Характеристика і застосування водню

Історія відкриття:

Починаючи з XV століття, багато дослідників відзначали виділення горючого газу при взаємодії кислот з металами. Перший докладний опис водню, під назвою “горючий повітря” і “дефлогістованим повітря” дав англійський хімік Генрі Кавендіш в 1766 році. У 1783 році Антуан Лавуазьє довів що водень входить до складу води і включив його в свою таблицю хімічних елементів під назвою hydrogеne (народжує воду). Російська назва “водень” запропонував хімік М. Ф. Соловйов в 1824 році – за аналогією з “киснем” М. В. Ломоносова.

Знаходження в природі та отримання:

На частку водню припадає близько 92% всіх атомів Всесвіту. Він основна складова частина речовини зірок і міжзоряного газу, у вигляді сполук утворює атмосферу багатьох планет. На Землі частка атомів водню 17%, він входить до складу самого поширеного речовини – води, до складу з’єднань утворюють живі організми, де частка його атомів близько 50%. У той же час масова частка водню на Землі (земна кора + гідросфера) близько 1,5%
Основним методом отримання водню в лабораторії є взаємодія металів (Zn, Fe) з розведеними кислотами, а також електроліз розчинів лугів. У промисловості водень отримують при електролізі розчинів солей (NaCl), конверсією або каталітичним окисленням метану, при крекінгу або риформінгу вуглеводнів (нафтопереробка).
Конверсія метану: CH4 + H2O <=> CO + 3H2

Фізичні властивості:

Водень зустрічається у вигляді трьох ізотопів, які мають індивідуальні назви і символи: 1H – протий (Н), 2Н – дейтерій (D), 3Н – тритій (T). Природний водень містить 99,99% протію і 0,01% – дейтерію. Тритій міститься в природі в дуже малих кількостях, він радіоактивний з періодом напіврозпаду 12,32 років.
Проста речовина H2, найлегший газ, без кольору, запаху і смаку, температура плавлення -259,1, кипіння -252,8 ° C, малорастворим у воді – 18,8 мл / л. Водень добре розчинний у багатьох металах (850 обсягів на 1 об’єм Pd), здатний легко дифундувати через металеві мембрани.
Важкий водень D2 має вдвічі більшу щільність і кілька більш високі температури плавлення і кипіння (-254,5 ° C і -249,5 ° C)

Хімічні властивості:

При звичайних температурах водень реагує тільки з дуже активними металами (напр. З кальцієм) і неметалами: фтором (без освітлення, з вибухом), хлором (на світлі, з вибухом). З більшістю неметалів реагує при нагріванні (з киснем реакція протікає при підпалюванні миттєво). Суміш кисню з воднем 1: 2 називається “гримучим газом”. Має яскраво виражені відновні властивості, відновлюючи оксиди металів: заліза, міді, свинцю, вольфраму і т. д. У присутності каталізаторів (Pt, Ni) приєднується за кратними зв’язками органічних сполук (реакція гідрування).

Найважливіші сполуки:

Оксид водню, H2O – вода – безбарвна рідина, без кольору, без запаху, без смаку. Аномальні фізичні властивості води (Тпл = 0 ° С, Ткип = 100 ° С) обумовлені освітою міжмолекулярних водневих зв’язків. Є амфолітом, діссоцііруя з утворенням іонів гідроксонію і гідроксид-іонів, однак ступінь дисоціації 1,8 * 10-16, тому чиста вода майже не проводить електричний струм.
Вода – вельми реакционноспособное речовину. Основні реакції:
– Реакції з’єднання з оксидами активних металів і неметалів, з утворенням відповідних гідроксидів основного або кислотного характеру;
– Реакції гідролізу (оборотного і необоротного) багатьох неорганічних і органічних речовин;
– Реакції гідратації – приєднання води за кратними зв’язками органічних сполук.

Пероксид водню – H2O2 – безбарвна сиропоподібна рідина, без кольору, без запаху, з неприємним металевим смаком. У максимальній концентрації – рідина (з щільністю близько 1,5 г / см3), Тпл -0,43 ° C, Ткип 150 ° C. У воді, етиловому спирті, етиловому ефірі розчиняється в будь-яких співвідношеннях.
У концентрованих розчинах пероксид водню нестійкий, розкладається на воду і кисень з вибухом. Викликає сильні опіки.
Зазвичай застосовується у вигляді розбавлених (3% -30%) розчинів. Окислювач? на чому використано його застосування як відбілювача, дезинфікуючого засобу і т. д. У природі зустрічається в нижніх шарах атмосфери, в атмосферних опадах.
Гідриди іонні – MHx – з’єднання водню з лужними і лужноземельними металами, де водень має ступінь окислення -1. Солеподібні тверді речовини. Відновлювачі. Водою і кислотами розкладаються з виділенням водню: NaH + H2O → NaOH + H2 ↑

Гідриди ковалентні – HxX – з’єднання водню з неметалами, де водень має ступінь окислення +1. Гази, багато отруйні. Відновлювачі за рахунок неметалла. Властивості змінюються від інертних (метан) до кислотних (галогенні). Аміак NH3 і, слабкіше, фосфін PH3 проявляють основні властивості. За винятком галогенводородов горючі з утворенням відповідних оксидів.

Застосування:

Одне з перших застосувань водню – літальні апарати легше повітря: повітряні кулі та дирижаблі. Через високу пожежонебезпеку водню це застосування було припинено, за винятком метеозондов.

Атомарний водень використовується для атомно-водневої зварювання. Рідкий водень – один з видів ракетного палива. У воднево-кисневих паливних елементах водень використовується для безпосереднього перетворення енергії хімічної реакції в електричну.
Як відновник при отриманні деяких металів, для отримання твердих жирів гидрированием рослинних масел. У хімічній промисловості – отримання аміаку, хлороводню та ін.

Пероксид водню: 3% – ний розчин застосовують у медицині, косметології, в промисловості для відбілювання соломи, пір’я, клею, хутра, шкіри і т. д., 60% – ний розчин застосовують для відбілювання жирів і масел. Сильно концентровані розчини (85-90%) в суміші з деякими горючими речовинами застосовуються для одержання вибухових сумішей, як окислювач в ракетних і торпедних двигунах.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Характеристика і застосування водню