Թթվածինը Երկրի վրա ամենաառատ տարրն է: Ազոտի և փոքր քանակությամբ այլ գազերի հետ միասին ազատ թթվածինը կազմում է Երկրի մթնոլորտը։ Օդում նրա պարունակությունը կազմում է 20,95% ծավալով կամ 23,15% զանգվածով։ Երկրակեղևում ատոմների 58%-ը կապված թթվածնի ատոմներ են (47% ըստ զանգվածի)։ Թթվածինը ջրի մի մասն է (հիդրոսֆերայում կապված թթվածնի պաշարները չափազանց մեծ են), ժայռերի, բազմաթիվ հանքանյութերի և աղերի, և առկա է ճարպերի, սպիտակուցների և ածխաջրերի մեջ, որոնք կազմում են կենդանի օրգանիզմները: Երկրի վրա գրեթե ամբողջ ազատ թթվածինը ստեղծվում և պահվում է ֆոտոսինթեզի գործընթացի արդյունքում։

ֆիզիկական հատկություններ.

Թթվածինը անգույն, անհամ և հոտ գազ է, օդից մի փոքր ավելի ծանր: Այն փոքր-ինչ լուծվում է ջրում (31 մլ թթվածինը լուծվում է 1 լիտր ջրի մեջ 20 աստիճան ջերմաստիճանում), սակայն այն, այնուամենայնիվ, ավելի լավ է, քան մյուս մթնոլորտային գազերը, ուստի ջուրը հարստացվում է թթվածնով։ Թթվածնի խտությունը նորմալ պայմաններում 1,429 գ/լ է։ -183 0 C ջերմաստիճանի և 101,325 կՊա ճնշման դեպքում թթվածինն անցնում է հեղուկ վիճակի։ Հեղուկ թթվածինն ունի կապտավուն գույն, ներքաշվում է մագնիսական դաշտի մեջ և -218,7 ° C-ում ձևավորում է կապույտ բյուրեղներ։

Բնական թթվածինն ունի երեք իզոտոպ՝ O 16, O 17, O 18:

Ալոտրոպիա- քիմիական տարրի կարողությունը գոյություն ունենալ երկու կամ ավելի պարզ նյութերի տեսքով, որոնք տարբերվում են միայն մոլեկուլում ատոմների քանակով կամ կառուցվածքով։

Օզոն O 3 - գոյություն ունի մթնոլորտի վերին շերտում Երկրի մակերևույթից 20-25 կմ բարձրության վրա և ձևավորում է այսպես կոչված «օզոնային շերտ», որը պաշտպանում է Երկիրը Արեգակի վնասակար ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումից. գունատ մանուշակագույն, մեծ քանակությամբ թունավոր գազ՝ հատուկ, սուր, բայց հաճելի հոտով։ Հալման ջերմաստիճանը -192,7 0 C է, եռմանը՝ -111,9 0 C։ Եկեք լուծվենք ջրի մեջ ավելի լավ, քան թթվածինը։

Օզոնը ուժեղ օքսիդացնող նյութ է: Նրա օքսիդացնող ակտիվությունը հիմնված է ատոմային թթվածնի արտազատմամբ մոլեկուլի քայքայվելու ունակության վրա.

Այն օքսիդացնում է շատ պարզ և բարդ նյութեր։ Այն ձևավորում է օզոնիդներ որոշ մետաղների հետ, օրինակ՝ կալիումի օզոնիդով.

K + O 3 \u003d KO 3

Օզոնը ստացվում է հատուկ սարքերում՝ օզոնիզատորներում։ Դրանցում էլեկտրական լիցքաթափման ազդեցության տակ մոլեկուլային թթվածինը վերածվում է օզոնի.

Նմանատիպ ռեակցիա տեղի է ունենում կայծակնային արտանետումների ազդեցության տակ:

Օզոնի օգտագործումը պայմանավորված է նրա ուժեղ օքսիդացնող հատկությամբ՝ այն օգտագործվում է գործվածքները սպիտակեցնելու, խմելու ջրի ախտահանման համար, իսկ բժշկության մեջ՝ որպես ախտահանիչ:

Օզոնի մեծ քանակությամբ ներշնչումը վնասակար է. այն գրգռում է աչքերի լորձաթաղանթները և շնչառական օրգանները։

Քիմիական հատկություններ.

Այլ տարրերի (բացառությամբ ֆտորի) ատոմների հետ քիմիական ռեակցիաներում թթվածինը բացառապես օքսիդացնող հատկություն է ցուցաբերում։

Ամենակարևոր քիմիական հատկությունը գրեթե բոլոր տարրերի հետ օքսիդներ ձևավորելու ունակությունն է: Միևնույն ժամանակ, թթվածինը ուղղակիորեն փոխազդում է նյութերի մեծ մասի հետ, հատկապես երբ տաքացվում է:

Այս ռեակցիաների արդյունքում, որպես կանոն, ձևավորվում են օքսիդներ, ավելի քիչ հաճախ պերօքսիդներ.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

Թթվածինն ուղղակիորեն չի փոխազդում հալոգենների, ոսկու, պլատինի հետ, դրանց օքսիդները ստացվում են անուղղակի։ Երբ տաքացվում է, ծծումբը, ածխածինը, ֆոսֆորը այրվում են թթվածնի մեջ։

Թթվածնի փոխազդեցությունը ազոտի հետ սկսվում է միայն 1200 0 C ջերմաստիճանում կամ էլեկտրական լիցքաթափման ժամանակ.

N 2 + O 2 \u003d 2NO

Թթվածինը միանում է ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր.

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

Այս ռեակցիայի ընթացքում զգալի քանակությամբ ջերմություն է արտազատվում։

Երկու ծավալների ջրածնի խառնուրդը մեկ թթվածնի հետ պայթում է, երբ բռնկվում է. այն կոչվում է պայթուցիկ գազ։

Մթնոլորտային թթվածնի հետ շփվող շատ մետաղներ ենթարկվում են ոչնչացման՝ կոռոզիայի։ Որոշ մետաղներ նորմալ պայմաններում օքսիդանում են միայն մակերեսից (օրինակ՝ ալյումին, քրոմ)։ Ստացված օքսիդի թաղանթը կանխում է հետագա փոխազդեցությունը:

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

Բարդ նյութերը որոշակի պայմաններում փոխազդում են նաև թթվածնի հետ։ Այս դեպքում առաջանում են օքսիդներ, իսկ որոշ դեպքերում՝ օքսիդներ և պարզ նյութեր։

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

Բարդ նյութերի հետ փոխազդեցության ժամանակ թթվածինը հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ։ Նրա կարևոր հատկությունը հիմնված է թթվածնի օքսիդատիվ ակտիվության վրա՝ պահպանելու ունակության վրա այրմաննյութեր.

Թթվածինը նաև միացություն է կազմում ջրածնի հետ՝ ջրածնի պերօքսիդ H 2 O 2 - անգույն թափանցիկ հեղուկ՝ վառվող տտիպ համով, ջրում շատ լուծելի։ Քիմիապես ջրածնի պերօքսիդը շատ հետաքրքիր միացություն է։ Բնորոշ է նրա ցածր կայունությունը՝ կանգնելիս դանդաղ քայքայվում է ջրի և թթվածնի.

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

Լույսը, ջերմությունը, ալկալիների առկայությունը, օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութերի հետ շփումը արագացնում են քայքայման գործընթացը։ Ջրածնի պերօքսիդում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը = - 1, այսինքն. միջանկյալ արժեք ունի թթվածնի օքսիդացման վիճակի միջև ջրի (-2) և մոլեկուլային թթվածնի միջև (0), ուստի ջրածնի պերօքսիդը ցուցադրում է ռեդոքսային երկակիություն: Ջրածնի պերօքսիդի օքսիդացնող հատկությունները շատ ավելի ցայտուն են, քան վերականգնիչները, և դրանք հայտնվում են թթվային, ալկալային և չեզոք միջավայրերում։

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

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային Ջրածինը համեմատաբար անգործուն է, ուղղակիորեն զուգակցվում է միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի հետ, իսկ լույսի ներքո նաև քլորի հետ): Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն արձագանքում է բազմաթիվ տարրերի հետ:

Ջրածինը փոխազդում է պարզ և բարդ նյութերի հետ.

- Ջրածնի փոխազդեցությունը մետաղների հետ հանգեցնում է բարդ նյութերի՝ հիդրիդների առաջացմանը, որոնց քիմիական բանաձևերում մետաղի ատոմը միշտ առաջին տեղում է.

Բարձր ջերմաստիճանում ջրածինը ուղղակիորեն արձագանքում է որոշ մետաղներով(ալկալային, ալկալային հող և այլն), ձևավորելով սպիտակ բյուրեղային նյութեր՝ մետաղական հիդրիդներ (Li H, Na H, KH, CaH 2 և այլն):

H 2 + 2Li = 2LiH

Մետաղական հիդրիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրով` համապատասխան ալկալիների և ջրածնի ձևավորմամբ.

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

- Երբ ջրածինը փոխազդում է ոչ մետաղների հետ առաջանում են ցնդող ջրածնի միացություններ։ Ցնդող ջրածնի միացության քիմիական բանաձևում ջրածնի ատոմը կարող է լինել ինչպես առաջին, այնպես էլ երկրորդ տեղում՝ կախված PSCE-ում գտնվելու վայրից (տես սլայդի ափսեը).

1). ԹթվածնովՋրածինը ձևավորում է ջուրը.

Տեսանյութ «Ջրածնի այրում».

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

Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով (կոչվում է 2 ծավալ H 2 և 1 ծավալ O 2 խառնուրդ պայթուցիկ գազ) .

Видео «Պայթուցիկ գազի պայթյուն».

Видео «Պայթուցիկ խառնուրդի պատրաստում և պայթյուն».

2). ՀալոգեններովՋրածինը առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl

Ջրածինը պայթում է ֆտորի հետ (նույնիսկ մթության մեջ և -252°C-ում), քլորի և բրոմի հետ փոխազդում է միայն լուսավորության կամ տաքացման դեպքում, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացման դեպքում։

3). ԱզոտովՋրածինը արձագանքում է ամոնիակի ձևավորմանը.

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

միայն կատալիզատորի վրա և բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում:

4). Ջրածինը տաքացնելիս ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբով:

H 2 + S \u003d H 2 S (ջրածնի սուլֆիդ),

շատ ավելի դժվար է սելենի և թելուրի հետ:

5). մաքուր ածխածնի հետՋրածինը կարող է արձագանքել առանց կատալիզատորի միայն բարձր ջերմաստիճաններում.

2H 2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան)

- Ջրածինը մտնում է փոխարինման ռեակցիա մետաղների օքսիդներով , մինչդեռ արտադրանքներում ջուր է գոյանում, և մետաղը կրճատվում է։ Ջրածին - ցուցադրում է վերականգնող նյութի հատկությունները.

Օգտագործվում է ջրածին շատ մետաղների վերականգնման համար, քանի որ այն խլում է թթվածինը դրանց օքսիդներից.

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O և այլն:

Ջրածնի կիրառում

Տեսանյութ «Ջրածնի օգտագործումը».

Ներկայումս ջրածինը արտադրվում է հսկայական քանակությամբ։ Դրա շատ մեծ մասն օգտագործվում է ամոնիակի սինթեզի, ճարպերի հիդրոգենացման և ածխի, յուղերի և ածխաջրածինների հիդրոգենացման մեջ։ Բացի այդ, ջրածինը օգտագործվում է աղաթթվի, մեթիլային սպիրտի, հիդրոցյանաթթվի սինթեզի, մետաղների եռակցման և դարբնագործության, ինչպես նաև շիկացած լամպերի և թանկարժեք քարերի արտադրության համար։ Ջրածինը վաճառվում է բալոններում 150 ատմ-ից ավելի ճնշման տակ: Դրանք ներկված են մուգ կանաչ գույնով և մատակարարվում են կարմիր «Ջրածին» մակագրությամբ։

Ջրածինը օգտագործվում է հեղուկ ճարպերը պինդ ճարպերի վերածելու համար (ջրածինացում), ածուխի և մազութի հիդրոգենացման միջոցով հեղուկ վառելիք արտադրելու համար։ Մետաղագործության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես օքսիդների կամ քլորիդների վերականգնող նյութ՝ մետաղներ և ոչ մետաղներ (գերմանիում, սիլիցիում, գալիում, ցիրկոնիում, հաֆնիում, մոլիբդեն, վոլֆրամ և այլն) արտադրելու համար։

Ջրածնի գործնական կիրառումը բազմազան է՝ այն սովորաբար լցվում է փուչիկներով, քիմիական արդյունաբերության մեջ այն ծառայում է որպես հումք շատ կարևոր ապրանքների (ամոնիակ և այլն) արտադրության համար, սննդի արդյունաբերությունում՝ պինդ նյութերի արտադրության համար։ ճարպեր բուսական յուղերից և այլն: Բարձր ջերմաստիճանը (մինչև 2600 °C), որը ստացվում է թթվածնի մեջ ջրածինը այրելով, օգտագործվում է հրակայուն մետաղները, քվարցը և այլն հալեցնելու համար: Հեղուկ ջրածինը ամենաարդյունավետ ռեակտիվ վառելիքներից է: Ջրածնի տարեկան համաշխարհային սպառումը գերազանցում է 1 մլն տոննան։

ՍԻՄՈՒԼԱՏՈՐՆԵՐ

Թիվ 2. Ջրածին

ԱՄՐԱՑՄԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ

Առաջադրանք թիվ 1
Կազմե՛ք ջրածնի փոխազդեցության ռեակցիաների հավասարումները հետևյալ նյութերի հետ՝ F 2, Ca, Al 2 O 3, սնդիկի օքսիդ (II), վոլֆրամի օքսիդ (VI): Անվանե՛ք ռեակցիայի արտադրանքները, նշե՛ք ռեակցիաների տեսակները:

Առաջադրանք թիվ 2
Կատարեք փոխակերպումները ըստ սխեմայի.
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Առաջադրանք թիվ 3.
Հաշվե՛ք ջրի զանգվածը, որը կարելի է ստանալ 8 գ ջրածին այրելով:

Դասի նպատակը.Այս դասում դուք կսովորեք երկրի վրա կյանքի համար ամենակարևոր քիմիական տարրերի մասին՝ ջրածնի և թթվածնի մասին, կծանոթանաք դրանց քիմիական հատկություններին, ինչպես նաև դրանց ձևավորված պարզ նյութերի ֆիզիկական հատկություններին, ավելին կծանոթանաք թթվածնի դերին և ջրածինը բնության և կյանքի մարդու մեջ.

Ջրածինտիեզերքի ամենաառատ տարրն է: Թթվածինամենաառատ տարրն է երկրի վրա: Նրանք միասին ստեղծում են ջուր՝ նյութ, որը կազմում է մարդու մարմնի զանգվածի կեսից ավելին։ Թթվածինն այն գազն է, որն անհրաժեշտ է շնչելու համար, և առանց ջրի մենք չէինք կարող ապրել նույնիսկ մի քանի օր, ուստի, անկասկած, թթվածինը և ջրածինը կարելի է համարել կյանքի համար անհրաժեշտ ամենակարևոր քիմիական տարրերը։

Ջրածնի և թթվածնի ատոմների կառուցվածքը

Այսպիսով, ջրածինը ցուցաբերում է ոչ մետաղական հատկություններ։ Բնության մեջ ջրածինը հանդիպում է երեք իզոտոպների՝ պրոտիումի, դեյտերիումի և տրիտիումի տեսքով, ջրածնի իզոտոպները ֆիզիկական հատկություններով շատ տարբեր են միմյանցից, ուստի նրանց նույնիսկ վերագրվում են առանձին խորհրդանիշներ։

Եթե ​​չեք հիշում կամ չգիտեք, թե ինչ են իզոտոպները, աշխատեք «Իզոտոպները որպես մեկ քիմիական տարրի ատոմների տարատեսակներ» էլեկտրոնային ուսումնական ռեսուրսի նյութերով։ Դրանում դուք կսովորեք, թե ինչով են տարբերվում մեկ տարրի իզոտոպները միմյանցից, ինչի է հանգեցնում մի տարրի մեջ մի քանի իզոտոպների առկայությունը, ինչպես նաև կծանոթանաք մի քանի տարրերի իզոտոպների հետ։

Այսպիսով, թթվածնի հնարավոր օքսիդացման վիճակները սահմանափակվում են –2-ից +2 արժեքներով: Եթե ​​թթվածինն ընդունում է երկու էլեկտրոն (դառնում է անիոն) կամ ձևավորում է երկու կովալենտ կապ ավելի քիչ էլեկտրաբացասական տարրերով, այն անցնում է -2 օքսիդացման վիճակի։ Եթե ​​թթվածինը մի կապ է ստեղծում մեկ այլ թթվածնի ատոմի հետ, իսկ երկրորդը` պակաս էլեկտրաբացասական տարրի ատոմի հետ, այն անցնում է -1 օքսիդացման վիճակի: Ֆտորի հետ երկու կովալենտ կապ ստեղծելով (միակ տարրը, որն ունի ավելի բարձր էլեկտրաբացասական արժեք), թթվածինը անցնում է +2 օքսիդացման վիճակի։ Մեկ կապի ձևավորում մեկ այլ թթվածնի ատոմի հետ, իսկ երկրորդը ֆտորի ատոմի հետ՝ +1։ Ի վերջո, եթե թթվածինը ձևավորում է մեկ կապ ավելի քիչ էլեկտրաբացասական ատոմի և երկրորդ կապը ֆտորի հետ, ապա այն կլինի 0 օքսիդացման վիճակում:

Ջրածնի և թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները, թթվածնի ալոտրոպիան

Ջրածին- անգույն գազ՝ առանց համի և հոտի։ Շատ թեթև (14,5 անգամ ավելի թեթև, քան օդը): Ջրածնի հեղուկացման ջերմաստիճանը -252,8 ° C - գրեթե ամենացածրն է բոլոր գազերի մեջ (երկրորդը միայն հելիումից): Հեղուկ և պինդ ջրածինը շատ թեթև, անգույն նյութեր են։

ԹթվածինԱնգույն, անհոտ, անհամ գազ է, օդից մի փոքր ավելի ծանր։ -182,9 °C-ում այն ​​վերածվում է թանձր կապույտ հեղուկի, -218 °C-ում ամրանում է կապույտ բյուրեղների առաջացմամբ։ Թթվածնի մոլեկուլները պարամագնիսական են, ինչը նշանակում է, որ թթվածինը ձգվում է դեպի մագնիս: Թթվածինը վատ է լուծվում ջրում։

Ի տարբերություն ջրածնի, որը կազմում է միայն մեկ տեսակի մոլեկուլներ, թթվածինը դրսևորում է ալոտրոպիա և ձևավորում երկու տեսակի մոլեկուլներ, այսինքն՝ թթվածին տարրը կազմում է երկու պարզ նյութ՝ թթվածին և օզոն։

Քիմիական հատկություններ և պարզ նյութերի ստացում

Ջրածին.

Ջրածնի մոլեկուլում կապը միայնակ է, բայց այն բնության մեջ ամենաուժեղ միայնակ կապերից է, և այն խզելու համար շատ էներգիա է պահանջվում, այդ պատճառով ջրածինը շատ անգործուն է սենյակային ջերմաստիճանում, սակայն, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է ( կամ կատալիզատորի առկայության դեպքում ջրածինը հեշտությամբ փոխազդում է շատ պարզ և բարդ նյութերի հետ։

Ջրածինը քիմիական տեսանկյունից բնորոշ ոչ մետաղ է։ Այսինքն՝ այն կարողանում է փոխազդել ակտիվ մետաղների հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ, որոնցում ցուցաբերում է -1 օքսիդացման աստիճան։ Որոշ մետաղների հետ (լիթիում, կալցիում) փոխազդեցությունն ընթանում է նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում, բայց բավականին դանդաղ, հետևաբար, ջեռուցումն օգտագործվում է հիդրիդների սինթեզում.

,

.

Պարզ նյութերի անմիջական փոխազդեցությամբ հիդրիդների առաջացումը հնարավոր է միայն ակտիվ մետաղների համար։ Արդեն ալյումինը ուղղակիորեն չի փոխազդում ջրածնի հետ, նրա հիդրիդը ստացվում է փոխանակման ռեակցիաներով։

Ջրածինը նույնպես փոխազդում է ոչ մետաղների հետ միայն տաքանալիս։ Բացառություն են կազմում հալոգենները՝ քլորը և բրոմը, որոնց հետ ռեակցիան կարող է առաջանալ լույսի ներքո.

.

Ֆտորի հետ ռեակցիան նույնպես տաքացում չի պահանջում, այն ընթանում է պայթյունով նույնիսկ ուժեղ սառեցման և բացարձակ մթության մեջ։

Թթվածնի հետ ռեակցիան ընթանում է ճյուղավորված շղթայի մեխանիզմով, հետևաբար ռեակցիայի արագությունը արագ աճում է, իսկ թթվածնի և ջրածնի խառնուրդում 1: 2 հարաբերակցությամբ ռեակցիան ընթանում է պայթյունով (այդպիսի խառնուրդը կոչվում է «պայթուցիկ գազ» "):

.

Ծծմբի հետ ռեակցիան ընթանում է շատ ավելի հանգիստ՝ ջերմության սակավ կամ առանց ջերմության արտանետմամբ.

.

Ազոտի և յոդի հետ ռեակցիաները շրջելի են ընթանում.

,

.

Այս հանգամանքը մեծապես բարդացնում է ամոնիակի արտադրությունը արդյունաբերության մեջ. գործընթացը պահանջում է բարձր ճնշման կիրառում, որպեսզի հավասարակշռությունը խառնվի ամոնիակի առաջացման ուղղությամբ: Ջրածնի յոդը չի ստացվում ուղղակի սինթեզով, քանի որ դրա սինթեզի մի քանի շատ ավելի հարմար մեթոդներ կան։

Ջրածինը ուղղակիորեն չի փոխազդում ցածր ակտիվ ոչ մետաղների հետ (), թեև հայտնի են դրանց միացությունները։

Բարդ նյութերի հետ ռեակցիաներում ջրածինը շատ դեպքերում գործում է որպես վերականգնող նյութ։ Լուծույթներում ջրածինը կարող է նվազեցնել ցածր ակտիվ մետաղները (որոնք գտնվում են ջրածնից հետո լարումների շարքում) դրանց աղերից.

Երբ ջեռուցվում է, ջրածինը կարող է նվազեցնել շատ մետաղներ իրենց օքսիդներից: Ավելին, որքան ակտիվ է մետաղը, այնքան ավելի դժվար է այն վերականգնելը և որքան բարձր է դրա համար պահանջվող ջերմաստիճանը.

.

Ցինկից ավելի ակտիվ մետաղները գործնականում անհնար է կրճատել ջրածնով:

Ջրածինը արտադրվում է լաբորատոր պայմաններում՝ մետաղները ուժեղ թթուներով փոխազդելով։ Առավել հաճախ օգտագործվող ցինկ և աղաթթու.

Ավելի քիչ տարածված ջրի էլեկտրոլիզը ուժեղ էլեկտրոլիտների առկայության դեպքում.

Արդյունաբերության մեջ ջրածինը արտադրվում է որպես կողմնակի արտադրանք կաուստիկ սոդայի արտադրության մեջ՝ նատրիումի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզով.

Բացի այդ, ջրածինը ստացվում է նավթի վերամշակման ժամանակ։

Ջրի ֆոտոլիզի միջոցով ջրածնի արտադրությունը ապագայում ամենախոստումնալից մեթոդներից է, սակայն այս պահին այս մեթոդի արդյունաբերական կիրառումը դժվար է։

Էլեկտրոնային կրթական ռեսուրսների նյութերի հետ աշխատանք Լաբորատոր աշխատանք «Ջրածնի ստացումը և հատկությունները» և «Ջրածնի նվազեցման հատկությունները» լաբորատոր աշխատանք. Իմացեք Kipp ապարատի և Կիրյուշկինի ապարատի աշխատանքի սկզբունքը: Մտածեք, թե որ դեպքերում է ավելի հարմար օգտագործել Kipp ապարատը, և որում՝ Կիրյուշկինը: Ի՞նչ հատկություններ է ցուցաբերում ջրածինը ռեակցիաներում:

Թթվածին.

Թթվածնի մոլեկուլում կապը կրկնակի է և շատ ամուր։ Հետևաբար, թթվածինը բավականին անգործուն է սենյակային ջերմաստիճանում: Այնուամենայնիվ, երբ տաքացվում է, այն սկսում է դրսևորել ուժեղ օքսիդացնող հատկություններ:

Թթվածինն առանց տաքացման արձագանքում է ակտիվ մետաղների (ալկալիների, ալկալային հողի և որոշ լանտանիդների) հետ.

Երբ տաքացվում է, թթվածինը փոխազդում է մետաղների մեծ մասի հետ՝ առաջացնելով օքսիդներ.

,

,

.

Արծաթը և պակաս ակտիվ մետաղները թթվածնով չեն օքսիդանում։

Թթվածինը նաև փոխազդում է ոչ մետաղների մեծ մասի հետ՝ առաջացնելով օքսիդներ.

,

,

.

Ազոտի հետ փոխազդեցությունը տեղի է ունենում միայն շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում՝ մոտ 2000 °C:

Թթվածինը չի փոխազդում քլորի, բրոմի և յոդի հետ, թեև դրանց օքսիդներից շատերը կարելի է ստանալ անուղղակիորեն։

Թթվածնի փոխազդեցությունը ֆտորի հետ կարող է իրականացվել գազերի խառնուրդի միջով էլեկտրական լիցքաթափման միջոցով.

.

Թթվածին(II) ֆտորիդը անկայուն միացություն է, հեշտությամբ քայքայվող և շատ ուժեղ օքսիդացնող նյութ:

Լուծումների մեջ թթվածինը ուժեղ, թեև դանդաղ, օքսիդացնող նյութ է: Որպես կանոն, թթվածինը նպաստում է մետաղների անցմանը ավելի բարձր օքսիդացման վիճակների.

Թթվածնի առկայությունը հաճախ թույլ է տալիս թթուներում լուծել մետաղները, որոնք գտնվում են ջրածնից անմիջապես հետո լարման շարքում.

Երբ տաքացվում է, թթվածինը կարող է օքսիդացնել ցածր մետաղական օքսիդները.

.

Արդյունաբերության մեջ թթվածինը քիմիապես չի ստացվում, այն ստացվում է օդից՝ թորման միջոցով։

Լաբորատորիայում օգտագործվում են թթվածնով հարուստ միացությունների՝ նիտրատների, քլորատների, պերմանգանատների տարրալուծման ռեակցիաները տաքացնելիս.

Դուք կարող եք նաև թթվածին ստանալ ջրածնի պերօքսիդի կատալիտիկ տարրալուծմամբ.

Բացի այդ, վերը նշված ջրի էլեկտրոլիզի ռեակցիան կարող է օգտագործվել թթվածին արտադրելու համար:

Աշխատեք էլեկտրոնային ուսումնական ռեսուրսի նյութերով Լաբորատոր աշխատանք «Թթվածնի արտադրությունը և դրա հատկությունները».

Ինչպե՞ս է կոչվում լաբորատոր աշխատանքներում օգտագործվող թթվածնի հավաքման մեթոդը: Գազերի հավաքման ի՞նչ այլ եղանակներ կան և որոնք են հարմար թթվածին հավաքելու համար:

Առաջադրանք 1. Դիտեք «Կալիումի պերմանգանատի տարրալուծումը տաքացնելիս» տեսահոլովակը.

Պատասխանել հարցերին:

1. 1. Ռեակցիայի պինդ արգասիքներից ո՞րն է լուծելի ջրում.
   2. Ի՞նչ գույնի է կալիումի պերմանգանատի լուծույթը:
   3. Ո՞րն է կալիումի մանգանատի լուծույթի գույնը:

Գրի՛ր ընթացող ռեակցիաների հավասարումները: Հավասարեցրեք դրանք էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով:

Քննարկեք առաջադրանքը ուսուցչի հետ տեսանկարահանման սենյակում կամ դրա ներսում:

Օզոն.

Օզոնի մոլեկուլը եռատոմային է, և դրանում եղած կապերն ավելի քիչ ամուր են, քան թթվածնի մոլեկուլում, ինչը հանգեցնում է օզոնի ավելի մեծ քիմիական ակտիվության.

Օզոնը կարող է հեշտությամբ օքսիդացնել ազոտի օքսիդը (IV) ազոտի օքսիդի (V), իսկ ծծմբի օքսիդը (IV) ծծմբի օքսիդի (VI) առանց կատալիզատորի.

Օզոնը աստիճանաբար քայքայվում է՝ ձևավորելով թթվածին.

Օզոն արտադրելու համար օգտագործվում են հատուկ սարքեր՝ օզոնիզատորներ, որոնցում թթվածնի միջով անցնում է փայլուն արտանետում։

Լաբորատորիայում փոքր քանակությամբ օզոն ստանալու համար երբեմն օգտագործվում են պերօքսո միացությունների և որոշ ավելի բարձր օքսիդների տարրալուծման ռեակցիաներ, երբ տաքացվում են.

Աշխատեք էլեկտրոնային կրթական ռեսուրսի նյութերով Լաբորատոր աշխատանք «Օզոնի ստացում և նրա հատկությունների ուսումնասիրություն».

Բացատրեք, թե ինչու է ինդիգո լուծույթը դառնում անգույն: Գրե՛ք այն ռեակցիաների հավասարումները, որոնք տեղի են ունենում կապարի նիտրատի և նատրիումի սուլֆիդի լուծույթները խառնելիս և ստացված կախույթի միջով օզոնացված օդն անցնելիս: Գրե՛ք իոնափոխանակման ռեակցիայի իոնային հավասարումներ: Redox ռեակցիայի համար կատարել էլեկտրոնային հաշվեկշիռ:

Քննարկեք առաջադրանքը ուսուցչի հետ տեսանկարահանման սենյակում կամ դրա ներսում:

Ջրի քիմիական հատկությունները

Ջրի ֆիզիկական հատկությունները և դրա նշանակությունը ավելի լավ հասկանալու համար աշխատեք էլեկտրոնային կրթական ռեսուրսների նյութերի հետ՝ «Ջրի անոմալ հատկությունները» և «Ջուրը Երկրի ամենակարևոր հեղուկն է»։

Ջուրը մեծ նշանակություն ունի ցանկացած կենդանի օրգանիզմի համար. իրականում շատ կենդանի օրգանիզմներ կազմված են ավելի քան կես ջրից: Ջուրն ամենաբազմակողմանի լուծիչներից է (բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում նրա՝ որպես լուծիչի հնարավորությունները զգալիորեն մեծանում են): Քիմիական տեսանկյունից ջուրը ջրածնի օքսիդ է, մինչդեռ ջրային լուծույթում այն ​​տարանջատվում է (թեև շատ փոքր չափով) ջրածնի կատիոնների և հիդրօքսիդի անիոնների.

.

Ջուրը փոխազդում է բազմաթիվ մետաղների հետ։ Ակտիվ (ալկալային, հողալկալիական և որոշ լանտանիդների հետ) ջուրը արձագանքում է առանց տաքացման.

Ավելի քիչ ակտիվ փոխազդեցություն է տեղի ունենում, երբ ջեռուցվում է:

Ընդհանուր և անօրգանական քիմիա

Դասախոսություն 6. Ջրածին և թթվածին. Ջուր. Ջրածնի պերօքսիդ.

Ջրածին

Ջրածնի ատոմը քիմիայի ամենապարզ առարկան է։ Խստորեն ասած, նրա իոնը՝ պրոտոնը, էլ ավելի պարզ է։ Առաջին անգամ նկարագրվել է 1766 թվականին Քավենդիշի կողմից։ Անունը հունարենից. «հիդրոգեններ»՝ առաջացնող ջուր։

Ջրածնի ատոմի շառավիղը մոտավորապես 0,5 * 10-10 մ է, իսկ նրա իոնը (պրոտոնը) 1,2 * 10-15 մ է կամ ժամը 50-ից մինչև 1,2 * 10-3 pm կամ 50 մետրից (SCA անկյունագծով) մինչև 1 մմ.

Հաջորդ 1s տարրը՝ լիթիումը, փոխվում է միայն 155 pm-ից մինչև 68 pm Li+-ի համար: Ատոմի և նրա կատիոնի չափերի նման տարբերությունը (5 կարգի մեծություն) եզակի է։

Պրոտոնի փոքր չափի պատճառով փոխանակումը ջրածնային կապ, հիմնականում թթվածնի, ազոտի և ֆտորի ատոմների միջև։ Ջրածնային կապերի ուժը 10–40 կՋ/մոլ է, ինչը շատ ավելի քիչ է, քան սովորական կապերի մեծամասնության խզման էներգիան (օրգանական մոլեկուլներում 100–150 կՋ/մոլ), բայց ավելին է, քան 370 C ջերմաստիճանում ջերմային շարժման միջին կինետիկ էներգիան։ (4 կՋ/մոլ): Արդյունքում կենդանի օրգանիզմում ջրածնային կապերը շրջելիորեն կոտրվում են՝ ապահովելով կենսական գործընթացների հոսքը։

Ջրածինը հալվում է 14 Կ–ում, եռում է 20,3 Կ–ում (ճնշումը՝ 1 ատմ), հեղուկ ջրածնի խտությունը կազմում է ընդամենը 71 գ/լ (ջրից 14 անգամ թեթև)։

Հազվագյուտ միջաստղային միջավայրում հայտնաբերվել են գրգռված ջրածնի ատոմներ՝ անցումներով մինչև n 733 → 732՝ 18 մ ալիքի երկարությամբ, որը համապատասխանում է 0,1 մմ կարգի Բորի շառավղին (r = n2 * 0,5 * 10-10 մ): (!):

Տիեզերքում ամենատարածված տարրը (ատոմների 88,6%-ը, ատոմների 11,3%-ը հելիում են, և միայն 0,1%-ը՝ մնացած բոլոր տարրերի ատոմները)։

4 H → 4 He + 26,7 MeV 1 eV = 96,48 կՋ / մոլ

Քանի որ պրոտոնները պտտվում են 1/2, ջրածնի մոլեկուլների երեք տեսակ կա.

orthohydrogen o-H2 զուգահեռ միջուկային սպիններով, parahydrogen n-H2 հետ հակազուգահեռ spins եւ նորմալ n-H2 - խառնուրդ 75% ortho-hydrogen եւ 25% para-hydrogen. o-H2 → p-H2-ի փոխակերպման ժամանակ անջատվում է 1418 Ջ/մոլ։

Օրթո- և պարահիդրոգենի հատկությունները

Քանի որ ջրածնի ատոմային զանգվածը նվազագույն հնարավորն է, դրա իզոտոպները՝ դեյտերիում D (2 H) և տրիտիում T (3 H) ֆիզիկական և քիմիական հատկություններով զգալիորեն տարբերվում են պրոտիում 1 H-ից: Օրինակ, օրգանական միացության ջրածիններից մեկի փոխարինումը դեյտերիումով զգալիորեն ազդում է նրա թրթռումային (ինֆրակարմիր) սպեկտրի վրա, ինչը հնարավորություն է տալիս հաստատել բարդ մոլեկուլների կառուցվածքը։ Նմանատիպ փոխարինումները («պիտակավորված ատոմի մեթոդ») օգտագործվում են նաև բարդույթների մեխանիզմները հաստատելու համար

քիմիական և կենսաքիմիական գործընթացներ. Նշված ատոմների մեթոդը հատկապես զգայուն է, երբ պրոտիումի փոխարեն օգտագործվում է ռադիոակտիվ տրիտում (β-քայքայում, կիսամյակը 12,5 տարի):

Պրոտիումի և դեյտերիումի հատկությունները

					Խտություն, գ/լ (20 Կ)
Հիմնական մեթոդ ջրածնի արտադրությունարդյունաբերության մեջ՝ մեթանի փոխակերպում
կամ ածուխի խոնավացում 800-11000 C ջերմաստիճանում (կատալիզատոր).
CH4 + H2 O = CO + 3 H2				10000 C-ից բարձր
«Ջրային գազ»՝ C + H2 O = CO + H2
Այնուհետեւ CO-ի փոխարկումը՝ CO + H2 O = CO2 + H2						4000 C, կոբալտի օքսիդներ

Ընդհանուր՝ C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

Ջրածնի այլ աղբյուրներ:

Կոքսի վառարանի գազ՝ մոտ 55% ջրածին, 25% մեթան, մինչև 2% ծանր ածխաջրածիններ, 4-6% CO, 2% CO2, 10-12% ազոտ։

Ջրածինը որպես այրման արտադրանք.

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

1 կգ պիրոտեխնիկական խառնուրդի դիմաց արտանետվում է մինչև 370 լիտր ջրածին։

Պարզ նյութի տեսքով ջրածինը օգտագործվում է ամոնիակի և բուսական ճարպերի հիդրոգենացման (կարծրացման), որոշ մետաղների (մոլիբդենի, վոլֆրամի) օքսիդներից վերացման համար, հիդրիդների (LiH, CaH2) արտադրության համար։

LiAlH4):

Ռեակցիայի էթալպիան. H. + H. = H2 -436 կՋ/մոլ է, ուստի ատոմային ջրածինը օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանի նվազեցնող «բոց» առաջացնելու համար («Լանգմյուիր այրիչ»): Էլեկտրական աղեղում ջրածնի շիթը ատոմացվում է 35000 C ջերմաստիճանում 30%-ով, այնուհետև ատոմների վերահամակցմամբ հնարավոր է հասնել 50000 C։

Հեղուկ ջրածինը որպես վառելիք օգտագործվում է հրթիռներում (տես թթվածին)։ Ցամաքային տրանսպորտի համար խոստանալով էկոլոգիապես մաքուր վառելիք; փորձարկումներ են կատարվում ջրածնի մետաղի հիդրիդային մարտկոցների օգտագործման վերաբերյալ։ Օրինակ, LaNi5 համաձուլվածքը կարող է կլանել 1,5-2 անգամ ավելի շատ ջրածին, քան պարունակվում է հեղուկ ջրածնի նույն ծավալում (ինչպես համաձուլվածքի ծավալը):

Թթվածին

Համաձայն այժմ ընդհանուր ընդունված տվյալների՝ թթվածինը հայտնաբերվել է 1774 թվականին Ջ. Պրիստլիի և ինքնուրույն՝ Կ. Շեյլի կողմից։ Թթվածնի հայտնաբերման պատմությունը գիտության զարգացման վրա պարադիգմների ազդեցության լավ օրինակ է (տես Հավելված 1):

Ըստ երևույթին, իրականում թթվածինը հայտնաբերվել է պաշտոնական ժամկետից շատ ավելի վաղ։ 1620 թվականին ցանկացած մարդ կարող էր վարել Թեմզայի երկայնքով (Թեմզայում) սուզանավով, որը նախագծել էր Կոռնելիուս վան Դրեբելը: Նավը ջրի տակ է շարժվել տասնյակ թիավարների ջանքերի շնորհիվ։ Բազմաթիվ ականատեսների վկայությամբ՝ սուզանավի գյուտարարը հաջողությամբ լուծել է շնչառության խնդիրը՝ քիմիական միջոցներով «թարմացնելով» դրա օդը։ Ռոբերտ Բոյլը գրել է 1661 թվականին. «... Բացի նավի մեխանիկական կառուցվածքից, գյուտարարն ուներ քիմիական լուծույթ (լիկյոր), որը նա

համարվել է սկուբա սուզվելու գլխավոր գաղտնիքը: Եվ երբ ժամանակ առ ժամանակ նա համոզվում էր, որ օդի շնչառական մասն արդեն սպառվել է և դժվարացնում է նավակում գտնվող մարդկանց շնչելը, նա կարող էր, բացելով այս լուծույթով լցված անոթը, արագորեն օդը լիցքավորել։ կենսական մասերի այնպիսի պարունակություն, որը այն կրկին հարմար կդարձներ շնչելու համար բավական երկար ժամանակ:

Հանգիստ վիճակում գտնվող առողջ մարդը օրական մոտ 7200 լիտր օդ է մղում իր թոքերով՝ անդառնալիորեն ընդունելով 720 լիտր թթվածին։ 6 մ3 ծավալով փակ սենյակում առանց օդափոխության մարդը կարող է գոյատևել մինչև 12 ժամ, իսկ ֆիզիկական աշխատանքի ժամանակ՝ 3-4 ժամ։ Շնչառության դժվարության հիմնական պատճառը ոչ թե թթվածնի պակասն է, այլ ածխածնի երկօքսիդի կուտակում 0,3-ից մինչև 2,5%:

Երկար ժամանակ թթվածին ստանալու հիմնական մեթոդը «բարիումի» ցիկլն էր (թթվածին ստանալը Բրին մեթոդով).

BaSO4 -t-→ BaO + SO3;

5000C ->

BaO + 0,5 O2 ====== BaO2<- 7000 C

Դրեբելի գաղտնի լուծույթը կարող է լինել ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ՝ BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

Պիրոմախառնուրդի այրման ժամանակ թթվածին ստանալը՝ NaClO3 = NaCl + 1,5 O2 + 50,5 կՋ.

Մինչև 80% NaClO3, մինչև 10% երկաթի փոշի, 4% բարիումի պերօքսիդ և ապակե բուրդ պարունակող խառնուրդում։

Թթվածնի մոլեկուլը պարամագնիսական է (գործնականում բիռադիկալ), հետևաբար նրա ակտիվությունը բարձր է։ Օրգանական նյութերը օդում օքսիդացվում են պերօքսիդի առաջացման փուլով։

Թթվածինը հալվում է 54,8 Կ–ում և եռում 90,2 Կ–ում։

Թթվածնի տարրի ալոտրոպ մոդիֆիկացիան օզոն O3 նյութն է։ Երկրի կենսաբանական օզոնային պաշտպանությունը չափազանց կարևոր է։ 20-25 կմ բարձրության վրա հավասարակշռություն է հաստատվում.

Ուլտրամանուշակագույն<280 нм		Ուլտրամանուշակագույն 280-320 նմ
O2 ----> 2 O*	O* + O2 + M --> O3	O3-------	> O2 + O
	(M - N2, Ar)

1974 թվականին պարզվեց, որ ատոմային քլորը, որը ձևավորվում է ավելի քան 25 կմ բարձրության վրա գտնվող ֆրեոններից, կատալիզացնում է օզոնի քայքայումը՝ կարծես փոխարինելով «օզոն» ուլտրամանուշակագույնին։ Այս ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը կարող է առաջացնել մաշկի քաղցկեղ (ԱՄՆ-ում տարեկան մինչև 600,000 դեպք): Աերոզոլային տարաներում ֆրեոնների արգելքը ԱՄՆ-ում գործում է 1978 թվականից։

1990 թվականից ի վեր արգելված նյութերի ցանկում (92 երկրներում) ներառված են CH3 CCl3, CCl4, քլորբրոմածխաջրածինները, որոնց արտադրությունը կրճատվել է մինչև 2000 թվականը:

Ջրածնի այրումը թթվածնի մեջ

Արձագանքը շատ բարդ է (սխեման դասախոսություն 3-ում), ուստի երկար ուսումնասիրություն էր պահանջվում մինչև գործնական կիրառումը սկսելը:

1969 թվականի հուլիսի 21-ին Լուսնի վրա քայլեց առաջին երկրացին` Ն. Արմսթրոնգը: Saturn-5 հրթիռային մեքենան (նախագծված է Վերնհեր ֆոն Բրաունի կողմից) բաղկացած է երեք փուլից։ Առաջինում՝ կերոսին և թթվածին, երկրորդում և երրորդում՝ հեղուկ ջրածին և թթվածին։ Ընդհանուր 468 տոննա հեղուկ O2 և H2: Կատարվել է 13 հաջող արձակում։

1981 թվականի ապրիլից ԱՄՆ-ում գործում է Տիեզերական մաքոքը՝ 713 տոննա հեղուկ O2 և H2, ինչպես նաև պինդ շարժիչի երկու ուժեղացուցիչ՝ յուրաքանչյուրը 590 տոննա (պինդ վառելիքի ընդհանուր զանգվածը 987 տոննա է)։ Առաջին 40 կմ վերելքը դեպի TTU, 40-ից 113 կմ շարժիչները աշխատում են ջրածնի և թթվածնի վրա:

1987 թվականի մայիսի 15-ին Էներգիայի առաջին արձակումը, 1988 թվականի նոյեմբերի 15-ին՝ Բուրանի առաջին և միակ թռիչքը։ Գործարկման քաշը 2400 տոննա է, վառելիքի զանգվածը (կերոսին

կողային խցիկներ, հեղուկ O2 և H2) 2000 տոննա Շարժիչի հզորությունը 125000 ՄՎտ, օգտակար բեռնվածությունը 105 տոննա.

Այրումը միշտ չէ, որ եղել է վերահսկվող և հաջող։

1936 թվականին կառուցվել է աշխարհի ամենամեծ ջրածնային դիրիժոր LZ-129 «Hindenburg»-ը։ Ծավալը 200000 մ3 է, երկարությունը՝ մոտ 250 մ, տրամագիծը՝ 41,2 մ, արագությունը՝ 135 կմ/ժ՝ 1100 ձիաուժ հզորությամբ 4 շարժիչների շնորհիվ, ծանրաբեռնվածությունը՝ 88 տոննա, օդանավը կատարել է 37 թռիչք Ատլանտյան օվկիանոսով և փոխադրել է ավելի քան 3 հազար ուղևոր։

1937 թվականի մայիսի 6-ին ԱՄՆ-ում նավարկելիս օդանավը պայթեց և այրվեց։ Հնարավոր պատճառներից մեկը դիվերսիա է:

1986 թվականի հունվարի 28-ին թռիչքի 74-րդ վայրկյանին Չելենջերը պայթեց յոթ տիեզերագնացներով՝ Shuttle համակարգի 25-րդ թռիչքը: Պատճառը պինդ շարժիչի խթանիչի թերությունն է:

Ցուցադրում:

պայթուցիկ գազի պայթյուն (ջրածնի և թթվածնի խառնուրդ)

վառելիքի բջիջներ

Այս այրման ռեակցիայի տեխնիկապես կարևոր տարբերակն է գործընթացի բաժանումը երկուսի.

ջրածնի էլեկտրաօքսիդացում (անոդ)՝ 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

թթվածնի էլեկտրավերականգնում (կաթոդ)՝ O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

Այն համակարգը, որում իրականացվում է նման «այրումը». Վառելիքային էլեմենտ. Արդյունավետությունը շատ ավելի բարձր է, քան ջերմային էլեկտրակայանները, քանի որ չկա

ջերմության առաջացման հատուկ փուլ. Առավելագույն արդյունավետություն = ∆G/∆H; ջրածնի այրման համար ստացվում է 94%։

Էֆեկտը հայտնի է 1839 թվականից, սակայն ներդրվել են առաջին գործնականում աշխատող վառելիքի բջիջները

20-րդ դարի վերջին տիեզերքում («Երկվորյակ», «Ապոլոն», «Շաթլ» - ԱՄՆ, «Բուրան» - ԽՍՀՄ):

Վառելիքի բջիջների հեռանկարները [17]

Ballard Power Systems-ի ներկայացուցիչը, ելույթ ունենալով Վաշինգտոնում գիտական ​​կոնֆերանսում, ընդգծեց, որ վառելիքի բջջային շարժիչը կդառնա կոմերցիոն առումով կենսունակ, երբ այն բավարարի չորս հիմնական չափանիշներին. ցուրտ եղանակին.. Վառելիքի բջիջների գործարանի արտադրած մեկ կիլովատ էներգիայի արժեքը պետք է կրճատվի մինչև 30 դոլար: Համեմատության համար նշենք, որ 2004 թվականին նույն ցուցանիշը կազմել է 103 դոլար, իսկ 2005 թվականին ակնկալվում է 80 դոլար։ Այս գնին հասնելու համար անհրաժեշտ է տարեկան արտադրել առնվազն 500 հազար շարժիչ։ Եվրոպացի գիտնականներն ավելի զգուշավոր են կանխատեսումներում և կարծում են, որ ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ ջրածնային վառելիքի բջիջների կոմերցիոն օգտագործումը կսկսվի 2020 թվականից ոչ շուտ։

• Նշանակում - H (Ջրածին);
• Լատինական անուն - Hydrogenium;
• Ժամանակաշրջան - I;
• Խումբ - 1 (Ia);
• Ատոմային զանգված - 1,00794;
• Ատոմային համարը - 1;
• Ատոմի շառավիղ = 53 pm;
• Կովալենտ շառավիղ = 32 pm;
• Էլեկտրոնների բաշխումը - 1s 1;
• հալման կետ = -259,14 ° C;
• եռման կետ = -252,87 ° C;
• Էլեկտրոնեգատիվություն (ըստ Պաուլինգի / ըստ Ալպրեդի և Ռոխովի) \u003d 2.02 / -;
• Օքսիդացման վիճակը՝ +1; 0; -1;
• Խտություն (n.a.) \u003d 0,0000899 գ / սմ 3;
• Մոլային ծավալը = 14,1 սմ 3 / մոլ:

Թթվածնի հետ ջրածնի երկուական միացություններ.

Ջրածինը («ջուր ծնող») հայտնաբերել է անգլիացի գիտնական Գ.Քավենդիշը 1766 թվականին։ Սա բնության ամենապարզ տարրն է. ջրածնի ատոմն ունի միջուկ և մեկ էլեկտրոն, հավանաբար այդ պատճառով ջրածինը տիեզերքի ամենատարածված տարրն է (աստղերի զանգվածի կեսից ավելին):

Ջրածնի մասին կարելի է ասել, որ «կծիկը փոքր է, բայց թանկ»։ Չնայած իր «պարզությանը», ջրածինը էներգիա է տալիս Երկրի վրա գտնվող բոլոր կենդանի էակներին. Արեգակի վրա տեղի է ունենում շարունակական ջերմամիջուկային ռեակցիա, որի ընթացքում ջրածնի չորս ատոմներից ձևավորվում է հելիումի մեկ ատոմ, այս գործընթացն ուղեկցվում է հսկայական քանակության արտազատմամբ։ էներգիա (մանրամասների համար տե՛ս Միջուկային միաձուլում):

Երկրակեղևում ջրածնի զանգվածային բաժինը կազմում է ընդամենը 0,15%: Մինչդեռ Երկրի վրա հայտնի բոլոր քիմիական նյութերի ճնշող մեծամասնությունը (95%) պարունակում է մեկ կամ մի քանի ջրածնի ատոմ:

Ոչ մետաղներով միացություններում (HCl, H 2 O, CH 4 ...) ջրածինը զիջում է իր միակ էլեկտրոնը ավելի էլեկտրաբացասական տարրերին, ցույց տալով +1 օքսիդացման աստիճան (ավելի հաճախ), առաջացնելով միայն կովալենտային կապեր (տես Կովալենտ): պարտատոմս):

Մետաղների հետ միացություններում (NaH, CaH 2 ...) ջրածինը, ընդհակառակը, վերցնում է իր միակ s ուղեծրը ևս մեկ էլեկտրոն, այդպիսով փորձելով լրացնել իր էլեկտրոնային շերտը, ցույց տալով -1 օքսիդացման աստիճան (ավելի հաճախ): , ավելի հաճախ առաջացնելով իոնային կապ (տես Իոնային կապ), քանի որ ջրածնի ատոմի և մետաղի ատոմի էլեկտրաբացասականության տարբերությունը կարող է բավականին մեծ լինել։

Հ2

Գազային վիճակում ջրածինը երկատոմային մոլեկուլների տեսքով է՝ առաջացնելով ոչ բևեռային կովալենտային կապ։

Ջրածնի մոլեկուլներն ունեն.

• մեծ շարժունակություն;
• մեծ ուժ;
• ցածր բևեռացում;
• փոքր չափը և քաշը:

Ջրածնի գազի հատկությունները.

• բնության մեջ ամենաթեթև գազը՝ անգույն և առանց հոտի;
• վատ լուծվող ջրի և օրգանական լուծիչների մեջ;
• փոքր քանակությամբ լուծվում է հեղուկ և պինդ մետաղներում (հատկապես պլատինում և պալադիումում);
• դժվար է հեղուկացնել (դրա ցածր բևեռացման պատճառով);
• ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը բոլոր հայտնի գազերից.
• երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ ոչ մետաղների հետ՝ ցույց տալով վերականգնող նյութի հատկությունները.
• սենյակային ջերմաստիճանում այն ​​արձագանքում է ֆտորին (պայթյուն է տեղի ունենում). H 2 + F 2 = 2HF;
• փոխազդում է մետաղների հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ՝ ցուցադրելով օքսիդացնող հատկություններ՝ H 2 + Ca = CaH 2;

Միացություններում ջրածինը շատ ավելի ուժեղ է ցուցադրում իր վերականգնող հատկությունները, քան օքսիդացնողները։ Ջրածինը ածուխից, ալյումինից և կալցիումից հետո ամենաուժեղ վերականգնող նյութն է: Ջրածնի վերականգնող հատկությունները լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության մեջ՝ օքսիդներից և գալլիդներից մետաղներ և ոչ մետաղներ (պարզ նյութեր) ստանալու համար։

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

Ջրածնի ռեակցիաները պարզ նյութերի հետ

Ջրածինը ընդունում է էլեկտրոն՝ խաղալով դերը նվազեցնող միջոց, ռեակցիաներում.

• Հետ թթվածին(բռնկվելիս կամ կատալիզատորի առկայության դեպքում) 2:1 հարաբերակցությամբ (ջրածին:թթվածին) առաջանում է պայթուցիկ պայթեցնող գազ՝ 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 կՋ.
• Հետ մոխրագույն(երբ տաքացվում է մինչև 150°C-300°C)՝ H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Հետ քլորին(երբ բոցավառվում կամ ճառագայթվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով) H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• Հետ ֆտորին H 2 0 + F 2 \u003d 2H +1 F
• Հետ ազոտ(կատալիզատորների առկայության կամ բարձր ճնշման դեպքում տաքացնելիս)՝ 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Ջրածինը նվիրում է էլեկտրոն՝ խաղալով դերը օքսիդացնող նյութհետ ռեակցիաներում ալկալայինԵվ ալկալային երկիրմետաղներ՝ մետաղական հիդրիդներ առաջացնելու համար՝ աղի նման իոնային միացություններ, որոնք պարունակում են հիդրիդային իոններ H, սպիտակ գույնի անկայուն բյուրեղային նյութեր են:

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

Հազվադեպ է, երբ ջրածինը ցուցադրում է -1 օքսիդացման վիճակ: Արձագանքելով ջրի հետ՝ հիդրիդները քայքայվում են՝ ջուրը վերածելով ջրածնի։ Կալցիումի հիդրիդի արձագանքը ջրի հետ հետևյալն է.

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

Ջրածնի ռեակցիաները բարդ նյութերի հետ

• բարձր ջերմաստիճանում ջրածինը նվազեցնում է շատ մետաղական օքսիդներ՝ ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• մեթիլ սպիրտ ստացվում է ջրածնի ածխածնի երկօքսիդի (II) ռեակցիայի արդյունքում՝ 2H 2 + CO → CH 3 OH.
• Ջրածինացման ռեակցիաներում ջրածինը փոխազդում է բազմաթիվ օրգանական նյութերի հետ։

Ավելի մանրամասն ջրածնի և նրա միացությունների քիմիական ռեակցիաների հավասարումները դիտարկված են «Ջրածինը և նրա միացությունները. ջրածնի հետ կապված քիմիական ռեակցիաների հավասարումներ» էջում։

Ջրածնի կիրառում

• միջուկային էներգիայի մեջ օգտագործվում են ջրածնի իզոտոպներ՝ դեյտերիում և տրիտում.
• Քիմիական արդյունաբերության մեջ ջրածինը օգտագործվում է բազմաթիվ օրգանական նյութերի, ամոնիակի և ջրածնի քլորիդի սինթեզի համար.
• սննդի արդյունաբերության մեջ ջրածինը օգտագործվում է պինդ ճարպերի արտադրության մեջ՝ բուսական յուղերի հիդրոգենացման միջոցով.
• մետաղների եռակցման և կտրման համար օգտագործվում է թթվածնի մեջ ջրածնի բարձր այրման ջերմաստիճան (2600 ° C);
• որոշ մետաղների արտադրության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես վերականգնող նյութ (տես վերևում);
• քանի որ ջրածինը թեթև գազ է, այն օգտագործվում է օդագնացության մեջ՝ որպես օդապարիկների, օդապարիկների, օդանավերի լցոնիչ.
• Որպես վառելիք՝ ջրածինը օգտագործվում է CO-ի հետ խառնված։

Վերջերս գիտնականները մեծ ուշադրություն են դարձնում վերականգնվող էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրների որոնմանը։ Խոստումնալից ոլորտներից է «ջրածնի» էներգիան, որում որպես վառելիք օգտագործվում է ջրածինը, որի այրման արտադրանքը սովորական ջուրն է։

Ջրածնի արտադրության մեթոդներ

Ջրածնի արտադրության արդյունաբերական մեթոդներ.

• մեթանի փոխակերպում (ջրի գոլորշիների կատալիտիկ նվազեցում) ջրի գոլորշիով բարձր ջերմաստիճանում (800°C) նիկելի կատալիզատորի վրա՝ CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• ածխածնի երկօքսիդի փոխակերպումը գոլորշու հետ (t=500°C) Fe 2 O 3 կատալիզատորի վրա՝ CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• մեթանի ջերմային տարրալուծում. CH 4 \u003d C + 2H 2;
• պինդ վառելիքի գազաֆիկացում (t=1000°C)՝ C + H 2 O = CO + H 2 ;
• ջրի էլեկտրոլիզ (շատ թանկ մեթոդ, որով ստացվում է շատ մաքուր ջրածին)՝ 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներ.

• ազդեցություն մետաղների վրա (սովորաբար ցինկ) հիդրոքլորային կամ նոսր ծծմբաթթվի հետ՝ Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2;
• ջրի գոլորշիների փոխազդեցությունը տաք երկաթի բեկորների հետ. 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2: