (vee kujul), süsiniku, lämmastiku ja klooriga. Harvem fosfori, joodi, broomi ja muude elementidega ühendite kujul. See on osa kõigist taime- ja loomaorganismidest, naftast, fossiilsetest kivisöest, maagaasist, paljudest mineraalidest ja kivimitest. Vabas olekus leidub seda väga harva väikestes kogustes - vulkaanilistes gaasides ja orgaaniliste jääkide laguproduktides. Vesinik on universumis kõige levinum element (umbes 75%). Seda leidub Päikesel ja enamikul tähtedel, samuti planeetidel Jupiter ja Saturn, mis on enamasti vesinikud. Mõnel planeedil võib vesinik eksisteerida tahkel kujul.

Vesinik kui lihtne aine

Vesiniku molekul koosneb kahest aatomist, mis on omavahel seotud mittepolaarse kovalentse sidemega. Füüsikalised omadused- värvitu ja lõhnatu gaas. See levib kosmoses kiiremini kui teised gaasid, läbib väikseid poore ning kõrgel temperatuuril tungib suhteliselt kergesti läbi terase ja muude materjalide. Sellel on kõrge soojusjuhtivus.

Keemilised omadused. Normaalses olekus madalal temperatuuril on see passiivne, ilma kuumutamata reageerib fluori ja klooriga (valguse juuresolekul).

H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HCl

See suhtleb aktiivsemalt mittemetallidega kui metallidega.

Erinevate ainetega suhtlemisel võib sellel olla nii oksüdeerivaid kui ka redutseerivaid omadusi.

Vesinikühendid

Üks vesiniku ühenditest on halogeenid. Need tekivad vesiniku ühinemisel VIIA rühma elementidega. HF, HCl, HBr ja HI on värvitud gaasid, mis lahustuvad vees hästi.

Cl2 + H2OHCIO + HCl; HClO-kloori vesi

Kuna HBr ja HI on tüüpilised redutseerivad ained, ei saa neid vahetusreaktsiooniga nagu HCl saada.

CaF 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 + 2HF

Vesi on looduses kõige levinum vesinikuühend.

2H2 + O2 \u003d 2H2O

Sellel pole värvi, maitset ega lõhna. Väga nõrk elektrolüüt, kuid reageerib aktiivselt paljude metallide ja mittemetallidega, aluseliste ja happeliste oksiididega.

2H2O + 2Na \u003d 2NaOH + H2

H 2 O + BaO \u003d Ba (OH) 2

3H 2 O + P 2 O 5 \u003d 2H 3 PO 4

Raske vesi (D 2 O) on vee isotoopne sort. Ainete lahustuvus raskes vees on palju väiksem kui tavalises vees. Raske vesi on mürgine, kuna aeglustab elusorganismide bioloogilisi protsesse. Koguneb korduval vee elektrolüüsil elektrolüüsi jäägis. Seda kasutatakse tuumareaktorites jahutusvedeliku ja neutronite moderaatorina.

Hüdriidid - vesiniku interaktsioon metallidega (at kõrge temperatuur) või mittemetallid, mis on vähem elektronegatiivsed kui vesinik.

Si + 2H 2 \u003d SiH 4

Vesinik ise avastati 16. sajandi esimesel poolel. Paracelsus. 1776. aastal uuris G. Cavendish esmakordselt selle omadusi, aastatel 1783-1787 näitas A. Lavoisier, et vesinik on osa veest, lisas selle keemiliste elementide loetellu ja pakkus välja nimetuse "vesinik".

Bibliograafia

1. M.B. Volovitš, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L. Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S.V. Simonovitš / Kooliõpilaste käsiraamat / Moskva "AST-PRESS BOOK" 2003.

2. I.L. Knunyats / Keemiaentsüklopeedia / Moskva "Nõukogude entsüklopeedia" 1988

3. I.E. Shimanovich / Keemia 11 / Minsk "Rahva Asveta" 2008

4. F. Cotton, J. Wilkinson / Kaasaegne anorgaaniline keemia / Moskva "Mir" 1969

VESINIK
H (lat. vesinik),
kergeim gaasiline keemiline element kuulub perioodilise elementide süsteemi IA alarühma, mõnikord nimetatakse seda VIIA alarühmaks. AT maa atmosfäär sidumata olekus vesinik eksisteerib vaid murdosa minutist, selle kogus on 1-2 osa 1 500 000 õhuosa kohta. Tavaliselt eraldub see koos teiste gaasidega vulkaanipursete ajal, naftapuurkaevudest ja suurtes kogustes orgaanilise aine lagunemise kohtades. Vesinik ühineb süsiniku ja/või hapnikuga orgaanilises aines, nagu süsivesikud, süsivesinikud, rasvad ja loomsed valgud. Hüdrosfääris on vesinik osa veest, mis on kõige levinum ühend Maal. Kivimites, muldades, muldades ja muudes osades maakoor Vesinik ühineb hapnikuga, moodustades vee ja hüdroksiidiooni OH-. Vesinik moodustab 16% kõigist maakoore aatomitest, kuid ainult umbes 1% massist, kuna see on hapnikust 16 korda kergem. Päikese ja tähtede mass on 70% vesinikplasmast: kosmoses on see kõige levinum element. Vesiniku kontsentratsioon Maa atmosfääris suureneb koos kõrgusega tänu selle madalale tihedusele ja võimele tõusta suured kõrgused. Maa pinnalt leitud meteoriidid sisaldavad 6-10 vesinikuaatomit 100 räni aatomi kohta.
Ajaloo viide. Teine saksa arst ja loodusteadlane Paracelsus 16. sajandil. määras vesiniku põlevuse. 1700. aastal avastas N. Lemery, et gaas, mis vabaneb väävelhappe toimel rauale, plahvatab õhus. Vesiniku kui elemendi tuvastas G. Cavendish 1766. aastal ja nimetas seda "süttivaks õhuks" ning 1781. aastal tõestas ta, et vesi on hapnikuga suhtlemise produkt. Ladinakeelne hüdrogeenium, mis tuleneb kreekakeelsest kombinatsioonist "vee sünnitamine", määras sellele elemendile A. Lavoisier.
Vesiniku üldised omadused. Vesinik on elementide perioodilisuse tabeli esimene element; selle aatom koosneb ühest prootonist ja ühest selle ümber tiirlevast elektronist
(vt ka ELEMENTIDE PERIOODILINE TABEL).
Üks 5000 vesinikuaatomist eristub ühe neutroni olemasoluga tuumas, mis suurendab tuuma massi 1-lt 2-le. Seda vesiniku isotoopi nimetatakse deuteeriumiks 21H või 21D. Teine, haruldasem vesiniku isotoop sisaldab tuumas kahte neutronit ja seda nimetatakse triitiumiks 31H või 31T. Triitium on radioaktiivne ja laguneb heeliumi ja elektronide vabanemisega. Erinevate vesiniku isotoopide tuumad erinevad prootonite spinnides. Vesinikku võib saada a) aktiivse metalli mõjul veele, b) hapete mõjul teatud metallidele, c) aluste toimel ränile ja mõnele amfoteersele metallile, d) ülekuumendatud auru toimel kivisüsi ja metaan ning ka raud, e) vee elektrolüütilise lagundamise ja süsivesinike termilise lagundamise teel. Vesiniku keemilise aktiivsuse määrab tema võime annetada elektroni teisele aatomile või jagada seda peaaegu võrdselt teiste elementidega keemilise sideme moodustumisel või siduda elektron mõne teise elemendiga keemilises ühendis, mida nimetatakse hüdriidiks. Tööstuses toodetud vesinikku kasutatakse suurtes kogustes ammoniaagi sünteesiks, lämmastikhape, metallhüdriidid. Toiduainetööstus kasutab vesinikku vedelate taimeõlide hüdrogeenimiseks (hüdrogeenimiseks) tahketeks rasvadeks (nt margariiniks). Hüdrogeenimine muudab küllastunud orgaanilised õlid, mis sisaldavad süsinikuaatomite vahel kaksiksidemeid, küllastunud õlideks, millel on süsinik-süsinik üksiksidemed. Kõrge puhtusastmega (99,9998%) vedelat vesinikku kasutatakse kosmoserakettides ülitõhusa kütusena.
füüsikalised omadused. Vesiniku veeldamine ja tahkumine nõuab väga madalaid temperatuure ja kõrgeid rõhku (vt omaduste tabelit). AT normaalsetes tingimustes vesinik on värvitu gaas, lõhnatu ja maitsetu, väga kerge: 1 liiter vesinikku temperatuuril 0 °C ja atmosfääri rõhk selle mass on 0,08987 g (võrrelge õhu ja heeliumi tihedust vastavalt 1,2929 ja 0,1785 g / l; seepärast õhupall täidetud heeliumiga ja millel on sama tõstejõud, nagu vesiniku õhupallil, peaks olema 8% suurem maht). Tabelis on toodud mõned vesiniku füüsikalised ja termodünaamilised omadused. TAVALIKU VESINIKU OMADUSED
(temperatuuril 273,16 K või 0 °C)
Aatomarv 1 Aatommass 11H 1,00797 Tihedus, g/l

juures normaalne rõhk 0,08987 2,5*10 5 atm 0,66 2,7*10 18 atm 1,12*10 7

Kovalentne raadius, 0,74 Sulamistemperatuur, ° С -259,14 Keemistemperatuur, ° С -252,5 Kriitiline temperatuur, ° С -239,92 (33,24 K) Kriitiline rõhk, atm 12,8 (12,80 K) Soojusmaht, J/(molChK) (H) 28. Lahustuvus

vees, maht/100 mahuosa H2O (standardtingimustes) 2,148 benseenis, ml/g (35,2 °C, 150,2 atm) 11,77 ammoniaagis, ml/g (25 °C) 50 atm 4 ,47 1000 atm juures 79,25

Oksüdatsiooniastmed -1, +1
Aatomi struktuur. Tavaline vesinikuaatom (protium) koosneb kahest põhiosakesest (prootonist ja elektronist) ning selle aatommass on 1. Tänu elektroni tohutule kiirusele (2,25 km/s ehk 7 * 1015 p/s) ja selle dualistliku korpuskulaarlaine olemuse tõttu on võimatu täpselt määrata elektroni koordinaati (asendit) mis tahes Sel hetkel aega, kuid elektroni leidmise tõenäosus on suur ja need määravad aatomi suuruse. Enamik vesiniku keemilisi ja füüsikalisi omadusi, eriti ergastamisega (energia neeldumisega) seotud omadusi, ennustatakse matemaatiliselt täpselt (vt SPEKTROSKOPIA). Vesinik sarnaneb leelismetallidega selle poolest, et kõik need elemendid on võimelised loovutama elektroni aktseptor-aatomile, moodustades keemilise sideme, mis võib varieeruda osaliselt ioonsest (elektronide ülekanne) kovalentseks (jagatud elektronpaar). Tugeva elektronaktseptori korral moodustab vesinik positiivse H+ iooni; prooton. Vesinikuaatomi elektronorbiidil võib olla 2 elektroni, seega on vesinik võimeline vastu võtma ka elektroni, moodustades negatiivse iooni H-, hüdriidiooni ja see teeb vesiniku suguluseks halogeenidega, mida iseloomustab elektroni vastuvõtmine. Cl-tüüpi negatiivse halogeniidiiooni moodustumisega. Vesiniku dualism väljendub selles, et elementide perioodilisuse tabelis on see paigutatud alarühma IA (leelismetallid) ja mõnikord ka VIIA (halogeenid) alarühma (vt ka KEEMIA).
Keemilised omadused. Vesiniku keemilised omadused määrab tema üks elektron. Selle elektroni eemaldamiseks kuluv energia on suurem, kui ükski teadaolev keemiline oksüdeerija suudab pakkuda. Niisiis keemiline side vesinik koos teiste aatomitega on lähemal kovalentsele kui ioonsele. Puhtalt kovalentne side tekib vesiniku molekuli moodustumisel: H + H H2
Ühe mooli (st 2 g) H2 moodustumisel vabaneb 434 kJ. Isegi 3000 K juures on vesiniku dissotsiatsiooniaste väga madal ja võrdne 9,03%, 5000 K juures ulatub see 94%ni ja alles 10000 K juures saab dissotsiatsioon täielikuks. Kui aatomilisest vesinikust ja hapnikust (4H + O2 -> 2H2O) moodustub kaks mooli (36 g) vett, eraldub molekulaarse vesiniku (2H2 +) põlemisel rohkem kui 1250 kJ ja temperatuur jõuab 3000-4000 °C-ni. O2 -> 2H2O) eraldub ainult 285,8 kJ ja leegi temperatuur ulatub vaid 2500 ° C-ni. Toatemperatuuril on vesinik vähem reaktiivne. Enamiku reaktsioonide käivitamiseks on vaja murda või lõdvendada tugev ühendus H-H, kulutab palju energiat. Vesinikreaktsioonide kiirus suureneb katalüsaatori (plaatinarühma metallid, siirdeoksiidid või raskemetallid) ja molekuli ergastamise meetodid (valgus, elektrilahendus, elektrikaar, kõrged temperatuurid). Sellistes tingimustes reageerib vesinik peaaegu kõigi elementidega, välja arvatud väärisgaasid. Aktiivsed leelis- ja leelismuldelemendid (nt liitium ja kaltsium) reageerivad vesinikuga, olles elektronidoonoriteks ja moodustades ühendeid, mida nimetatakse soolahüdriidideks (2Li + H2 -> 2LiH; Ca + H2 -> CaH2).
Üldiselt nimetatakse vesinikku sisaldavaid ühendeid hüdriidideks. Selliste ühendite omaduste mitmekesisus (olenevalt vesinikuga seotud aatomist) on seletatav vesiniku võimega avaldada laengut vahemikus -1 kuni peaaegu +1. See väljendub selgelt LiH ja CaH2 ning soolade nagu NaCl ja CaCl2 sarnasuses. Arvatakse, et hüdriidides on vesinik negatiivselt laetud (H-); selline ioon on redutseerija happelises vesikeskkonnas: 2H- H2 + 2e- + 2,25B. H-ioon on võimeline redutseerima veeprootoni H+ gaasiliseks vesinikuks: H- + H2O (r) H2 + OH-.
Vesinikühendid booriga – boorhüdriidid (borohüdriidid) – esindavad ebatavalist ainete klassi, mida nimetatakse boraanideks. Nende lihtsaim esindaja on BH3, mis eksisteerib ainult diboraani B2H6 stabiilsel kujul. Ühendused suur kogus boori aatomid saavad erinevaid viise. Näiteks on tuntud tetraboraan B4H10, stabiilne pentaboraan B5H9 ja ebastabiilne pentaboraan B5H11, heksaboraan B6H10, dekaboraan B10H14. Diboraani võib saada H2-st ja BCl3-st vaheühendi B2H5Cl kaudu, mis on 0 °C juures ebaproportsionaalne B2H6-ga, ja ka LiH või liitiumalumiiniumhüdriidi LiAlH4 reageerimisel BCl3-ga. Liitiumalumiiniumhüdriidis (kompleksühend - soolhüdriid) moodustavad neli vesinikuaatomit kovalentsed sidemed Al-ga, kuid [] --ga on ioonside Li +. Veel üks vesinikku sisaldava iooni näide on boorhüdriidiioon BH4-. Järgnevalt on toodud hüdriidide ligikaudne klassifikatsioon nende omaduste järgi vastavalt elementide asukohale elementide perioodilises tabelis. Siirdemetallide hüdriide nimetatakse metallilisteks või vahehüdriidideks ja sageli ei moodusta nad stöhhiomeetrilisi ühendeid, s.t. vesinikuaatomite ja metallide suhet ei väljendata täisarvuna, näiteks vanaadiumhüdriid VH0,6 ja tooriumhüdriid ThH3,1. Plaatinarühma metallid (Ru, Rh, Pd, Os, Ir ja Pt) neelavad aktiivselt vesinikku ja toimivad tõhusate katalüsaatoritena hüdrogeenimisreaktsioonides (näiteks vedelate õlide hüdrogeenimine rasvade moodustamiseks, lämmastiku muundamine ammoniaagiks, metanooli CH3OH süntees CO-st). Be, Mg, Al hüdriidid ja Cu, Zn, Ga alarühmad on polaarsed, termiliselt ebastabiilsed.

Mittemetallid moodustavad lenduvaid hüdriide üldine valem MHx (x on täisarv), mille keemistemperatuur on suhteliselt madal ja kõrgsurve aurud. Need hüdriidid erinevad oluliselt soolahüdriididest, milles vesinikul on negatiivsem laeng. Lenduvates hüdriidides (näiteks süsivesinikes) domineerib kovalentne side mittemetallide ja vesiniku vahel. Mittemetallilise iseloomu kasvades tekivad osaliselt ioonse sidemega ühendid, näiteks H + Cl-, (H2) 2 + O2-, N3- (H3) 3 +. Allpool on toodud eraldi näited erinevate hüdriidide moodustumise kohta (sulgudes on näidatud hüdriidi moodustumise soojus):

Vesiniku isomeeria ja isotoobid. Vesiniku isotoopide aatomid ei ole sarnased. Tavaline vesinik, protium, on alati prooton, mille ümber tiirleb üks elektron ja mis asub prootonist suurel kaugusel (prootoni suuruse suhtes). Mõlemal osakesel on spinn, seega võivad vesinikuaatomid erineda kas elektroni spinni või prootoni spinni või mõlema poolest. Vesinikuaatomeid, mis erinevad prootoni või elektroni spinni poolest, nimetatakse isomeerideks. Kahe aatomi kombinatsioon paralleelsete spinnidega viib "ortovesiniku" molekuli moodustumiseni ja prootonite vastassuunaliste spinnidega - "paravesiniku" molekuli moodustumiseni. Keemiliselt on mõlemad molekulid identsed. Ortovesinikul on väga nõrk magnetmoment. Toas või kõrgendatud temperatuur mõlemad isomeerid, nii ortovesinik kui ka paravesinik, on tavaliselt tasakaalus vahekorras 3:1. Temperatuurini 20 K (-253 °C) jahutamisel tõuseb paravesiniku sisaldus 99%-ni, kuna see on stabiilsem. Tööstuslike puhastusmeetoditega vedeldamisel läheb ortovorm soojuse vabanemisega üle paravormiks, mis põhjustab vesiniku aurustumisel kadu. Ortovormi muundumiskiirus paravormiks suureneb katalüsaatori, nagu puusüsi, nikkeloksiid, alumiiniumoksiidil kantud kroomoksiid, juuresolekul. Protium on ebatavaline element, kuna selle tuumas pole neutroneid. Kui tuumas ilmub neutron, nimetatakse sellist vesinikku deuteeriumiks 21D. Elemendid, millel on sama arv prootoneid ja elektrone ning erinev summa neutroneid nimetatakse isotoopideks. Looduslik vesinik sisaldab vähesel määral HD-d ja D2-d. Samamoodi sisaldab looduslik vesi madalas kontsentratsioonis (alla 0,1%) DOH-d ja D2O-d. Raske vesi D2O, mille mass on suurem kui H2O, erineb füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest, näiteks tavalise vee tihedus on 0,9982 g / ml (20 ° C) ja raske - 1,105 g / ml, sulamistemperatuur tavalise vee temperatuur on 0, 0 ° C ja raske - 3,82 ° C, keemistemperatuur on vastavalt 100 ° C ja 101,42 ° C. D2O-ga seotud reaktsioonid kulgevad väiksema kiirusega (näiteks elektrolüüs looduslik vesi mis sisaldab D2O segu, millele on lisatud leelist NaOH). Protiumoksiidi H2O elektrolüütilise lagunemise kiirus on suurem kui D2O (arvestades elektrolüüsitava D2O osakaalu pidevat suurenemist). Protiumi ja deuteeriumi omaduste läheduse tõttu on võimalik protiumi asendada deuteeriumiga. Selliseid ühendusi nimetatakse siltideks. Deuteeriumiühendeid tavalise vesinikku sisaldava ainega segades on võimalik uurida paljude reaktsioonide viise, olemust ja mehhanismi. Seda meetodit kasutatakse bioloogiliste ja biokeemiliste reaktsioonide, näiteks seedimisprotsesside uurimiseks. Kolmas vesiniku isotoop triitium (31T) esineb looduses mikrokogustes. Erinevalt stabiilsest deuteeriumist on triitium radioaktiivne ja selle poolestusaeg on 12,26 aastat. Triitium laguneb heeliumiks (32He) koos b-osakese (elektroni) vabanemisega. Tuumaenergia tootmiseks kasutatakse triitiumi ja metallitritiide; näiteks sisse vesinikupomm toimub järgmine ühinemisreaktsioon: 21H + 31H -> 42He + 10n + 17,6 MeV
Vesiniku saamine. Sageli määrab vesiniku edasise kasutamise toodangu iseloom. Mõnel juhul, näiteks ammoniaagi sünteesil, ei ole algses vesinikus sisalduv väike kogus lämmastikku loomulikult kahjulik lisand. Süsinikmonooksiidi(II) segu ei mõjuta ka vesiniku kasutamist redutseerijana. 1. Suurim vesiniku tootmine põhineb süsivesinike katalüütilisel muundamisel auruga vastavalt skeemile CnH2n + 2 + nH2O (r) nCO + (2n + 1)H2 ja CnH2n + 2 + 2nH2O (r) nCO2 + (3n +) 1) H2. Protsessi temperatuur sõltub katalüsaatori koostisest. On teada, et reaktsiooni temperatuuri propaaniga saab alandada 370 °C-ni, kasutades katalüsaatorina boksiidi. Kuni 95% toodetud CO-st kulub edasises reaktsioonis veeauruga: H2O + CO -> CO2 + H2
2. Vesigaasi meetod annab olulise osa vesiniku kogutoodangust. Meetodi olemus on veeauru reaktsioon koksiga, moodustades CO ja H2 segu. Reaktsioon on endotermiline (DH° = 121,8 kJ/mol) ja see viiakse läbi temperatuuril 1000 ° C. Kuumutatud koksi töödeldakse auruga; vabanev puhastatud gaasisegu sisaldab veidi vesinikku, suures koguses CO-d ja vähesel määral CO2 segu. H2 saagise suurendamiseks eemaldatakse CO-monooksiid täiendava auruga töötlemisega 370 °C juures, tekitades rohkem CO2. Süsinikdioksiidi on üsna lihtne eemaldada, juhtides gaasisegu läbi vastuvooluveega niisutatud pesuri. 3. Elektrolüüs. Elektrolüütilises protsessis on vesinik tegelikult põhitoodete, kloori ja leelise (NaOH) tootmise kõrvalsaadus. Elektrolüüs viiakse läbi kergelt leeliselises vesikeskkonnas temperatuuril 80 °C ja pingel umbes 2 V, kasutades raudkatoodi ja nikkelanoodi:

4. Raua-auru meetod, mille kohaselt 500-1000 °C aur juhitakse üle raua: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160,67 kJ. Selle meetodiga toodetud vesinikku kasutatakse tavaliselt rasvade ja õlide hüdrogeenimiseks. Raudoksiidi koostis sõltub protsessi temperatuurist; nC + (n + 1)H2 jaoks
6. Tootmise mõttes järgmine on metanool-auru meetod: CH3OH + H2O -> 3H2 + CO2. Reaktsioon on endotermiline ja viiakse läbi 260°C VESINIKU juures tavalistes terasreaktorites rõhul kuni 20 atm. 7. Ammoniaagi katalüütiline lagunemine: 2NH3 -> Reaktsioon on pöörduv. Väikeste vesinikuvajaduste korral on see protsess ebaökonoomne. Samuti on olemas erinevaid viise vesiniku tootmine, mis küll ei oma suurt tööstuslikku tähtsust, kuid võib mõnel juhul osutuda majanduslikult kõige soodsamaks. Väga puhast vesinikku saadakse puhastatud leelismetallihüdriidide hüdrolüüsil; sellisel juhul tekib väikesest kogusest hüdriidist palju vesinikku: LiH + H2O -> LiOH + H2
(See meetod on mugav, kui kasutada saadud vesinikku vahetult.) Kui happed reageerivad aktiivsete metallidega, siis eraldub ka vesinik, kuid see on tavaliselt saastunud happeauru või mõne muu gaasilise produktiga, nagu fosfiin PH3, vesiniksulfiid H2S, arsiin AsH3. Kõige aktiivsemad metallid, reageerides veega, tõrjuvad välja vesiniku ja moodustavad leeliselise lahuse: 2H2O + 2Na -> H2 + 2NaOH Sage labori meetod H2 saamine Kippi aparaadis tsingi reaktsioonil vesinikkloriid- või väävelhappega:
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. Leelismuldmetallide hüdriidid (nt CaH2), komplekssoola hüdriidid (nt LiAlH4 või NaBH4) ja mõned boorhüdriidid (nt B2H6) eraldavad veega reageerides või termilise dissotsiatsiooni käigus vesinikku. Kõrgel temperatuuril pruunsüsi ja aur mõjutavad samuti vesiniku vabanemist.
Vesiniku puhastamine. Vesiniku nõutava puhtuse aste määratakse selle ulatuse järgi. Süsinikdioksiidi segu eemaldatakse külmutamise või veeldamise teel (näiteks gaasilise segu juhtimisel läbi vedela lämmastiku). Sama lisandi saab täielikult eemaldada läbi vee mullitades. CO saab eemaldada katalüütilise muundamise teel CH4-ks või CO2-ks või vedela lämmastikuga töötlemise teel. Elektrolüüsiprotsessi käigus tekkinud hapniku lisand eemaldatakse pärast sädelahendust vee kujul.
Vesiniku kasutamine. Vesinikku kasutatakse peamiselt keemiatööstuses vesinikkloriidi, ammoniaagi, metanooli ja muude orgaaniliste ühendite tootmiseks. Seda kasutatakse õlide, aga ka kivisöe ja nafta hüdrogeenimisel (madala kvaliteediga kütuste muundamiseks kvaliteetseteks). Metallurgias kasutatakse vesinikku mõnede värviliste metallide redutseerimiseks nende oksiididest. Vesinikku kasutatakse võimsate elektrigeneraatorite jahutamiseks. Vesiniku isotoope kasutatakse tuumaenergeetikas. Vesinik-hapniku leeki kasutatakse metallide lõikamiseks ja keevitamiseks.
KIRJANDUS
Nekrasov B.V. Üldkeemia alused. M., 1973 Vedel vesinik. M., 1980 Vesinik metallides. M., 1981

Collier Encyclopedia. - Avatud ühiskond. 2000 .

Sünonüümid:

Vaadake, mis on "VESINIK" teistes sõnaraamatutes:

Nukliidide tabel Üldine informatsioon Nimi, tähis Vesinik 4, 4H Neutronid 3 Prootonid 1 Nukliidi omadused Aatommass 4,027810 (110) ... Wikipedia

Nukliidide tabel Üldteave Nimetus, tähis Vesinik 5, 5H Neutronid 4 Prootonid 1 Nukliidi omadused Aatommass 5,035310 (110) ... Wikipedia

Nukliidide tabel Üldteave Nimetus, sümbol Vesinik 6, 6H Neutronid 5 Prootonid 1 Nukliidi omadused Aatommass 6,044940 (280) ... Wikipedia

Nukliidide tabel Üldteave Nimetus, tähis Vesinik 7, 7H Neutronid 6 Prootonid 1 Nukliidi omadused Aatommass 7,052750 (1080) ... Wikipedia