Елементът водород - периодичната таблица онлайн
- Елемент в
Периодичната таблица - Обща информация за елемента
- Обща информация за групата
- Атомни свойства
- Модификации/физични свойства
- Йонизация
- термодинамика
- Окисление и редукция
- Киселинно-алкално поведение
- Закон за масовите действия
- Изотопи
- разпределение
- история
- връзки
1, водород (Н)
Елементът водород:
Естествено образуване на водород (нуклеосинтеза): Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената. Веднага след Големия взрив цялата материя се състои от водород (освен малко хелий), докато по-тежките елементи са се образували само в резултат на процесите на ядрен синтез в звездите и експлозиите им на свръхнова в края на живота им. Съответно, делът на водорода ще продължи да намалява в течение на историята на Вселената за сметка на хелия.
Разбира се, има три вида атоми (= изотопи) на водорода:
Ето това Протиум (нормален или лек водород, 1 Н) най-често срещаният тип водороден атом.
деутерий (наричан още "тежък водород", съдържащ 0,015% в естествената изотопна смес, 2 H), от друга страна, като хелий-3 или литиевите и берилиевите изотопи, е по-вероятно да бъде фрагмент от по-големи атомни ядра в резултат на експлозии на свръхнова изразява факта, че не се използва широко. Това е един от четирите изотопа, който е стабилен както с нечетен брой неутрони, така и с протони.
В допълнение, 10-15% от естествената изотопна смес все още съществува в природата Тритий (наричан още "свръх тежък водород", 3 H), който се образува от свободни неутрони, които удрят азотни атоми, които се генерират в по-високи атмосферни слоеве в резултат на космическо излъчване:
Образуване на тритий от азот и свободни неутрони:
| 14 N + 1 n → 12 C + 3 H + 4.015 MeV |
Тритийът е радиоактивен и с излъчването на бета лъчи (свободни електрони) се разпада до хелий-3 с период на полуразпад 12,3 години.
Появата на водород: Вселената все още е 75% водород. Този дял обаче се увеличава бавно, но непрекъснато в полза на хелия, кислорода и по-специално неона.
Водородът е деветият най-често срещан елемент на земята. По този начин той е силно изчерпан в сравнение с появата му на слънцето (90%) и Вселената. Това е свързано с факта, че когато земята се е образувала, само малка част от първоначално присъстващия водород може да бъде химически свързана с други елементи (особено кислород) и огромното мнозинство се е разпространило в свободно пространство като елементарен водород за относително кратко време. По същата причина благородните газове, които са химически инертни, също се изчерпват в земните си явления в сравнение с изобилието във Вселената (с изключение на аргона, вижте там).
Най-важното съединение на водорода е неговият оксид, вода (H2O). Това покрива 72% от повърхността на земята. Второто най-често срещано появяване на водород несъмнено е в органичните съединения на природата, които се състоят предимно от елементите въглерод, водород и кислород. В допълнение, метанът (като най-простият въглеводород, СН4) като изкопаем енергиен източник (природен газ) е важен. По време на процесите на гниене се образуват и водородни съединения: Водородният сулфид (Н2), който мирише на изгнили яйца, е изключително отровен газ, който се образува при гниене на протеини. Характерният остър миришещ амоняк е азотното съединение на водорода (NH3), което се използва като воден разтвор в домакинството като почистващ агент. Амонякът също се произвежда, когато остатъците от растения или животни се разлагат.
| Важни водородни залежи | ||
Вода [1] H2O. | Нефтена проба [2] CnH2n + 2, n = 5-10 | Слънчева повърхност [3] |
Производство на водород: Газификация на въглищата: Елементарният водород се получава технически чрез преминаване на гореща пара през светещ кокс. От тук идва Воден газ. Основно образуваният въглероден оксид (CO) се превръща във водород с допълнителна вода при катализа с никелов (III) оксид или хром (III) оксид, като се образува въглероден диоксид. Чрез измиване на синтетичния газ с разтвори на сода или калий и след това измиването му с разтвор на меден (I) хлорид, CO2 и CO могат да бъдат отстранени. Сероводородът, който се образува от съдържащата се във въглищата сяра, също се отделя.
C + H2O + 175,3 kJ/mol → CO + H2; Генериране на воден газ
CO + H2O + 2,8 kJ → CO2 + H2; Реакция на смяна на водния газ
C + 2 H2O + 178,1 kJ → CO2 + 2 H2; Общ отговор
Електрохимично от вода: Водородът може ефективно да се получи и от водата чрез електролиза. Тъй като вътрешната проводимост на чистата вода е много ниска, за това се използват подходящи електролити. Електролизата на 25% разтвори на калиев хидроксид при температура от 70 до 90 ° С, които се електролизират при плътност на тока от 0,15 до 0,5 A/cm 2 и напрежение 1,9 V, се оказа особено подходяща. Това представяне има ефективност от 80%. На катода калиевите йони се изхвърлят на отрицателно заредения катод и след това образуват елементарен калий. Това незабавно реагира с водата обратно, образувайки калиев хидроксид и водород, които се издигат и могат да бъдат уловени. В анода хидроксидните йони се разтоварват, за да образуват хидроксилни радикали върху положително заредения анод, които веднага след това реагират, образувайки водороден пероксид. Това обаче се разпада веднага след вода и кислород. Кислородът може да бъде отклонен и събран като водород.
| Електролиза на вода (разреден разтвор на КОН): | |
| Катод: | |
Чрез превръщането на неблагородни метали в киселина: В лабораторен мащаб чрез реакция на неблагородни метали с киселини. Например, водородът може да бъде получен от цинк или алуминий, като се използва солна киселина в апарата на Kipp.
Представяне от метан (парен риформинг): Тук метанът (или който и да е друг алкан) и парата се преобразуват при 900 ° С върху никел като катализатор, като целият свързан водород може да бъде получен редуктивно. Въглеродният оксид се получава като страничен продукт.
От калциев бромид и вода. В първия етап калциевият бромид реагира с вода при 750 ° С, образувайки калциев оксид и газоводороден бромид. Полученият водороден бромид се превръща в живачен бромид и елементарен водород при 100 ° С. След това живачен бромид реагира с калциевия оксид допълнително, образувайки калциев бромид и живачен оксид. Тази смес отново образува живак при нагряване, отделяйки кислород. В крайна сметка живакът и калциевият бромид имат само каталитичен ефект.
4 HBr + 2 Hg -100 ° C → 2 HgBr2 + 2 H2 ↑
2 HgBr2 + 2 CaO -25 ° C → 2 HgO + 2 CaBr2
Представяне при катализа с железен (II) хлорид и хлор: За целта железният (II) хлорид първо реагира с вода, която създава железен (II, III) оксид, хлороводород и елементен водород. След това железният (II, III) оксид реагира допълнително с хлор и солна киселина с железен (III) хлорид, вода и кислород. В последния етап образуваният железен (III) хлорид се разлага термично, при което железният (II) хлорид се образува обратно, както и хлорът, който също е от значение за реакцията.
Чрез многократен синтез и разлагане на натриев хидрид: Натриевият хидрид отделя водород във вода; на мол NaH се получават два мола H2. Ако след това водородът се преобразува количествено отново с натрий, се получават 2 мола натриев хидрид на мол водород. Количеството водород може да се удвои всеки път чрез многократно превръщане, като сода каустик като страничен продукт.
Химия на водорода: Водородът винаги се среща в неговите съединения в степени на окисление +1 (в сравнение с повече електроотрицателни партньори, неметали) или -1 (в сравнение с повече електропозитивни партньори, метали).
Тъй като водородът има само един електрон в своята атомна обвивка, той не може да образува положителни йони, тъй като това би означавало появата на свободни протони. Следователно съединенията със силно електроотрицателни атоми или молекули винаги са силно полярни атомни съединения. Това се отнася до съединенията на водорода с кислород, флуор и азот, които имат силни диполи поради високата разлика в EN и по този начин образуват водородни мостове помежду си. В резултат на това амонякът (NH3, водороден нитрид), водата (H2O, водороден оксид) и водородният флуорид (HF) имат далеч по-високи точки на топене и кипене, отколкото се очаква от тяхната молекулна маса.
С по-малко силно електроотрицателни елементи (фосфор, въглерод, сяра, хлор, бром, йод), водородът образува слабо топящи се и кипящи съединения, в които е леко положително поляризиран.
В сравнение с още по-силно електропозитивни елементи се образуват ковалентно изградени хидриди, при които водородът има доста отрицателен частичен заряд. Тези съединения са или летливи, или силно полимерни.
В сравнение с алкалните и алкалоземните метали, както и европий, итербий и нобелий, се образуват подобни на сол хидриди, в които присъстват "истински" H - аниони.
Подобни на сплави до ковалентно изградени хидриди се образуват с повечето други метали, в които водородът има отрицателен формален заряд.
Водородът не образува никакви съединения с благородните газове.
Водородните съединения са описани по-подробно на съответните страници с елементи.
Физически характеристики на водорода и неговите съединения: Тъй като водородът с протон е най-простият атом и е двуатомен, той е най-лекият от всички елементи.
Водородът (като хелий) се държи почти като идеален газ.
Използване на водород и неговите съединения:
- Водородът като гориво: Тъй като елементарният водород изгаря с кислород, за да образува вода, той става все по-важен като екологично гориво.
- Заваръчен газ: Заедно с кислорода по време на горенето може да се постигне температура от 3000 ° C, поради което се използва като заваръчен газ за някои високотемпературни приложения.
- Въглехидрати: С нарастващия недостиг на природни газове и петролни ресурси, хидрогенирането на въглехидратите става по-важно. В този процес въглеродът се превръща във въглеводороди, като се използват по-високи температури и налягания и се използват катализатори с водород.
Използване на важни водородни съединения:
- вода В допълнение към основното си биологично значение, той е и най-важното вещество в технологиите и химията. Много реакции протичат във водна среда.
- минерално масло все още е най-важният изходен материал на органичните синтези за производството на множество продукти (вж. също въглерод).
Подуване: [1] Собствена снимка. Това изображение може да се използва свободно при условията на лиценза Creative Commons. Ако го използвате, моля, поставете линк на моя уебсайт.
[2] Източник на изображението: Wikimedia Commons. Автор: Маркус Швайс. Изображението се пуска при условията на лиценза Creative Commons.
[3] Източник на изображението: НАСА. Изображението като произведение на американска агенция е предмет на публично достояние, освен ако не е посочено друго.