Водень
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Водень — хімічний елемент VII групи періодичної системи елементів Менделєєва.
Н2 — газ водень — безколірний, без запаху і смаку газ, молекула якого складається з двох атомів водню. Газ водень — найлегший із усіх відомих газів. Ізотопи водню мають власні назви: ¹H — протій (Н), ²H — дейтерій (D) и ³H — тритій (T). Широко розповсюджений у природі.
Зміст |
[ред.] Історія
Виділення горючого газу при взаємодії кислот та металів спостерігали у XVI та XVII століттях на початку становлення хімії як науки. Відомий англійський фізик та хімік Г.. Кавендіш у 1766 році досліджував цей газ та назвав його «горючим повітрям». При спаленні «горюче повітря» давало воду, але дотримання Кавендішом теорії флогістону завадило йому зробити правильні висновки. Французький хімік А.. Лавуазьє разом із інженером Ж. Меньє, використовуючи спеціальні газометри, у 1783 р. здійснили синтез води, а згодом її аналіз, розклавши водяну пару розкаленим залізом. Таким чином він встановив, що водень входить до складу води та може бути отриманий із неї.
[ред.] Назва елементу
Лавуаз'є дав назву hydrogene (від грецької hydor — вода и gennao — народжую) — «той, що народжує воду». Українська назва елементу також відображає входження елементу до складу води. Російська назва «водород» — дослівний переклад латинської назви hydrogenium.
[ред.] Поширення
В земній корі міститься біля 1% по вазі, або 17,25 атомних проценти водню. Відносний вміст в атмосфері збільшується з висотою на рівні моря він становить 0,00005% по об‘єму, верхні ж слої (вище 100 км) складаються в основному з нього. Вільний водень міститься в горючих газах, що виділяються із землі. Він виникає при гнитті і бродінні органічних речовин і тому міститься в кишкових газах людини і тварин. Основна маса водню знаходиться в зв‘язаному стані у вигляді різноманітних сполук. Найбільш поширеними з них є вода, в склад якої входить 11,19% водню. Відома велика кількість сполук водню з вуглецем (вуглеводні). Водень входить до складу нафти, кам‘яного вугілля, деяких мінералів. В лабораторіях водень отримують дією кислот на метали, наприклад сірчаної кислоти на цинк: H2SO4 + Zn = H2 + ZnSO4.
В техніці водень отримують:
- з природного газу, що складається в основному з метану, який змішують з водяною парою і киснем і нагрівають до температури 800-9000 в присутності каталізатора: 2СН4 + О2 + 2Н2О = 2СО2 + 6Н2;
- при електролізі розчинів хлориду натрію та хлориду калію як побічний продуктів виробництві лугів, гіпохлоридів і хлоратів.
[ред.] Хімічні властивості
Молекула водню складається із двох атомів. Хімічний звя'зок у молекулі водню - ковалентий неполярний, так як утворена атомами з однаковою елетронегативністю (атомами одногу виду). Загальна зв'язуюча електронна пара знаходиться посередені між ядрами взаємодіючих атомів. Через спільнення електронів молекула водню більш енергетично стійка, ніж окремі атоми водню. Хімічний зв'язок у молекулі водню міцний, щоб розірвати усі молекули водню у 1 молі простої речовини необхідно затратити енергію у 436 кДж, тому, активність молекулярного водню за звичайної температури мала. Для розриву потрібна активація молекули — збільшення температури, електрична іскра, світло.
[ред.] Взаємодія з неметалами
При підпалюванні чи в присутності платинового катализатору реагує із киснем
- O2 + 2H2 = 2H2O, реакція протікає із вибухом.
Суміш двох об'ємів водню та одного об'єму кисню називається гримучим газом.
При нагрівання водень зворотньо взаємодіє із сіркою :
- S + H2 ⇔ H2S (сірководень)
З азотом — при нагріванні, підвищенні тиску та у присутності каталізатору (залізо):
- N2 + 3H2 = 2NH3 (аміак)
З галогенами утворює галогеноводоні:
- F2 + H2 = 2HF, реакція протікає із вибухом за будь-якої температури,
- Cl2 + H2 = 2HCl, реакція протікає тільки на світлі.
Із сажею взаємодіє при сильному нагріванні:
- C + 2H2 = CH4 (метан)
[ред.] Взаємодія із лужними та лужноземельними металами
Водень утворює із активними металами гідриди:
- Na + H2 = 2NaH (гідрид натрію)
- Ca + H2 = CaH2 (гідрид кальцію)
Гідриди — солеутрюючі, тверді речовини, легко гідролізуються:
- CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2 ↑
[ред.] Взаємодія із окисами металів (як правило, d-елементів)
Окиси відновлюються до металів:
- CuO + H2 = Cu + H2O
- Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
- WO3 + 3H2 = W + 3H2O
[ред.] Гідрування органічних сполук
При дії водню на ненасичені вуглеводні у присутності никель-каталізатору та підвищеній температурі, відбувається реакція гідрування:
CH2=CH2(етен) + H2 = CH3-CH3 (етан)
Водень відновлює альдегіди до спиртів:
CH3CHO(оцтовий альдегід) + H2 = C2H5OH (етанол або етиловий спирт)
[ред.] Застосування
Водень використовуюється при синтезі аміаку NH3, хлороводню HCl, метанолу СН3ОН, при гідрокрекінзі (крекінг у атмосфері водню) природних вуглеводнів, як відновлювач при отриманні деяких металів. Гідруванням природних рослинних олій отримують твердий жир — маргарин. Рідкий водень застосовується як ракетне паливо та як хладоген. Суміш кисню з воднем використовують при зварюванні.
