اکسیژن فراوان ترین عنصر روی زمین است. همراه با نیتروژن و مقدار کمی از گازهای دیگر، اکسیژن آزاد جو زمین را تشکیل می دهد. محتوای آن در هوا 20.95 درصد حجمی یا 23.15 درصد جرمی است. در پوسته زمین، 58 درصد اتم ها اتم های اکسیژن محدود (47 درصد جرم) هستند. اکسیژن بخشی از آب است (ذخایر اکسیژن محدود شده در هیدروسفر بسیار زیاد است)، سنگ ها، بسیاری از مواد معدنی و نمک ها، و در چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات هایی که موجودات زنده را تشکیل می دهند، یافت می شود. تقریباً تمام اکسیژن آزاد روی زمین در نتیجه فرآیند فتوسنتز ایجاد و ذخیره می شود.

مشخصات فیزیکی.

اکسیژن گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو است که کمی سنگین تر از هوا است. کمی در آب حل می شود (31 میلی لیتر اکسیژن در 1 لیتر آب در دمای 20 درجه حل می شود)، اما همچنان بهتر از سایر گازهای جوی است، بنابراین آب با اکسیژن غنی می شود. چگالی اکسیژن در شرایط عادی 1.429 گرم در لیتر است. در دمای 0-183 درجه سانتیگراد و فشار 101.325 کیلو پاسکال، اکسیژن به حالت مایع تبدیل می شود. اکسیژن مایع دارای رنگ مایل به آبی است، به میدان مغناطیسی کشیده می شود و در دمای 218.7- درجه سانتیگراد، بلورهای آبی را تشکیل می دهد.

اکسیژن طبیعی دارای سه ایزوتوپ O 16، O 17، O 18 است.

آلوتروپی- توانایی یک عنصر شیمیایی برای وجود دو یا چند ماده ساده که فقط از نظر تعداد اتم‌های موجود در مولکول یا ساختار متفاوت هستند.

ازن O 3 - در اتمسفر فوقانی در ارتفاع 20-25 کیلومتری از سطح زمین وجود دارد و به اصطلاح "لایه ازن" را تشکیل می دهد که از زمین در برابر تابش مضر ماوراء بنفش خورشید محافظت می کند. بنفش کم رنگ، گاز سمی در مقادیر زیاد با بوی خاص، تند، اما مطبوع. نقطه ذوب -192.7 0 C، نقطه جوش -111.9 0 C. بهتر از اکسیژن در آب حل می شود.

ازن یک عامل اکسید کننده قوی است. فعالیت اکسید کننده آن بر اساس توانایی مولکول برای تجزیه با آزاد شدن اکسیژن اتمی است:

بسیاری از مواد ساده و پیچیده را اکسید می کند. با برخی فلزات، به عنوان مثال، ازونید پتاسیم، ازونیدها را تشکیل می دهد:

K + O 3 \u003d KO 3

ازن در دستگاه های مخصوص - ازن سازها به دست می آید. در آنها، تحت عمل یک تخلیه الکتریکی، اکسیژن مولکولی به ازن تبدیل می شود:

واکنش مشابهی در اثر تخلیه رعد و برق رخ می دهد.

استفاده از ازن به دلیل خاصیت اکسید کننده قوی آن است: از آن برای سفید کردن پارچه ها، ضد عفونی کردن آب آشامیدنی و در پزشکی به عنوان ضد عفونی کننده استفاده می شود.

استنشاق اوزون در مقادیر زیاد مضر است: غشاهای مخاطی چشم و اندام های تنفسی را تحریک می کند.

خواص شیمیایی.

در واکنش‌های شیمیایی با اتم‌های عناصر دیگر (به جز فلوئور)، اکسیژن منحصراً خاصیت اکسیدکننده از خود نشان می‌دهد.

مهمترین خاصیت شیمیایی توانایی تشکیل اکسید با تقریباً همه عناصر است. در عین حال، اکسیژن مستقیماً با بیشتر مواد واکنش می دهد، به ویژه هنگامی که گرم می شود.

در نتیجه این واکنش ها، به عنوان یک قاعده، اکسیدها تشکیل می شوند، اغلب پراکسیدها:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

اکسیژن به طور مستقیم با هالوژن ها، طلا، پلاتین تعامل ندارد، اکسیدهای آنها به طور غیر مستقیم به دست می آید. هنگام گرم شدن، گوگرد، کربن، فسفر در اکسیژن می سوزند.

تعامل اکسیژن با نیتروژن فقط در دمای 1200 درجه سانتیگراد یا در یک تخلیه الکتریکی آغاز می شود:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

اکسیژن با هیدروژن ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

در طی این واکنش مقدار قابل توجهی گرما آزاد می شود.

مخلوطی از دو حجم هیدروژن با یک اکسیژن هنگام مشتعل شدن منفجر می شود. به آن گاز انفجاری می گویند.

بسیاری از فلزات در تماس با اکسیژن اتمسفر دچار تخریب - خوردگی می شوند. برخی از فلزات در شرایط عادی فقط از سطح اکسید می شوند (به عنوان مثال، آلومینیوم، کروم). فیلم اکسید حاصل از تعامل بیشتر جلوگیری می کند.

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3

مواد پیچیده تحت شرایط خاص نیز با اکسیژن برهمکنش دارند. در این حالت اکسیدها و در برخی موارد اکسیدها و مواد ساده تشکیل می شوند.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

4NH 3 + ZO 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

هنگام تعامل با مواد پیچیده، اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند. خاصیت مهم آن بر اساس فعالیت اکسیداتیو اکسیژن است - توانایی حفظ احتراقمواد

اکسیژن همچنین ترکیبی را با هیدروژن تشکیل می دهد - پراکسید هیدروژن H 2 O 2 - یک مایع شفاف بی رنگ با طعم قابض سوزان، بسیار محلول در آب. از نظر شیمیایی، پراکسید هیدروژن یک ترکیب بسیار جالب است. پایداری کم آن مشخص است: هنگام ایستادن، به آرامی به آب و اکسیژن تجزیه می شود:

H 2 O 2 \u003d H 2 O + O 2

نور، گرما، وجود قلیاها، تماس با عوامل اکسید کننده یا کاهنده فرآیند تجزیه را تسریع می کند. درجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید هیدروژن = - 1، یعنی. دارای یک مقدار متوسط ​​بین حالت اکسیداسیون اکسیژن در آب (2-) و در اکسیژن مولکولی (0) است، بنابراین پراکسید هیدروژن دوگانگی ردوکس را نشان می دهد. خواص اکسید کننده پراکسید هیدروژن بسیار بیشتر از خواص احیا کننده است و در محیط های اسیدی، قلیایی و خنثی ظاهر می شود.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O

خواص شیمیایی هیدروژن

در شرایط عادی، هیدروژن مولکولی نسبتاً غیرفعال است و مستقیماً تنها با فعال ترین نافلزات (با فلوئور و در نور نیز با کلر) ترکیب می شود. با این حال، هنگامی که گرم می شود، با بسیاری از عناصر واکنش نشان می دهد.

هیدروژن با مواد ساده و پیچیده واکنش می دهد:

- برهمکنش هیدروژن با فلزات منجر به تشکیل مواد پیچیده - هیدریدها می شود که در فرمول های شیمیایی آنها اتم فلز همیشه اول است:

در دمای بالا، هیدروژن به طور مستقیم واکنش نشان می دهد با برخی فلزات(قلیایی، قلیایی خاکی و دیگران)، تشکیل مواد کریستالی سفید - هیدریدهای فلزی (Li H، Na H، KH، CaH 2، و غیره):

H 2 + 2Li = 2LiH

هیدریدهای فلزی با تشکیل قلیایی و هیدروژن مربوطه به راحتی توسط آب تجزیه می شوند:

سا H 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

- هنگامی که هیدروژن با غیر فلزات برهمکنش می کند ترکیبات هیدروژنی فرار تشکیل می شود. در فرمول شیمیایی یک ترکیب هیدروژن فرار، بسته به محل PSCE، اتم هیدروژن می تواند در اولین یا در مکان دوم قرار گیرد (به صفحه اسلاید مراجعه کنید):

1). با اکسیژنهیدروژن آب را تشکیل می دهد:

ویدئو "احتراق هیدروژن"

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q

در دماهای معمولی، واکنش بسیار آهسته، بالای 550 درجه سانتیگراد - با یک انفجار ادامه می یابد (مخلوطی از 2 حجم H 2 و 1 حجم O 2 نامیده می شود گاز انفجاری) .

ویدئو "انفجار گاز انفجاری"

ویدئو "تهیه و انفجار مخلوط مواد منفجره"

2). با هالوژنهیدروژن هالیدهای هیدروژن را تشکیل می دهد، به عنوان مثال:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

هیدروژن با فلوئور منفجر می شود (حتی در تاریکی و در دمای 252- درجه سانتیگراد)، با کلر و برم فقط در صورت روشن شدن یا گرم شدن و با ید فقط هنگامی که گرم می شود واکنش می دهد.

3). با نیتروژنهیدروژن با تشکیل آمونیاک واکنش نشان می دهد:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

فقط روی یک کاتالیزور و در دماها و فشارهای بالا.

4). هنگامی که گرم می شود، هیدروژن به شدت واکنش می دهد با گوگرد:

H 2 + S \u003d H 2 S (سولفید هیدروژن)،

با سلنیوم و تلوریوم بسیار دشوارتر است.

5). با کربن خالصهیدروژن فقط در دماهای بالا می تواند بدون کاتالیزور واکنش نشان دهد:

2H 2 + C (آمورف) = CH4 (متان)

- هیدروژن با اکسیدهای فلزی وارد واکنش جانشینی می شود ، در حالی که آب در محصولات تشکیل شده و فلز کاهش می یابد. هیدروژن - خواص یک عامل کاهنده را نشان می دهد:

هیدروژن استفاده می شود برای بازیافت بسیاری از فلزاتاز آنجایی که اکسیژن را از اکسیدهای آنها می گیرد:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O و غیره

کاربرد هیدروژن

ویدئو "استفاده از هیدروژن"

در حال حاضر، هیدروژن در مقادیر زیادی تولید می شود. بخش بسیار زیادی از آن در سنتز آمونیاک، هیدروژنه کردن چربی ها و هیدروژنه کردن زغال سنگ، روغن ها و هیدروکربن ها استفاده می شود. علاوه بر این، هیدروژن برای سنتز اسید هیدروکلریک، متیل الکل، اسید هیدروسیانیک، در جوشکاری و آهنگری فلزات، و همچنین در ساخت لامپ های رشته ای و سنگ های قیمتی استفاده می شود. هیدروژن در سیلندرهای تحت فشار بیش از 150 اتمسفر به فروش می رسد. آنها به رنگ سبز تیره و با کتیبه قرمز "هیدروژن" عرضه می شوند.

هیدروژن برای تبدیل چربی های مایع به چربی جامد (هیدروژناسیون)، برای تولید سوخت مایع با هیدروژنه کردن زغال سنگ و نفت کوره استفاده می شود. در متالورژی، هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده اکسیدها یا کلریدها برای تولید فلزات و غیر فلزات (ژرمانیوم، سیلیکون، گالیم، زیرکونیوم، هافنیوم، مولیبدن، تنگستن و غیره) استفاده می شود.

کاربرد عملی هیدروژن متنوع است: معمولاً با بالن پر می شود، در صنایع شیمیایی به عنوان ماده خام برای تولید بسیاری از محصولات بسیار مهم (آمونیاک و غیره)، در صنایع غذایی - برای تولید جامد عمل می کند. چربی های روغن های گیاهی و غیره. دمای بالا (تا 2600 درجه سانتی گراد) که از سوختن هیدروژن در اکسیژن به دست می آید، برای ذوب فلزات نسوز، کوارتز و غیره استفاده می شود. هیدروژن مایع یکی از کارآمدترین سوخت های جت است. مصرف جهانی هیدروژن سالانه بیش از 1 میلیون تن است.

شبیه سازها

شماره 2. هیدروژن

وظایف برای تقویت

کار شماره 1
معادلات واکنش های برهمکنش هیدروژن با مواد زیر را بسازید: F 2 ، Ca ، Al 2 O 3 ، اکسید جیوه (II) ، اکسید تنگستن (VI). محصولات واکنش را نام ببرید، انواع واکنش ها را مشخص کنید.

کار شماره 2
تغییرات را طبق طرح انجام دهید:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

کار شماره 3.
جرم آبی که با سوزاندن 8 گرم هیدروژن بدست می آید را محاسبه کنید؟

هدف از درس.در این درس، احتمالاً با مهمترین عناصر شیمیایی برای حیات روی زمین - هیدروژن و اکسیژن آشنا خواهید شد، با خواص شیمیایی آنها و همچنین خواص فیزیکی مواد ساده ای که تشکیل می دهند، بیشتر در مورد نقش اکسیژن و ... هیدروژن در طبیعت و زندگی انسان.

هیدروژنفراوان ترین عنصر در کیهان است. اکسیژنفراوان ترین عنصر روی زمین است. آنها با هم آب را تشکیل می دهند، ماده ای که بیش از نیمی از جرم بدن انسان را تشکیل می دهد. اکسیژن گازی است که برای تنفس به آن نیاز داریم و بدون آب حتی چند روز هم نمی توانستیم زندگی کنیم، بنابراین بدون شک می توان اکسیژن و هیدروژن را مهم ترین عناصر شیمیایی لازم برای حیات دانست.

ساختار اتم های هیدروژن و اکسیژن

بنابراین، هیدروژن خواص غیر فلزی از خود نشان می دهد. در طبیعت، هیدروژن به شکل سه ایزوتوپ پروتیوم، دوتریوم و تریتیوم وجود دارد، ایزوتوپ های هیدروژن از نظر خواص فیزیکی با یکدیگر بسیار متفاوت هستند، بنابراین حتی به آنها نمادهای جداگانه اختصاص داده می شود.

اگر به خاطر ندارید یا نمی دانید ایزوتوپ ها چیست، با مواد منبع آموزشی الکترونیکی "ایزوتوپ ها به عنوان انواع اتم های یک عنصر شیمیایی" کار کنید. در آن یاد خواهید گرفت که ایزوتوپ های یک عنصر با یکدیگر چه تفاوتی دارند، وجود چندین ایزوتوپ در یک عنصر به چه چیزی منجر می شود و همچنین با ایزوتوپ های چندین عنصر آشنا می شوید.

بنابراین، حالت های اکسیداسیون احتمالی اکسیژن به مقادیر از -2 تا +2 محدود می شود. اگر اکسیژن دو الکترون را بپذیرد (آنیون می شود) یا دو پیوند کووالانسی با عناصر الکترونگاتیو کمتر تشکیل می دهد، به حالت اکسیداسیون -2 می رود. اگر اکسیژن یک پیوند با اتم اکسیژن دیگر، و دومی با اتمی از عنصر الکترونگاتیو کمتر تشکیل دهد، به حالت اکسیداسیون -1 می رود. با تشکیل دو پیوند کووالانسی با فلوئور (تنها عنصر با ارزش الکترونگاتیوی بالاتر)، اکسیژن به حالت اکسیداسیون +2 می رود. تشکیل یک پیوند با اتم اکسیژن دیگر و دومی با اتم فلوئور - +1. در نهایت، اگر اکسیژن یک پیوند با اتم الکترونگاتیو کمتر و پیوند دوم با فلوئور تشکیل دهد، در حالت اکسیداسیون 0 خواهد بود.

خواص فیزیکی هیدروژن و اکسیژن، آلوتروپی اکسیژن

هیدروژن- گاز بی رنگ بدون طعم و بو. بسیار سبک (14.5 برابر سبکتر از هوا). دمای مایع شدن هیدروژن - 252.8- درجه سانتیگراد - تقریباً کمترین درجه حرارت در بین تمام گازها است (پس از هلیوم در درجه دوم). هیدروژن مایع و جامد مواد بسیار سبک و بی رنگ هستند.

اکسیژناین گاز بی رنگ، بی بو و بی مزه است که کمی سنگین تر از هوا است. در 182.9- درجه سانتیگراد به مایع آبی سنگین تبدیل می شود، در -218 درجه سانتیگراد با تشکیل بلورهای آبی جامد می شود. مولکول های اکسیژن پارامغناطیس هستند، به این معنی که اکسیژن به یک آهنربا جذب می شود. اکسیژن در آب کم محلول است.

بر خلاف هیدروژن که تنها یک نوع مولکول را تشکیل می دهد، اکسیژن آلوتروپی را نشان می دهد و مولکول های دو نوع را تشکیل می دهد، یعنی عنصر اکسیژن دو ماده ساده را تشکیل می دهد: اکسیژن و ازن.

خواص شیمیایی و بدست آوردن مواد ساده

هیدروژن.

پیوند موجود در مولکول هیدروژن منفرد است، اما یکی از قوی ترین پیوندهای منفرد در طبیعت است و برای شکستن آن انرژی زیادی لازم است، به همین دلیل هیدروژن در دمای اتاق بسیار غیرفعال است، اما زمانی که دما افزایش می یابد. یا در حضور یک کاتالیزور)، هیدروژن به راحتی با بسیاری از مواد ساده و پیچیده تعامل می کند.

هیدروژن یک غیر فلز معمولی از نظر شیمیایی است. یعنی قادر است با فلزات فعال برهمکنش کند و هیدریدها را تشکیل دهد که در آن حالت اکسیداسیون 1- را نشان می دهد. با برخی از فلزات (لیتیوم، کلسیم)، تعامل حتی در دمای اتاق ادامه می یابد، اما به آرامی ادامه می یابد، بنابراین، از گرمایش در سنتز هیدریدها استفاده می شود:

,

.

تشکیل هیدریدها با برهمکنش مستقیم مواد ساده فقط برای فلزات فعال امکان پذیر است. در حال حاضر آلومینیوم به طور مستقیم با هیدروژن برهمکنش نمی کند، هیدرید آن از واکنش های تبادلی به دست می آید.

هیدروژن نیز با غیر فلزات تنها زمانی واکنش می دهد که گرم شود. استثناها عبارتند از هالوژن های کلر و برم که واکنش با آنها می تواند توسط نور القا شود:

.

واکنش با فلوئور نیز نیازی به حرارت ندارد، حتی با خنک شدن شدید و در تاریکی مطلق با انفجار ادامه می یابد.

واکنش با اکسیژن بر اساس مکانیسم زنجیره ای منشعب انجام می شود، بنابراین سرعت واکنش به سرعت افزایش می یابد و در مخلوطی از اکسیژن و هیدروژن به نسبت 1: 2، واکنش با یک انفجار ادامه می یابد (به چنین مخلوطی "گاز انفجاری" می گویند. "):

.

واکنش با گوگرد بسیار آرام تر، با انتشار حرارت کم یا بدون انتشار ادامه می یابد:

.

واکنش‌ها با نیتروژن و ید به صورت برگشت‌پذیر انجام می‌شوند:

,

.

این شرایط به شدت تولید آمونیاک را در صنعت پیچیده می کند: این فرآیند نیاز به استفاده از فشار بالا برای مخلوط کردن تعادل در جهت تشکیل آمونیاک دارد. ید هیدروژن با سنتز مستقیم به دست نمی آید، زیرا چندین روش بسیار راحت تر برای سنتز آن وجود دارد.

هیدروژن مستقیماً با غیر فلزات کم فعال واکنش نمی دهد، اگرچه ترکیبات آن با آنها شناخته شده است.

در واکنش با مواد پیچیده، هیدروژن در بیشتر موارد به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند. در محلول‌ها، هیدروژن می‌تواند فلزات کم‌فعال (که بعد از هیدروژن در سری ولتاژها قرار دارند) را از نمک‌هایشان کاهش دهد:

هنگامی که هیدروژن گرم می شود، می تواند بسیاری از فلزات را از اکسیدهای آنها کاهش دهد. علاوه بر این، هرچه فلز فعال تر باشد، بازیابی آن دشوارتر است و دمای مورد نیاز برای این کار بالاتر می رود:

.

فلزات فعال تر از روی عملاً با هیدروژن قابل احیا نیستند.

هیدروژن در آزمایشگاه از واکنش فلزات با اسیدهای قوی تولید می شود. متداول ترین روی و اسید هیدروکلریک:

الکترولیز آب که کمتر مورد استفاده قرار می گیرد در حضور الکترولیت های قوی:

در صنعت، هیدروژن به عنوان یک محصول جانبی در تولید سود سوزآور با الکترولیز محلول کلرید سدیم تولید می شود:

علاوه بر این، هیدروژن در طی پالایش نفت به دست می آید.

تولید هیدروژن از طریق فتولیز آب یکی از امیدوارکننده ترین روش ها در آینده است، اما در حال حاضر کاربرد صنعتی این روش دشوار است.

کار با مواد منابع آموزشی الکترونیکی کار آزمایشگاهی "به دست آوردن و خواص هیدروژن" و کار آزمایشگاهی "کاهش خواص هیدروژن". اصول عملکرد دستگاه کیپ و دستگاه کیریوشکین را بیاموزید. به این فکر کنید که در چه مواردی استفاده از دستگاه کیپ راحت تر است و در کدام موارد - کیریوشکین. هیدروژن در واکنش ها چه خواصی از خود نشان می دهد؟

اکسیژن.

پیوند موجود در مولکول اکسیژن دو برابر و بسیار قوی است. بنابراین، اکسیژن در دمای اتاق نسبتاً غیرفعال است. با این حال، هنگامی که گرم می شود، شروع به نشان دادن خواص اکسید کننده قوی می کند.

اکسیژن بدون گرم کردن با فلزات فعال (قلیایی، خاک قلیایی و برخی لانتانیدها) واکنش می دهد:

هنگامی که گرم می شود، اکسیژن با اکثر فلزات واکنش داده و اکسیدهایی را تشکیل می دهد:

,

,

.

نقره و فلزات کمتر فعال با اکسیژن اکسید نمی شوند.

اکسیژن همچنین با اکثر غیر فلزات واکنش می دهد و اکسیدهایی را تشکیل می دهد:

,

,

.

برهمکنش با نیتروژن تنها در دماهای بسیار بالا، حدود 2000 درجه سانتیگراد رخ می دهد.

اکسیژن با کلر، برم و ید واکنش نمی دهد، اگرچه بسیاری از اکسیدهای آنها را می توان به طور غیر مستقیم به دست آورد.

برهمکنش اکسیژن با فلوئور را می توان با عبور تخلیه الکتریکی از مخلوطی از گازها انجام داد:

.

فلوراید اکسیژن (II) یک ترکیب ناپایدار است که به راحتی تجزیه می شود و یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است.

در محلول‌ها، اکسیژن یک عامل اکسید کننده قوی و البته کند است. به عنوان یک قاعده، اکسیژن انتقال فلزات را به حالت های اکسیداسیون بالاتر ترویج می کند:

وجود اکسیژن اغلب امکان حل شدن فلزات واقع بلافاصله پس از هیدروژن در سری ولتاژ را در اسیدها ممکن می سازد:

هنگامی که اکسیژن گرم می شود، می تواند اکسیدهای فلزی پایین تر را اکسید کند:

.

اکسیژن در صنعت به صورت شیمیایی به دست نمی آید، از طریق تقطیر از هوا به دست می آید.

این آزمایشگاه از واکنش های تجزیه ترکیبات غنی از اکسیژن - نیترات ها، کلرات ها، پرمنگنات ها در هنگام گرم شدن استفاده می کند:

شما همچنین می توانید با تجزیه کاتالیستی پراکسید هیدروژن اکسیژن دریافت کنید:

علاوه بر این، از واکنش الکترولیز آب فوق می توان برای تولید اکسیژن استفاده کرد.

کار با مواد منبع آموزشی الکترونیکی کار آزمایشگاهی "تولید اکسیژن و خواص آن".

نام روش جمع آوری اکسیژن مورد استفاده در کارهای آزمایشگاهی چیست؟ چه راه های دیگری برای جمع آوری گازها وجود دارد و کدام یک برای جمع آوری اکسیژن مناسب است؟

وظیفه 1. کلیپ ویدیویی "تجزیه پرمنگنات پتاسیم هنگام گرم شدن" را تماشا کنید.

به سوالات پاسخ دهید:

1. 1. کدام یک از محصولات جامد واکنش در آب محلول است؟
   2. محلول پرمنگنات پتاسیم چه رنگی است؟
   3. رنگ محلول منگنات پتاسیم چیست؟

معادلات واکنش های جاری را بنویسید. آنها را با استفاده از روش تراز الکترونیکی یکسان کنید.

تکلیف را با معلم در اتاق ویدیو یا در آن بحث کنید.

ازن.

مولکول ازن سه اتمی است و پیوندهای موجود در آن نسبت به مولکول اکسیژن قوی تر است، که منجر به فعالیت شیمیایی بیشتر ازن می شود: ازن به راحتی بسیاری از مواد را در محلول ها یا به شکل خشک بدون حرارت اکسید می کند:

ازن قادر است به راحتی اکسید نیتریک (IV) را به اکسید نیتریک (V) و اکسید گوگرد (IV) را به اکسید گوگرد (VI) بدون کاتالیزور اکسید کند:

ازن به تدریج تجزیه می شود و اکسیژن تشکیل می شود:

برای تولید ازن، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - ازن سازها، که در آن تخلیه درخشان از طریق اکسیژن عبور می کند.

در آزمایشگاه، برای به دست آوردن مقادیر کمی ازن، گاهی اوقات از واکنش های تجزیه ترکیبات پراکسو و برخی اکسیدهای بالاتر هنگام گرم شدن استفاده می شود:

کار با مواد منبع آموزشی الکترونیکی کار آزمایشگاهی "به دست آوردن ازن و مطالعه خواص آن".

توضیح دهید که چرا محلول نیل بی رنگ می شود. معادلات واکنش هایی را که هنگام مخلوط شدن محلول های نیترات سرب و سولفید سدیم و عبور هوای اوزونیزه از سوسپانسیون حاصل رخ می دهد، بنویسید. معادلات یونی واکنش تبادل یونی را بنویسید. برای واکنش ردوکس، یک تعادل الکترونیکی ایجاد کنید.

تکلیف را با معلم در اتاق ویدیو یا در آن بحث کنید.

خواص شیمیایی آب

برای درک بهتر خواص فیزیکی آب و اهمیت آن، با مواد منابع آموزشی الکترونیکی «خواص غیرعادی آب» و «آب مهمترین مایع روی زمین است» کار کنید.

آب برای هر موجود زنده اهمیت زیادی دارد - در واقع، بسیاری از موجودات زنده از بیش از نیمی از آب تشکیل شده اند. آب یکی از پرکاربردترین حلال هاست (در دماها و فشارهای بالا قابلیت آن به عنوان حلال به میزان قابل توجهی افزایش می یابد). از نقطه نظر شیمیایی، آب اکسید هیدروژن است، در حالی که در یک محلول آبی (البته به میزان بسیار کمی) به کاتیون های هیدروژن و آنیون های هیدروکسید تجزیه می شود:

.

آب با بسیاری از فلزات تعامل دارد. با فعال (قلیایی، خاکی قلیایی و برخی لانتانیدها) آب بدون گرم کردن واکنش نشان می دهد:

با کمتر فعال تعامل زمانی رخ می دهد که گرم می شود.

شیمی عمومی و معدنی

سخنرانی 6. هیدروژن و اکسیژن. اب. آب اکسیژنه.

هیدروژن

اتم هیدروژن ساده ترین شی شیمی است. به بیان دقیق، یون آن - پروتون - حتی ساده تر است. اولین بار در سال 1766 توسط کاوندیش توصیف شد. نام از یونانی. "ژن های هیدرو" - تولید آب.

شعاع اتم هیدروژن تقریباً 0.5 * 10-10 متر و یون آن (پروتون) 1.2 * 10-15 متر است یا از 50 بعد از ظهر تا 1.2 * 10-3 بعد از ظهر یا از 50 متر (مورب SCA) تا 1 میلی متر.

عنصر 1s بعدی، لیتیوم، فقط از ساعت 155 بعد از ظهر تا 68 بعد از ظهر برای Li+ تغییر می کند. چنین تفاوتی در اندازه یک اتم و کاتیون آن (5 مرتبه قدر) منحصر به فرد است.

با توجه به اندازه کوچک پروتون، تبادل پیوند هیدروژنیدر درجه اول بین اتم های اکسیژن، نیتروژن و فلوئور. قدرت پیوندهای هیدروژنی 10-40 کیلوژول بر مول است که بسیار کمتر از انرژی شکست اکثر پیوندهای معمولی (100-150 کیلوژول بر مول در مولکول های آلی) است، اما بیشتر از انرژی جنبشی متوسط ​​حرکت حرارتی در دمای 370 درجه سانتیگراد است. (4 کیلوژول بر مول). در نتیجه، در یک موجود زنده، پیوندهای هیدروژنی به طور برگشت پذیر شکسته می شود و جریان فرآیندهای حیاتی را تضمین می کند.

هیدروژن در 14 کلوین ذوب می شود، در 20.3 کلوین (فشار 1 اتمسفر) می جوشد، چگالی هیدروژن مایع تنها 71 گرم در لیتر است (14 برابر سبکتر از آب).

در محیط نادر میان ستاره ای، اتم های هیدروژن برانگیخته با انتقال تا n 733 → 732 با طول موج 18 متر یافت شد که مربوط به شعاع بور (r = n2 * 0.5 * 10-10 m) از مرتبه 0.1 میلی متر است. (!).

رایج ترین عنصر در فضا (88.6 درصد اتم ها، 11.3 درصد اتم ها هلیم هستند و تنها 0.1 درصد اتم های همه عناصر دیگر هستند).

4 H → 4 He + 26.7 MeV 1 eV = 96.48 کیلوژول بر مول

از آنجایی که پروتون ها 1/2 اسپین دارند، سه نوع مولکول هیدروژن وجود دارد:

ارتوهیدروژن o-H2 با اسپین های موازی هسته ای، پاراهیدروژن n-H2 با ضد موازیاسپین و نرمال n-H2 - مخلوطی از 75% ارتو هیدروژن و 25% پارا هیدروژن. در طی تبدیل o-H2 → p-H2، 1418 J/mol آزاد می شود.

خواص ارتو و پاراهیدروژن

از آنجایی که جرم اتمی هیدروژن حداقل ممکن است، ایزوتوپ های آن - دوتریوم D (2 H) و تریتیوم T (3 H) از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی به طور قابل توجهی با پروتیوم 1 H متفاوت است. به عنوان مثال، جایگزینی یکی از هیدروژن های یک ترکیب آلی با دوتریوم به طور قابل توجهی بر طیف ارتعاشی (مادون قرمز) آن تأثیر می گذارد، که امکان ایجاد ساختار مولکول های پیچیده را فراهم می کند. جایگزین های مشابه ("روش اتم برچسب دار") نیز برای ایجاد مکانیسم های پیچیده استفاده می شود

فرآیندهای شیمیایی و بیوشیمیایی روش اتم های نشاندار شده به ویژه زمانی حساس است که از تریتیوم رادیواکتیو به جای پروتیوم استفاده شود (واپاشی β، نیمه عمر 12.5 سال).

خواص پروتیوم و دوتریوم

					چگالی، گرم در لیتر (20 K)
روش اصلی تولید هیدروژندر صنعت - تبدیل متان
یا هیدراتاسیون زغال سنگ در 800-11000 درجه سانتیگراد (کاتالیزور):
CH4 + H2 O = CO + 3 H2				بالای 10000 درجه سانتیگراد
«گاز آب»: C + H2 O = CO + H2
سپس تبدیل CO: CO + H2 O = CO2 + H2						4000 C، اکسیدهای کبالت

مجموع: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

سایر منابع هیدروژن

گاز کوره کک: حدود 55٪ هیدروژن، 25٪ متان، تا 2٪ هیدروکربن های سنگین، 4-6٪ CO، 2٪ CO2، 10-12٪ نیتروژن.

هیدروژن به عنوان یک محصول احتراق:

Si + Ca(OH)2 + 2 NaOH = Na2 SiO3 + CaO + 2 H2

تا 370 لیتر هیدروژن به ازای هر 1 کیلوگرم مخلوط پیروتکنیک آزاد می شود.

هیدروژن به شکل یک ماده ساده برای تولید آمونیاک و هیدروژنه شدن (سخت شدن) چربی های گیاهی، برای احیای اکسیدهای برخی از فلزات (مولیبدن، تنگستن)، برای تولید هیدریدها (LiH، CaH2،

LiAlH4).

آنتالپی واکنش: H. + H. = H2 - 436 کیلوژول در مول است، بنابراین هیدروژن اتمی برای تولید یک "شعله" کاهش دهنده دمای بالا ("مشعل لانگمویر") استفاده می شود. یک جت هیدروژن در یک قوس الکتریکی در دمای 35000 درجه سانتیگراد 30 درصد اتمیزه می شود سپس با ترکیب مجدد اتم ها می توان به 50000 درجه سانتیگراد رسید.

هیدروژن مایع به عنوان سوخت در موشک ها استفاده می شود (به اکسیژن مراجعه کنید). وعده سوخت سازگار با محیط زیست برای حمل و نقل زمینی؛ آزمایش‌هایی در مورد استفاده از باتری‌های هیدروژن هیدرید فلزی در حال انجام است. به عنوان مثال، آلیاژ LaNi5 می تواند 1.5-2 برابر بیشتر از هیدروژن موجود در همان حجم (به اندازه حجم آلیاژ) هیدروژن مایع جذب کند.

اکسیژن

بر اساس داده‌های پذیرفته شده در حال حاضر، اکسیژن در سال 1774 توسط J. Priestley و به طور مستقل توسط K. Scheele کشف شد. تاریخچه کشف اکسیژن نمونه خوبی از تأثیر پارادایم ها بر توسعه علم است (به پیوست 1 مراجعه کنید).

ظاهراً در واقع، اکسیژن خیلی زودتر از تاریخ رسمی کشف شده است. در سال 1620، هر کسی می توانست در امتداد تیمز (در تیمز) در زیردریایی طراحی شده توسط کورنلیوس ون دربل سوار شود. این قایق به لطف تلاش 12 پاروزن در زیر آب حرکت کرد. به گفته شاهدان عینی متعدد، مخترع این زیردریایی با "تازه کردن" هوای موجود در آن با روش های شیمیایی مشکل تنفس را با موفقیت حل کرد. رابرت بویل در سال 1661 نوشت: «... علاوه بر ساختار مکانیکی قایق، مخترع یک ​​محلول شیمیایی (مشروبات الکلی) نیز داشت که آن را

راز اصلی غواصی در نظر گرفته شده است. و هنگامی که گهگاه متقاعد می شد که قسمت قابل تنفس هوا قبلاً مصرف شده است و تنفس را برای افراد داخل قایق دشوار می کند، می توانست با باز کردن ظرف پر از این محلول، به سرعت هوا را دوباره پر کند. چنان محتوایی از قطعات حیاتی که آن را دوباره برای مدت زمان کافی برای تنفس مناسب می کند.

یک فرد سالم در حالت آرام روزانه حدود 7200 لیتر هوا را از طریق ریه های خود پمپ می کند و 720 لیتر اکسیژن را به طور غیرقابل برگشت دریافت می کند. در یک اتاق بسته با حجم 6 متر مکعب، فرد می تواند بدون تهویه تا 12 ساعت و در حین کار فیزیکی 3-4 ساعت زنده بماند. علت اصلی دشواری تنفس کمبود اکسیژن نیست، بلکه تجمع دی اکسید کربناز 0.3 تا 2.5٪.

برای مدت طولانی، روش اصلی به دست آوردن اکسیژن چرخه "باریم" (به دست آوردن اکسیژن با استفاده از روش برین) بود:

BaSO4 -t-→ BaO + SO3;

5000 درجه سانتیگراد ->

BaO + 0.5 O2 ====== BaO2<- 7000 C

محلول مخفی دربل می تواند محلولی از پراکسید هیدروژن باشد: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

به دست آوردن اکسیژن در حین احتراق پیرومیکس: NaClO3 = NaCl + 1.5 O2 + 50.5 کیلوژول

در مخلوطی از 80% NaClO3، تا 10% پودر آهن، 4% پراکسید باریم و پشم شیشه.

مولکول اکسیژن پارامغناطیس است (عملاً دو رادیکال) بنابراین فعالیت آن زیاد است. مواد آلی از طریق مرحله تشکیل پراکسید در هوا اکسید می شوند.

اکسیژن در 54.8 K ذوب می شود و در 90.2 K می جوشد.

تغییر آلوتروپیک عنصر اکسیژن، ماده ازن O3 است. حفاظت بیولوژیکی ازن زمین بسیار مهم است. در ارتفاع 20-25 کیلومتری، تعادل برقرار می شود:

UV<280 нм		UV 280-320 نانومتر
O2 ----> 2 O*	O* + O2 + M --> O3	O3-------	> O2 + O
	(M - N2، Ar)

در سال 1974، کشف شد که کلر اتمی، که از فرئون ها در ارتفاع بیش از 25 کیلومتری تشکیل می شود، تجزیه ازن را کاتالیز می کند، گویی که جایگزین اشعه ماوراء بنفش "ازون" می شود. این UV قادر به ایجاد سرطان پوست است (تا 600000 مورد در سال در ایالات متحده). ممنوعیت استفاده از فریون ها در قوطی های آئروسل از سال 1978 در ایالات متحده اجرا می شود.

از سال 1990، فهرست مواد ممنوعه (در 92 کشور) شامل CH3 CCl3، CCl4، chlorobromohydrocarbons است - تولید آنها تا سال 2000 محدود شده است.

احتراق هیدروژن در اکسیژن

واکنش بسیار پیچیده است (طرح در سخنرانی 3)، بنابراین یک مطالعه طولانی قبل از شروع کاربرد عملی مورد نیاز بود.

21 ژوئیه 1969 اولین زمینی - N. Armstrong روی ماه راه رفت. پرتابگر Saturn-5 (طراحی شده توسط Wernher von Braun) از سه مرحله تشکیل شده است. در اول، نفت سفید و اکسیژن، در دوم و سوم - هیدروژن مایع و اکسیژن. مجموعا 468 تن O2 و H2 مایع. 13 پرتاب موفق انجام شد.

از آوریل 1981، شاتل فضایی در ایالات متحده آمریکا فعالیت می کند: 713 تن مایع O2 و H2، و همچنین دو تقویت کننده سوخت جامد هر کدام 590 تن (کل جرم سوخت جامد 987 تن است). اولین صعود 40 کیلومتری به TTU، از 40 تا 113 کیلومتر موتورها با هیدروژن و اکسیژن کار می کنند.

در 15 می 1987 اولین پرتاب انرژی، در 15 نوامبر 1988 اولین و تنها پرواز بوران. وزن پرتاب 2400 تن، جرم سوخت (نفت سفید در

محفظه های جانبی مایع O2 و H2) 2000 تن قدرت موتور 125000 مگاوات بار 105 تن.

احتراق همیشه کنترل شده و موفقیت آمیز نبود.

در سال 1936 بزرگترین کشتی هوایی هیدروژنی جهان LZ-129 "Hindenburg" ساخته شد. حجم 200000 مترمکعب طول حدود 250 متر قطر 41.2 متر سرعت 135 کیلومتر در ساعت به لطف 4 موتور هر کدام 1100 اسب بخار است، محموله آن 88 تن است. کشتی هوایی 37 پرواز در سراسر اقیانوس اطلس انجام داد و بیش از 3 هزار مسافر را جابجا کرد.

در 6 می 1937 هنگام پهلوگیری در ایالات متحده، کشتی هوایی منفجر شد و سوخت. یکی از دلایل احتمالی خرابکاری است.

در 28 ژانویه 1986، در 74 ثانیه پرواز، چلنجر با هفت فضانورد - بیست و پنجمین پرواز سیستم شاتل - منفجر شد. دلیل آن نقص در تقویت کننده سوخت جامد است.

تظاهرات:

انفجار گاز انفجاری (مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن)

سلول های سوختی

یک نوع مهم فنی این واکنش احتراق، تقسیم فرآیند به دو بخش است:

الکترواکسیداسیون هیدروژن (آند): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

کاهش الکتریکی اکسیژن (کاتد): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

سیستمی که در آن چنین "سوزاندن" انجام می شود سلول سوختی. راندمان بسیار بالاتر از نیروگاه های حرارتی است، زیرا وجود ندارد

مرحله ویژه تولید گرما حداکثر بازده = ∆G/∆H; برای احتراق هیدروژن، 94٪ به دست می آید.

این اثر از سال 1839 شناخته شده است، اما اولین پیل های سوختی عملاً کار می کنند

در پایان قرن بیستم در فضا ("جمینی"، "آپولو"، "شاتل" - ایالات متحده آمریکا، "بوران" - اتحاد جماهیر شوروی).

دیدگاه های پیل سوختی [17]

یکی از نمایندگان Ballard Power Systems در یک کنفرانس علمی در واشنگتن تاکید کرد که یک موتور پیل سوختی زمانی از نظر تجاری قابل دوام خواهد بود که چهار معیار اصلی را داشته باشد: هزینه کمتر انرژی تولید شده، افزایش دوام، کاهش اندازه نصب و توانایی راه اندازی سریع. در هوای سرد . . هزینه یک کیلووات انرژی تولید شده توسط یک کارخانه پیل سوختی باید به 30 دلار کاهش یابد. برای مقایسه، در سال 2004 همین رقم 103 دلار بود و در سال 2005 پیش بینی می شود 80 دلار باشد. برای دستیابی به این قیمت، تولید حداقل 500 هزار موتور در سال ضروری است. دانشمندان اروپایی در پیش‌بینی‌ها محتاط‌تر هستند و معتقدند که استفاده تجاری از پیل‌های سوختی هیدروژنی در صنعت خودرو زودتر از سال 2020 آغاز نخواهد شد.

• تعیین - H (هیدروژن)؛
• نام لاتین - Hydrogenium;
• دوره - I;
• گروه - 1 (Ia);
• جرم اتمی - 1.00794;
• عدد اتمی - 1؛
• شعاع اتم = 53 pm;
• شعاع کووالانسی = 32 pm;
• توزیع الکترون ها - 1s 1;
• نقطه ذوب = -259.14 درجه سانتیگراد؛
• نقطه جوش = -252.87 درجه سانتیگراد؛
• الکترونگاتیوی (طبق گفته پاولینگ / به گفته آلپرد و روچوف) \u003d 2.02 / -؛
• حالت اکسیداسیون: +1; 0; -1؛
• چگالی (n.a.) \u003d 0.0000899 گرم در سانتی متر 3؛
• حجم مولی = 14.1 سانتی متر 3 / مول.

ترکیبات دوتایی هیدروژن با اکسیژن:

هیدروژن ("زایش آب") توسط دانشمند انگلیسی G. Cavendish در سال 1766 کشف شد. این ساده ترین عنصر در طبیعت است - اتم هیدروژن دارای یک هسته و یک الکترون است، احتمالاً به همین دلیل هیدروژن رایج ترین عنصر در جهان است (بیش از نیمی از جرم بیشتر ستارگان).

در مورد هیدروژن، می توان گفت که "قرقره کوچک است، اما گران است." با وجود "سادگی" آن، هیدروژن به تمام موجودات زنده روی زمین انرژی می دهد - یک واکنش گرما هسته ای پیوسته در خورشید اتفاق می افتد که در طی آن یک اتم هلیوم از چهار اتم هیدروژن تشکیل می شود، این فرآیند با آزاد شدن مقدار زیادی از اتم ها همراه است. انرژی (برای جزئیات بیشتر، همجوشی هسته ای را ببینید).

در پوسته زمین، کسر جرمی هیدروژن تنها 0.15٪ است. در همین حال، اکثریت قریب به اتفاق (95٪) از تمام مواد شیمیایی شناخته شده روی زمین حاوی یک یا چند اتم هیدروژن هستند.

در ترکیبات با غیر فلزات (HCl، H 2 O، CH 4 ...)، هیدروژن تنها الکترون خود را به عناصر الکترونگاتیو بیشتری می دهد و حالت اکسیداسیون 1+ را نشان می دهد (اغلب) و فقط پیوندهای کووالانسی تشکیل می دهد (به کووالانس مراجعه کنید). رابطه، رشته).

در ترکیبات با فلزات (NaH، CaH 2 ...)، هیدروژن، برعکس، تنها مدار s خود را یک الکترون بیشتر می گیرد، بنابراین سعی می کند لایه الکترونی خود را کامل کند و حالت اکسیداسیون -1 را نشان می دهد (کمتر) ، اغلب یک پیوند یونی تشکیل می دهد (به پیوند یونی مراجعه کنید)، زیرا تفاوت در الکترونگاتیوی یک اتم هیدروژن و یک اتم فلز می تواند بسیار زیاد باشد.

H2

در حالت گازی، هیدروژن به شکل مولکول های دو اتمی است که یک پیوند کووالانسی غیر قطبی ایجاد می کند.

مولکول های هیدروژن:

• تحرک زیاد؛
• قدرت زیاد؛
• قطبش پذیری کم؛
• اندازه و وزن کوچک

خواص گاز هیدروژن:

• سبک ترین گاز در طبیعت، بی رنگ و بی بو؛
• کم محلول در آب و حلال های آلی؛
• در مقادیر کم در فلزات مایع و جامد (به ویژه در پلاتین و پالادیوم) حل می شود.
• مایع شدن دشوار است (به دلیل قطبش پذیری کم)؛
• دارای بالاترین رسانایی حرارتی در بین تمام گازهای شناخته شده است.
• هنگامی که گرم می شود، با بسیاری از غیر فلزات واکنش می دهد و خواص یک عامل کاهنده را نشان می دهد.
• در دمای اتاق با فلوئور واکنش می دهد (انفجار رخ می دهد): H 2 + F 2 = 2HF.
• با فلزات واکنش می دهد و هیدریدها را تشکیل می دهد و خواص اکسید کننده را نشان می دهد: H 2 + Ca = CaH 2.

در ترکیبات، هیدروژن خواص کاهشی خود را بسیار قوی تر از اکسید کننده نشان می دهد. هیدروژن پس از زغال سنگ، آلومینیوم و کلسیم قوی ترین عامل کاهنده است. خواص احیایی هیدروژن به طور گسترده در صنعت برای به دست آوردن فلزات و غیر فلزات (مواد ساده) از اکسیدها و گالیدها استفاده می شود.

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O

واکنش هیدروژن با مواد ساده

هیدروژن یک الکترون را می پذیرد و نقش را ایفا می کند عامل کاهنده، در واکنش ها:

• با اکسیژن(هنگام مشتعل یا در حضور کاتالیزور)، در نسبت 2: 1 (هیدروژن: اکسیژن) یک گاز انفجاری انفجاری تشکیل می شود: 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 + 1 O + 572 kJ
• با خاکستری(در دمای 150 تا 300 درجه سانتیگراد): H 2 0 +S ↔ H 2 + 1 S
• با کلر(هنگامی که مشتعل یا تحت تابش اشعه ماوراء بنفش است): H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H + 1 Cl
• با فلوئور: H 2 0 + F 2 \u003d 2H +1 F
• با نیتروژن(هنگامی که در حضور کاتالیزور یا در فشار بالا گرم می شود): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

هیدروژن یک الکترون اهدا می کند و این نقش را ایفا می کند عامل اکسید کننده، در واکنش های با قلیاییو خاک قلیاییفلزات برای تشکیل هیدریدهای فلزی - ترکیبات یونی نمک مانند حاوی یون های هیدرید H - مواد کریستالی ناپایدار به رنگ سفید هستند.

Ca + H 2 \u003d CaH 2 -1 2Na + H 2 0 \u003d 2NaH -1

غیر معمول است که هیدروژن حالت اکسیداسیون 1- را نشان دهد. در واکنش با آب، هیدریدها تجزیه می شوند و آب را به هیدروژن تبدیل می کنند. واکنش هیدرید کلسیم با آب به شرح زیر است:

CaH 2 -1 + 2H 2 +1 0 \u003d 2H 2 0 + Ca (OH) 2

واکنش هیدروژن با مواد پیچیده

• در دمای بالا، هیدروژن بسیاری از اکسیدهای فلزی را کاهش می دهد: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• متیل الکل در نتیجه واکنش هیدروژن با مونوکسید کربن (II) به دست می آید: 2H 2 + CO → CH 3 OH
• در واکنش های هیدروژناسیون، هیدروژن با بسیاری از مواد آلی واکنش می دهد.

با جزئیات بیشتر معادلات واکنش های شیمیایی هیدروژن و ترکیبات آن در صفحه «هیدروژن و ترکیبات آن - معادلات واکنش های شیمیایی شامل هیدروژن» در نظر گرفته شده است.

کاربرد هیدروژن

• در انرژی هسته ای از ایزوتوپ های هیدروژن استفاده می شود - دوتریوم و تریتیوم.
• در صنایع شیمیایی، هیدروژن برای سنتز بسیاری از مواد آلی، آمونیاک و کلرید هیدروژن استفاده می شود.
• در صنایع غذایی، هیدروژن در تولید چربی های جامد از طریق هیدروژنه کردن روغن های گیاهی استفاده می شود.
• برای جوشکاری و برش فلزات، از دمای احتراق بالای هیدروژن در اکسیژن (2600 درجه سانتیگراد) استفاده می شود.
• در تولید برخی از فلزات، هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می شود (به بالا مراجعه کنید).
• از آنجایی که هیدروژن یک گاز سبک است، در هوانوردی به عنوان پرکننده برای بالون ها، بالون ها، کشتی های هوایی استفاده می شود.
• به عنوان سوخت، هیدروژن مخلوط با CO استفاده می شود.

اخیراً دانشمندان توجه زیادی به جستجوی منابع جایگزین انرژی های تجدیدپذیر کرده اند. یکی از زمینه های امیدوارکننده، انرژی «هیدروژن» است که در آن از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می شود که محصول احتراق آن آب معمولی است.

روشهای تولید هیدروژن

روش های صنعتی تولید هیدروژن:

• تبدیل متان (کاهش کاتالیستی بخار آب) با بخار آب در دمای بالا (800 درجه سانتیگراد) روی کاتالیزور نیکل: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 .
• تبدیل مونوکسید کربن با بخار (t = 500 درجه سانتیگراد) در کاتالیزور Fe 2 O 3 : CO + H 2 O = CO 2 + H 2 .
• تجزیه حرارتی متان: CH 4 \u003d C + 2H 2؛
• تبدیل به گاز سوخت جامد (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• الکترولیز آب (روشی بسیار گران قیمت که در آن هیدروژن بسیار خالص به دست می آید): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

روش های آزمایشگاهی تولید هیدروژن:

• اثر روی فلزات (معمولا روی) با اسید سولفوریک هیدروکلریک یا رقیق: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2؛ Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2;
• برهمکنش بخار آب با براده های آهن داغ: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.