Fysische eigenschappen van waterstof. Eigenschappen en het gebruik van waterstof

Waterstof H - chemisch element, een van de meest voorkomende in ons universum. massa waterstof als onderdeel van de samenstelling van materiaal is 75% van het totale gehalte aan atomen van een ander type. Hij komt in de meest cruciale en vitale verbinding met de planeet - water. Kenmerkend waterstof is ook een feit dat hij het eerste element in het periodiek systeem der chemische elementen D.I. Mendeleeva.

Discovery en onderzoek

De eerste vermelding van waterstof in de geschriften van Paracelsus dateren uit de zestiende eeuw. Maar het isolement van een gasmengsel van lucht en brandbare eigenschappen onderzoek is gedaan in de zeventiende eeuw wetenschappers Lemaire. Waterstof grondig bestudeerd Engels scheikundige en natuurkundige wetenschapper Henry Cavendish, die empirisch bewezen dat de massa van waterstof laagste in vergelijking met andere gassen. In latere stadia van de ontwikkeling van de wetenschap, veel wetenschappers werkte met hem, zoals Lavoisier, die het zogenaamde "gegenereerd water."

Functie op de situatie PSKHE

Element, opent het periodiek systeem D.I. Mendeleeva - waterstof. Fysische en chemische eigenschappen van het atoom vertonen bepaalde dualiteit omdat waterstof tegelijkertijd behoren tot de eerste groep, de belangrijkste subgroep, indien het zich gedraagt als een metaal en geeft enkel elektron in het proces van chemische reactie en de zevende - bij geheel gevuld valentie, d.w.z. de receptie negatieve deeltjes, waaruit blijkt dat het vergelijkbaar is met een halogeen.

Kenmerken van de elektronische structuur van het element

De eigenschappen van het waterstofatoom van complexe stoffen waaraan het is opgenomen, en een enkelvoudige substantie _N2 wordt voornamelijk bepaald door de elektronenconfiguratie van waterstof. Het deeltje een elektron met Z = (-1), dat roteert in zijn baan rond de kern met één proton met een massa-eenheid en positieve lading (1). De elektronenconfiguratie 1s opgenomen als ^1, waarbij de aanwezigheid van een negatieve deeltje duidt op zich voor de eerste en enige Hydrogen s-orbitalen.

Wanneer isolatie of terugslag elektron en een atoom van het element heeft de eigenschap dat het zich met metaal kationen verkregen. Hoofdzakelijk waterstofion - positief elementair deeltje. Daarom is het elektron verstoken van Waterstof heet gewoon een proton.

fysische eigenschappen

Bij het beschrijven van de fysische eigenschappen van waterstof kort, is een kleurloos, moeilijk oplosbaar gas met een relatieve atoommassa of 2, 14,5 maal lichter dan lucht, de vloeibaarmaking temperatuur van -252,8 graden Celsius.

In het experiment, kunt u eenvoudig zien dat H ₂ is de makkelijkste. Het volstaat om de drie kogels verschillende stoffen vullen - waterstof, koolstofdioxide, kenmerkend lucht - en gelijktijdig vrij te laten uit de hand. De snelste dat de bodem, gevuld met _CO2 na druppels blaaslucht mengsel dat _H2 en al tot het maximum bereikt.

Een geringe gewicht en de grootte van de deeltjes waterstof rechtvaardigen zijn vermogen te dringen via verschillende materialen. Op het voorbeeld van dezelfde bal in deze makkelijk om een paar dagen te maken nadat hij zich leegloopt zo eenvoudig gas zal door het rubber passeren. Ook kan waterstof ophopen in de structuur van bepaalde metalen (platina of palladium), en wanneer de temperatuur wordt verhoogd tot verdampen van.

Bezit waterstof spaarzaam gebruikt in het laboratorium voor de isolatiewerkwijze verplaatsen water. Fysische eigenschappen van waterstof (tabel weergegeven onderaan ziet de fundamentele parameters) definieert het toepassingsgebied en bereidingswijzen.

De isotopensamenstelling

Zoals veel andere leden van het periodiek systeem van de chemische elementen, Waterstof heeft verschillende natuurlijke isotopen, d.w.z. atomen met hetzelfde aantal protonen in de kern, maar een verschillend aantal neutronen - een deeltje zonder lading eenheid massa. Voorbeelden van atomen met soortgelijke goederen - zuurstof, koolstof, chloor, broom en dergelijke, met inbegrip van radioactief.

Fysische eigenschappen van waterstof ¹ H, de meest voorkomende van de vertegenwoordigers van deze groep zijn significant verschillend van die van de kenmerken van zijn soortgenoten. Met name de verschillende kenmerken van stoffen die behoren zij. Er is dus een regelmatige en gedeutereerd water dat in de samenstelling in plaats van een waterstofatoom met slechts één proton deuterium ^2H - isotoop twee elementaire deeltjes: positieve en ongeladen. Dit isotoop tweemaal zwaarder dan gewoonlijk waterstof, waarvan het fundamentele verschil in de eigenschappen van de verbindingen waarvan ze uitlegt. De aard van het deuterium in 3200 keer zeldzamer dan waterstof. Derde Representatieve - tritium, ^3H, in de kern heeft twee protonen en een neutron.

Werkwijzen voor het bereiden en isoleren

Laboratorium- en industriële werkwijzen voor het produceren van waterstof heel anders. Aldus wordt kleine hoeveelheden gas voornamelijk geproduceerd door reacties met mineralen en grootschalige productie van steeds gebruik organische synthese.

De volgende chemische reacties worden gebruikt in het laboratorium:

1. Reacties van alkali- en aardalkalimetalen met water onder vorming van alkali en het gewenste gas.
2. De elektrolyse van een waterige elektrolytoplossing bij de anode afgegeven _H2 ↑ en de kathode - zuurstof.
3. Decompositie hydriden van alkalimetalen met water, alkali en de produkten respectievelijk het gas _H2 ↑.
4. Omzetting verdund zuur met metalen zouten en _H2 ↑ vormen.
5. De werking van alkali op silicium, aluminium en zink draagt bij aan de waterstofontwikkeling parallel complexe zouten.

In industriegas voordeel verkregen door technieken zoals:

1. waterstof _H2 en koolstof C. ↑ - thermische ontleding van methaan in aanwezigheid van een katalysator om de samenstellende elementaire substanties (350 graden de waarde van deze parameter zoals temperatuur bereikt)
2. Transmissie van waterdamp door de kooks bij 1000 ° C tot kooldioxide _CO2 en _H2 ↑ (de meest gebruikte methode) vormen.
3. Conversie van methaangas op de nikkel-katalysator bij temperaturen tot 800 graden.
4. Waterstof is een bijproduct tijdens de elektrolyse van waterige oplossingen van kaliumchloride of natriumchloride.

Chemische interacties: algemene bepalingen

Fysische eigenschappen van waterstof verklaren grotendeels het gedrag in reactie processen met een bepaalde verbinding. Valentie van waterstof is 1, omdat het is gelegen in het periodiek systeem van de eerste groep, en vertoont een andere oxidatietoestand. In alle verbindingen behalve hydriden, waterstof sd = (1+) in moleculen type CN, CN ₂ CN ₃ - (1).

Een molecuul van waterstofgas gevormd door algemene elektronenpaar, bestaande uit twee atomen en redelijk stabiel energiek, daarom onder normale omstandigheden meer inerte bij de reactie en komt onder normale omstandigheden veranderen. Afhankelijk van de mate van oxidatie van waterstof als andere stoffen kan zowel dienen als een oxidatiemiddel en een reductiemiddel.

Stoffen die reageren onder vorming van waterstof en

Elemental interactie een complex stoffen (vaak bij verhoogde temperaturen) te vormen:

1. De alkali- en aardalkalimetaalzouten + H = hydride.
2. Halogeen + _H2 = waterstofhalogenide.
3. Zwavel + = waterstofsulfide.
4. Oxygen + _H2O = water.
5. Carbon + H = methaan.
6. Stikstof + _H2 = ammonia.

Interactie met complexe stoffen:

1. Bereiding van synthesegas uit koolmonoxide en waterstof.
2. Terugwinning van metalen uit hun oxiden met _H2.
3. Waterstof verzadiging van onverzadigde alifatische koolwaterstoffen.

waterstofbinding

Fysische eigenschappen van waterstof zodanig dat het mogelijk, in verbinding met een elektronegatieve element, een speciaal type verbinding met hetzelfde atoom van de naburige moleculen met ongedeelde elektronenparen (bijvoorbeeld zuurstof, stikstof en fluor) vormen. Het duidelijkste voorbeeld daarvan is een betere kijk op dit fenomeen - het is water. Het kan worden gezegd genaaid waterstofbindingen zwakker dan covalente of ionische, maar vanwege het feit dat veel van hen hebben een belangrijke invloed op de eigenschappen van stoffen. In feite, waterstofbrug - is de elektrostatische wisselwerking, dat watermoleculen in dimeren en polymeren bindt, bewijst het hoge kookpunt.

Waterstof in de samenstelling minerale stoffen

Samenstelling van anorganische zuren omvatten proton - kation voorstelt zoals waterstof. Stof zuurrest met een oxidatiegraad groter dan (-1) heeft gezegd veelbasische verbinding. Momenteel zijn er verscheidene waterstofatomen, waarbij de meerstaps dissociatie in waterige oplossingen maakt. Elke volgende protonzuur residu scheidt van harder. Kwantificeren het waterstofgehalte in het milieu wordt bepaald door de zuurgraad.

Waterstof hydroxylgroepen bevatten en basen. Zij zijn verbonden met het waterstofatoom van zuurstof, resulterend in de oxidatiegraad van het residu alkali altijd gelijk aan (-1). Aan het gehalte aan hydroxylgroepen in een omgeving bepaald door zijn basiciteit.

Het gebruik van menselijke activiteit

Cilinders met een substantie, evenals andere containers met vloeibare gassen zoals zuurstof, een specifieke uitstraling. Ze schilderde een donkere-groene kleur met een heldere rode "Waterstof" belettering. Gas wordt geïnjecteerd in de ballon bij een druk van ongeveer 150 atmosfeer. Fysische eigenschappen van waterstof, met name eenvoudige gasvormige aggregatietoestand en wordt gebruikt voor het vullen met een mengsel van helium ballonnen, klinken ballonnen, etc.

Waterstof, de fysische en chemische eigenschappen die mensen hebben geleerd om vele jaren geleden te gebruiken, op de betrokken in vele industrieën ogenblik. De belangrijkste massa gaat naar de productie van ammoniak. Ook waterstof is betrokken bij de productie van metalen (hafnium, germanium, gallium, silicium, molybdeen, wolfraam, zirkonium en andere) van de oxiden, spreken in de reactie als een reductiemiddel en een zout van blauwzuur, methanol, alsmede synthetische vloeibare brandstof. De voedselindustrie gebruikt het om plantaardige oliën te zetten in vaste vetten.

Gedefinieerde chemische eigenschappen en het gebruik van waterstof in verschillende hydrogeneringswerkwijzen en harden van vetten, steenkool, koolwaterstoffen, oliën en zware stookolie. Met hem edelstenen produceren, gloeilampen, brengen smeden en lassen van metaal onder invloed van de zuurstof-waterstofvlam.