Водород

Водород

• Водород. Водород является одним из наиболее распространенных элементов. Его доля составляет около 3%от массы всех 3 оболочек Земли (атмосферы, гидросферы, литосферы), и при пересчете на атомный процент она составит цифру 17.0. Большая часть этого элемента связана. Именно поэтому вода содержит около 11 единиц веса.% , Глины-около 1,5%и так далее on.

• In форма соединений с углеродом, водородом-это нефть, горючий природный газ и компонент всего живого. Свободный водород состоит из H2 molecules. It часто встречается в вулканических gases. Небольшое количество выделяется из зеленых растений. Атмосфера содержит около 0,00005 об.%Водорода 1-5 Водород может быть получен различными способами.

In частично он также образуется в результате разложения некоторых органических остатков. Людмила Фирмаль

Самая простая идея заключается в разложении воды под действием определенного металла, и вместе с водородом образуется соответствующий гидроксид (или оксид).Поэтому натрий и кальций разлагают воду даже при комнатной температуре. Магний-при нагревании и цинк-при раскалении водяным паром, а железо-при раскалении еще сильнее. Генерация водорода становится значительно более активной при взаимодействии того же металла с разбавленными кислотами.

Натрий и кальций реагируют со взрывом, магний очень интенсивно, а цинк и железо немного медленнее. Действие Zn на разбавленные соляной кислотой (1:2) или серной кислотой (1: 10) кислоты является обычным методом получения водорода в лаборатории 7 Водород бесцветен и не имеет запаха. Его температура плавления и кипения очень низкая (mp.-259, mp. −253°C).

Он слабо растворим в воде-2: 100 в объеме. Растворимость водорода в некоторых металлах характерна8-13 Поскольку водород-самый легкий из газов, его молекулы движутся быстрее, чем кто-либо другой else. So, водород имеет самую высокую скорость диффузии, то есть он с большей вероятностью, чем другие газы, распространяется в пространстве, проходя через различные мелкие поры и т. Это также определяет высокую теплопроводность.

Таким образом, нагретый объект охлаждается водородом со скоростью в 7 раз быстрее воздуха. М * 15 Химическая роль водорода очень разнообразна, его производные(гидриды) известны многим элементам. Атом водорода либо оставляет свой единственный электрон при образовании катиона (голого Протона), либо присоедините один электрон и передайте его отрицательному Иону с расположением электронов гелия (рис. IV-1).

Полное отделение электронов от атомов водорода требует очень большой энергии ионизации. Ч + \ р 5kcal = н * + е В результате при взаимодействии водорода с металлоидами возникает только полярная связь, а не Ион. Тенденция нейтрального атома связывать избыточные электроны характеризуется его сродством к electrons. In водород, он выражен достаточно слабо. H-f e = H — + 19 ккал Несмотря на это, известна ионная структура, включающая Н-в свой состав.

Этот тип соединения образуется при непосредственном взаимодействии наиболее активных металлов (таких как: а, СА и др.) с водой. О типе отопления. По своим свойствам они являются типичными солями, аналогичными соответствующим производным фтора или хлора. Однако из-за неустойчивости к воде и воздуху воздуху приходится справляться с ними. IV-1.Схема относительно редкая.16 ″ 18 Ма и водород ions.

In в более или менее полярной форме водород связывается со многими металлоидами: кислородом, хлором, серой, азотом и др. Все эти соединения, за исключением кислорода, испытываются с соответствующим elements. In обтекаемое название (II§ 5), термины»гидро»или»ацидид» используются для атомов водорода (Если желательно подчеркнуть их кислотные свойства).

Водород не поддерживает горение обычных горючих веществ (соединений углерода), поэтому в нем будет гореть свеча. Однако, например, кислород горит в водороде atmosphere. It показана относительность жгучего понятия «поддерживаю»или» не поддерживаю«.Обычно относится к сжиганию соединений углерода. Сам водород сжигает как чистый кислород, так и воздух, а продуктом сгорания является вода.

При воспламенении смеси обоих газов («взрывоопасных газов») происходит взаимодействие со взрывом. Когда вместо горения эта смесь вступает в контакт с очень небольшим количеством микронизированной платины (она играет роль катализатора), реакция протекает быстро, но мягко. Реакция водорода и образования воды из кислорода очень экзотермична： 2Н2-f 02 =2Н20+ 137 ккал.

Помимо прямого связывания с кислородом, водород способен удалять кислород из оксидов многих элементов, таких как Cu, Pb, Hg, etc. As в результате из оксидов получают свободные элементы. CuO +Н2=Н20-f Cu + 31 ккал Но эти реакции, в которых водород выступает в качестве восстановителя, протекают только тогда, когда heated. At при высоких давлениях водород вытесняет некоторые металлы из их солевых растворов.

Опыт показывает, что химическая активность водорода иногда значительно возрастает. Это наблюдается, когда реагирующее с ним вещество находится в непосредственном контакте с выделяющейся водой По рождению. Повышенная активность «в момент высвобождения такого водорода» объяснялась тем, что реагируют атомы, а не их молекулы here.

In дело в том, что в реакции получения водорода(например, из-за действия цинка на кислоту) именно отдельные атомы должны быть сначала освобождены. Если существуют вещества, способные вступать с ними в реакцию в месте их разделения, то такая реакция может протекать без предварительного образования молекулы Н2.

Эта идея была косвенно подтверждена, когда удалось получить атомарный водород в газообразном состоянии и изучить его reactivity. It оказывается, гораздо активнее, чем molecules. So, в нормальных условиях атомарный водород соединяется с серой, фосфором, мышьяком и т., уменьшая оксиды многих металлов, заменяя некоторые металлы (Cu, Pb, Ag и др.) из солей nx и входящих в другие химические соединения reactions.

It не соответствует нормальному молекулярному водороду при тех же условиях 18. Увеличение активности атомарного водорода выявляется из следующих соображений: при химических взаимодействиях с обычным водородом его молекулы должны распадаться на атомы.

Но реакция такого распада (диссоциация на атомы) очень эндотермична. H2-f 104 ккал = H-f N Очевидно, что энергия, затраченная в этой реакции (энергия диссоциации), должна пополняться энергией, выделяющейся при взаимодействии атомов водорода с веществами, вводимыми в реакцию.

Поэтому ожидается, что водородная реакция, в которой выделяется менее 2 ккал на каждый из атомов грамма, не произойдет spontaneously. In в случае взаимодействия вещества с атомом водорода такие энергозатраты на диссоциацию уже не нужны. Поэтому здесь возможен гораздо более широкий спектр реакций.

Большое количество энергии, выделяющейся при образовании молекул водорода, объясняет его стабильность в нормальных условиях. conditions. At в то же время, если молекуле Н2 отдано достаточное количество тепла, то также предполагается возможность термической диссоциации (разложения при нагревании) молекулы Н2.Опыт показывает, что выраженная термическая диссоциация водорода начинается примерно при 2000 ° С, и чем выше температура, тем больше.

И наоборот, когда температура падает, отдельные атомы рекомбинируют в молекуле 2 ^ 23 Практическое применение водорода разнообразно. Обычно наполняется воздушными шарами, в химической промышленности является сырьем для многих очень важных продуктов (например, аммиака).

В пищевой промышленности его используют для производства твердых жиров из растительных масел и др.2600°с) полученный при сжигании водорода с кислородом используется для плавки тугоплавких металлов, таких как кварц.1. жидкий водород — одно из самых эффективных реактивных топлив.

Годовое потребление водорода в мире превышает 100 млн Т24 технологически водород получают в основном взаимодействием природного метана с кислородом и водяным паром (суммарная схема: 2CH4 + 02 + 2H20 = 2CO2-f 61b + 37 ккал) или извлечением из коксового газа путем мощного охлаждения последнего. Иногда также используют разложение воды электрическим током.

Водород транспортируется в герметичном стальном цилиндре под высоким давлением. Добавь 1) водород был впервые описан Кавендишем в 1766 году. Получали его под действием железа и некоторых других металлов против разбавленной серной или соляной кислоты. Сама эта реакция была известна давно. Кавейдиш сначала принял полученный легкий газ за флогистон (i§ 1).И добавить воду к флогистону.

• Лавуазье дал этому элементу его нынешнее название (1783). 2) водород состоит из смеси изотопов, масса которых равна зимним числам I и 2 (’H и 2H).Их соотношение в отдельных природных объектах несколько колеблется, но составляет почти 6700: 1.То есть 1 атом ’ I ’ (дейтерий) составляет около 6700 атомов H (протий).Небольшое количество-1 атом порядка IA! Атом 0fe{H — смешивается с радиоактивным изотопом водорода-4H (тритий), средняя продолжительность жизни которого составляет 18 лет.

Поскольку примитивный водород управляется количественно более четко, чем другие 2 изотопа, атом N 3)Если говорить не только о земной коре, но и обо всей Вселенной, то водород является самым распространенным element. .

It составляет около 80% массы Юпитера и около 60% массы Сатурна mass Людмила Фирмаль

In в межзвездном пространстве атомы водорода обнаруживаются в сотни раз чаще, чем атомы всех других элементов combined. It также значительно преобладает над другими элементами в атмосфере звезд, в частности, это основной компонент солнечной атмосферы. Базовая конфигурация последнего может быть представлена следующими данными(атомарный процент): Ч не о М(Г н Си с Си ка-Фе на Н1 Аль 81.75. 18.17 0.03 0.02 0.0«0.008 0.003 0.003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0002 0.0002

Температура поверхности Солнца составляет около 5500°C. 4) основной формой существования водорода в космическом пространстве являются отдельные N атомов. Их ионизация(по схеме H = H * + r) имеет определенное значение для теплового баланса этого пространства.

Это происходит в основном за счет энергии излучения звезд (как при диссоциации молекул и атомов Hj), так и при обратных процессах рекомбинации (H # + c = H и H + H-H2), энергия в основном выделяется в виде кинетической energy. As в результате температура в «околозвездной» области Вселенной немного повышается по сравнению с областью, очень удаленной от звезды. 5) кинетическая температура, создаваемая излучением (и§ 1 дополнительно 13), очень высока. Great.

So на длине волны 5000 а (что примерно эквивалентно середине* 3 * 10 ′ 0 внутри Спектр) о его энергии:£= h \ = h — «-6.62 * 10 »» 2T—■ ■ 4 X \ 5-10 Х ю » 11 эрг. Средняя энергия теплового движения частиц равна ’ / ’ kT, где T-абсолютная температура, а постоянная fe = 1,38•!0_gv эрг! Град.. От равенства* / «•1.38 * 10’1 *• Вы можете видеть, что частицы, воспринимающие это излучение, обладают кинетической энергией, например, когда Г= 20 000 градусов. 

6) против кислоты 7.если водород образуется под действием р, то полезно добавить к кислоте небольшое количество раствора CuSO <для ускорения процесса. Водород, образующийся при действии металла на кислоту, обычно загрязнен примесями других металлов. gases.

To промывают, пропускают щелочной раствор перманганата (КМПО,+ коп) или хромовую смесь (раствор сильной серной кислоты Кацжора).Водород выделяется из водяного пара, проходя через слой сильного (но концентрированного) HjS04 или сухого CaClj. Особенно если требуется сухой сброс водорода, то водород будет проходить через колбу с фосфорным ангидридом (Р20$).

7) при разложении постоянным током воды, подкисленной в HaS04, в катоде выделяется самый чистый водород. Из других способов получить его в лаборатории, необходимо восстановить. а) влияние порошкообразного алюминия на горячую воду: присутствие нескольких капель разбавленного раствора KMp04 вызывает интенсивное образование водорода. 

б) действие сильного раствора NaOH с цинком или алюминием(в этом случае выделяющийся водород обычно намного чище водорода, полученного при взаимодействии того же металла с кислотой). 8) в отличие от других газов (кроме гелия), водород естественным образом расширяется при комнатной температуре, но нагревается при охлаждении.

Oi только начнет работать «нормально» ниже −80°C. Плотность жидкого водорода составляет около 0,07 г / см3, твердого-около 0,08 г / см3*.Теплота плавления составляет 28 кал / моль, а теплота испарения-219 кал / моль. Водород имеет критическую температуру −240°C и критическое давление 13 атмосфер. 

9) равновесное ядерное расстояние (g.) молекулы Н2 составляет 0,741 а, а фактическое среднее расстояние между ядрами (g0 или d) — 0,751 А. разница обусловлена тем, что колебания обоих ядер друг к другу более затруднены, чем в противоположном направлении. («Пружину легче растянуть, чем сжать»). Константа силовой связи (III§b postscript 10) несколько отличается в зависимости от того, связана ли она с равновесием (ke) или фактическим средним ядерным расстоянием (k).

Для соединения H-H, k,= 5.7 и K 5.1.In в литературе (за исключением специальной спектроскопии) обычно приводятся значения d (то есть r<>) и k. 10)большое потребление энергии необходимо для разложения молекул водопода и atoms. At абсолютное давление-103,2 ккал / моль, при 25°с-104,2 ккал / моль. Ионизация атома водорода требует еще больших энергозатрат: 313,6 ккал / г атома при абсолютном нуле или 25°С при 315,1 ккал / г расхождения в количестве атомов обусловлены увеличением числа частиц в обоих процессах.

Энергия, полученная из спектра, соответствует абсолютному нулю, а энергия, рассчитанная по теплоте реакции, обычно называется 25°С. Если нет специального. Последнее дается именно с оговоркой. 11) не только атомы, но и молекулы вещества являются ionized. In в последнем случае процесс переходит к положительно заряженной смоле и ее образованию. Для водорода: Н9+ 357-F-в » В Ионе [5 0.65 0.80 0.87 2.05 Быстрое увеличение растворимости между 1450-1550°с обусловлено изменением агрегатного состояния железа (Мп.1536°с).

Расплавленное железо содержит атомарный растворенный водород. 14) поскольку сами молекулы занимают лишь очень малую часть общего объема в Газе, подобно вакууму, 1 газ фактически распространяется на другой. Согласно кинетике, общая формула для средней скорости частицы V «» 45 Vt / m m / ssk. Где m-абсолютная температура, а A5-молекулярная масса.

Таким образом, при одних и тех же условиях средняя скорость молекул различных газов обратно пропорциональна квадратному корню их молекулярной массы. Из опыта, зная относительную скорость диффузии 2 газов (прямо пропорциональную средней скорости молекулы) и их молекулярную массу, можно узнать другую молекулярную массу по соотношению oi02 =»VM2 V Af a». 15) Скорость вышеуказанных молекул является средней.

Фактические скорости отдельных молекул могут существенно отличаться друг от друга; кроме того, с повышением температуры газа наблюдается общее увеличение скоростей, а также более равномерное распределение между отдельными молекулами Диаграмма IV-3.Схема оборудования для производства атомарного водорода.

Диаграмма IV-2.Кривая распределения скорости молекулы водорода. ■.о / ООО zooo гооо * ООО СООО Молекулярная скорость, н / с Во всех случаях подавляющее большинство частиц имеют скорость, близкую к средней, но все же молекулы всегда содержатся в Газе гораздо быстрее, достигая скорости 11,2 км / с, что особенно необходимо для преодоления земного притяжения. Это обстоятельство вызывает постоянные потери водорода (и гелия) в верхних слоях атмосферы.

Характеристики 1в-2, аналогичные показанным на рисунке, представляют собой кривые распределения скоростей других газов. Излишне говорить, что величина скорости не является постоянной характеристикой конкретной молекулы, а лишь отражает состояние конкретного момента. 16) понятие » электронного сродства «и» электронного сродства » (III§ 5 add.13) должны быть исправлены, чтобы не совпадать.

Первое относится к изолированному атому, второе-к атому в молекуле. Термин «электронное сродство»сам по себе более точен, чем термин»электроотрицательный».Потому что речь идет о тенденции атомов, входящих в состав молекулы, к выделению электронного облака валентных электронных связей, а не об этом атоме. 

17) образование ионов H (по схеме II + c-H〜+ / rv) явно играет важную роль в процессе развития солнечной радиации. Возможность промежуточного образования при взаимодействии металлов с кислотами (по схеме) например, Zn + H * » = Zn?* + H», то H〜+ H * = Na).

18) электронное сродство молекулы Hg отрицательно(-16 ккал / моль), но есть признаки кратковременного присутствия молекулярных ионов и разряда. / Он Г atom. Nc и Ар). ！9) удобно получить атомарный водопод путем действовать на нормальном водороде в тишине discharge. In в этом случае некоторые молекулы распадаются на атомы.

Они мгновенно соединяются и не становятся редуцирующей молекулой, благодаря которой можно изучать химические свойства атомарного водорода.1. одно из средств, используемых для этой цели, схематично показано на рисунке. IV-3.Водород, образующийся в электролизной ячейке а, образуется через клапан регулирования давления (в пределах 0,1-1 мм рт. ст.) клапана С и трубки G, погруженной в жидкий воздух (для выпуска водяного пара) через электрод в бесшумного разряда.

Полученный атомарный водород воздействует на исследуемое вещество трубки G, и продукт реакции собирают в пространстве 3 (при необходимости его охлаждают). Под давлением 0,2 мм рт. ст. Жизнь атома водорода вот-вот начнется! ЦСК Аналогично водород получают с атомными состояниями и кислородом. Химическая активность при переходе в Атомное состояние также резко возрастает. 

20) термическая диссоциация водорода (при атмосферном давлении) характеризуется следующими данными: Абсолютная температура. ВК…. 2000 250E 3000 3500 4000 5×0 разделительные детали,* ….. 0.088 ИСИ 8.34 29.6 63.9 95.8 Переход водорода в атомарную форму state-.It также может быть вызвано излучением на длине волны 850 А. 21) комбинация атомов водорода в молекуле протекает гораздо быстрее на поверхности металла, чем на газе itself. In в этом случае металл воспринимает энергию, выделяющуюся при образовании молекул, и нагревается до очень высоких температур.

Последнее создает возможность технологического использования атомов водорода, т. е. атомно-водородной сварки металлов. Схема этого устройства показана на рисунке. IV-4.An электрическая дуга создается между 2 вольфрамовыми стержнями, из которых поток водорода проходит через трубку, которая окружает стержень. rod. In в этом случае часть молекулы Hi расщепляется на атомы и рекомбинируется на металлической поверхности, расположенной вблизи arc. In таким образом, металл может быть нагрет до 3500°C и более.

В этих условиях осуществляется высокоскоростная, прочная сварка отдельных деталей. Большим преимуществом атомно-водородной сварки является равномерность нагрева. Это позволяет сварить даже очень тонкие металлические детали. 22) становится понятным тот факт, что соединение атомов водорода на твердой поверхности происходит гораздо легче, чем на самом газе. Следующее considerations.

In реакция протекает по схеме H + H = Hg, молекула водорода содержит как кинетическую энергию соединенных атомов, так и энергию interaction. In короче говоря, это дает избыток запаса энергии, достаточного для обратной диссоциации молекул Н2 на атомы. Такая диссоциация происходит только тогда, когда молекулы быстро освобождаются от избыточной энергии и переходят к другим particles.

In в самом ГАЗе это может быть достигнуто только тройным столкновением со схемой I-f H-f X — * — I-f X. Где X-частица, выдавливающая избыточную энергию. Однако вероятность тройного столкновения меньше, чем вероятность двойного столкновения, поэтому для газов рекомбинация (обратная связь) атомов Н происходит относительно медленно.

Напротив, каждый раз, когда атомы H дважды ударяются, существует возможность образования молекул на твердой поверхности. Это связано с наличием частиц, которые всегда принимают избыточную энергию (форму атомов или молекул вещества на самой поверхности). 23) при введении водорода вместо аргона в колбу колбы происходит частичная диссоциация молекулы Na на атомы вблизи горячей вольфрамовой нити накала.

Энергия рекомбинации последних, покрытых специальным составом Сварка. Внутренняя поверхность колбы (люминофор) вызывает ее сильный блеск. Из таких ламп было показано, что при равной мощности можно получить гораздо больше света, чем с обычной лампой. 24) эффективность жидкого водорода в качестве реактивного топлива значительно выше, чем спирта или керосина(II§ 3 дополнение.9).

Так что в сочетании с кислородом можно дать удельный импульс в 390 секунд. 25) баллоны для храпа рассчитаны на давление 150 атмосфер. Они окрашены в темно-зеленый цвет с красной надписью»водород».

Смотрите также:

Предмет химия 

Межмолекулярные силы	Химическое равновесие
Структура твердых тел	Вода