Елемент водень - таблиця Менделєєва онлайн
- Елемент у
Періодична таблиця - Загальна інформація про елемент
- Загальна інформація про групу
- Атомні властивості
- Модифікації/фізичні властивості
- Іонізація
- термодинаміка
- Окислення та відновлення
- Кислотно-основна поведінка
- Закон масових дій
- Ізотопи
- розподіл
- історія
- посилання
1, водень (H)
Елемент водень:
Природне утворення водню (нуклеосинтез): Водень - найпоширеніший елемент у Всесвіті. Відразу після Великого вибуху вся речовина складалася з водню (крім деякого гелію), тоді як важчі елементи утворювались лише в результаті процесів ядерного синтезу в зірках та їх вибухів наднової в кінці їх життя. Відповідно, частка водню буде продовжувати зменшуватися протягом історії Всесвіту за рахунок гелію.
Звичайно, існує три типи атомів (= ізотопів) водню:
Ось це Протіум (нормальний або легкий водень, 1 Н) найпоширеніший тип атома водню.
дейтерій (також званий "важким воднем", що містить 0,015% у природній ізотопній суміші, 2 Н), з іншого боку, так само, як гелій-3 або ізотопи літію та берилію, швидше за все, виник як фрагмент більших атомних ядер в результаті вибухів наднової той факт, що він не використовується широко. Це один з чотирьох ізотопів, стабільний як із непарною кількістю нейтронів, так і з протонами.
Крім того, 10 -15% природної ізотопної суміші все ще існує в природі Тритій (також званий "надважким воднем", 3 год), який утворюється вільними нейтронами, що потрапляють на атоми азоту, які утворюються у вищих шарах атмосфери в результаті космічного випромінювання:
Утворення тритію з азоту та вільних нейтронів:
| 14 N + 1 n → 12 C + 3 H + 4,015 МеВ |
Тритій радіоактивний і, випромінюючи бета-промені (вільні електрони), розпадається до гелію-3 з періодом напіввиведення 12,3 року.
Поява водню: У Всесвіті все ще 75% водню. Однак ця частка збільшується повільно, але безперервно, на користь гелію, кисню та неона, зокрема.
Водень - дев'ятий за поширеністю елемент на землі. Таким чином, він сильно виснажується порівняно з його появою на Сонці (90%) і у Всесвіті. Це пов’язано з тим, що при утворенні Землі лише невелика частина спочатку наявного водню могла хімічно зв’язуватися з іншими елементами (особливо киснем), і переважна більшість дифузувала у вільний простір як елементарний водень за відносно короткий час. З тієї ж причини благородні гази, які є хімічно інертними, також виснажуються у своїх земних явищах порівняно з частотою у Всесвіті (за винятком аргону, див. Там).
Найважливішою сполукою водню є його оксид, вода (H2O). Це охоплює 72% поверхні землі. Друге за поширеністю водень, безсумнівно, є в органічних сполуках природи, які переважно складаються з елементів вуглецю, водню та кисню. Крім того, важливий метан (як найпростіший вуглеводень, СН4) як викопне джерело енергії (природний газ). Під час процесів гниття також утворюються сполуки водню: Сірководень (Н2), який пахне гнилими яйцями, є надзвичайно отруйним газом, який утворюється при гнитті білків. Характерним різким аміаком, що пахне, є сполука азоту водню (NH3), яка використовується як водний розчин у господарстві як засіб для чищення. Аміак також виробляється, коли рослинні або тваринні рештки розкладаються.
| Важливі родовища водню | ||
Вода [1] H2O. | Зразок нафти [2] CnH2n + 2, n = 5-10 | Сонце поверхня [3] |
Виробництво водню: Газифікація вугілля: Елементарний водень отримують технічно, пропускаючи гарячу пару над світяться коксом. Звідси це походить Водяний газ. Первинно утворений оксид вуглецю (CO) перетворюється на водень з подальшою водою під час каталізу з оксидом нікелю (III) або оксидом хрому (III), при цьому утворюється вуглекислий газ. Вимиваючи синтез-газ розчинами соди або калію, а потім промиваючи його розчином мідного (I) хлориду, можна видалити СО2 та СО. Сірководень, який утворюється із сірки, що міститься у вугіллі, також відокремлюється.
C + H2O + 175,3 кДж/моль → CO + H2; Виробництво водного газу
CO + H2O + 2,8 кДж → CO2 + H2; Реакція зсуву водного газу
C + 2 H2O + 178,1 кДж → CO2 + 2 H2; Загальна відповідь
Електрохімічно з води: Водень також може бути ефективно отриманий з води шляхом електролізу. Оскільки власна провідність чистої води дуже низька, для цього використовуються відповідні електроліти. Електроліз 25% розчинів гідроксиду калію при температурі від 70 до 90 ° С, які електролізуються при щільності струму від 0,15 до 0,5 А/см 2 та напрузі 1,9 В, виявився особливо придатним. Цей показник має ефективність 80%. На катоді іони калію розряджаються на негативно зарядженому катоді, а потім утворюють елементарний калій. Це негайно реагує з водою назад, утворюючи гідроксид калію та водень, який піднімається і може бути захоплений. На аноді іони гідроксиду розряджаються, утворюючи гідроксильні радикали на позитивно зарядженому аноді, які негайно далі реагують, утворюючи перекис водню. Однак це руйнується відразу після води та кисню. Кисень можна відволікати і збирати, як водень.
| Електроліз води (розведений розчин КОН): | |
| Катод: | |
Шляхом перетворення основних металів у кислоту: У лабораторних масштабах шляхом реакції неблагородних металів з кислотами. Наприклад, водень можна отримати з цинку або алюмінію за допомогою соляної кислоти в апараті Кіппа.
Представлення метану (паровий риформінг): У цьому випадку метан (або будь-який інший алкан) і пара перетворюються при 900 ° С над нікелем як каталізатор, при цьому весь зв’язаний водень можна отримувати відновним способом. Окис вуглецю виробляється як побічний продукт.
З броміду кальцію та води. На першому етапі бромід кальцію реагує з водою при 750 ° С, утворюючи оксид кальцію та газ бромістого водню. Отриманий бромід водню перетворюється в бромід ртуті та елементарний водень при 100 ° С. Потім бромід ртуті реагує з оксидом кальцію далі, утворюючи бромід кальцію та оксид ртуті. Ця суміш при нагріванні знову утворює ртуть, виділяючи кисень. Зрештою, ртуть та бромід кальцію мають лише каталітичну дію.
4 HBr + 2 Hg -100 ° C → 2 HgBr2 + 2 H2 ↑
2 HgBr2 + 2 CaO -25 ° C → 2 HgO + 2 CaBr2
Представлення при каталізі із хлоридом заліза (II) та хлором: Для цього хлорид заліза (II) спочатку реагує з водою, що створює оксид заліза (II, III), хлороводень та елементарний водень. Потім оксид заліза (II, III) реагує далі з хлором та соляною кислотою на хлорид заліза (III), воду та кисень. На останньому етапі утворений хлорид заліза (III) термічно розкладається, завдяки чому хлорид заліза (II) перетворюється, а також хлор, який також має значення для реакції.
Повторним синтезом і розкладанням гідриду натрію: Гідрид натрію виділяє водень у воді; на моль NaH отримують два молі Н2. Якщо водень потім кількісно перетворити з натрієм знову, отримують 2 молі гідриду натрію на моль водню. Кількість водню можна подвоїти щоразу шляхом багаторазового перетворення з використанням каустичної соди як побічного продукту.
Хімія водню: Водень завжди зустрічається в його сполуках у ступенях окислення +1 (порівняно з більшою кількістю електронегативних партнерів, неметалів) або -1 (порівняно з більшою кількістю електропозитивних партнерів, металів).
Оскільки водень має лише один електрон в атомній оболонці, він не може утворювати позитивні іони, оскільки це означатиме появу вільних протонів. Тому сполуки з сильно електронегативними атомами або молекулами завжди є сильно полярними атомними сполуками. Це стосується сполук водню з киснем, фтором та азотом, які мають сильні диполі через велику різницю EN і, таким чином, утворюють водневі містки між собою. Як результат, аміак (NH3, нітрид водню), вода (H2O, оксид водню) та фторид водню (HF) мають набагато вищі температури плавлення та кипіння, ніж можна було очікувати від їх молекулярної маси.
З менш сильно електронегативними елементами (фосфор, вуглець, сірка, хлор, бром, йод) водень утворює легкоплавкі та киплячі сполуки, в яких він дещо позитивно поляризований.
Порівняно з ще сильнішими електропозитивними елементами утворюються ковалентно побудовані гідриди, в яких водень має досить негативний частковий заряд. Ці сполуки є або летючими, або високополімерними.
Порівняно з лужними та лужноземельними металами, а також європієм, ітербієм та нобелієм утворюються солеподібні гідриди, в яких присутні "справжні" H - аніони.
Сплави подібні до ковалентно побудованих гідридів утворюються з більшістю інших металів, у яких водень має негативний формальний заряд.
Водень не утворює жодних сполук із благородними газами.
Більш детально сполуки водню описані на відповідних сторінках елементів.
Фізичні характеристики водню та його сполук: Оскільки водень з протоном є найпростішим атомом і є двоатомним, він є найлегшим з усіх елементів.
Водень (як гелій) поводиться майже як ідеальний газ.
Використання водню та його сполук:
- Водень як паливо: Оскільки елементарний водень згоряє з киснем, утворюючи воду, він стає все більш важливим як екологічно чисте паливо.
- Зварювальний газ: У поєднанні з киснем під час горіння може бути досягнута температура 3000 ° C, саме тому він використовується як зварювальний газ для певних високотемпературних застосувань.
- Вуглеводи: Зі збільшенням дефіциту природних газів і нафтових ресурсів гідрування вуглеводів стає все більш важливим. У цьому процесі вуглець перетворюється на вуглеводні з використанням більш високих температур і тисків та за допомогою каталізаторів з воднем.
Використання важливих сполук водню:
- води Окрім свого фундаментального біологічного значення, він також є найважливішою речовиною в техніці та хімії. Багато реакцій відбувається у водному середовищі.
- мінеральна олія як і раніше є найважливішим вихідним матеріалом органічних синтезів для виробництва численних продуктів (див. також вуглець).
Набряк: [1] Власна картинка. Це зображення можна вільно використовувати на умовах ліцензії Creative Commons. Якщо ви ним користуєтесь, розмістіть посилання на моєму веб-сайті.
[2] Джерело зображення: Wikimedia Commons. Автор: Маркус Швайс. Зображення випущено на умовах ліцензії Creative Commons.
[3] Джерело зображення: NASA. Зображення як твір американського агентства є загальнодоступним, якщо не зазначено інше.