Vodik reagira samo s jednostavnim tvarima. Vodik - karakteristike, fizikalna i kemijska svojstva

Kemijska svojstva vodika

U normalnim uvjetima, molekularni vodik je relativno malo aktivan, izravno se spaja samo s najaktivnijim nemetalima (s fluorom, a na svjetlu s klorom). Međutim, kada se zagrije, reagira s mnogim elementima.

Vodik reagira s jednostavnim i složenim tvarima:

- Interakcija vodika s metalima dovodi do stvaranja složenih tvari - hidrida, u čijim je kemijskim formulama atom metala uvijek na prvom mjestu:


Na visokoj temperaturi, vodik reagira izravno s nekim metalima(alkalne, zemnoalkalne i druge), tvoreći bijele kristalne tvari - metalne hidride (Li H, Na H, KH, CaH 2, itd.):

H2 + 2Li = 2LiH

Metalni hidridi se lako razgrađuju vodom u odgovarajuće lužine i vodik:

Sa H2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2

- Kada vodik međudjeluje s nemetalima nastaju hlapljivi spojevi vodika. U kemijskoj formuli hlapljivog spoja vodika, atom vodika može biti na prvom ili drugom mjestu, ovisno o njegovom položaju u PSHE (vidi ploču na slajdu):

1). S kisikom Vodik stvara vodu:

Video "Izgaranje vodika"

2H2 + O2 = 2H2O + Q

Na normalnim temperaturama reakcija se odvija izuzetno sporo, iznad 550°C - uz eksploziju (smjesa 2 volumena H 2 i 1 volumena O 2 naziva se eksplozivan plin) .

Video "Eksplozija detonirajućeg plina"

Video "Priprema i eksplozija eksplozivne smjese"

2). S halogenima Vodik tvori halogenovodike, na primjer:

H2 + Cl2 = 2HCl

U isto vrijeme, vodik eksplodira s fluorom (čak iu mraku i na - 252°C), reagira s klorom i bromom samo kada se osvijetli ili zagrije, a s jodom samo kada se zagrije.

3). S dušikom Vodik reagira u amonijak:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

samo na katalizatoru i pri povišenim temperaturama i tlakovima.

4). Kada se zagrijava, vodik snažno reagira sa sumporom:

H 2 + S = H 2 S (vodikov sulfid),

mnogo teže sa selenom i telurom.

5). S čistim ugljikom Vodik može reagirati bez katalizatora samo na visokim temperaturama:

2H 2 + C (amorfni) = CH 4 (metan)

- Vodik prolazi reakciju supstitucije s metalnim oksidima , u ovom slučaju voda se stvara u proizvodima i metal se reducira. Vodik - pokazuje svojstva redukcijskog sredstva:


Koristi se vodik za obnavljanje mnogih metala, budući da oduzima kisik njihovim oksidima:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O, itd.

Primjene vodika

Video "Korištenje vodika"

Trenutno se vodik proizvodi u ogromnim količinama. Vrlo velik dio koristi se u sintezi amonijaka, hidrogenaciji masti te u hidrogenaciji ugljena, ulja i ugljikovodika. Osim toga, vodik se koristi za sintezu klorovodične kiseline, metilnog alkohola, cijanovodične kiseline, u zavarivanju i kovanju metala, kao iu proizvodnji žarulja sa žarnom niti i dragog kamenja. Vodik se prodaje u cilindrima pod tlakom većim od 150 atm. Obojeni su tamnozelenom bojom i imaju crveni natpis "Hidrogen".

Vodik se koristi za pretvaranje tekućih masti u krute masti (hidrogenacija), čime se dobiva tekuće gorivo hidrogeniranjem ugljena i loživog ulja. U metalurgiji se vodik koristi kao redukcijsko sredstvo za okside ili kloride za proizvodnju metala i nemetala (germanija, silicija, galija, cirkonija, hafnija, molibdena, volframa itd.).

Praktična upotreba vodika je raznolika: obično se koristi za punjenje balona sa sondama, u kemijskoj industriji služi kao sirovina za proizvodnju mnogih vrlo važnih proizvoda (amonijak, itd.), u prehrambenoj industriji - za proizvodnju krutih masti iz biljnih ulja itd. Visoka temperatura (do 2600 °C), dobivena izgaranjem vodika u kisiku, koristi se za taljenje vatrostalnih metala, kvarca i dr. Tekući vodik jedno je od najučinkovitijih mlaznih goriva. Godišnja globalna potrošnja vodika premašuje milijun tona.

SIMULATORI

broj 2. Vodik

ZADACI ZADATAKA

Zadatak br. 1
Napišite jednadžbe reakcija međudjelovanja vodika sa sljedećim tvarima: F 2, Ca, Al 2 O 3, živin (II) oksid, volframov (VI) oksid. Imenujte reakcijske produkte, navedite vrste reakcija.

Zadatak br. 2
Provedite transformacije prema shemi:
H2O -> H2 -> H2S -> SO2

Zadatak br. 3.
Izračunajte masu vode koja se može dobiti spaljivanjem 8 g vodika?

  • Povijest otkrića vodika

    Ako je najčešći kemijski element na Zemlji, onda je vodik najčešći element u cijelom Svemiru. Naša (i druge zvijezde) sastoji se od otprilike polovice vodika, a što se tiče međuzvjezdanog plina, on se sastoji od 90% atoma vodika. Ovaj kemijski element zauzima značajno mjesto i na Zemlji jer zajedno s kisikom ulazi u sastav vode, a sam naziv vodik dolazi od dvije starogrčke riječi: voda i rađanje. Osim vode, vodik je prisutan u većini organskih tvari i stanica bez njega, kao što bi bez kisika i sam život bio nezamisliv.

    Povijest otkrića vodika

    Prvi među znanstvenicima koji je primijetio vodik bio je veliki alkemičar i liječnik srednjeg vijeka Theophrastus Paracelsus. U svojim alkemijskim eksperimentima, u nadi da će pronaći "kamen mudraca", miješanjem s kiselinama, Paracelsus je dobio neki dosad nepoznati zapaljivi plin. Istina, ovaj plin nikada nije bilo moguće odvojiti od zraka.

    Samo stoljeće i pol nakon Paracelsusa, francuski kemičar Lemery uspio je odvojiti vodik od zraka i dokazati njegovu zapaljivost. Istina, Lemery nikada nije shvatio da je plin koji je dobio čisti vodik. Paralelno se sličnim kemijskim eksperimentima bavio i ruski znanstvenik Lomonosov, no pravi proboj u proučavanju vodika napravio je engleski kemičar Henry Cavendish, koji se s pravom smatra pronalazačem vodika.

    Godine 1766. Cavendish je uspio dobiti čisti vodik, koji je nazvao "zapaljivi zrak". Još 20 godina kasnije, talentirani francuski kemičar Antoine Lavoisier uspio je sintetizirati vodu i iz nje izolirati ovaj vrlo "zapaljivi zrak" - vodik. Usput, Lavoisier je predložio ime vodika - "Hydrogenium", također poznat kao "vodik".

    Antoine Lavoisier sa suprugom, koja mu je pomogla u kemijskim eksperimentima, uključujući sintezu vodika.

    Raspored kemijskih elemenata u periodnom sustavu Mendeljejeva temelji se na njihovoj atomskoj težini, izračunatoj u odnosu na atomsku težinu vodika. Odnosno, drugim riječima, vodik i njegova atomska težina je kamen temeljac periodnog sustava, uporište na temelju kojeg je veliki kemičar stvorio svoj sustav. Stoga ne čudi da vodik zauzima počasno prvo mjesto u periodnom sustavu.

    Osim toga, vodik ima sljedeće karakteristike:

    • Atomska masa vodika je 1,00795.
    • Vodik ima tri izotopa, od kojih svaki ima posebna svojstva.
    • Vodik je lagan element niske gustoće.
    • Vodik ima redukcijska i oksidacijska svojstva.
    • Kada dođe u dodir s metalima, vodik prihvaća njihov elektron i postaje oksidacijsko sredstvo. Takvi spojevi nazivaju se hidrati.

    Vodik je plin; njegova se molekula sastoji od dva atoma.

    Ovako shematski izgleda molekula vodika.

    Molekularni vodik, formiran od takvih dvoatomnih molekula, eksplodira kada se prinese gorućoj šibici. Tijekom eksplozije molekula vodika se raspada na atome koji se pretvaraju u jezgre helija. Upravo se to događa na Suncu i drugim zvijezdama – zbog neprestanog raspadanja molekula vodika, naša zvijezda prži i grije nas svojom toplinom.

    Fizikalna svojstva vodika

    Vodik ima sljedeća fizikalna svojstva:

    • Vrelište vodika je 252,76 °C;
    • A na temperaturi od 259,14 °C već se počinje topiti.
    • Vodik je slabo topljiv u vodi.
    • Čisti vodik je vrlo opasna eksplozivna i zapaljiva tvar.
    • Vodik je 14,5 puta lakši od zraka.

    Kemijska svojstva vodika

    Budući da vodik može biti i oksidacijsko i redukcijsko sredstvo u različitim situacijama, koristi se za izvođenje reakcija i sinteza.

    Oksidirajuća svojstva vodika stupaju u interakciju s aktivnim (obično alkalijskim i zemnoalkalnim) metalima, a rezultat tih interakcija je stvaranje hidrida - spojeva sličnih soli. Međutim, hidridi nastaju i tijekom reakcija vodika s nisko aktivnim metalima.

    Redukcijska svojstva vodika imaju sposobnost redukcije metala u jednostavne tvari iz njihovih oksida, u industriji se to naziva hidrogenotermija.

    Kako doći do vodika?

    Među industrijskim načinima proizvodnje vodika su:

    • plinofikaciju ugljena,
    • parni reforming metana,
    • elektroliza.

    U laboratoriju se vodik može dobiti:

    • tijekom hidrolize metalnih hidrida,
    • kada alkalijski i zemnoalkalijski metali reagiraju s vodom,
    • kada razrijeđene kiseline stupaju u interakciju s aktivnim metalima.

    Primjene vodika

    Budući da je vodik 14 puta lakši od zraka, u stara vremena njime su punili balone i zračne brodove. Ali nakon niza katastrofa koje su se dogodile s zračnim brodovima, dizajneri su morali potražiti zamjenu za vodik (podsjećamo, čisti vodik je eksplozivna tvar, a najmanja iskra bila je dovoljna da izazove eksploziju).

    Eksplozija zračnog broda Hindenburg 1937. godine, uzrok eksplozije bilo je upravo zapaljenje vodika (zbog kratkog spoja) na kojem je letio ovaj ogromni zračni brod.

    Stoga su za takve letjelice umjesto vodika počeli koristiti helij, koji je također lakši od zraka; dobivanje helija je radno intenzivnije, ali nije toliko eksplozivan kao vodik.

    Vodik se također koristi za pročišćavanje raznih vrsta goriva, posebice onih na bazi nafte i naftnih derivata.

    Vodik, video

    I na kraju, edukativni video na temu našeg članka.


    • Generalizirajuća shema "VODIK"

    ja. Vodik je kemijski element

    a) Položaj u PSHE

    • serijski broj 1
    • razdoblje 1
    • skupina I (glavna podskupina “A”)
    • relativna masa Ar(H)=1
    • Latinski naziv Hydrogenium (rađanje vode)

    b) Rasprostranjenost vodika u prirodi

    Vodik je kemijski element.

    U zemljinoj kori(litosfera i hidrosfera) – 1% po težini (10. mjesto među svim elementima)

    ATMOSFERA - 0,0001% po broju atoma

    Najčešći element u svemiru – 92% svih atoma (glavni sastojak zvijezda i međuzvjezdanog plina)

    Vodik je kemikalija

    element

    U vezama

    H 2 O - voda(11% težine)

    CH 4 – plin metan(25% težine)

    Organska tvar(nafta, zapaljivi prirodni plinovi i dr.)

    U životinjskim i biljnim organizmima(odnosno u sastavu proteina, nukleinskih kiselina, masti, ugljikohidrata i dr.)

    U ljudskom tijelu u prosjeku sadrži oko 7 kilograma vodika.

    c) Valencija vodika u spojevima


    II. Vodik je jednostavna tvar (H 2)

    Priznanica

    1. Laboratorij (Kipp aparat)

    A) Međudjelovanje metala s kiselinama:

    Zn+ 2HCl = ZnCl2 + H2

    sol

    B) Međudjelovanje aktivnih metala s vodom:

    2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

    baza

    2. Industrija

    · Elektroliza vode

    elektronička pošta Trenutno

    2H20 = 2H2 + O2

    · Od prirodnog plina

    t,Ni

    CH4 + 2H20=4H2 +CO2

    Pronalaženje vodika u prirodi.

    Vodik je rasprostranjen u prirodi, njegov sadržaj u zemljinoj kori (litosferi i hidrosferi) iznosi 1% po masi i 16% po broju atoma. Vodik je dio najzastupljenije tvari na Zemlji - vode (11,19 % vodika po masi), u sastavu spojeva koji čine ugljen, naftu, prirodne plinove, gline, kao i životinjske i biljne organizme (tj. sastav proteina, nukleinskih kiselina, masti, ugljikohidrata i dr.). Vodik je izuzetno rijedak u slobodnom stanju; nalazi se u malim količinama u vulkanskim i drugim prirodnim plinovima. U atmosferi su prisutne manje količine slobodnog vodika (0,0001% po broju atoma). U svemiru blizu Zemlje vodik u obliku toka protona tvori unutarnji ("protonski") pojas zračenja Zemlje. U svemiru je vodik najrasprostranjeniji element. U obliku plazme čini oko polovicu mase Sunca i većine zvijezda, glavninu plinova međuzvjezdanog medija i plinovitih maglica. Vodik je prisutan u atmosferi niza planeta iu kometima u obliku slobodnog H 2, metana CH 4, amonijaka NH 3, vode H 2 O i radikala. U obliku struje protona vodik je dio korpuskularnog zračenja Sunca i kozmičkih zraka.

    Postoje tri izotopa vodika:
    a) laki vodik - protij,
    b) teški vodik – deuterij (D),
    c) superteški vodik – tricij (T).

    Tricij je nestabilan (radioaktivan) izotop pa ga praktički nema u prirodi. Deuterij je stabilan, ali ga je vrlo malo: 0,015% (od mase cjelokupnog zemaljskog vodika).

    Valencija vodika u spojevima

    U spojevima vodik pokazuje valenciju ja

    Fizikalna svojstva vodika

    Jednostavna tvar vodik (H 2) je plin, lakši od zraka, bez boje, mirisa, okusa, vrelište = – 253 0 C, vodik je netopljiv u vodi, zapaljiv. Vodik se može prikupiti istiskivanjem zraka iz epruvete ili vode. U tom slučaju epruveta mora biti okrenuta naopako.

    Proizvodnja vodika

    U laboratoriju se kao rezultat reakcije proizvodi vodik

    Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

    Umjesto cinka mogu se koristiti željezo, aluminij i neki drugi metali, a umjesto sumporne kiseline mogu se koristiti neke druge razrijeđene kiseline. Dobiveni vodik skuplja se u epruvetu istiskivanjem vode (vidi sliku 10.2 b) ili jednostavno u preokrenutu tikvicu (slika 10.2 a).

    U industriji se vodik proizvodi u velikim količinama iz prirodnog plina (uglavnom metana) reakcijom s vodenom parom na 800 °C u prisutnosti nikalnog katalizatora:

    CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 (t, Ni)

    ili tretirati ugljen vodenom parom na visokoj temperaturi:

    2H2O + C = 2H2 + CO2. (t)

    Čisti vodik dobiva se iz vode razgradnjom električnom strujom (elektrolizom):

    2H2O = 2H2 + O2 (elektroliza).



    Vodik je u drugoj polovici 18. stoljeća otkrio engleski znanstvenik na području fizike i kemije G. Cavendish. Uspio je izolirati tvar u čistom stanju, počeo ju je proučavati i opisao njena svojstva.

    Ovo je priča o otkriću vodika. Tijekom pokusa, istraživač je utvrdio da je riječ o zapaljivom plinu, čijim izgaranjem u zraku nastaje voda. To je dovelo do određivanja kvalitativnog sastava vode.

    Što je vodik

    Francuski kemičar A. Lavoisier prvi je 1784. vodik najavio kao jednostavnu tvar, jer je utvrdio da njegova molekula sadrži atome iste vrste.

    Naziv kemijskog elementa na latinskom zvuči kao hidrogenij (čitaj "hidrogenij"), što znači "vodonosni". Naziv se odnosi na reakciju izgaranja koja proizvodi vodu.

    Karakteristike vodika

    Označavanje vodika N. Mendelejev je ovom kemijskom elementu dodijelio prvi atomski broj, smjestivši ga u glavnu podskupinu prve skupine i prve periode i uvjetno u glavnu podskupinu sedme skupine.

    Atomska težina (atomska masa) vodika je 1,00797. Molekulska težina H2 je 2 a. e. molarna masa mu je brojčano jednaka.

    Predstavljaju ga tri izotopa koji imaju poseban naziv: najčešći protij (H), teški deuterij (D), radioaktivni tricij (T).

    To je prvi element koji se može potpuno razdvojiti na izotope na jednostavan način. Temelji se na velikoj razlici u masi izotopa. Proces je prvi put proveden 1933. godine. To se objašnjava činjenicom da je tek 1932. godine otkriven izotop mase 2.

    Fizička svojstva

    U normalnim uvjetima, jednostavna tvar vodik u obliku dvoatomnih molekula je plin, bez boje, okusa i mirisa. Slabo topljiv u vodi i drugim otapalima.

    Temperatura kristalizacije - 259,2 o C, vrelište - 252,8 o C. Promjer molekula vodika toliko je malen da imaju sposobnost polagane difuzije kroz niz materijala (guma, staklo, metali). Ovo se svojstvo koristi kada je potrebno pročistiti vodik od plinovitih nečistoća. Kada je n. u. vodik ima gustoću 0,09 kg/m3.

    Je li moguće pretvoriti vodik u metal po analogiji s elementima koji se nalaze u prvoj skupini? Znanstvenici su otkrili da vodik, u uvjetima kada se tlak približi 2 milijuna atmosfera, počinje apsorbirati infracrvene zrake, što ukazuje na polarizaciju molekula tvari. Možda će pri još višim tlakovima vodik postati metal.

    Ovo je zanimljivo: postoji pretpostavka da se na divovskim planetima, Jupiteru i Saturnu, vodik nalazi u obliku metala. Pretpostavlja se da je metalni kruti vodik također prisutan u zemljinoj jezgri, zbog ultravisokog tlaka koji stvara zemljin plašt.

    Kemijska svojstva

    I jednostavne i složene tvari stupaju u kemijsku interakciju s vodikom. Ali nisku aktivnost vodika potrebno je povećati stvaranjem odgovarajućih uvjeta - povećanjem temperature, korištenjem katalizatora itd.

    Kada se zagrijavaju, jednostavne tvari kao što su kisik (O 2), klor (Cl 2), dušik (N 2), sumpor (S) reagiraju s vodikom.

    Zapalite li čisti vodik na kraju izlazne cijevi za plin u zraku, gorjet će ravnomjerno, ali jedva primjetno. Ako cijev za odvod plina postavite u atmosferu čistog kisika, tada će se izgaranje nastaviti uz stvaranje kapljica vode na stijenkama posude, kao rezultat reakcije:

    Izgaranje vode prati oslobađanje velike količine topline. To je egzotermna reakcija spoja u kojoj se vodik oksidira pomoću kisika u oksid H 2 O. To je također redoks reakcija u kojoj se vodik oksidira, a kisik reducira.

    Reakcija s Cl 2 odvija se slično stvaranju klorovodika.

    Interakcija dušika s vodikom zahtijeva visoku temperaturu i visoki tlak, kao i prisutnost katalizatora. Rezultat je amonijak.

    Kao rezultat reakcije sa sumporom nastaje sumporovodik, čije je prepoznavanje olakšano karakterističnim mirisom pokvarenih jaja.

    Oksidacijsko stanje vodika u ovim reakcijama je +1, au dolje opisanim hidridima - 1.

    Prilikom reakcije s nekim metalima nastaju hidridi, na primjer, natrijev hidrid - NaH. Neki od ovih složenih spojeva koriste se kao gorivo za rakete, kao i u termonuklearnoj energiji.

    Vodik također reagira s tvarima iz kategorije kompleksa. Na primjer, s bakrovim (II) oksidom, formula CuO. Za izvođenje reakcije, bakreni vodik prolazi preko zagrijanog praškastog bakrovog (II) oksida. Tijekom interakcije reagens mijenja boju i postaje crveno-smeđi, a kapljice vode talože se na hladnim stijenkama epruvete.

    Vodik se tijekom reakcije oksidira, stvarajući vodu, a bakar se reducira iz oksida u jednostavnu tvar (Cu).

    Područja upotrebe

    Vodik je od velike važnosti za ljude i koristi se u raznim područjima:

    1. U kemijskoj proizvodnji to je sirovina, u ostalim industrijama gorivo. Petrokemija i poduzeća za rafiniranje nafte ne mogu bez vodika.
    2. U elektroprivredi ova jednostavna tvar djeluje kao rashladno sredstvo.
    3. U crnoj i obojenoj metalurgiji vodik ima ulogu redukcijskog sredstva.
    4. To pomaže u stvaranju inertnog okruženja prilikom pakiranja proizvoda.
    5. Farmaceutska industrija - koristi vodik kao reagens u proizvodnji vodikovog peroksida.
    6. Meteorološki baloni punjeni su ovim svjetlosnim plinom.
    7. Ovaj element je također poznat kao reduktor goriva za raketne motore.

    Znanstvenici jednoglasno predviđaju da će vodikovo gorivo preuzeti vodstvo u energetskom sektoru.

    Prijem u industriji

    U industriji se vodik proizvodi elektrolizom, koja se podvrgava kloridima ili hidroksidima alkalijskih metala otopljenih u vodi. Također je ovom metodom moguće dobiti vodik izravno iz vode.

    U te svrhe koristi se pretvorba koksa ili metana vodenom parom. Razgradnjom metana na povišenim temperaturama također nastaje vodik. Za industrijsku proizvodnju vodika koristi se i ukapljivanje koksnog plina frakcijskom metodom.

    Dobiveno u laboratoriju

    U laboratoriju se koristi Kippov aparat za proizvodnju vodika.

    Reagensi su klorovodična ili sumporna kiselina i cink. Reakcija proizvodi vodik.

    Pronalaženje vodika u prirodi

    Vodik je češći od bilo kojeg drugog elementa u svemiru. Većina zvijezda, uključujući Sunce i druga kozmička tijela je vodik.

    U zemljinoj kori ga ima samo 0,15%. Ima ga u mnogim mineralima, u svim organskim tvarima, kao i u vodi koja prekriva 3/4 površine našeg planeta.

    Tragovi čistog vodika mogu se pronaći u gornjoj atmosferi. Također se nalazi u nizu zapaljivih prirodnih plinova.

    Plinoviti vodik najmanje je gustoće, a tekući vodik je najgušća tvar na našem planetu. Uz pomoć hidrogena možete promijeniti boju glasa ako ga udišete i govorite dok izdišete.

    Najjača hidrogenska bomba temelji se na cijepanju najlakšeg atoma.

    DEFINICIJA

    Vodik– prvi element periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev. Simbol - N.

    Atomska masa - 1 amu. Molekula vodika je dvoatomna – H2.

    Elektronska konfiguracija atoma vodika je 1s 1. Vodik pripada obitelji s-elemenata. U svojim spojevima pokazuje oksidacijska stanja -1, 0, +1. Prirodni vodik sastoji se od dva stabilna izotopa - protija 1H (99,98%) i deuterija 2H (D) (0,015%) - i radioaktivnog izotopa tricija 3H (T) (količine u tragovima, vrijeme poluraspada - 12,5 godina).

    Kemijska svojstva vodika

    U normalnim uvjetima molekularni vodik pokazuje relativno nisku reaktivnost, što se objašnjava velikom čvrstoćom veza u molekuli. Kada se zagrijava, stupa u interakciju s gotovo svim jednostavnim tvarima koje tvore elementi glavnih podskupina (osim plemenitih plinova, B, Si, P, Al). U kemijskim reakcijama može djelovati i kao redukcijsko sredstvo (češće) i kao oksidacijsko sredstvo (rjeđe).

    Vodikovi izlošci svojstva redukcijskog sredstva(H 2 0 -2e → 2H +) u sljedećim reakcijama:

    1. Reakcije međudjelovanja s jednostavnim tvarima – nemetalima. Vodik reagira s halogenima, štoviše, reakcija interakcije s fluorom u normalnim uvjetima, u mraku, s eksplozijom, s klorom - pod osvjetljenjem (ili UV zračenjem) prema lančanom mehanizmu, s bromom i jodom samo kada se zagriju; kisik(smjesa kisika i vodika u volumnom omjeru 2:1 naziva se “eksplozivni plin”), siva, dušik I ugljik:

    H2 + Hal2 = 2HHal;

    2H2 + O2 = 2H20 + Q (t);

    H2 + S = H2S (t = 150 – 300C);

    3H2 + N2 ↔ 2NH3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

    2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

    2. Reakcije međudjelovanja sa složenim tvarima. Vodik reagira s oksidima nisko aktivnih metala, i sposoban je reducirati samo metale koji su u nizu aktivnosti desno od cinka:

    CuO + H2 = Cu + H2O (t);

    Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H20 (t);

    WO3 + 3H2 = W + 3H20 (t).

    Vodik reagira s oksidima nemetala:

    H2 + CO2 ↔ CO + H2O (t);

    2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 – 300 atm., kat = ZnO, Cr 2 O 3).

    Vodik ulazi u reakcije hidrogeniranja s organskim spojevima iz klase cikloalkana, alkena, arena, aldehida i ketona itd. Sve ove reakcije odvijaju se zagrijavanjem, pod tlakom, uz upotrebu platine ili nikla kao katalizatora:

    CH2 = CH2 + H2 ↔ CH3-CH3;

    C6H6 + 3H2 ↔ C6H12;

    C3H6 + H2 ↔ C3H8;

    CH3CHO + H2 ↔ CH3-CH2-OH;

    CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH(OH)-CH 3.

    Vodik kao oksidacijsko sredstvo(H 2 +2e → 2H -) pojavljuje se u reakcijama s alkalijskim i zemnoalkalijskim metalima. U tom slučaju nastaju hidridi - kristalni ionski spojevi u kojima vodik ima oksidacijsko stanje -1.

    2Na +H2 ↔ 2NaH (t, p).

    Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

    Fizikalna svojstva vodika

    Vodik je lagan, bezbojan plin bez mirisa, gustoće u uvjetima okoline. – 0,09 g/l, 14,5 puta lakši od zraka, t vrenja = -252,8C, t pl = - 259,2C. Vodik je slabo topljiv u vodi i organskim otapalima; dobro je topiv u nekim metalima: niklu, paladiju, platini.

    Prema suvremenoj kozmokemiji, vodik je najčešći element u svemiru. Glavni oblik postojanja vodika u svemiru su pojedinačni atomi. Vodik je deveti najzastupljeniji element na Zemlji među svim elementima. Glavna količina vodika na Zemlji je u vezanom stanju - u sastavu vode, nafte, prirodnog plina, ugljena itd. Vodik se rijetko nalazi u obliku jednostavne tvari - u sastavu vulkanskih plinova.

    Proizvodnja vodika

    Postoje laboratorijske i industrijske metode za proizvodnju vodika. Laboratorijske metode uključuju interakciju metala s kiselinama (1), kao i interakciju aluminija s vodenim otopinama lužina (2). Među industrijskim metodama za proizvodnju vodika važnu ulogu ima elektroliza vodenih otopina lužina i soli (3) i pretvorba metana (4):

    Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1);

    2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na +3H2 (2);

    2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (3);

    CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

    Primjeri rješavanja problema

    PRIMJER 1

    Vježbajte Kada je 23,8 g metalnog kositra reagiralo s viškom klorovodične kiseline, oslobodio se vodik u količini dovoljnoj da se dobije 12,8 g metalnog bakra. Odredite oksidacijsko stanje kositra u nastalom spoju.
    Riješenje Na temelju elektronske strukture atoma kositra (...5s 2 5p 2) možemo zaključiti da kositar karakteriziraju dva oksidacijska stanja - +2, +4. Na temelju toga izrađujemo jednadžbe za moguće reakcije:

    Sn + 2HCl = H2 + SnCl2 (1);

    Sn + 4HCl = 2H2 + SnCl4 (2);

    CuO + H 2 = Cu + H 2 O (3).

    Nađimo količinu bakrene tvari:

    v(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 12,8/64 = 0,2 mol.

    Prema jednadžbi 3, količina vodikove tvari:

    v(H2) = v(Cu) = 0,2 mol.

    Znajući masu kositra, nalazimo njegovu količinu tvari:

    v(Sn) = m(Sn)/M(Sn) = 23,8/119 = 0,2 mol.

    Usporedimo količine tvari kositra i vodika prema jednadžbama 1 i 2 i prema uvjetima zadatka:

    vl (Sn): vl (H2) = 1:1 (jednadžba 1);

    v2 (Sn): v2 (H2) = 1:2 (jednadžba 2);

    v(Sn): v(H 2) = 0,2:0,2 = 1:1 (stanje problema).

    Stoga kositar reagira s klorovodičnom kiselinom prema jednadžbi 1 i oksidacijsko stanje kositra je +2.
    Odgovor Oksidacijsko stanje kositra je +2.

    PRIMJER 2

    Vježbajte Plin oslobođen djelovanjem 2,0 g cinka na 18,7 ml 14,6%-tne klorovodične kiseline (gustoća otopine 1,07 g/ml) zagrijavanjem je propušten preko 4,0 g bakrova (II) oksida. Kolika je masa nastale čvrste smjese?
    Riješenje Kada cink reagira s klorovodičnom kiselinom, oslobađa se vodik:

    Zn + 2HCl = ZnSl 2 + H 2 (1),

    koji zagrijavanjem reducira bakrov(II) oksid u bakar(2):

    CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

    Nađimo količine tvari u prvoj reakciji:

    m(otopina HCl) = 18,7. 1,07 = 20,0 g;

    m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 g;

    v(HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol;

    v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol.

    Cink je u nedostatku, pa je količina oslobođenog vodika:

    v(H2) = v(Zn) = 0,031 mol.

    U drugoj reakciji nedostaje vodika jer:

    v(SuO) = 4,0/80 = 0,05 mol.

    Kao rezultat reakcije, 0,031 mol CuO će se pretvoriti u 0,031 mol Cu, a gubitak mase će biti:

    m(SuO) – m(Su) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 g.

    Masa krute smjese CuO i Cu nakon prolaska vodika bit će:

    4,0-0,5 = 3,5 g.
    Odgovor Masa čvrste smjese CuO i Cu je 3,5 g.
    Slični članci