Kemijske reakcije s vodikom. Kakva je tvar vodik? Kemijska i fizikalna svojstva vodika

vodik H - kemijski element, jedan od najčešćih u našem Svemiru. Masa vodika kao elementa u sastavu tvari je 75% ukupnog sadržaja atoma drugih vrsta. Dio je najvažnijeg i vitalnog spoja na planetu – vode. Posebnost Vodik je i činjenica da je prvi element u periodnom sustavu kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva.

Otkriće i istraživanje

Prvi spomen vodika u spisima Paracelsusa datira iz šesnaestog stoljeća. Ali njegovu izolaciju iz plinske mješavine zraka i proučavanje zapaljivih svojstava proveo je već u sedamnaestom stoljeću znanstvenik Lemery. Vodik je temeljito proučavao engleski kemičar, fizičar i prirodoslovac koji je eksperimentalno dokazao da je masa vodika najmanja u usporedbi s drugim plinovima. U kasnijim fazama razvoja znanosti s njim su radili mnogi znanstvenici, a posebno Lavoisier koji ga je nazvao “roditeljem vode”.

Karakteristike po poziciji u PSHE

Element otvaranja periodni sustav elemenata D.I. Mendeljejev, je vodik. Fizikalna i kemijska svojstva atoma pokazuju stanovitu dvojnost, budući da je vodik istovremeno klasificiran kao član prve skupine, glavne podskupine, ako se ponaša kao metal i donira jedan elektron u procesu kemijska reakcija, a do sedme - u slučaju potpunog popunjavanja valentne ljuske, odnosno prijema negativna čestica, što ga karakterizira kao sličnog halogenima.

Značajke elektroničke strukture elementa

Svojstva složenih tvari u koje se ubraja i najjednostavnije tvari H2 primarno su određena elektronskom konfiguracijom vodika. Čestica ima jedan elektron sa Z= (-1), koji se okreće u svojoj orbiti oko jezgre koja sadrži jedan proton jedinične mase i pozitivnog naboja (+1). Njegova elektronička konfiguracija zapisana je kao 1s 1, što znači prisutnost jedne negativne čestice u prvoj i jedinoj s-orbitali vodika.

Kada se elektron ukloni ili preda, a atom ovog elementa ima takvo svojstvo da je srodan metalima, dobiva se kation. U biti, vodikov ion je pozitivna elementarna čestica. Stoga se vodik lišen elektrona jednostavno naziva proton.

Fizička svojstva

Da ukratko opišemo vodik, to je bezbojan, slabo topiv plin s relativnom atomskom masom od 2, 14,5 puta lakši od zraka, s temperaturom ukapljivanja od -252,8 stupnjeva Celzijusa.

Iz iskustva možete lako potvrditi da je H 2 najlakši. Da biste to učinili, dovoljno je napuniti tri kuglice različitim tvarima - vodikom, ugljičnim dioksidom, običnim zrakom - i istovremeno ih pustiti iz ruke. Onaj ispunjen CO 2 najbrže će stići do tla, za njim će se onaj napuhan smjesom zraka spustiti, a onaj koji sadrži H 2 dići će se do stropa.

Mala masa i veličina čestica vodika opravdava njegovu sposobnost prodiranja razne tvari. Na primjeru iste lopte to je lako provjeriti; nakon nekoliko dana ona će se sama ispuhati, jer će plin jednostavno proći kroz gumu. Vodik se također može akumulirati u strukturi nekih metala (paladij ili platina), te ispariti iz nje kada temperatura poraste.

Svojstvo niske topljivosti vodika koristi se u laboratorijskoj praksi za njegovu izolaciju istiskivanjem vodika (donja tablica sadrži glavne parametre) kako bi se odredio opseg njegove primjene i metode proizvodnje.

Parametar atoma ili molekule jednostavne tvari	Značenje
Atomska masa (molarna masa)	1,008 g/mol
Elektronička konfiguracija	1s 1
Kristalna ćelija	Heksagonalni
Toplinska vodljivost	(300 K) 0,1815 W/(m K)
Gustoća na n. u.	0,08987 g/l
Temperatura vrenja	-252,76 °C
Specifična toplina izgaranja	120,9 106 J/kg
Temperatura topljenja	-259,2 °C
Topivost u vodi	18,8 ml/l

Izotopni sastav

Kao i mnogi drugi predstavnici periodni sustav elemenata kemijskih elemenata, vodik ima nekoliko prirodnih izotopa, odnosno atoma s jednakim brojem protona u jezgri, ali različitim brojem neutrona - čestica s nultim nabojem i jediničnom masom. Primjeri atoma sa sličnim svojstvom su kisik, ugljik, klor, brom i drugi, uključujući radioaktivne.

Fizička svojstva vodika 1H, najčešćeg predstavnika ove skupine, značajno se razlikuju od istih karakteristika njegovih kolega. Osobito se razlikuju karakteristike tvari koje sadrže. Dakle, postoji obična i deuterirana voda, koja u svom sastavu umjesto atoma vodika s jednim protonom sadrži deuterij 2 H - njegov izotop s dva elementarne čestice: pozitivan i nenabijen. Ovaj je izotop dvostruko teži od običnog vodika, što objašnjava dramatičnu razliku u svojstvima spojeva koje čine. U prirodi se deuterij nalazi 3200 puta rjeđe od vodika. Treći predstavnik je tricij 3H; on ima dva neutrona i jedan proton u jezgri.

Metode proizvodnje i izolacije

Laboratorijske i industrijske metode dosta se razlikuju. Dakle, plin se proizvodi u malim količinama uglavnom reakcijama koje uključuju mineralne tvari, dok se u proizvodnji velikih razmjera u većoj mjeri koristi organska sinteza.

U laboratoriju se koriste sljedeće kemijske interakcije:

U industrijske svrhe plin se proizvodi sljedećim metodama:

1. Toplinska razgradnja metana u prisutnosti katalizatora na njegove sastojke jednostavne tvari(vrijednost takvog pokazatelja kao što je temperatura doseže 350 stupnjeva) - vodik H2 i ugljik C.
2. Prolazak zaparene vode kroz koks na 1000 stupnjeva Celzijusa da bi se dobio ugljični dioksid CO 2 i H 2 (najčešća metoda).
3. Pretvorba plina metana na katalizatoru od nikla na temperaturama koje dosežu 800 stupnjeva.
4. Vodik je nusprodukt elektrolize vodene otopine kalijeve ili natrijeve kloride.

Kemijske interakcije: opće odredbe

Fizikalna svojstva vodika uvelike objašnjavaju njegovo ponašanje u reakcijskim procesima s određenim spojem. Valencija vodika je 1, budući da se nalazi u prvoj skupini u periodnom sustavu, a stupanj oksidacije varira. U svim spojevima, osim hidrida, vodik u d.o. = (1+), u molekulama tipa CN, CN 2, CN 3 - (1-).

Molekula plinovitog vodika, nastala stvaranjem generaliziranog elektronskog para, sastoji se od dva atoma i energetski je dosta stabilna, zbog čega je u normalnim uvjetima donekle inertna i reagira kada se normalni uvjeti promijene. Ovisno o stupnju oksidacije vodika u sastavu drugih tvari, on može djelovati i kao oksidacijsko sredstvo i kao redukcijsko sredstvo.

Tvari s kojima vodik reagira i nastaje

Interakcije elemenata za stvaranje složenih tvari (često na povišenim temperaturama):

1. Alkalijski i zemnoalkalijski metal + vodik = hidrid.
2. Halogen + H 2 = halogenovodik.
3. Sumpor + vodik = sumporovodik.
4. Kisik + H 2 = voda.
5. Ugljik + vodik = metan.
6. Dušik + H 2 = amonijak.

Interakcija sa složenim tvarima:

1. Proizvodnja sinteznog plina iz ugljičnog monoksida i vodika.
2. Redukcija metala iz njihovih oksida pomoću H2.
3. Zasićenost nezasićenih alifatskih ugljikovodika vodikom.

Vodikova veza

Fizikalna svojstva vodika su takva da mu dopuštaju da, kada je u kombinaciji s elektronegativnim elementom, tvori posebnu vrstu veze s istim atomom iz susjednih molekula koje imaju usamljene elektronske parove (na primjer, kisik, dušik i fluor). Najjasniji primjer u kojem je bolje razmotriti ovaj fenomen je voda. Može se reći da je spojen vodikovim vezama, koje su slabije od kovalentnih ili ionskih, ali zbog toga što ih ima mnogo, značajno utječu na svojstva tvari. U osnovi, vodikova veza je elektrostatska interakcija koja veže molekule vode u dimere i polimere, što dovodi do njezine visoke točke vrenja.

Vodik u mineralnim spojevima

Svi sadrže proton, kation atoma kao što je vodik. Tvar čiji kiselinski ostatak ima oksidacijsko stanje veće od (-1) naziva se polibazičnim spojem. Sadrži nekoliko atoma vodika, što disocijaciju u vodenim otopinama čini višestupanjskom. Svaki sljedeći proton postaje sve teže ukloniti iz kiselinskog ostatka. Kiselost medija određena je kvantitativnim sadržajem vodika u mediju.

Primjena u ljudskim djelatnostima

Cilindri s tvari, kao i spremnici s drugim ukapljenim plinovima, poput kisika, imaju specifičnu izgled. Obojeni su tamnozelenom bojom s riječju "Hidrogen" ispisanom jarko crvenom bojom. Plin se upumpava u cilindar pod tlakom od oko 150 atmosfera. Fizička svojstva vodika, posebice lakoća plinovitog agregatnog stanja, koriste se za punjenje balona, ​​balona i sl. njime pomiješanim s helijem.

Vodik, čija su fizikalna i kemijska svojstva ljudi naučili koristiti prije mnogo godina, trenutno se koristi u mnogim industrijama. Najveći dio odlazi na proizvodnju amonijaka. Vodik također sudjeluje u (hafnij, germanij, galij, silicij, molibden, volfram, cirkonij i drugi) oksidima, djelujući u reakciji kao redukcijski agens, cijanovodična i klorovodična kiselina, kao i umjetno tekuće gorivo. Prehrambena industrija ga koristi za pretvaranje biljnih ulja u čvrste masti.

Utvrđena su kemijska svojstva i uporaba vodika u različitim procesima hidrogenacije i hidrogenacije masti, ugljena, ugljikovodika, ulja i loživog ulja. Koristi se za izradu dragog kamenja, žarulja sa žarnom niti, kovanje i zavarivanje metalnih proizvoda pod utjecajem plamena kisika i vodika.

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 Zemljina kora (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 proteinski sastav, nukleinske kiseline, masti, ugljikohidrati i drugo) 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 široko 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 njezinom razgradnjom elektro šok(podvrgnuti elektrolizi):

2H2O = 2H2 + O2 (elektroliza).

Vodik je prvi element u periodnom sustavu kemijskih elemenata i ima atomski broj 1 i relativnu atomsku masu 1,0079. Što su fizička svojstva vodik?

Fizikalna svojstva vodika

U prijevodu s latinskog vodik znači "rađanje vode". Još 1766. godine engleski znanstvenik G. Cavendish prikupio je “zapaljivi zrak” koji se oslobađa djelovanjem kiselina na metale i počeo proučavati njegova svojstva. Godine 1787. A. Lavoisier identificirao je ovaj "zapaljivi zrak" kao novi kemijski element koji je dio vode.

Riža. 1. A. Lavoisier.

Vodik ima 2 stabilna izotopa - protij i deuterij, kao i jedan radioaktivni - tricij, čija je količina na našem planetu vrlo mala.

Vodik je najrasprostranjeniji element u svemiru. Sunce i većina zvijezda imaju vodik kao glavni element. Ovaj plin se također nalazi u vodi, nafti i prirodnom plinu. Ukupan sadržaj vodika na Zemlji je 1%.

Riža. 2. Formula vodika.

Atom ove tvari sadrži jezgru i jedan elektron. Kada vodik izgubi elektron, formira pozitivno nabijen ion, što znači da pokazuje metalna svojstva. Ali atom vodika je također sposoban ne samo izgubiti, već i dobiti elektron. U tome je vrlo sličan halogenima. Prema tome, vodik u periodnom sustavu pripada i skupini I i VII. Jače su izražena nemetalna svojstva vodika.

Molekula vodika sastoji se od dva atoma povezana kovalentnom vezom

Vodik na normalnim uvjetima je bezbojni plinoviti element bez mirisa i okusa. 14 je puta lakši od zraka, a vrelište mu je -252,8 Celzijevih stupnjeva.

Tablica “Fizikalna svojstva vodika”

Osim fizikalnih svojstava, vodik ima i niz kemijskih svojstava. Vodik zagrijavanjem ili pod utjecajem katalizatora reagira s metalima i nemetalima, sumporom, selenom, telurijem, a može reducirati i okside mnogih metala.

Proizvodnja vodika

Od industrijskih metoda za proizvodnju vodika (osim elektrolize vodenih otopina soli) treba istaknuti sljedeće:

• prolazak vodene pare kroz vrući ugljen na temperaturi od 1000 stupnjeva:

• pretvorba metana vodenom parom na temperaturi od 900 stupnjeva:

CH4 +2H20=CO2 +4H2

U periodnom sustavu ima svoj specifičan položaj, koji odražava svojstva koja pokazuje i govori o njemu elektronička struktura. Međutim, među svima njima postoji jedan poseban atom koji zauzima dvije ćelije odjednom. Nalazi se u dvije skupine elemenata koji su potpuno suprotni po svojim svojstvima. Ovo je vodik. Takve karakteristike čine ga jedinstvenim.

Vodik nije samo element, već i jednostavna tvar, kao i sastavni dio mnogih složenih spojeva, biogeni i organogeni element. Stoga, razmotrimo njegove karakteristike i svojstva detaljnije.

Vodik kao kemijski element

Vodik je element prve skupine glavne podskupine, kao i sedme skupine glavne podskupine u prvoj maloj periodi. Ovo razdoblje sastoji se od samo dva atoma: helija i elementa koji razmatramo. Opišimo glavne značajke položaja vodika u periodnom sustavu.

1. Atomski broj vodika je 1, broj elektrona je isti, a prema tome i broj protona je isti. Atomska masa - 1,00795. Postoje tri izotopa ovog elementa s masenim brojevima 1, 2, 3. Međutim, svojstva svakog od njih su vrlo različita, budući da je povećanje mase čak i za jedan za vodik odmah dvostruko.
2. Činjenica da sadrži samo jedan elektron na svojoj vanjskoj površini omogućuje mu da uspješno pokazuje i oksidativne i restorativna svojstva. Osim toga, nakon predaje elektrona, on ostaje sa slobodnom orbitalom, koja sudjeluje u formiranju kemijske veze prema donor-akceptorskom mehanizmu.
3. Vodik je jako redukcijsko sredstvo. Stoga se njegovim glavnim mjestom smatra prva skupina glavne podskupine, gdje se najviše kreće aktivni metali- alkalno.
4. Međutim, u interakciji s jakim redukcijskim agensima, kao što su metali, također može biti oksidacijsko sredstvo, prihvaćajući elektron. Ti se spojevi nazivaju hidridi. Po tom svojstvu predvodi podskupinu halogena s kojom je sličan.
5. Zbog vrlo male atomske mase vodik se smatra najlakšim elementom. Osim toga, njegova gustoća je također vrlo niska, tako da je i mjerilo za lakoću.

Dakle, očito je da je atom vodika potpuno jedinstven element, za razliku od svih drugih elemenata. Samim tim su i njegova svojstva posebna, a vrlo su važne nastale jednostavne i složene tvari. Razmotrimo ih dalje.

Jednostavna tvar

Ako o ovom elementu govorimo kao o molekuli, onda moramo reći da je dvoatomski. To jest, vodik (jednostavna tvar) je plin. Njegova empirijska formula bit će napisana kao H2, a njegova grafička formula bit će napisana kroz jedan sigma H-H odnos. Mehanizam stvaranja veze između atoma je kovalentni nepolarni.

1. Parni reforming metana.
2. Rasplinjavanje ugljena - proces uključuje zagrijavanje ugljena na 1000 0 C, što rezultira stvaranjem vodika i ugljena s visokim udjelom ugljika.
3. Elektroliza. Ova metoda se može koristiti samo za vodene otopine raznih soli, budući da taline ne dovode do pražnjenja vode na katodi.

Laboratorijske metode za proizvodnju vodika:

1. Hidroliza metalnih hidrida.
2. Djelovanje razrijeđenih kiselina na aktivne metale i aktivnost medija.
3. Međudjelovanje alkalnih i zemnoalkalijskih metala s vodom.

Da biste prikupili proizvedeni vodik, morate držati epruvetu naopako. Uostalom, taj se plin ne može skupljati na isti način kao npr. ugljični dioksid. Ovo je vodik, puno je lakši od zraka. Brzo isparava, au velikim količinama eksplodira u miješanju sa zrakom. Stoga epruvetu treba preokrenuti. Nakon punjenja potrebno ju je zatvoriti gumenim čepom.

Za provjeru čistoće sakupljenog vodika treba prinijeti upaljenu šibicu grlu. Ako je pljesak tup i tih, to znači da je plin čist, s minimalnim nečistoćama zraka. Ako je glasan i zviždi, prljav je, s velikim udjelom stranih komponenti.

Područja upotrebe

Kod izgaranja vodika oslobađa se tolika količina energije (topline) da se ovaj plin smatra najisplativijim gorivom. Štoviše, ekološki je prihvatljiv. Međutim, do danas je njegova primjena u ovom području ograničena. Razlog tome su nedovoljno osmišljeni i neriješeni problemi sintetiziranja čistog vodika, koji bi bio pogodan za korištenje kao gorivo u reaktorima, motorima i prijenosnim uređajima, kao i kotlovima za grijanje stambenih objekata.

Uostalom, metode za proizvodnju ovog plina su prilično skupe, pa je prvo potrebno razviti posebnu metodu sinteze. Onaj koji će vam omogućiti nabavu proizvoda u velikim količinama i uz minimalne troškove.

Postoji nekoliko glavnih područja u kojima se koristi plin koji razmatramo.

1. Kemijske sinteze. Hidrogeniranje se koristi za proizvodnju sapuna, margarina i plastike. Uz sudjelovanje vodika, sintetiziraju se metanol i amonijak, kao i drugi spojevi.
2. U Industrija hrane- kao aditiv E949.
3. Zrakoplovna industrija (raketna znanost, proizvodnja zrakoplova).
4. Elektroprivreda.
5. Meteorologija.
6. Ekološki prihvatljivo gorivo.

Očito, vodik je važan onoliko koliko ga ima u izobilju u prirodi. Različiti spojevi koje tvori imaju još veću ulogu.

Vodikovi spojevi

To su složene tvari koje sadrže atome vodika. Postoji nekoliko glavnih vrsta takvih tvari.

1. Vodikovi halogenidi. Opća formula- HHal. Od posebnog značaja među njima je klorovodik. To je plin koji se otapa u vodi i stvara otopinu klorovodične kiseline. Ova kiselina ima široku primjenu u gotovo svim kemijskim sintezama. Štoviše, i organski i anorganski. Klorovodik je spoj empirijske formule HCL i jedan je od najvećih proizvedenih u našoj zemlji godišnje. Halogenidi također uključuju jodid, fluorovodik i bromovodik. Svi oni tvore odgovarajuće kiseline.
2. Hlapljivi Gotovo svi su prilično otrovni plinovi. Na primjer, vodikov sulfid, metan, silan, fosfin i drugi. Istovremeno su vrlo zapaljive.
3. Hidridi su spojevi s metalima. Spadaju u klasu soli.
4. Hidroksidi: baze, kiseline i amfoterni spojevi. Oni nužno sadrže atome vodika, jedan ili više. Primjer: NaOH, K 2, H 2 SO 4 i drugi.
5. Vodikov hidroksid. Ovaj spoj je poznatiji kao voda. Drugi naziv je vodikov oksid. Empirijska formula izgleda ovako - H 2 O.
6. Vodikov peroksid. Ovo je jako oksidacijsko sredstvo, čija je formula H 2 O 2.
7. Brojni organski spojevi: ugljikovodici, proteini, masti, lipidi, vitamini, hormoni, eterična ulja i drugo.

Očito je da je raznolikost spojeva elementa koji razmatramo vrlo velika. Time se još jednom potvrđuje njegova velika važnost za prirodu i čovjeka, kao i za sva živa bića.

- ovo je najbolje otapalo

Kao što je gore spomenuto, uobičajeni naziv za ovu tvar je voda. Sastoji se od dva atoma vodika i jednog atoma kisika, povezanih kovalentnim polarnim vezama. Molekula vode je dipol, što objašnjava mnoga svojstva koja pokazuje. Konkretno, to je univerzalno otapalo.

Gotovo sve se događa u vodenom okolišu kemijski procesi. Unutarnje reakcije plastičnog i energetskog metabolizma u živim organizmima također se provode pomoću vodikovog oksida.

Voda se s pravom smatra najviše važna tvar na planetu. Poznato je da nijedan živi organizam ne može živjeti bez njega. Na Zemlji može postojati u tri agregatna stanja:

• tekućina;
• plin (para);
• krutina (led).

Ovisno o izotopu vodika koji je uključen u molekulu, razlikuju se tri vrste vode.

1. Svjetlost ili protij. Izotop masenog broja 1. Formula - H 2 O. Ovo je uobičajeni oblik koji koriste svi organizmi.
2. Deuterij ili teški, njegova formula je D 2 O. Sadrži izotop 2 H.
3. Super teški ili tricij. Formula izgleda kao T 3 O, izotop - 3 H.

Zalihe svježe protijske vode na planetu su vrlo važne. U mnogim zemljama već postoji njegova nestašica. Razvijaju se metode za obradu slane vode za proizvodnju pitke vode.

Vodikov peroksid je univerzalni lijek

Ovaj spoj, kao što je gore spomenuto, izvrsno je oksidacijsko sredstvo. No, uz jake predstavnike može se ponašati i kao obnovitelj. Osim toga, ima izražen baktericidni učinak.

Drugi naziv za ovaj spoj je peroksid. Upravo u tom obliku koristi se u medicini. 3% otopina kristalnog hidrata predmetnog spoja je medicinski lijek koji se koristi za liječenje malih rana u svrhu dezinfekcije. Međutim, dokazano je da to produljuje vrijeme zacjeljivanja rane.

Vodikov peroksid se također koristi u raketnom gorivu, u industriji za dezinfekciju i izbjeljivanje, te kao pjenilo za proizvodnju odgovarajućih materijala (pjena, na primjer). Osim toga, peroksid pomaže u čišćenju akvarija, izbjeljivanju kose i izbjeljivanju zuba. Međutim, šteti tkivima, pa ga stručnjaci ne preporučuju u te svrhe.

Kada počnemo razmatrati kemijska i fizikalna svojstva vodika, treba napomenuti da je u svom uobičajenom stanju ovaj kemijski element u plinovitom obliku. Bezbojni vodikov plin je bez mirisa i okusa. Prvi put je ovaj kemijski element dobio ime vodik nakon što je znanstvenik A. Lavoisier proveo eksperimente s vodom, uslijed kojih je svjetska znanost saznala da je voda višekomponentna tekućina koja sadrži vodik. Ovaj događaj dogodio se 1787. godine, ali mnogo prije tog datuma, vodik je bio poznat znanstvenicima pod nazivom "zapaljivi plin".

Vodik u prirodi

Prema znanstvenicima, vodik se nalazi u zemljinoj kori i vodi (oko 11,2% ukupnog volumena vode). Ovaj plin je dio mnogih minerala koje čovječanstvo stoljećima vadi iz utrobe zemlje. Neka svojstva vodika karakteristična su za naftu, prirodne plinove i glinu te za životinjske i biljne organizme. Ali u svom čistom obliku, to jest, bez kombinacije s drugim kemijskim elementima periodnog sustava, ovaj plin je izuzetno rijedak u prirodi. Ovaj plin može izaći na površinu zemlje tijekom vulkanskih erupcija. Slobodni vodik prisutan je u atmosferi u zanemarivim količinama.

Kemijska svojstva vodika

Budući da su kemijska svojstva vodika heterogena, ovaj kemijski element pripada i I. skupini Mendeljejeva sustava i VII. skupini sustava. Kao član prve skupine, vodik je u biti alkalni metal koji ima oksidacijsko stanje +1 u većini spojeva u kojima se nalazi. Ista je valencija karakteristična za natrij i druge alkalijski metali. Zbog ovih kemijskih svojstava, vodik se smatra elementom sličnim ovim metalima.

Ako govorimo o o metalnim hidridima vodikov ion ima negativnu valenciju – oksidacijsko stanje mu je -1. Na+H- je građen po istoj shemi kao Na+Cl- klorid. Ova činjenica je razlog da se vodik uvrsti u VII skupinu periodnog sustava. Vodik, budući da je u stanju molekule, pod uvjetom da se nalazi u običnoj okolini, neaktivan je i može se spajati isključivo s nemetalima koji su za njega aktivniji. Ovi metali uključuju fluor; u prisutnosti svjetla vodik se spaja s klorom. Ako se vodik zagrijava, on postaje aktivniji, reagirajući s mnogim elementima periodnog sustava Mendelejeva.

Atomski vodik pokazuje aktivnija kemijska svojstva od molekularnog vodika. Molekule kisika tvore vodu - H2 + 1/2O2 = H2O. Kada vodik stupa u interakciju s halogenima, nastaju vodikovi halogenidi H2 + Cl2 = 2HCl, a vodik ulazi u ovu reakciju u odsutnosti svjetla i pri prilično visokim negativnim temperaturama - do - 252 ° C. Kemijska svojstva vodika omogućuju njegovu upotrebu za redukciju mnogih metala, budući da kada reagira, vodik apsorbira kisik iz metalnih oksida, na primjer, CuO + H2 = Cu + H2O. Vodik sudjeluje u stvaranju amonijaka interakcijom s dušikom u reakciji ZH2 + N2 = 2NH3, ali pod uvjetom da se koristi katalizator i povećaju temperatura i tlak.

Snažna reakcija nastaje kada vodik reagira sa sumporom u reakciji H2 + S = H2S, što rezultira sumporovodikom. Interakcija vodika s telurijem i selenom nešto je manje aktivna. Ako nema katalizatora, onda reagira s čistim ugljikom, vodikom samo pod uvjetom da se stvaraju visoke temperature. 2H2 + C (amorfni) = CH4 (metan). Tijekom djelovanja vodika s nekim alkalijama i drugim metalima nastaju hidridi, npr. H2 + 2Li = 2LiH.

Fizikalna svojstva vodika

Vodik je vrlo lagan kemijski. Barem znanstvenici kažu da u ovom trenutku ne postoji lakša tvar od vodika. Masa mu je 14,4 puta lakša od zraka, gustoća mu je 0,0899 g/l na 0°C. Na temperaturama od -259,1°C, vodik se može taliti - to je vrlo kritična temperatura, koja nije tipična za transformaciju većine kemijski spojevi iz jedne države u drugu. Samo element kao što je helij premašuje fizikalna svojstva vodika u tom pogledu. Ukapljivanje vodika je teško jer je njegova kritična temperatura (-240°C). Vodik je plin koji najviše provodi toplinu od svih, poznat čovječanstvu. Sva gore opisana svojstva najznačajnija su fizikalna svojstva vodika koja ljudi koriste u određene svrhe. Također, ova svojstva su najrelevantnija za modernu znanost.