Vety - mitä se on? Ominaisuudet ja arvo. Vety - mikä tämä aine on? Vedyn kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Vety on erityinen elementti, joka vie kaksi solua kerralla jaksollinen järjestelmä Mendelejev. Se sijaitsee kahdessa elementtiryhmässä, joilla on vastakkaiset ominaisuudet, ja tämä ominaisuus tekee siitä ainutlaatuisen. Vety on yksinkertainen aine ja olennainen osa monia monimutkaisia ​​yhdisteitä, se on organogeeninen ja biogeeninen alkuaine. Sen tärkeimpiin ominaisuuksiin ja ominaisuuksiin kannattaa tutustua yksityiskohtaisesti.

Vety Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä

Vedyn tärkeimmät ominaisuudet on esitetty seuraavassa:

• elementin sarjanumero on 1 (protoneja ja elektroneja on sama määrä);
• atomimassa on 1,00795;
• vedyllä on kolme isotooppia, joista jokaisella on erityisiä ominaisuuksia;
• johtuen vain yhden elektronin sisällöstä, vety pystyy osoittamaan pelkistäviä ja hapettavia ominaisuuksia, ja elektronin luovuttamisen jälkeen vedyllä on vapaa kiertorata, joka osallistuu kemiallisten sidosten muodostukseen luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti;
• vety on kevyt alkuaine, jolla on pieni tiheys;
• vety on vahva pelkistävä aine, se avaa ryhmän alkalimetallit pääalaryhmän ensimmäisessä ryhmässä;
• kun vety reagoi metallien ja muiden vahvojen pelkistysaineiden kanssa, se hyväksyy niiden elektronin ja muuttuu hapettavaksi aineeksi. Tällaisia ​​yhdisteitä kutsutaan hydrideiksi. Ilmoitetun ominaisuuden mukaan vety kuuluu ehdollisesti halogeenien ryhmään (taulukossa se on annettu suluissa olevan fluorin yläpuolella), jonka kanssa sillä on yhtäläisyyksiä.

Vety yksinkertaisena aineena

Vety on kaasu, jonka molekyyli koostuu kahdesta. Tämän aineen löysi vuonna 1766 brittiläinen tiedemies Henry Cavendish. Hän osoitti, että vety on kaasu, joka räjähtää vuorovaikutuksessa hapen kanssa. Tutkittuaan vetyä kemistit havaitsivat, että tämä aine on kevyin kaikista ihmisille tunnetuista aineista.

Toinen tiedemies, Lavoisier, antoi elementille nimen "hydrogenium", joka latinaksi tarkoittaa "veden synnyttämistä". Vuonna 1781 Henry Cavendish osoitti, että vesi on hapen ja vedyn yhdistelmä. Toisin sanoen vesi on vedyn ja hapen reaktion tuote. Vedyn palavat ominaisuudet tunsivat jopa muinaiset tiedemiehet: vastaavat tiedot jättivät 1500-luvulla asunut Paracelsus.

Molekyylivety on luonnossa yleinen luonnossa esiintyvä kaasumainen yhdiste, joka koostuu kahdesta atomista ja kun palava sirpale nostetaan esiin. Vetymolekyyli voi hajota atomeiksi, jotka muuttuvat heliumytimiksi, koska ne voivat osallistua ydinreaktiot. Tällaisia ​​prosesseja tapahtuu säännöllisesti avaruudessa ja auringossa.

Vety ja sen fysikaaliset ominaisuudet

Vetyllä on seuraavat fysikaaliset parametrit:

• kiehuu -252,76 °C:ssa;
• sulaa -259,14 °C:ssa; *ilmoitetuissa lämpötilarajoissa vety on hajuton, väritön neste;
• vety liukenee heikosti veteen;
• vety voi teoriassa mennä metalliseen tilaan, kun sitä tarjotaan erityisolosuhteet(alhaiset lämpötilat ja korkea paine);
• puhdas vety on räjähtävä ja palava aine;
• vety pystyy diffundoitumaan metallien paksuuden läpi, joten se liukenee niihin hyvin;
• vety on 14,5 kertaa ilmaa kevyempi;
• korkeassa paineessa voidaan saada lumimaisia ​​kiinteän vedyn kiteitä.

Vedyn kemialliset ominaisuudet

Laboratoriomenetelmät:

• laimennettujen happojen vuorovaikutus aktiivisten metallien ja keskiaktiivisten metallien kanssa;
• metallihydridien hydrolyysi;
• alkali- ja maa-alkalimetallien reaktio veden kanssa.

Vetyyhdisteet:

Vetyhalogenidit; ei-metallien haihtuvat vetyyhdisteet; hydridit; hydroksidit; vetyhydroksidi (vesi); vetyperoksidi; orgaaniset yhdisteet (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit, vitamiinit, lipidit, eteeriset öljyt, hormonit). Napsauta nähdäksesi turvallisia kokeita proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien ominaisuuksien tutkimuksesta.

Tuloksena olevan vedyn keräämiseksi sinun on pidettävä koeputki ylösalaisin. Vetyä ei voida kerätä kuten hiilidioksidia, koska se on paljon ilmaa kevyempää. Vety haihtuu nopeasti, ja se räjähtää ilman kanssa sekoittuneena (tai suuressa pitoisuudessa). Siksi putki on käännettävä ylösalaisin. Välittömästi täytön jälkeen putki suljetaan kumitulpalla.

Vedyn puhtauden tarkistamiseksi sinun on tuotava sytytetty tulitikku koeputken kaulaan. Jos kuuro ja hiljainen poksahdus tapahtuu, kaasu on puhdasta ja ilman epäpuhtaudet ovat minimaaliset. Jos poksahdus on kovaa ja viheltävää, koeputkessa oleva kaasu on likaista, se sisältää suuren osan vieraita komponentteja.

Huomio! Älä yritä toistaa näitä kokeita itse!

1500- ja 1600-luvun kemistien teoksissa mainittiin toistuvasti palavan kaasun vapautuminen happojen vaikutuksesta metalleihin. Vuonna 1766 G. Cavendish keräsi ja tutki vapautuneen kaasun kutsuen sitä "palavaksi ilmaksi". Flogistonin teorian kannattajana Cavendish uskoi, että tämä kaasu on puhdasta flogistonia. Vuonna 1783 A. Lavoisier osoitti vettä analysoimalla ja syntetisoimalla sen koostumuksen monimutkaisuuden, ja vuonna 1787 hän määritteli "palavan ilman" uudeksi kemiallinen alkuaine(vetyä) ja antoi hänelle moderni nimi vety (kreikan kielestä hydor - vesi ja gennao - synnyttää), mikä tarkoittaa "veden synnyttämistä"; tätä juuria käytetään vetyyhdisteiden ja prosessien nimissä, joissa se on mukana (esimerkiksi hydridit, hydraus). Modernin venäläisen nimen "Hydrogen" ehdotti M. F. Solovjov vuonna 1824.

Vedyn jakautuminen luonnossa. Vety on laajalle levinnyt luonnossa, sen pitoisuus maankuoressa (litosfääri ja hydrosfääri) on 1 % massasta ja 16 % atomien lukumäärästä. Vety on osa maan yleisintä ainetta - vettä (11,19 massaprosenttia vetyä), hiilen, öljyn, luonnonkaasujen, saven sekä eläin- ja kasviorganismien koostumuksessa. proteiinit, nukleiinihapot, rasvat, hiilihydraatit jne.). Vety on äärimmäisen harvinainen vapaana; sitä löytyy pieniä määriä tulivuoren ja muiden luonnonkaasujen kanssa. Ilmakehässä on mitätön määrä vapaata vetyä (0,0001 % atomien lukumäärästä). Maan lähiavaruudessa vety protonivirran muodossa muodostaa Maan sisäisen ("protoni") säteilyvyön. Vety on avaruuden yleisin alkuaine. Plasman muodossa se muodostaa noin puolet Auringon ja useimpien tähtien massasta, valtaosan tähtienvälisen väliaineen kaasuista ja kaasusumuista. Vetyä on useiden planeettojen ilmakehässä ja komeetoissa vapaana H 2 , metaani CH 4 , ammoniakki NH 3 , vesi H 2 O, radikaalit, kuten CH, NH, OH, SiH, PH jne. Vety tulee protonivuon muodossa auringon ja kosmisten säteiden korpuskulaariseen säteilyyn.

Vedyn isotoopit, atomi ja molekyyli. Tavallinen vety koostuu kahden stabiilin isotoopin seoksesta: kevyestä vedystä tai protiumista (1 H) ja raskaasta vedystä tai deuteriumista (2 H tai D). Luonnollisissa vetyyhdisteissä on keskimäärin 6800 atomia 1 H 1 atomia kohden 2 H. Radioaktiivinen isotooppi, jolla on massanumero 3:a kutsutaan superraskaaksi vedyksi tai tritiumaksi (3 H tai T), jolla on pehmeä β-säteily ja puoliintumisaika T ½ = 12,262 vuotta. Luonnossa tritiumia muodostuu esimerkiksi ilmakehän typestä kosmisen säteen neutronien vaikutuksesta; ilmakehässä se on mitätön (4 10 -15 % kokonaismäärä vetyatomit). Saatiin erittäin epästabiili isotooppi 4 H. Isotooppien 1 H, 2 H, 3 H ja 4 H massaluvut, vastaavasti 1, 2, 3 ja 4, osoittavat, että protiumatomin ydin sisältää vain yhden protonin, deuteriumin. - yksi protoni ja yksi neutroni, tritium - yksi protoni ja 2 neutronia, 4 H - yksi protoni ja 3 neutronia. Vedyn isotooppien massojen suuri ero aiheuttaa huomattavamman eron niiden fysikaalisissa ja kemiallisissa ominaisuuksissa kuin muiden alkuaineiden isotooppien tapauksessa.

Vetyatomilla on yksinkertaisin rakenne kaikkien muiden alkuaineiden atomeista: se koostuu ytimestä ja yhdestä elektronista. Ytimen sisältävän elektronin sitoutumisenergia (ionisaatiopotentiaali) on 13,595 eV. Neutraali atomi Vety voi kiinnittää myös toisen elektronin muodostaen negatiivisen ionin H - tässä tapauksessa toisen neutraalin atomin elektronin sitoutumisenergia (elektroniaffiniteetti) on 0,78 eV. Kvanttimekaniikka mahdollistaa vetyatomin kaikkien mahdollisten energiatasojen laskemisen ja siten täydellisen tulkinnan sen atomispektristä. Vetyatomia käytetään malliatomina muiden, monimutkaisempien atomien energiatasojen kvanttimekaanisissa laskelmissa.

Vety-H2-molekyyli koostuu kahdesta atomista, jotka on yhdistetty kovalenttisella kemiallisella sidoksella. Dissosiaatioenergia (eli hajoaminen atomeiksi) on 4,776 eV. Atomien välinen etäisyys ytimien tasapainoasemassa on 0,7414Å. Korkeissa lämpötiloissa molekyylivety hajoaa atomeiksi (dissosiaatioaste 2000°C:ssa on 0,0013; 5000°C:ssa se on 0,95). Atomivetyä muodostuu myös erilaisissa kemialliset reaktiot(esimerkiksi Zn:n vaikutus suolahappoon). Vedyn olemassaolo atomitilassa kestää kuitenkin vain lyhyt aika, atomit yhdistyvät uudelleen H2-molekyyleiksi.

Vedyn fysikaaliset ominaisuudet. Vety on kevyin tunnetuista aineista (14,4 kertaa ilmaa kevyempi), tiheys 0,0899 g/l 0 °C:ssa ja 1 atm. Vety kiehuu (nesteytyy) ja sulaa (kiinteytyy) -252,8 °C:ssa ja -259,1 °C:ssa (vain heliumissa on enemmän matalat lämpötilat sulaminen ja keittäminen). Vedyn kriittinen lämpötila on hyvin alhainen (-240°C), joten sen nesteyttämiseen liittyy suuria vaikeuksia; kriittinen paine 12,8 kgf / cm 2 (12,8 atm), kriittinen tiheys 0,0312 g / cm 3. Vedyn lämmönjohtavuus on kaikista kaasuista korkein, 0,174 W/(m·K) lämpötilassa 0°C ja 1 atm, eli 4,16·10 -4 cal/(s·cm·°С). Ominaislämpö Vety 0 °C:ssa ja 1 atm C p 14,208 kJ / (kg K), eli 3,394 cal / (g ° C). Vety liukenee heikosti veteen (0,0182 ml / g lämpötilassa 20 ° C ja 1 atm), mutta hyvin - moniin metalleihin (Ni, Pt, Pa ja muut), erityisesti palladiumiin (850 tilavuutta per 1 tilavuus Pd). Vedyn liukoisuus metalleihin liittyy sen kykyyn diffundoitua niiden läpi; diffuusioon hiiliseoksen (esimerkiksi teräksen) läpi liittyy joskus seoksen tuhoutuminen vedyn ja hiilen vuorovaikutuksen vuoksi (ns. decarbonization). Nestemäinen vety on erittäin kevyttä (tiheys -253 °C:ssa 0,0708 g/cm3) ja nestemäistä (viskositeetti -253 °C:ssa 13,8 senttipoisea).

Vedyn kemialliset ominaisuudet. Useimmissa yhdisteissä vedyn valenssi (tarkemmin sanottuna hapetusaste) on +1, kuten natriumilla ja muilla alkalimetallilla; yleensä sitä pidetään näiden metallien analogina, Mendeleev-järjestelmän otsikkoryhmä I. Kuitenkin metallihydrideissä vetyioni on negatiivisesti varautunut (hapetusaste -1), eli Na + H - hydridi on rakennettu kuten Na + Cl - kloridi. Tämä ja jotkut muut tosiasiat (vedyn ja halogeenien fysikaalisten ominaisuuksien läheisyys, halogeenien kyky korvata vetyä orgaanisissa yhdisteissä) antavat aihetta sisällyttää vety myös jaksollisen järjestelmän ryhmään VII. klo normaaleissa olosuhteissa molekyylivety on suhteellisen inaktiivinen, ja se yhdistyy suoraan vain aktiivisimpien epämetallien kanssa (fluorin kanssa ja valossa myös kloorin kanssa). Kuumennettaessa se kuitenkin reagoi monien alkuaineiden kanssa. Atomivedyllä on suurempi kemiallinen aktiivisuus verrattuna molekyylivetyyn. Vety yhdistyy happeen muodostaen vettä:

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

vapauttamalla 285,937 kJ / mol, eli 68,3174 kcal / mol lämpöä (25 ° C:ssa ja 1 atm). Tavallisissa lämpötiloissa reaktio etenee erittäin hitaasti, yli 550 ° C - räjähdyksellä. Vety-happiseoksen räjähdysrajat ovat (tilavuuden mukaan) 4 - 94 % H2 ja vety-ilmaseoksen - 4 - 74 % H2 (seos, jossa on 2 tilavuutta H2:ta ja 1 tilavuusprosenttia O 2 kutsutaan räjähtäväksi kaasuksi). Vetyä käytetään monien metallien pelkistämiseen, koska se ottaa happea pois niiden oksideista:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O,

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

Halogeeneilla vety muodostaa vetyhalogenideja, esimerkiksi:

H2 + Cl2 \u003d 2HCl.

Vety räjähtää fluorin kanssa (jopa pimeässä ja -252°C:ssa), reagoi kloorin ja bromin kanssa vain valaistuna tai kuumennettaessa ja jodin kanssa vain kuumennettaessa. Vety reagoi typen kanssa muodostaen ammoniakkia:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

vain katalyytillä ja korkeissa lämpötiloissa ja paineissa. Kuumennettaessa vety reagoi voimakkaasti rikin kanssa:

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

paljon vaikeampaa seleenin ja telluurin kanssa. Vety voi reagoida puhtaan hiilen kanssa ilman katalyyttiä vain korkeissa lämpötiloissa:

2H2 + C (amorfinen) = CH4 (metaani).

Vety reagoi suoraan joidenkin metallien (alkali, maa-alkali ja muut) kanssa muodostaen hydridejä:

H2 + 2Li = 2LiH.

Tärkeä käytännön arvoa on vedyn reaktioita hiilimonoksidin (II) kanssa, joissa lämpötilasta, paineesta ja katalyytistä riippuen muodostuu erilaisia ​​orgaanisia yhdisteitä, esimerkiksi HCHO, CH3OH ja muut. Tyydyttymättömät hiilivedyt reagoivat vedyn kanssa kyllästyen, esimerkiksi:

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

Vedyn ja sen yhdisteiden rooli kemiassa on poikkeuksellisen suuri. Vety määrittää niin kutsuttujen proottisten happojen happamat ominaisuudet. Vety pyrkii muodostamaan ns. vetysidoksen tiettyjen alkuaineiden kanssa, millä on ratkaiseva vaikutus monien orgaanisten ja ei-orgaanisten alkuaineiden ominaisuuksiin. orgaaniset yhdisteet.

Vedyn saaminen. Vedyn teollisen tuotannon pääraaka-aineet ovat palavat luonnonkaasut, koksikaasu ja öljynjalostuskaasut. Vetyä saadaan myös vedestä elektrolyysillä (paikoin halvalla sähköllä). tärkeimmillä tavoilla vedyn tuotanto maakaasu ovat hiilivetyjen, pääasiassa metaanin, katalyyttistä vuorovaikutusta vesihöyryn kanssa (konversio):

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

ja hiilivetyjen epätäydellinen hapettuminen hapen vaikutuksesta:

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

Tuloksena oleva hiilimonoksidi (II) muutetaan myös:

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

Maakaasusta valmistettu vety on halvinta.

Vety eristetään koksiuunikaasusta ja jalostuskaasuista poistamalla kaasuseoksesta loput komponentit, jotka nesteytyvät helpommin kuin vetyä, syväjäähdytyksessä. Veden elektrolyysi suoritetaan tasavirralla kuljettamalla se KOH- tai NaOH-liuoksen läpi (happoja ei käytetä teräslaitteiden korroosion välttämiseksi). Vetyä tuotetaan laboratorioissa veden elektrolyysillä sekä sinkin ja suolahapon välisessä reaktiossa. Kuitenkin useammin he käyttävät valmista vetyä sylintereissä.

Vedyn käyttö. AT teollisessa mittakaavassa Vetyä alettiin hankkia täyttöön 1700-luvun lopulla ilmapalloja. Tällä hetkellä vetyä käytetään laajalti kemianteollisuudessa, pääasiassa ammoniakin valmistukseen. Vedyn suuri kuluttaja on myös metyyli- ja muiden alkoholien, synteettisen bensiinin ja muiden vedystä ja hiilimonoksidista (II) synteesillä saatujen tuotteiden valmistus. Vetyä käytetään kiinteiden ja raskaiden hydraukseen nestemäiset polttoaineet, rasvat ja muut, HCl:n synteesiin, öljytuotteiden vetykäsittelyyn, metallien hitsaukseen ja leikkaamiseen happi-vetyliekillä (lämpötila jopa 2800 °C) ja atomivetyhitsaukseen (jopa 4000 °C). Erittäin tärkeä sovellus ydinvoima löydetty vedyn isotooppeja - deuterium ja tritium.

Jaksottaisessa järjestelmässä on omansa tietty paikka asema, joka heijastaa sen ominaisuuksia ja puhuu sen elektronisesta rakenteesta. Kaiken joukossa on kuitenkin yksi erityinen atomi, joka vie kaksi solua kerralla. Se sijaitsee kahdessa elementtiryhmässä, jotka ovat ilmeisiltä ominaisuuksiltaan täysin vastakkaisia. Tämä on vetyä. Nämä ominaisuudet tekevät siitä ainutlaatuisen.

Vety ei ole vain alkuaine, vaan myös yksinkertainen aine, samoin kuin olennainen osa monia monimutkaisia ​​yhdisteitä, biogeeninen ja organogeeninen alkuaine. Siksi tarkastelemme sen ominaisuuksia ja ominaisuuksia yksityiskohtaisemmin.

Vety kemiallisena alkuaineena

Vety on pääalaryhmän ensimmäisen ryhmän elementti sekä pääalaryhmän seitsemännen ryhmän elementti ensimmäisellä pienellä jaksolla. Tämä ajanjakso koostuu vain kahdesta atomista: heliumista ja tarkastelemastamme alkuaineesta. Kuvataan vedyn sijainnin pääpiirteet jaksollisessa järjestelmässä.

1. Vedyn sarjanumero on 1, elektronien lukumäärä on sama, protonien lukumäärä on sama. Atomimassa- 1,00795. Tällä alkuaineella on kolme isotooppia, joiden massaluvut ovat 1, 2, 3. Niiden kunkin ominaisuudet ovat kuitenkin hyvin erilaiset, koska vedyn massan yhden lisäys on välittömästi kaksinkertainen.
2. Se, että se sisältää vain yhden elektronin ulkopinnalla, mahdollistaa sen, että sillä on onnistuneesti sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia. Lisäksi se jää elektronin luovuttamisen jälkeen vapaaksi kiertoradalle, joka osallistuu kemiallisten sidosten muodostukseen luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti.
3. Vety on vahva pelkistävä aine. Siksi pääalaryhmän ensimmäistä ryhmää pidetään hänen pääpaikkansa, jossa hän johtaa eniten aktiiviset metallit- emäksinen.
4. Vuorovaikutuksessa vahvojen pelkistysaineiden, kuten esimerkiksi metallien, kanssa se voi kuitenkin olla myös hapettava aine, joka vastaanottaa elektronin. Näitä yhdisteitä kutsutaan hydrideiksi. Tällä perusteella se johtaa halogeenien alaryhmää, jonka kanssa se on samanlainen.
5. Pienen atomimassansa vuoksi vetyä pidetään kevyimpana alkuaineena. Lisäksi sen tiheys on myös erittäin alhainen, joten se on myös keveyden mittapuu.

Näin ollen on selvää, että vetyatomi on täysin ainutlaatuinen, toisin kuin kaikki muut alkuaineet. Siksi sen ominaisuudet ovat myös erityisiä ja muodostuvat yksinkertaiset ja monimutkaiset aineet ovat erittäin tärkeitä. Pohditaanpa niitä tarkemmin.

yksinkertainen aine

Jos puhumme tästä elementistä molekyylinä, meidän on sanottava, että se on kaksiatominen. Eli vety (yksinkertainen aine) on kaasu. Sen empiirinen kaava kirjoitetaan muodossa H 2 ja graafinen - yhden sigmasidoksen H-H kautta. Atomien välisen sidoksen muodostumismekanismi on kovalenttinen ei-polaarinen.

1. Metaanin höyryreformointi.
2. Hiilen kaasutus - prosessi sisältää hiilen kuumentamisen 1000 0 C:een, jolloin muodostuu vetyä ja hiilipitoista hiiltä.
3. Elektrolyysi. Tätä menetelmää voidaan käyttää vain erilaisten suolojen vesiliuoksille, koska sulatteet eivät johda veden purkamiseen katodissa.

Laboratoriomenetelmät vedyn tuottamiseksi:

1. Metallihydridien hydrolyysi.
2. Laimennettujen happojen vaikutus aktiivisiin metalleihin ja keskiaktiivisuuteen.
3. Alkali- ja maa-alkalimetallien vuorovaikutus veden kanssa.

Tuloksena olevan vedyn keräämiseksi koeputki on pidettävä ylösalaisin. Tätä kaasua ei nimittäin voi kerätä samalla tavalla kuin esimerkiksi hiilidioksidia. Tämä on vetyä, se on paljon ilmaa kevyempää. Se haihtuu nopeasti ja räjähtää, kun se sekoitetaan ilman kanssa suuria määriä. Siksi putki on käännettävä ylösalaisin. Täytön jälkeen se on suljettava kumitulpalla.

Kerätyn vedyn puhtauden tarkistamiseksi sinun tulee tuoda sytytetty tulitikku kaulaan. Jos puuvilla on kuuroa ja hiljaista, kaasu on puhdasta ja siinä on mahdollisimman vähän ilman epäpuhtauksia. Jos se on kovaääninen ja viheltävä, se on likainen ja siinä on suuri osa vieraista osista.

Käyttöalueet

Kun vetyä poltetaan, se vapautuu suuri määrä energiaa (lämpöä), että tätä kaasua pidetään kannattavimpana polttoaineena. Lisäksi se on ympäristöystävällinen. Sen käyttö tällä alueella on kuitenkin tällä hetkellä rajoitettua. Tämä johtuu huonosti harkittuista ja ratkaisemattomista ongelmista puhtaan vedyn syntetisoinnissa, joka soveltuisi käytettäväksi polttoaineena reaktoreissa, moottoreissa ja kannettavissa laitteissa sekä asuinrakennusten lämmityskattiloissa.

Loppujen lopuksi menetelmät tämän kaasun saamiseksi ovat melko kalliita, joten ensin on kehitettävä erityinen synteesimenetelmä. Sellaisen, jonka avulla voit saada tuotteen suuria määriä ja pienin kustannuksin.

On olemassa useita pääalueita, joilla harkitsemamme kaasua käytetään.

1. Kemialliset synteesit. Hydrauksen perusteella saadaan saippuoita, margariineja ja muoveja. Vedyn mukana syntetisoidaan metanolia ja ammoniakkia sekä muita yhdisteitä.
2. Elintarviketeollisuudessa - lisäaineena E949.
3. Ilmailuteollisuus (rakettien rakentaminen, lentokoneiden rakentaminen).
4. Energiateollisuus.
5. Meteorologia.
6. Ympäristöystävällistä polttoainetta.

On selvää, että vety on yhtä tärkeä kuin sitä on runsaasti luonnossa. Vielä suurempi rooli on sen muodostamilla erilaisilla yhdisteillä.

Vetyyhdisteet

Nämä ovat monimutkaisia ​​aineita, jotka sisältävät vetyatomeja. Tällaisten aineiden päätyyppejä on useita.

1. Vetyhalogenidit. Yleinen kaava on HHal. Erityisen tärkeä niistä on kloorivety. Se on kaasu, joka liukenee veteen muodostaen liuoksen suolahaposta. Tämä happo löytyy laaja sovellus lähes kaikissa kemiallisissa synteeseissä. Ja sekä orgaanisia että epäorgaanisia. Kloorivety on yhdiste, jolla on empiirinen kaava HCL ja joka on yksi suurimmista vuosituotannosta maassamme. Vetyhalogenideja ovat myös vetyjodidi, fluorivety ja vetybromidi. Ne kaikki muodostavat vastaavat hapot.
2. Haihtuva Lähes kaikki ne ovat melko myrkyllisiä kaasuja. Esimerkiksi rikkivety, metaani, silaani, fosfiini ja muut. Ne ovat kuitenkin erittäin syttyviä.
3. Hydridit ovat yhdisteitä metallien kanssa. Ne kuuluvat suolojen luokkaan.
4. Hydroksidit: emäkset, hapot ja amfoteeriset yhdisteet. Niiden koostumus sisältää välttämättä vetyatomeja, yhden tai useamman. Esimerkki: NaOH, K 2, H 2 SO 4 ja muut.
5. Vetyhydroksidi. Tämä yhdiste tunnetaan paremmin nimellä vesi. Toinen nimi vetyoksidille. Empiirinen kaava näyttää tältä - H 2 O.
6. Vetyperoksidi. Tämä on vahvin hapetin, jonka kaava on H 2 O 2.
7. Lukuisat orgaaniset yhdisteet: hiilivedyt, proteiinit, rasvat, lipidit, vitamiinit, hormonit, eteeriset öljyt ja muut.

On selvää, että tarkastelemamme elementin yhdisteiden valikoima on erittäin suuri. Tämä vahvistaa jälleen kerran sen suuren merkityksen luonnolle ja ihmiselle sekä kaikille eläville olennoille.

on paras liuotin

Kuten edellä mainittiin, tämän aineen yleinen nimi on vesi. Koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista, jotka on yhdistetty toisiinsa kovalenttisilla polaarisilla sidoksilla. Vesimolekyyli on dipoli, mikä selittää monet sen ominaisuudet. Erityisesti se, että se on universaali liuotin.

Juuri klo vesiympäristö melkein kaikkea tapahtuu kemiallisia prosesseja. Elävien organismien muovin ja energian aineenvaihdunnan sisäiset reaktiot suoritetaan myös vetyoksidin avulla.

Vettä pidetään planeetan tärkeimpänä aineena. Tiedetään, ettei mikään elävä organismi voi elää ilman sitä. Maapallolla se pystyy esiintymään kolmessa aggregaatiotilassa:

• nestemäinen;
• kaasu (höyry);
• kiinteä (jää).

Molekyyliin kuuluvasta vedyn isotoopista riippuen vettä on kolmenlaisia.

1. Kevyt tai protium. Isotooppi, jonka massaluku on 1. Kaava on H 2 O. Tämä on tavallinen muoto, jota kaikki organismit käyttävät.
2. Deuterium tai raskas, sen kaava on D 2 O. Sisältää isotoopin 2 H.
3. Superraskas tai tritium. Kaava näyttää T3O:lta, isotooppi on 3H.

Planeetan tuoreen protiumvesivarannot ovat erittäin tärkeitä. Se puuttuu jo monista maista. Suolaisen veden käsittelemiseen kehitetään menetelmiä juomaveden saamiseksi.

Vetyperoksidi on yleinen lääke

Tämä yhdiste, kuten edellä mainittiin, on erinomainen hapetin. Vahvojen edustajien kanssa se voi kuitenkin toimia myös vähentäjänä. Lisäksi sillä on voimakas bakterisidinen vaikutus.

Tämän yhdisteen toinen nimi on peroksidi. Tässä muodossa sitä käytetään lääketieteessä. Kyseisen yhdisteen kiteisen hydraatin 3-prosenttinen liuos on lääkeaine, jota käytetään pienten haavojen hoitoon niiden puhdistamiseksi. On kuitenkin todistettu, että tässä tapauksessa haavan paraneminen ajan myötä lisääntyy.

Vetyperoksidia käytetään myös rakettipolttoaineessa, teollisuudessa desinfiointiin ja valkaisuun, vaahdotusaineena sopivien materiaalien (esim. vaahto) valmistukseen. Lisäksi peroksidi auttaa puhdistamaan akvaarioita, valkaisemaan hiuksia ja valkaisemaan hampaita. Samalla se kuitenkin vahingoittaa kudoksia, joten asiantuntijat eivät suosittele sitä tähän tarkoitukseen.

MINSKIN KEEVYNTEOLLISUUDEN TEKNOLOGIAN JA SUUNNITTELUN OLEMPI

abstrakti

tieteenala: kemia

Aihe: "Vedy ja sen yhdisteet"

Valmistelija: 1. vuoden opiskelija343 ryhmää

Hyvä Elena

Tarkistettu: Alyabyeva N.V.

Minsk 2009

Vetyatomin rakenne jaksollisessa järjestelmässä

Hapetustilat

Esiintyminen luonnossa

Vety yksinkertaisena aineena

Vetyyhdisteet

Bibliografia

Vetyatomin rakenne jaksollisessa järjestelmässä

Jaksollisen järjestelmän ensimmäinen elementti (1. jakso, sarjanumero 1). Sillä ei ole täydellistä analogiaa muiden kemiallisten alkuaineiden kanssa, eikä se kuulu mihinkään ryhmään, joten taulukoissa se sijoitetaan ehdollisesti IA-ryhmään ja / tai VIIA-ryhmään.

Vetyatomi on pienin ja kevyin kaikkien alkuaineiden atomeista. Atomin elektronikaava on 1s 1. Alkuaineen tavallinen olemassaolomuoto vapaassa tilassa on kaksiatominen molekyyli.

Hapetustilat

Vetyatomin hapetusaste yhdisteissä, joissa on enemmän elektronegatiivisia alkuaineita, on +1, esimerkiksi HF, H 2 O jne. Ja yhdisteissä, joissa on metallihydridejä, vetyatomin hapetusaste on -1, esimerkiksi NaH:ssa. , CaH 2 jne. Sillä on elektronegatiivisuuden keskiarvo tyypillisten metallien ja ei-metallien välillä. Pystyy katalyyttisesti pelkistämään orgaaniset liuottimet, kuten etikkahappo tai alkoholi, monet orgaaniset yhdisteet: tyydyttymättömät yhdisteet tyydyttyneiksi, jotkut natriumyhdisteet ammoniakiksi tai amiineiksi.

Esiintyminen luonnossa

Luonnollinen vety koostuu kahdesta stabiilista isotoopista - protium 1 H, deuterium 2 H ja tritium 3 H. Toisella tavalla deuterium merkitään D:llä ja tritium T. Mahdollista erilaisia ​​yhdistelmiä esim. HT, HD, TD, H2, D2, T2. Vety on luonnossa yleisempää erilaisten yhdisteiden muodossa rikin (H 2 S), hapen (veden muodossa), hiilen, typen ja kloorin kanssa. Harvemmin yhdisteiden muodossa, joissa on fosforia, jodia, bromia ja muita alkuaineita. Se on osa kaikkia kasvi- ja eläinorganismeja, öljyä, fossiilisia hiileitä, maakaasua, useita mineraaleja ja kiviä. Vapaassa tilassa sitä löytyy hyvin harvoin pieninä määrinä - vulkaanisissa kaasuissa ja orgaanisten jäämien hajoamistuotteissa. Vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine (noin 75 %). Sitä löytyy auringosta ja useimmista tähdistä sekä planeetoista Jupiter ja Saturnus, jotka ovat enimmäkseen vetyä. Joillakin planeetoilla vetyä voi esiintyä kiinteässä muodossa.

Vety yksinkertaisena aineena

Vetymolekyyli koostuu kahdesta atomista, jotka on yhdistetty ei-polaarisella kovalenttisella sidoksella. Fyysiset ominaisuudet- väritön ja hajuton kaasu. Se leviää nopeammin kuin muut kaasut avaruudessa, kulkee pienten huokosten läpi ja korkeissa lämpötiloissa se tunkeutuu suhteellisen helposti teräkseen ja muihin materiaaleihin. Sillä on korkea lämmönjohtavuus.

Kemialliset ominaisuudet. Normaalitilassaan alhaisissa lämpötiloissa se on inaktiivinen, ilman kuumennusta se reagoi fluorin ja kloorin kanssa (valon läsnä ollessa).

H2 + F22HF H2 + Cl2 hv 2HCl

Se on aktiivisemmin vuorovaikutuksessa ei-metallien kuin metallien kanssa.

Vuorovaikutuksessa eri aineiden kanssa sillä voi olla sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia.

Vetyyhdisteet

Yksi vedyn yhdisteistä on halogeeneja. Ne muodostuvat, kun vety yhdistyy ryhmän VIIA alkuaineiden kanssa. HF, HCl, HBr ja HI ovat värittömiä kaasuja, jotka liukenevat hyvin veteen.

Cl2 + H2OHCIO + HCl; HClO-kloorivettä

Koska HBr ja HI ovat tyypillisiä pelkistäviä aineita, niitä ei voida saada vaihtoreaktiolla kuten HCl.

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

Vesi on yleisin vetyyhdiste luonnossa.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Sillä ei ole väriä, ei makua, ei hajua. Erittäin heikko elektrolyytti, mutta reagoi aktiivisesti monien metallien ja ei-metallien, emäksisten ja happamien oksidien kanssa.

2H 2O + 2Na \u003d 2NaOH + H2

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

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

Raskas vesi (D 2 O) on veden isotooppinen lajike. Aineiden liukoisuus raskaaseen veteen on paljon pienempi kuin tavallisessa vedessä. Raskas vesi on myrkyllistä, koska se hidastaa elävien organismien biologisia prosesseja. Kertyy elektrolyysijäämiin veden toistuvan elektrolyysin aikana. Sitä käytetään jäähdytysaineena ja neutronien hidastimena ydinreaktoreissa.

Hydridit - vedyn vuorovaikutus metallien kanssa (at korkea lämpötila) tai epämetallit vähemmän elektronegatiiviset kuin vety.

Si + 2H 2 \u003d SiH 4

Itse vety löydettiin 1500-luvun ensimmäisellä puoliskolla. Paracelsus. Vuonna 1776 G. Cavendish tutki ensimmäisen kerran sen ominaisuuksia, vuosina 1783-1787 A. Lavoisier osoitti vedyn olevan osa vettä, sisällytti sen kemiallisten alkuaineiden luetteloon ja ehdotti nimeä "vety".

Bibliografia

1. M.B. Volovich, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L. Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S.V. Simonovich / Koululaisten käsikirja / Moskova "AST-PRESS BOOK" 2003.

2. I.L. Knunyats / Chemical Encyclopedia / Moskova "Soviet Encyclopedia" 1988

3. I.E. Shimanovich / Chemistry 11 / Minsk "People's Asveta" 2008

4. F. Cotton, J. Wilkinson / Moderni epäorgaaninen kemia / Moskova "Mir" 1969

VETY
H (lat. hydrogenium),
kevyin kaasumainen kemiallinen alkuaine on jaksollisen alkuainejärjestelmän IA-alaryhmän jäsen, joskus sitä kutsutaan VIIA-alaryhmäksi. AT maan ilmakehään vetyä on sitoutumattomassa tilassa vain minuutin murto-osat, sen määrä on 1-2 osaa 1 500 000 osassa ilmaa. Sitä vapautuu yleensä muiden kaasujen kanssa tulivuorenpurkauksissa, öljylähteistä ja paikoista, joissa suuria määriä orgaanista ainetta hajoaa. Vety yhdistyy hiilen ja/tai hapen kanssa orgaanisissa aineissa, kuten hiilihydraateissa, hiilivedyissä, rasvoissa ja eläinproteiineissa. Hydrosfäärissä vety on osa vettä, yleisin yhdiste maan päällä. Kivissä, maaperässä, maaperässä ja muissa osissa maankuorta Vety yhdistyy hapen kanssa muodostaen vettä ja hydroksidi-ionin OH-. Vetyä on 16 % kaikista maankuoren atomeista, mutta vain noin 1 % massasta, koska se on 16 kertaa kevyempää kuin happi. Auringon ja tähtien massa on 70 % vetyplasmaa: avaruudessa tämä on yleisin alkuaine. Vedyn pitoisuus maapallon ilmakehässä kasvaa korkeuden myötä sen alhaisen tiheyden ja kyvyn kohota suuria korkeuksia. Maan pinnalta löydetyt meteoriitit sisältävät 6-10 vetyatomia 100 piiatomia kohden.
Historiallinen viittaus. Toinen saksalainen lääkäri ja luonnontieteilijä Paracelsus 1500-luvulla. määritti vedyn palavuuden. Vuonna 1700 N. Lemery havaitsi, että rikkihapon vaikutuksesta rautaan vapautuva kaasu räjähtää ilmassa. G. Cavendish tunnisti vedyn alkuaineeksi vuonna 1766 ja kutsui sitä "palavaksi ilmaksi", ja vuonna 1781 hän osoitti, että vesi on tuote sen vuorovaikutuksesta hapen kanssa. Latinan hydrogenium, joka tulee kreikkalaisesta yhdistelmästä "synnyttää vettä", määritti tälle alkuaineelle A. Lavoisier.
Vedyn yleiset ominaisuudet. Vety on ensimmäinen alkuaine alkuaineiden jaksollisessa taulukossa; sen atomi koostuu yhdestä protonista ja yhdestä sen ympärillä pyörivästä elektronista
(katso myös ELEMENTTITAULUKKO).
Yksi 5000 vetyatomista erottuu siitä, että ytimessä on yksi neutroni, mikä lisää ytimen massaa 1:stä 2:een. Tätä vety-isotooppia kutsutaan deuteriumiksi 21H tai 21D. Toinen, harvinaisempi vedyn isotooppi sisältää kaksi neutronia ytimessä, ja sitä kutsutaan tritium 31H:ksi tai 31T:ksi. Tritium on radioaktiivista ja hajoaa vapauttamalla heliumia ja elektroneja. Eri vetyisotooppien ytimet eroavat toisistaan ​​protonin spineissä. Vetyä voidaan saada a) aktiivisen metallin vaikutuksesta veteen, b) happojen vaikutuksesta tiettyihin metalleihin, c) emästen vaikutuksesta piin ja joihinkin amfoteerisiin metalleihin, d) tulistetun höyryn vaikutuksesta hiilellä ja metaanilla sekä myös raudalla, e) veden elektrolyyttisellä hajoamisella ja hiilivetyjen termisellä hajoamisella. Vedyn kemiallinen aktiivisuus määräytyy sen kyvystä luovuttaa elektroni toiselle atomille tai jakaa se lähes yhtäläisesti muiden alkuaineiden kanssa kemiallisen sidoksen muodostuksessa tai kiinnittää elektroni toiseen alkuaineeseen kemiallisessa yhdisteessä, jota kutsutaan hydridiksi. Teollisuuden tuottamaa vetyä käytetään suuria määriä ammoniakin synteesiin, typpihappo, metallihydridit. Elintarviketeollisuus käyttää vetyä nestemäisten kasviöljyjen hydraukseen (hydraamiseen) kiinteiksi rasvoiksi (esim. margariiniksi). Hydraus muuttaa tyydyttyneet orgaaniset öljyt, jotka sisältävät kaksoissidoksia hiiliatomien välillä, tyydyttyneiksi, joissa on yksi hiili-hiili-sidos. Erittäin puhdasta (99,9998 %) nestemäistä vetyä käytetään avaruusraketeissa erittäin tehokkaana polttoaineena.
fyysiset ominaisuudet. Vedyn nesteyttäminen ja jähmettyminen vaatii erittäin alhaisia ​​lämpötiloja ja korkeita paineita (katso ominaisuustaulukko). AT normaaleissa olosuhteissa vety on väritön kaasu, hajuton ja mauton, erittäin kevyt: 1 litra vetyä 0 °C:ssa ja ilmakehän paine sen massa on 0,08987 g (vertaa ilman ja heliumin tiheyksiä 1,2929 ja 0,1785 g / l, vastaavasti; siksi ilmapallo täynnä heliumia ja sisältää saman nostovoima, kuten vetypallolla, pitäisi olla 8 % enemmän tilavuutta). Taulukossa on esitetty joitakin vedyn fysikaalisia ja termodynaamisia ominaisuuksia. Tavallisen VEdyn OMINAISUUDET
(273,16 K tai 0 °C:ssa)
Atominumero 1 Atomimassa 11H 1,00797 Tiheys, g/l

klo normaali paine 0,08987 2,5*10 5 atm 0,66 2,7*10 18 atm 1,12*10 7

Kovalenttinen säde, 0,74 Sulamispiste, °С -259,14 Kiehumispiste, °С -252,5 Kriittinen lämpötila, °С -239,92 (33,24 K) Kriittinen paine, atm 12,8 (12,80 K) Lämpökapasiteetti, J/(molChK) (H) 28. Liukoisuus

vedessä, tilavuus/100 tilavuutta H2O:ta (standardiolosuhteissa) 2,148 bentseenissä, ml/g (35,2 °C, 150,2 atm) 11,77 ammoniakissa, ml/g (25 °C) 50 atm 4 ,47 1000 atm 79,25

Hapetustilat -1, +1
Atomin rakenne. Tavallinen vetyatomi (protium) koostuu kahdesta perushiukkasesta (protonista ja elektronista) ja sen atomimassa on 1. Johtuen elektronin valtavasta nopeudesta (2,25 km/s tai 7 * 1015 rp/s) ja sen dualistisen korpuskulaarisen aallon luonteen vuoksi on mahdotonta määrittää tarkasti elektronin koordinaattia (sijaintia) missään Tämä hetki aika, mutta on joitakin alueita, joilla on suuri todennäköisyys löytää elektroni, ja ne määräävät atomin koon. Suurin osa vedyn kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista, erityisesti virittymiseen (energian absorptioon) liittyvistä ominaisuuksista, ennustetaan matemaattisesti tarkasti (katso SPEKTROSKOPIA). Vety on samanlainen kuin alkalimetallit siinä mielessä, että kaikki nämä alkuaineet pystyvät luovuttamaan elektronin akseptoriatomille muodostaen kemiallisen sidoksen, joka voi vaihdella osittain ionisesta (elektronin siirto) kovalenttiseen (jaettu elektronipari). Vahvalla elektroniakseptorilla vety muodostaa positiivisen H+-ionin; protoni. Vetyatomin elektroniradalla voi olla 2 elektronia, joten vety pystyy myös vastaanottamaan elektronin muodostaen negatiivisen ionin H-, hydridi-ionin ja tämä tekee vedystä sukulaishalogeeneille, joille on ominaista vastaanottaa elektroni. Cl-tyypin negatiivisen halogenidi-ionin muodostumisen kanssa. Vedyn dualismi heijastuu siinä, että alkuaineiden jaksollisessa taulukossa se sijoittuu alaryhmään IA (alkalimetallit) ja joskus alaryhmään VIIA (halogeenit) (katso myös KEMIIA).
Kemialliset ominaisuudet. Vedyn kemialliset ominaisuudet määrää sen yksi elektroni. Tämän elektronin poistamiseen tarvittava energiamäärä on suurempi kuin mikään tunnettu kemiallinen hapetin voi tarjota. Niin kemiallinen sidos vety muiden atomien kanssa on lähempänä kovalenttista kuin ionista. Puhtaasti kovalenttinen sidos syntyy, kun muodostuu vetymolekyyli: H + H H2
Yhden moolin (eli 2 g) H2:n muodostuminen vapauttaa 434 kJ. Jopa 3000 K:ssa vedyn dissosiaatioaste on hyvin alhainen ja on 9,03 %, 5000 K:ssa se saavuttaa 94 %:n ja vasta 10000 K:ssa dissosiaatio tulee täydelliseksi. Kun kaksi moolia (36 g) vettä muodostuu atomisesta vedystä ja hapesta (4H + O2 -> 2H2O), vapautuu yli 1250 kJ ja lämpötila saavuttaa 3000-4000 °C, kun taas molekyylivetyä (2H2 +) palaa. O2 -> 2H2O) vapauttaa vain 285,8 kJ ja liekin lämpötila saavuttaa vain 2500 °C. Huoneenlämpötilassa vety on vähemmän reaktiivinen. Useimpien reaktioiden käynnistämiseksi on välttämätöntä murtaa tai löystyä vahva yhteys H-H, kuluttaa paljon energiaa. Vetyreaktioiden nopeus kasvaa käytettäessä katalyyttiä (platinaryhmän metallit, siirtymäoksidit tai raskasmetallit) ja molekyylin viritysmenetelmät (valo, sähköpurkaus, sähkökaari, korkeat lämpötilat). Tällaisissa olosuhteissa vety reagoi melkein minkä tahansa alkuaineen kanssa paitsi jalokaasut. Aktiiviset alkali- ja maa-alkalielementit (esim. litium ja kalsium) reagoivat vedyn kanssa, muodostaen elektroneja ja muodostaen yhdisteitä, joita kutsutaan suolahydrideiksi (2Li + H2 -> 2LiH; Ca + H2 -> CaH2).
Yleensä vetyä sisältäviä yhdisteitä kutsutaan hydrideiksi. Tällaisten yhdisteiden ominaisuuksien laaja valikoima (riippuen vetyyn liittyvästä atomista) selittyy vedyn kyvyllä osoittaa varausta välillä -1 - melkein +1. Tämä ilmenee selvästi LiH:n ja CaH2:n ja suolojen kuten NaCl:n ja CaCl2:n samankaltaisuudesta. Uskotaan, että hydrideissä vety on negatiivisesti varautunut (H-); tällainen ioni on pelkistävä aine happamassa vesipitoisessa väliaineessa: 2H- H2 + 2e- + 2,25B. H-ioni pystyy pelkistämään vesiprotonin H+ vetykaasuksi: H- + H2O (r) H2 + OH-.
Vetyyhdisteet boorin kanssa - boorihydridit (boorihydridit) - edustavat epätavallista boraaneiksi kutsuttujen aineiden luokkaa. Niiden yksinkertaisin edustaja on BH3, joka on olemassa vain stabiilina diboraani B2H6:na. Yhteydet kanssa Suuri määrä booriatomit saavat eri tavoilla. Esimerkiksi tetraboraani B4H10, stabiili pentaboraani B5H9 ja epästabiili pentaboraani B5H11, heksaboraani B6H10, dekaboraani B10H14 tunnetaan. Diboraania voidaan saada H2:sta ja BCl3:sta välituotteen B2H5Cl kautta, joka ei ole suhteessa B2H6:een 0 °C:ssa, ja myös saattamalla LiH tai litiumalumiinihydridi LiAlH4 reagoimaan BCl3:n kanssa. Litiumalumiinihydridissä (monimutkainen yhdiste - suolahydridi) neljä vetyatomia muodostaa kovalenttisia sidoksia Al:n kanssa, mutta [] -:n kanssa on ioninen sidos Li +. Toinen esimerkki vetyä sisältävästä ionista on boorihydridi-ioni BH4-. Seuraavassa on likimääräinen hydridien luokittelu niiden ominaisuuksien mukaan alkuaineiden sijainnin mukaan alkuaineiden jaksollisessa taulukossa. Siirtymämetallihydridejä kutsutaan metalli- tai välituotehydrideiksi, eivätkä ne usein muodosta stoikiometrisiä yhdisteitä, ts. vetyatomien suhdetta metalliin ei ilmoiteta kokonaislukuna, esimerkiksi vanadiinihydridi VH0.6 ja toriumhydridi ThH3.1. Platinaryhmän metallit (Ru, Rh, Pd, Os, Ir ja Pt) imevät aktiivisesti vetyä ja toimivat tehokkaina katalyytteinä hydrausreaktioissa (esim. nestemäisten öljyjen hydraus rasvojen muodostamiseksi, typen muuntaminen ammoniakiksi, metanolin CH3OH synteesi CO). Be-, Mg-, Al-hydridit ja Cu-, Zn-, Ga-alaryhmät ovat polaarisia, termisesti epästabiileja.

Epämetallit muodostavat haihtuvia hydridejä yleinen kaava MHx (x on kokonaisluku), jolla on suhteellisen alhainen kiehumispiste ja korkeapaine höyryt. Nämä hydridit eroavat merkittävästi suolahydrideistä, joissa vedyllä on negatiivisempi varaus. Haihtuvia hydridejä (esimerkiksi hiilivetyjä) hallitsee kovalenttinen sidos ei-metallien ja vedyn välillä. Epämetallisen luonteen kasvaessa muodostuu yhdisteitä, joissa on osittain ioninen sidos, esimerkiksi H + Cl-, (H2) 2 + O2-, N3- (H3) 3 +. Alla on erillisiä esimerkkejä erilaisten hydridien muodostumisesta (hydridin muodostumislämpö on merkitty suluissa):

Isomerismi ja vedyn isotoopit. Vedyn isotooppiatomit eivät ole samanlaisia. Tavallinen vety, protium, on aina protoni, jonka ympäri pyörii yksi elektroni, joka sijaitsee suurella etäisyydellä protonista (suhteessa protonin kokoon). Molemmilla hiukkasilla on spin, joten vetyatomit voivat poiketa toisistaan ​​joko elektronin spinissä tai protonin spinissä tai molemmissa. Vetyatomeja, jotka eroavat protonin tai elektronin spinistä, kutsutaan isomeereiksi. Kahden atomin yhdistelmä rinnakkaisilla spineillä johtaa "ortovety"-molekyylin muodostumiseen ja protonien vastakkaisilla spineillä - "paravety"-molekyyliin. Kemiallisesti molemmat molekyylit ovat identtisiä. Ortovedyllä on erittäin heikko magneettinen momentti. Huoneessa tai kohonnut lämpötila molemmat isomeerit, ortovety ja paravety, ovat tavallisesti tasapainossa suhteessa 3:1. Jäähdytettynä 20 K (-253°C) paravedyn pitoisuus nousee 99 %:iin, koska se on vakaampi. Teollisilla puhdistusmenetelmillä nesteytettynä ortomuoto siirtyy para-muotoon lämmön vapautuessa, mikä aiheuttaa vedyn haihtumista. Ortomuodon muuntumisnopeus para-muodoksi kasvaa katalyytin, kuten puuhiilen, nikkelioksidin tai alumiinioksidin kantajalla olevan kromioksidin läsnä ollessa. Protium on epätavallinen alkuaine, koska sen ytimessä ei ole neutroneja. Jos ytimessä esiintyy neutroni, sellaista vetyä kutsutaan deuterium 21D:ksi. Alkuaineet, joissa on sama määrä protoneja ja elektroneja ja eri määrä neutroneja kutsutaan isotoopeiksi. Luonnollinen vety sisältää pienen osan HD:ta ja D2:ta. Samoin luonnonvesi sisältää pieniä pitoisuuksia (alle 0,1 %) DOH:ta ja D2O:ta. Raskas vesi D2O, jonka massa on suurempi kuin H2O, eroaa fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista, esimerkiksi tavallisen veden tiheys on 0,9982 g / ml (20 ° C) ja raskaan - 1,105 g / ml, sulamispiste tavallisen veden lämpötila on 0, 0 ° C ja raskaan - 3,82 ° C, kiehumispiste on 100 ° C ja 101,42 ° C. Reaktiot, joissa on mukana D2O, etenevät hitaammin (esim. elektrolyysi luonnonvesi sisältää D2O:n seoksen, johon on lisätty alkalista NaOH:ta). Protiumoksidin H2O elektrolyyttisen hajoamisnopeus on suurempi kuin D2O (ottaen huomioon elektrolyysin kohteena olevan D2O:n osuuden jatkuvan kasvun). Protiumin ja deuteriumin ominaisuuksien läheisyyden vuoksi on mahdollista korvata protium deuteriumilla. Tällaisia ​​yhteyksiä kutsutaan etiketeiksi. Sekoittamalla deuteriumyhdisteitä tavallisen vetyä sisältävän aineen kanssa voidaan tutkia monien reaktioiden tapoja, luonnetta ja mekanismia. Tällä menetelmällä tutkitaan biologisia ja biokemiallisia reaktioita, esimerkiksi ruoansulatusprosesseja. Vedyn kolmatta isotooppia, tritiumia (31T), esiintyy luonnossa pieniä määriä. Toisin kuin stabiili deuterium, tritium on radioaktiivista ja sen puoliintumisaika on 12,26 vuotta. Tritium hajoaa heliumiksi (32He) vapauttamalla b-hiukkasen (elektroni). Tritiumia ja metallitritidejä käytetään ydinenergian tuottamiseen; esimerkiksi sisään vetypommi tapahtuu seuraava fuusioreaktio: 21H + 31H -> 42He + 10n + 17,6 MeV
Vedyn saaminen. Usein vedyn jatkokäytön määrää itse tuotannon luonne. Joissakin tapauksissa, esimerkiksi ammoniakin synteesissä, pienet määrät typpeä alkuperäisessä vedyssä eivät tietenkään ole haitallisia epäpuhtauksia. Hiilimonoksidi(II)-seos ei myöskään häiritse, jos vetyä käytetään pelkistimenä. 1. Suurin vedyntuotanto perustuu hiilivetyjen katalyyttiseen muuntamiseen höyryllä kaavion CnH2n + 2 + nH2O (r) nCO + (2n + 1)H2 ja CnH2n + 2 + 2nH2O (r) nCO2 + (3n +) mukaisesti. 1) H2. Prosessin lämpötila riippuu katalyytin koostumuksesta. Tiedetään, että reaktiolämpötila propaanin kanssa voidaan alentaa 370 °C:seen käyttämällä bauksiittia katalyyttinä. Jopa 95 % syntyvästä CO:sta kuluu jatkoreaktiossa vesihöyryn kanssa: H2O + CO -> CO2 + H2
2. Vesikaasumenetelmällä saadaan merkittävä osa vedyn kokonaistuotannosta. Menetelmän ydin on vesihöyryn reaktio koksin kanssa, jolloin muodostuu CO:n ja H2:n seos. Reaktio on endoterminen (DH° = 121,8 kJ/mol) ja suoritetaan lämpötilassa 1000 °C. Kuumennettu koksi käsitellään höyryllä; vapautuva puhdistettu kaasuseos sisältää jonkin verran vetyä, suuren prosenttiosuuden CO:ta ja pienen CO2-seoksen. H2-saannon lisäämiseksi CO-monoksidi poistetaan lisähöyrykäsittelyllä 370 °C:ssa, jolloin syntyy enemmän CO2:ta. Hiilidioksidi on melko helppo poistaa johtamalla kaasuseos vastavirtavedellä kastetun pesurin läpi. 3. Elektrolyysi. Elektrolyyttisessä prosessissa vety on itse asiassa päätuotteiden, kloorin ja alkalin (NaOH) tuotannon sivutuote. Elektrolyysi suoritetaan lievästi emäksisessä vesipitoisessa väliaineessa 80 °C:ssa ja noin 2 V:n jännitteellä käyttäen rautakatodia ja nikkelianodia:

4. Rauta-höyrymenetelmä, jonka mukaan 500-1000 °C:n höyryä johdetaan raudan yli: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160,67 kJ. Tällä menetelmällä tuotettua vetyä käytetään yleensä rasvojen ja öljyjen hydraukseen. Rautaoksidin koostumus riippuu prosessin lämpötilasta; nC + (n + 1)H2:lle
6. Seuraavaksi tuotannon kannalta on metanoli-höyrymenetelmä: CH3OH + H2O -> 3H2 + CO2. Reaktio on endoterminen ja se suoritetaan 260 °C:ssa VEDYssä tavanomaisissa teräsreaktoreissa paineissa jopa 20 atm. 7. Ammoniakin katalyyttinen hajoaminen: 2NH3 -> Reaktio on palautuva. Pienillä vetytarpeilla tämä prosessi on epätaloudellinen. Siellä on myös eri tavoilla vedyn tuotanto, jolla ei ole suurta teollista merkitystä, mutta joissain tapauksissa se voi osoittautua taloudellisesti edullisimmaksi. Erittäin puhdasta vetyä saadaan puhdistettujen alkalimetallihydridien hydrolyysillä; tässä tapauksessa pienestä määrästä hydridiä muodostuu paljon vetyä: LiH + H2O -> LiOH + H2
(Tämä menetelmä on kätevä käytettäessä syntyvää vetyä suoraan.) Kun hapot reagoivat aktiivisten metallien kanssa, vapautuu myös vetyä, mutta se on yleensä kontaminoitunut happohöyryllä tai muulla kaasumaisella tuotteella, kuten fosfiini PH3, rikkivety H2S, arsiini AsH3. Aktiivisimmat metallit, jotka reagoivat veden kanssa, syrjäyttävät vedyn ja muodostavat alkalisen liuoksen: 2H2O + 2Na -> H2 + 2NaOH Yleinen laboratoriomenetelmä H2:n saamiseksi Kipp-laitteessa sinkin reaktiolla suola- tai rikkihapon kanssa:
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. Maa-alkalimetallihydridit (esim. CaH2), kompleksisuolahydridit (esim. LiAlH4 tai NaBH4) ja jotkut boorihydridit (esim. B2H6) vapauttavat vetyä reagoidessaan veden kanssa tai termisen dissosioitumisen aikana. Ruskea kivihiili ja höyry korkeassa lämpötilassa ovat myös vuorovaikutuksessa vedyn vapautumisen kanssa.
Vedyn puhdistus. Vedyn vaadittava puhtausaste määräytyy sen laajuuden mukaan. Hiilidioksidiseos poistetaan jäädyttämällä tai nesteyttämällä (esimerkiksi johtamalla kaasuseos nestemäisen typen läpi). Sama epäpuhtaus voidaan poistaa kokonaan kuplittamalla veden läpi. CO voidaan poistaa katalyyttisesti muuntamalla CH4:ksi tai CO2:ksi tai nesteyttämällä nestetyppikäsittelyllä. Elektrolyysiprosessin aikana muodostunut happiepäpuhtaus poistetaan veden muodossa kipinäpurkauksen jälkeen.
Vedyn käyttö. Vetyä käytetään pääasiassa kemianteollisuudessa kloorivedyn, ammoniakin, metanolin ja muiden orgaanisten yhdisteiden valmistukseen. Sitä käytetään öljyjen sekä hiilen ja öljyn hydraukseen (heikkolaatuisten polttoaineiden muuntamiseksi korkealaatuisiksi). Metallurgiassa vetyä käytetään joidenkin ei-rautametallien pelkistämiseen niiden oksideista. Vetyä käytetään tehokkaiden sähkögeneraattoreiden jäähdyttämiseen. Vedyn isotooppeja käytetään ydinvoimatekniikassa. Vety-happiliekkiä käytetään metallien leikkaamiseen ja hitsaukseen.
KIRJALLISUUS
Nekrasov B.V. Yleisen kemian perusteet. M., 1973 Liquid hydrogen. M., 1980 Vety metalleissa. M., 1981

Collier Encyclopedia. – Avoin yhteiskunta. 2000 .

Synonyymit:

Katso, mitä "VETY" on muissa sanakirjoissa:

Nukliditaulukko Yleistä tietoa Nimi, symboli Vety 4, 4H Neutronit 3 Protonit 1 Nuklidiominaisuudet Atomimassa 4,027810 (110) ... Wikipedia

Nukliditaulukko Yleistiedot Nimi, symboli Vety 5, 5H Neutronit 4 Protonit 1 Nuklidiominaisuudet Atomimassa 5,035310 (110) ... Wikipedia

Nukliditaulukko Yleistiedot Nimi, symboli Vety 6, 6H Neutronit 5 Protonit 1 Nuklidiominaisuudet Atomimassa 6,044940 (280) ... Wikipedia

Nukliditaulukko Yleistiedot Nimi, symboli Vety 7, 7H Neutronit 6 Protonit 1 Nuklidiominaisuudet Atomimassa 7,052750 (1080) ... Wikipedia