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:
- Ռեակցիայի պինդ արգասիքներից ո՞րն է լուծելի ջրում.
- Ի՞նչ գույնի է կալիումի պերմանգանատի լուծույթը:
- 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:
Պարբերական համակարգում ջրածինը գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք բացարձակապես հակադիր են իրենց հատկություններով։ Այս հատկությունը դարձնում է այն ամբողջովին եզակի: Ջրածինը ոչ միայն տարր է կամ նյութ, այլ նաև շատ բարդ միացությունների բաղադրիչ, օրգանածին և կենսագեն տարր: Հետևաբար, մենք ավելի մանրամասն ենք համարում դրա հատկությունները և բնութագրերը:
Մետաղների և թթուների փոխազդեցության ժամանակ այրվող գազի արտազատումը նկատվել է դեռևս 16-րդ դարում, այսինքն՝ քիմիայի՝ որպես գիտության ձևավորման ժամանակ։ Հայտնի անգլիացի գիտնական Հենրի Քավենդիշը 1766 թվականից սկսած ուսումնասիրել է նյութը և տվել այն «այրվող օդ» անվանումը։ Այրվելիս այս գազը ջուր էր արտադրում: Ցավոք, գիտնականի հավատարմությունը ֆլոգիստոնի (հիպոթետիկ «հիպերնուրբ նյութ») տեսությանը խանգարեց նրան ճիշտ եզրակացությունների հանգել։
Ֆրանսիացի քիմիկոս և բնագետ Ա.Լավուազեն ինժեներ Ժ.Մյունյեի հետ և հատուկ գազաչափերի օգնությամբ 1783 թվականին իրականացրել է ջրի սինթեզը, այնուհետև վերլուծությունը՝ շիկացած երկաթով ջրային գոլորշի քայքայելով։ Այսպիսով, գիտնականները կարողացել են ճիշտ եզրակացությունների գալ։ Նրանք պարզել են, որ «այրվող օդը» ոչ միայն ջրի մի մասն է, այլեւ կարելի է դրանից ստանալ։
1787 թվականին Լավուազեն առաջարկեց, որ ուսումնասիրված գազը պարզ նյութ է և, համապատասխանաբար, առաջնային քիմիական տարրերից է։ Նա այն անվանել է ջրածին (հունարեն hydor - ջուր + gennao - ծնում եմ) բառերից, այսինքն՝ «ջուր ծնել»։
Ռուսերեն «ջրածին» անվանումն առաջարկվել է 1824 թվականին քիմիկոս Մ.Սոլովյովի կողմից։ Ջրի բաղադրության որոշումը նշանավորեց «ֆլոգիստոնի տեսության» ավարտը։ 18-19-րդ դարերի սկզբին պարզվեց, որ ջրածնի ատոմը շատ թեթև է (համեմատած այլ տարրերի ատոմների հետ) և նրա զանգվածը վերցվել է որպես ատոմային զանգվածների համեմատման հիմնական միավոր՝ ստանալով 1-ի արժեք։
Ֆիզիկական հատկություններ
Ջրածինը գիտությանը հայտնի բոլոր նյութերից ամենաթեթևն է (այն 14,4 անգամ ավելի թեթև է օդից), նրա խտությունը 0,0899 գ/լ է (1 ատմ, 0 °C)։ Այս նյութը հալվում է (պնդանում) և եռում (հեղուկանում) համապատասխանաբար -259,1 ° C և -252,8 ° C (միայն հելիումն ունի ավելի ցածր եռման և հալման t °):
Ջրածնի կրիտիկական ջերմաստիճանը չափազանց ցածր է (-240 °C): Այդ իսկ պատճառով դրա հեղուկացումը բավականին բարդ և ծախսատար գործընթաց է։ Նյութի կրիտիկական ճնշումը 12,8 կգ/սմ² է, իսկ կրիտիկական խտությունը՝ 0,0312 գ/սմ³։ Բոլոր գազերի մեջ ջրածինը ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը. 1 ատմ և 0 ° C ջերմաստիճանում այն կազմում է 0,174 Վտ / (mxK):
Նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը նույն պայմաններում կազմում է 14,208 կՋ / (kgxK) կամ 3,394 կկալ / (gh ° C): Այս տարրը փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ (մոտ 0,0182 մլ/գ 1 ատմ և 20 ° C ջերմաստիճանում), բայց լավ է մետաղների մեծ մասում (Ni, Pt, Pa և այլն), հատկապես պալադիումում (մոտ 850 ծավալ Pd-ի մեկ ծավալի համար): .
Վերջին հատկությունը կապված է նրա ցրվելու ունակության հետ, մինչդեռ ածխածնի համաձուլվածքի միջոցով (օրինակ՝ պողպատ) դիֆուզիան կարող է ուղեկցվել համաձուլվածքի ոչնչացմամբ՝ ջրածնի և ածխածնի փոխազդեցության պատճառով (այս գործընթացը կոչվում է ածխաթթվացում)։ Հեղուկ վիճակում նյութը շատ թեթև է (խտությունը՝ 0,0708 գ/սմ³ t ° \u003d -253 ° C-ում) և հեղուկ (մածուցիկությունը՝ 13,8 աստիճան նույն պայմաններում):
Շատ միացություններում այս տարրը ցուցադրում է +1 վալենտություն (օքսիդացման վիճակ), որը նման է նատրիումին և այլ ալկալային մետաղներին: Այն սովորաբար համարվում է այս մետաղների անալոգը: Ըստ այդմ, նա գլխավորում է Մենդելեևի համակարգի I խումբը։ Մետաղների հիդրիդներում ջրածնի իոնը բացասական լիցք է ցուցադրում (օքսիդացման վիճակը -1 է), այսինքն՝ Na + H--ն ունի Na + Cl- քլորիդին նման կառուցվածք։ Համաձայն այս և որոշ այլ փաստերի («H» տարրի ֆիզիկական հատկությունների և հալոգենների մերձեցումը, օրգանական միացություններում այն հալոգեններով փոխարինելու ունակությունը) ջրածինը վերագրվում է Մենդելեևի համակարգի VII խմբին։
Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինն ունի ցածր ակտիվություն՝ ուղղակիորեն զուգակցվելով միայն ամենաակտիվ ոչ մետաղների հետ (ֆտորի և քլորի հետ, վերջինիս հետ՝ լույսի ներքո)։ Իր հերթին, երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ քիմիական տարրերի հետ։
Ատոմային ջրածինը ունի բարձր քիմիական ակտիվություն (մոլեկուլային ջրածնի համեմատ): Թթվածնով այն ձևավորում է ջուր ըստ բանաձևի.
Н2 + ½О2 = Н2О,
արձակելով 285,937 կՋ/մոլ ջերմություն կամ 68,3174 կկալ/մոլ (25°C, 1 ատմ): Նորմալ ջերմաստիճանի պայմաններում ռեակցիան ընթանում է բավականին դանդաղ, իսկ t ° >= 550 ° С-ում այն անվերահսկելի է: Ջրածին + թթվածին խառնուրդի ծավալային պայթուցիկ սահմանները կազմում են 4–94% H2, իսկ ջրածին + օդի խառնուրդները՝ 4–74% H2 (երկու ծավալ H2 և մեկ ծավալ O2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ)։
Այս տարրը օգտագործվում է մետաղների մեծ մասը նվազեցնելու համար, քանի որ այն թթվածին է վերցնում օքսիդներից.
Fe₃O4 + 4H2 = 3Fe + 4Н2О,
CuO + H2 = Cu + H2O և այլն:
Տարբեր հալոգեններով ջրածինը ձևավորում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.
H2 + Cl2 = 2HCl:
Այնուամենայնիվ, ֆտորի հետ արձագանքելիս ջրածինը պայթում է (դա տեղի է ունենում նաև մթության մեջ, -252 ° C-ում), բրոմի և քլորի հետ արձագանքում է միայն տաքացնելիս կամ լուսավորվելիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքացնելիս: Ազոտի հետ փոխազդեցության ժամանակ ամոնիակ է ձևավորվում, բայց միայն կատալիզատորի վրա, բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում.
ZN2 + N2 = 2NH3:
Երբ ջեռուցվում է, ջրածինը ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ.
H2 + S = H2S (ջրածնի սուլֆիդ),
և շատ ավելի դժվար՝ թելուրիումի կամ սելենի հետ: Ջրածինը փոխազդում է մաքուր ածխածնի հետ առանց կատալիզատորի, բայց բարձր ջերմաստիճաններում.
2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան):
Այս նյութը ուղղակիորեն փոխազդում է որոշ մետաղների հետ (ալկալիներ, ալկալային հող և այլն)՝ առաջացնելով հիդրիդներ, օրինակ.
Н2 + 2Li = 2LiH:
Ոչ փոքր գործնական նշանակություն ունեն ջրածնի և ածխածնի օքսիդի (II) փոխազդեցությունները։ Այս դեպքում կախված ճնշումից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորից առաջանում են տարբեր օրգանական միացություններ՝ HCHO, CH3OH և այլն, չհագեցած ածխաջրածինները ռեակցիայի ընթացքում վերածվում են հագեցածների, օրինակ.
С n Н2 n + Н2 = С n Н2 n ₊2.
Ջրածինը և նրա միացությունները բացառիկ դեր են խաղում քիմիայի մեջ։ Այն որոշում է այսպես կոչված թթվային հատկությունները. պրոտիկ թթուները հակված են ջրածնային կապեր ձևավորել տարբեր տարրերի հետ, որոնք էական ազդեցություն ունեն բազմաթիվ անօրգանական և օրգանական միացությունների հատկությունների վրա։
Ջրածնի ստացում
Այս տարրի արդյունաբերական արտադրության համար հումքի հիմնական տեսակներն են՝ վերամշակման գազերը, բնական այրվող և կոքսային վառարանի գազերը։ Ջրից ստացվում է նաև էլեկտրոլիզի միջոցով (մատչելի էլեկտրաէներգիա ունեցող վայրերում)։ Բնական գազից նյութ ստանալու կարևորագույն մեթոդներից է ածխաջրածինների, հիմնականում մեթանի կատալիտիկ փոխազդեցությունը ջրային գոլորշու հետ (այսպես կոչված՝ փոխակերպում)։ Օրինակ:
CH4 + H2O = CO + ZH2:
Ածխաջրածինների թերի օքսիդացում թթվածնով.
CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2:
Սինթեզված ածխածնի երկօքսիդը (II) ենթարկվում է փոխակերպման.
CO + H2O = CO2 + H2:
Բնական գազից ստացված ջրածինը ամենաէժանն է։
Ջրի էլեկտրոլիզի համար օգտագործվում է ուղղակի հոսանք, որն անցնում է NaOH կամ KOH լուծույթով (սարքավորումների կոռոզիայից խուսափելու համար թթուներ չեն օգտագործվում): Լաբորատոր պայմաններում նյութը ստացվում է ջրի էլեկտրոլիզով կամ աղաթթվի և ցինկի ռեակցիայի արդյունքում։ Այնուամենայնիվ, ավելի հաճախ օգտագործվում է պատրաստի գործարանային նյութը բալոններում:
Զտարանի գազերից և կոքս վառարանի գազից այս տարրը մեկուսացված է գազային խառնուրդի բոլոր մյուս բաղադրիչները հեռացնելով, քանի որ դրանք ավելի հեշտությամբ հեղուկացվում են խորը սառեցման ժամանակ:
Այս նյութը սկսել է ձեռք բերել արդյունաբերական ճանապարհով 18-րդ դարի վերջին։ Հետո այն օգտագործվել է փուչիկներ լցնելու համար։ Ներկա պահին ջրածինը լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, հիմնականում քիմիական արդյունաբերության մեջ, ամոնիակի արտադրության համար։
Նյութի զանգվածային սպառողները մեթիլ և այլ սպիրտներ, սինթետիկ բենզին և շատ այլ ապրանքներ արտադրողներն են։ Ստացվում են ածխածնի մոնօքսիդից (II) և ջրածնից սինթեզով։ Ջրածինը օգտագործվում է ծանր և պինդ հեղուկ վառելիքների, ճարպերի և այլնի հիդրոգենացման, HCl-ի սինթեզի, նավթամթերքների հիդրոմշակման, ինչպես նաև մետաղների կտրման/եռակցման համար: Միջուկային էներգիայի համար ամենակարեւոր տարրերն են նրա իզոտոպները՝ տրիտումը և դեյտերիումը։
Ջրածնի կենսաբանական դերը
Այս տարրի վրա է ընկնում կենդանի օրգանիզմների զանգվածի մոտ 10%-ը (միջինում)։ Այն ջրի մի մասն է և բնական միացությունների ամենակարևոր խմբերը, ներառյալ սպիտակուցները, նուկլեինաթթուները, լիպիդները, ածխաջրերը: Ինչի՞ն է դա ծառայում:
Այս նյութը որոշիչ դեր է խաղում՝ պահպանելով սպիտակուցների տարածական կառուցվածքը (չորրորդական), նուկլեինաթթուների փոխլրացման սկզբունքը (այսինքն՝ գենետիկական տեղեկատվության ներդրման և պահպանման գործում), ընդհանրապես՝ մոլեկուլային «ճանաչման» մեջ։ մակարդակ.
Ջրածնի H+ իոնը մասնակցում է օրգանիզմում տեղի ունեցող կարևոր դինամիկ ռեակցիաներին/գործընթացներին։ Ներառյալ՝ կենսաբանական օքսիդացման մեջ, որն ապահովում է կենդանի բջիջներին էներգիա, կենսասինթեզի ռեակցիաների, բույսերի ֆոտոսինթեզի, բակտերիաների ֆոտոսինթեզի և ազոտի ֆիքսման, թթու-բազային հավասարակշռության և հոմեոստազի պահպանման, թաղանթային փոխադրման գործընթացներում։ Ածխածնի և թթվածնի հետ միասին կազմում է կյանքի երևույթների գործառական և կառուցվածքային հիմքը։
10.1 Ջրածին
«Ջրածին» անվանումը վերաբերում է ինչպես քիմիական տարրի, այնպես էլ պարզ նյութի: Տարր ջրածինըկազմված է ջրածնի ատոմներից։ պարզ նյութ ջրածինըկազմված է ջրածնի մոլեկուլներից։
ա) Քիմիական տարր ջրածին
Տարրերի բնական շարքում ջրածնի սերիական թիվը 1 է։ Տարրերի համակարգում ջրածինը գտնվում է IA կամ VIIA խմբում առաջին շրջանում։
Ջրածինը Երկրի վրա ամենաառատ տարրերից մեկն է: Ջրածնի ատոմների մոլային բաժինը Երկրի մթնոլորտում, հիդրոսֆերայում և լիթոսֆերայում (միասնաբար կոչվում է երկրակեղև) 0,17 է: Այն գտնվում է ջրի, բազմաթիվ հանքանյութերի, նավթի, բնական գազի, բույսերի և կենդանիների մեջ: Մարդու օրգանիզմը միջինում պարունակում է մոտ 7 կիլոգրամ ջրածին։
Ջրածնի երեք իզոտոպ կա.
ա) թեթև ջրածին. պրոտիում,
բ) ծանր ջրածին. դեյտերիում(D)
գ) գերծանր ջրածին. տրիտիում(T).
Տրիտիումը անկայուն (ռադիոակտիվ) իզոտոպ է, ուստի այն գործնականում չի հանդիպում բնության մեջ։ Դեյտերիումը կայուն է, բայց շատ քիչ է. w D = 0,015% (բոլոր ցամաքային ջրածնի զանգվածից): Հետեւաբար, ջրածնի ատոմային զանգվածը շատ քիչ է տարբերվում 1 Dn-ից (1,00794 Dn):
բ) Ջրածնի ատոմ
Քիմիայի դասընթացի նախորդ բաժիններից դուք արդեն գիտեք ջրածնի ատոմի հետևյալ բնութագրերը.
Ջրածնի ատոմի վալենտային հնարավորությունները որոշվում են մեկ վալենտային ուղեծրում մեկ էլեկտրոնի առկայությամբ։ Իոնացման մեծ էներգիան ստիպում է ջրածնի ատոմին հակված չլինել էլեկտրոն նվիրելուն, և էլեկտրոնների ոչ շատ բարձր մերձավորությունը հանգեցնում է այն ընդունելու մի փոքր հակման: Հետեւաբար, քիմիական համակարգերում H կատիոնի առաջացումը անհնար է, իսկ H անիոնի հետ միացությունները այնքան էլ կայուն չեն։ Այսպիսով, կովալենտային կապի ձևավորումը այլ ատոմների հետ մեկ չզույգված էլեկտրոնի պատճառով առավել բնորոշ է ջրածնի ատոմին։ Ինչպես անիոնի առաջացման, այնպես էլ կովալենտային կապի առաջացման դեպքում ջրածնի ատոմը միավալենտ է։
Պարզ նյութում ջրածնի ատոմների օքսիդացման աստիճանը զրոյական է, միացությունների մեծ մասում ջրածինը ցուցադրում է +I օքսիդացման աստիճան, և միայն ջրածնի ամենաքիչ էլեկտրաբացասական տարրերի հիդրիդներում է –I-ի օքսիդացման աստիճանը։
Ջրածնի ատոմի վալենտային հնարավորությունների մասին տեղեկատվությունը տրված է աղյուսակ 28-ում: Ջրածնի ատոմի վալենտային վիճակը, որը կապված է մեկ կովալենտային կապով որևէ ատոմի հետ, աղյուսակում նշված է «H-» նշանով:
Աղյուսակ 28Ջրածնի ատոմի վալենտային հնարավորությունները
Վալանսային վիճակ |
Քիմիական նյութերի օրինակներ |
|||
Ի |
HCl, H 2 O, H 2 S, NH 3, CH 4, C 2 H 6, NH 4 Cl, H 2 SO 4, NaHCO 3, KOH |
|||
NaH, KH, CaH 2, BaH 2 |
գ) Ջրածնի մոլեկուլ
Ջրածնի երկատոմային H 2 մոլեկուլը ձևավորվում է, երբ ջրածնի ատոմները կապված են նրանց համար հնարավոր միակ կովալենտային կապով: Հաղորդակցությունը ձևավորվում է փոխանակման մեխանիզմով: Ըստ էլեկտրոնային ամպերի համընկնման ձևի՝ սա s-կապ է (նկ. 10.1): Ա) Քանի որ ատոմները նույնն են, կապը ոչ բևեռ է:
Միջատոմային հեռավորությունը (ավելի ճիշտ՝ հավասարակշռության միջատոմային հեռավորությունը, քանի որ ատոմները թրթռում են) ջրածնի մոլեկուլում r(H-H) = 0.74 A (նկ. 10.1 Վ), որը շատ փոքր է ուղեծրի շառավիղների գումարից (1,06 Ա)։ Հետևաբար, կապող ատոմների էլեկտրոնային ամպերը խորապես համընկնում են (Նկար 10.1): բ), իսկ կապը ջրածնի մոլեկուլում ամուր է։ Դրա մասին է վկայում նաև կապող էներգիայի բավականին մեծ արժեքը (454 կՋ/մոլ)։
Եթե մոլեկուլի ձևը բնութագրենք սահմանային մակերեսով (նման է էլեկտրոնային ամպի սահմանային մակերեսին), ապա կարող ենք ասել, որ ջրածնի մոլեկուլն ունի մի փոքր դեֆորմացված (երկարաձգված) գնդակի ձև (նկ. 10.1): Գ).
դ) ջրածին (նյութ)
Նորմալ պայմաններում ջրածինը անգույն և առանց հոտի գազ է։ Փոքր քանակությամբ այն ոչ թունավոր է: Պինդ ջրածինը հալվում է 14 Կ (–259°C), իսկ հեղուկ ջրածինը եռում է 20 Կ (–253°C) ջերմաստիճանում։ Ցածր հալման և եռման կետերը, հեղուկ ջրածնի գոյության շատ փոքր միջակայքը (ընդամենը 6 °C), ինչպես նաև հալման փոքր մոլային ջերմությունները (0,117 կՋ/մոլ) և գոլորշիացումը (0,903 կՋ/մոլ) ցույց են տալիս, որ միջմոլեկուլային կապերը. ջրածնի մեջ շատ թույլ է:
Ջրածնի խտությունը r (H 2) \u003d (2 գ / մոլ): (22,4 լ / մոլ) \u003d 0,0893 գ / լ: Համեմատության համար՝ օդի միջին խտությունը 1,29 գ/լ է։ Այսինքն՝ ջրածինը 14,5 անգամ «թեթև» է օդից։ Այն գործնականում չի լուծվում ջրում։
Սենյակային ջերմաստիճանում ջրածինը անգործուն է, բայց երբ տաքանում է, փոխազդում է բազմաթիվ նյութերի հետ։ Այս ռեակցիաներում ջրածնի ատոմները կարող են և՛ մեծացնել, և՛ նվազեցնել իրենց օքսիդացման վիճակը՝ H 2 + 2 ե- \u003d 2H -I, H 2 - 2 ե- \u003d 2H + I:
Առաջին դեպքում ջրածինը օքսիդացնող նյութ է, օրինակ՝ նատրիումի կամ կալցիումի հետ ռեակցիաներում՝ 2Na + H 2 = 2NaH, ( տ) Ca + H 2 = CaH 2: ( տ)
Բայց վերականգնող հատկությունները ավելի բնորոշ են ջրածնին. O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O, ( տ)
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. ( տ)
Ջրածինը տաքացնելիս օքսիդանում է ոչ միայն թթվածնով, այլ նաև որոշ այլ ոչ մետաղներով, ինչպիսիք են ֆտորը, քլորը, ծծումբը և նույնիսկ ազոտը։
Լաբորատորիայում ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ջրածին
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2:
Ցինկի փոխարեն կարելի է օգտագործել երկաթ, ալյումին և որոշ այլ մետաղներ, իսկ ծծմբաթթվի փոխարեն՝ որոշ այլ նոսր թթուներ։ Ստացված ջրածինը հավաքվում է փորձանոթում ջրի տեղաշարժի մեթոդով (տե՛ս նկ. 10.2. բ) կամ պարզապես շրջված կոլբայի մեջ (նկ. 10.2 Ա).
Արդյունաբերության մեջ ջրածինը մեծ քանակությամբ ստացվում է բնական գազից (հիմնականում մեթանից)՝ նիկելի կատալիզատորի առկայության դեպքում ջրի գոլորշու հետ փոխազդելով 800 °C ջերմաստիճանում.
CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 ( տ, Նի)
կամ բարձր ջերմաստիճանում մշակված ջրային գոլորշի ածուխով.
2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2: ( տ)
Մաքուր ջրածինը ստացվում է ջրից՝ այն քայքայելով էլեկտրական հոսանքով (ենթարկվում է էլեկտրոլիզի).
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (էլեկտրոլիզ):
ե) Ջրածնի միացություններ
Հիդրիդները (ջրածին պարունակող երկուական միացություններ) բաժանվում են երկու հիմնական տեսակի.
ա) անկայուն
(մոլեկուլային) հիդրիդներ,
բ) աղանման (իոնային) հիդրիդներ.
Տարրերը IVA - VIIA խմբերը և բորը կազմում են մոլեկուլային հիդրիդներ: Դրանցից միայն ոչ մետաղներ կազմող տարրերի հիդրիդներն են կայուն.
B2H6;CH4; NH3; H2O; ՀՖ
SiH 4 ;PH 3 ; H2S; HCl
AsH 3; H2Se; HBr
H2Te; ՈՂՋՈՒ՜ՅՆ
Բացառությամբ ջրի, այս բոլոր միացությունները գազային նյութեր են սենյակային ջերմաստիճանում, այստեղից էլ նրանց անվանումը՝ «ցնդող հիդրիդներ»:
Որոշ տարրեր, որոնք կազմում են ոչ մետաղներ, ներառված են նաև ավելի բարդ հիդրիդների մեջ։ Օրինակ՝ ածխածինը միացություններ է առաջացնում C ընդհանուր բանաձևերով nՀ2 n+2, C nՀ2 n, Ք nՀ2 n-2 և այլն, որտեղ nկարող է լինել շատ մեծ (օրգանական քիմիան ուսումնասիրում է այս միացությունները):
Իոնային հիդրիդները ներառում են ալկալային, հողալկալային և մագնեզիումի հիդրիդներ: Այս հիդրիդների բյուրեղները բաղկացած են H անիոններից և մետաղական կատիոններից Me կամ Me 2-ի ամենաբարձր օքսիդացման վիճակում (կախված տարրերի համակարգի խմբից):
| LiH | |
| NaH | MgH2 |
| Խ.Հ | CaH2 |
| RbH | SrH 2 |
| CSH | BaH2 |
Ե՛վ իոնային, և՛ գրեթե բոլոր մոլեկուլային հիդրիդները (բացառությամբ H 2 O-ի և HF-ի) վերականգնող նյութեր են, սակայն իոնային հիդրիդները նվազեցնող հատկություններ ունեն շատ ավելի ուժեղ, քան մոլեկուլայինները:
Բացի հիդրիդներից, ջրածինը հիդրօքսիդների և որոշ աղերի մի մասն է։ Այս ավելի բարդ ջրածնային միացությունների հատկություններին կծանոթանաք հաջորդ գլուխներում։
Արդյունաբերության մեջ արտադրվող ջրածնի հիմնական սպառողները ամոնիակի և ազոտական պարարտանյութերի արտադրության գործարաններն են, որտեղ ամոնիակը ստացվում է անմիջապես ազոտից և ջրածնից.
N 2 + 3H 2 2NH 3 ( Ռ, տ, Pt-ը կատալիզատոր է):
Ջրածինը մեծ քանակությամբ օգտագործվում է մեթիլ սպիրտ (մեթանոլ) արտադրելու համար 2H 2 + CO = CH 3 OH ( տ, ZnO - կատալիզատոր), ինչպես նաև քլորաջրածնի արտադրության մեջ, որը ստացվում է անմիջապես քլորից և ջրածնից.
H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl:
Երբեմն մետալուրգիայում ջրածինը օգտագործվում է որպես վերականգնող նյութ մաքուր մետաղների արտադրության մեջ, օրինակ՝ Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O:
1. Ի՞նչ մասնիկներից են բաղկացած ա) պրոտիումի, բ) դեյտերիումի, գ) տրիտիումի միջուկները.
2. Համեմատե՛ք ջրածնի ատոմի իոնացման էներգիան այլ տարրերի ատոմների իոնացման էներգիայի հետ: Ո՞ր տարրն է ավելի մոտ ջրածնին այս հատկանիշով:
3. Նույնը արեք էլեկտրոնների մերձեցման էներգիայի դեպքում
4. Համեմատե՛ք կովալենտային կապի բևեռացման ուղղությունը և ջրածնի օքսիդացման աստիճանը միացություններում՝ ա) BeH 2, CH 4, NH 3, H 2 O, HF; բ) CH 4, SiH 4, GeH 4:
5. Գրի՛ր ջրածնի ամենապարզ, մոլեկուլային, կառուցվածքային և տարածական բանաձևը: Ո՞րն է առավել հաճախ օգտագործվում:
6. Հաճախ ասում են՝ «Ջրածինը օդից թեթեւ է»։ Ի՞նչ է սա նշանակում: Ո՞ր դեպքերում կարելի է այս արտահայտությունը բառացի ընդունել, իսկ ո՞ր դեպքերում՝ ոչ։
7. Կատարել կալիումի և կալցիումի հիդրիդների, ինչպես նաև ամոնիակի, ջրածնի սուլֆիդի և բրոմաջրածնի կառուցվածքային բանաձևերը։
8. Իմանալով ջրածնի միաձուլման և գոլորշիացման մոլային ջերմությունները՝ որոշեք համապատասխան կոնկրետ մեծությունների արժեքները։
9. Ջրածնի հիմնական քիմիական հատկությունները պատկերող չորս ռեակցիաներից յուրաքանչյուրի համար կազմե՛ք էլեկտրոնային հաշվեկշիռ: Թվարկե՛ք օքսիդացնող և վերականգնող նյութերը:
10. Որոշեք լաբորատոր եղանակով 4,48 լիտր ջրածին ստանալու համար անհրաժեշտ ցինկի զանգվածը:
11. Որոշեք ջրածնի զանգվածը և ծավալը, որը կարելի է ստանալ 30 մ 3 մեթանի և ջրային գոլորշու խառնուրդից՝ վերցված 1:2 ծավալային հարաբերակցությամբ, 80% ելքով:
12. Կազմի՛ր ջրածնի՝ ա) ֆտորի, բ) ծծմբի հետ փոխազդեցության ժամանակ տեղի ունեցող ռեակցիաների հավասարումները.
13. Ստորև ներկայացված ռեակցիայի սխեմաները ցույց են տալիս իոնային հիդրիդների հիմնական քիմիական հատկությունները.
ա) MH + O 2 MOH ( տ); բ) MH + Cl 2 MCl + HCl ( տ);
գ) MH + H 2 O MOH + H 2; դ) MH + HCl (p) MCl + H 2
Այստեղ M-ն լիթիում, նատրիում, կալիում, ռուբիդիում կամ ցեզիում է։ Կազմի՛ր համապատասխան ռեակցիաների հավասարումները, եթե M-ը նատրիում է: Պատկերացրեք կալցիումի հիդրիդի քիմիական հատկությունները ռեակցիայի հավասարումներով:
14. Օգտագործելով էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը, գրեք հետևյալ ռեակցիաների հավասարումները, որոնք ցույց են տալիս որոշ մոլեկուլային հիդրիդների վերականգնողական հատկությունները.
ա) HI + Cl 2 HCl + I 2 ( տ); բ) NH 3 + O 2 H 2 O + N 2 ( տ); գ) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( տ).
10.2 Թթվածին
Ինչպես ջրածնի դեպքում, «թթվածին» բառը և՛ քիմիական տարրի, և՛ պարզ նյութի անունն է։ Բացառությամբ պարզ նյութի» թթվածին»(թթվածին) քիմիական տարրը թթվածինը ձևավորում է մեկ այլ պարզ նյութ, որը կոչվում է « օզոն»(եռաթթվածին): Սրանք թթվածնի ալոտրոպիկ փոփոխություններ են: Թթվածին նյութը բաղկացած է թթվածնի մոլեկուլներից O 2 , իսկ օզոն նյութը՝ օզոնի մոլեկուլներից O 3 ։
ա) թթվածին քիմիական տարրը
Տարրերի բնական շարքում թթվածնի սերիական թիվը 8 է։ Տարրերի համակարգում թթվածինը VIA խմբում երկրորդ շրջանում է։
Թթվածինը Երկրի վրա ամենաառատ տարրն է: Երկրակեղևում յուրաքանչյուր երկրորդ ատոմը թթվածնի ատոմ է, այսինքն՝ Երկրի մթնոլորտում, հիդրոսֆերայում և լիթոսֆերայում թթվածնի մոլային բաժինը կազմում է մոտ 50%։ Թթվածինը (նյութը) օդի անբաժանելի մասն է։ Օդի մեջ թթվածնի ծավալային բաժինը 21% է։ Թթվածինը (տարրը) ջրի, բազմաթիվ հանքանյութերի, ինչպես նաև բույսերի և կենդանիների մի մասն է։ Մարդու մարմինը պարունակում է միջինը 43 կգ թթվածին։
Բնական թթվածինը բաղկացած է երեք իզոտոպներից (16 O, 17 O և 18 O), որոնցից ամենաթեթև 16 O իզոտոպը ամենատարածվածն է, հետևաբար թթվածնի ատոմային զանգվածը մոտ է 16 Dn-ին (15,9994 Dn):
բ) թթվածնի ատոմ
Դուք գիտեք թթվածնի ատոմի հետևյալ բնութագրերը.
Աղյուսակ 29Թթվածնի ատոմի վալենտային հնարավորությունները
Վալանսային վիճակ |
Քիմիական նյութերի օրինակներ |
|||
Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3 * |
||||
-II |
H 2 O, SO 2, SO 3, CO 2, SiO 2, H 2 SO 4, HNO 2, HClO 4, COCl 2, H 2 O 2 |
|||
NaOH, KOH, Ca(OH) 2, Ba(OH) 2 |
||||
Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, BaO, FeO, La 2 O 3 |
* Այս օքսիդները նույնպես կարելի է համարել իոնային միացություններ։
** Մոլեկուլում թթվածնի ատոմները տվյալ վալենտային վիճակում չեն. սա ընդամենը մի նյութի օրինակ է, որի օքսիդացման աստիճանը թթվածնի ատոմների հավասար է զրոյի
Մեծ իոնացման էներգիան (ինչպես ջրածինը) բացառում է թթվածնի ատոմից պարզ կատիոնի առաջացումը։ Էլեկտրոնների մերձեցման էներգիան բավականին բարձր է (գրեթե երկու անգամ ավելի բարձր, քան ջրածինը), որն ապահովում է թթվածնի ատոմի համար էլեկտրոններ միացնելու ավելի մեծ հակվածություն և O 2A անիոններ ձևավորելու ունակություն։ Բայց թթվածնի ատոմի էլեկտրոնների մերձեցման էներգիան դեռ ավելի քիչ է, քան հալոգենի ատոմները և նույնիսկ VIA խմբի այլ տարրերը: Հետևաբար, թթվածնի անիոնները ( օքսիդի իոններ) գոյություն ունի միայն թթվածնի միացություններում տարրերի հետ, որոնց ատոմները շատ հեշտությամբ էլեկտրոններ են նվիրում։
Կիսելով երկու չզույգված էլեկտրոններ՝ թթվածնի ատոմը կարող է ձևավորել երկու կովալենտային կապ։ Երկու միայնակ զույգ էլեկտրոններ, գրգռման անհնարինության պատճառով, կարող են մտնել միայն դոնոր-ընդունող փոխազդեցության մեջ: Այսպիսով, առանց կապերի բազմակիությունը և հիբրիդացումը հաշվի առնելու, թթվածնի ատոմը կարող է լինել հինգ վալենտային վիճակներից մեկում (Աղյուսակ 29):
Թթվածնի ատոմի ամենաբնորոշը վալենտային վիճակն է Վ k \u003d 2, այսինքն ՝ երկու կովալենտային կապերի ձևավորում երկու չզույգված էլեկտրոնի պատճառով:
Թթվածնի ատոմի շատ բարձր էլեկտրաբացասականությունը (միայն ֆտորն է ավելի բարձր) հանգեցնում է նրան, որ նրա միացությունների մեծ մասում թթվածինն ունի -II օքսիդացման աստիճան։ Կան նյութեր, որոնցում թթվածինը ցուցադրում է օքսիդացման վիճակի այլ արժեքներ, դրանցից մի քանիսը տրված են աղյուսակ 29-ում որպես օրինակներ, իսկ համեմատական կայունությունը ցույց է տրված նկ. 10.3.
գ) թթվածնի մոլեկուլ
Փորձնականորեն հաստատվել է, որ երկատոմային թթվածնի մոլեկուլը O 2 պարունակում է երկու չզույգված էլեկտրոն։ Օգտագործելով վալենտային կապերի մեթոդը, այս մոլեկուլի նման էլեկտրոնային կառուցվածքը չի կարող բացատրվել: Այնուամենայնիվ, թթվածնի մոլեկուլում կապը հատկություններով մոտ է կովալենտային կապին։ Թթվածնի մոլեկուլը ոչ բևեռ է։ Միջատոմային հեռավորություն ( r o–o = 1,21 A = 121 նմ) փոքր է մեկ կապով միացված ատոմների միջև հեռավորությունից: Մոլային կապի էներգիան բավականին բարձր է և կազմում է 498 կՋ/մոլ:
դ) թթվածին (նյութ)
Նորմալ պայմաններում թթվածինը անգույն և առանց հոտի գազ է։ Պինդ թթվածինը հալվում է 55 Կ (–218 °C), իսկ հեղուկ թթվածինը եռում է 90 Կ–ում (–183 °C)։
Պինդ և հեղուկ թթվածնի միջմոլեկուլային կապերը որոշ չափով ավելի ուժեղ են, քան ջրածնում, ինչի մասին է վկայում հեղուկ թթվածնի առկայության ավելի մեծ ջերմաստիճանային միջակայքը (36 ° C) և հալման (0,446 կՋ/մոլ) և գոլորշիացման մոլային ջերմությունները (6. 83): կՋ/մոլ):
Թթվածինը մի փոքր լուծելի է ջրի մեջ. 0 ° C ջերմաստիճանում 100 ծավալ ջրի մեջ (հեղուկ!) լուծվում է միայն 5 ծավալ թթվածին (գազ!)
Թթվածնի ատոմների էլեկտրոններին կցելու բարձր հակվածությունը և բարձր էլեկտրաբացասականությունը հանգեցնում են նրան, որ թթվածինը միայն օքսիդացնող հատկություն է ցուցաբերում։ Այս հատկությունները հատկապես արտահայտված են բարձր ջերմաստիճաններում:
Թթվածինը փոխազդում է բազմաթիվ մետաղների հետ՝ 2Ca + O 2 = 2CaO, 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 ( տ);
ոչ մետաղներ՝ C + O 2 \u003d CO 2, P 4 + 5O 2 \u003d P 4 O 10,
և բարդ նյութեր՝ CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O, 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2:
Ամենից հաճախ նման ռեակցիաների արդյունքում ստացվում են տարբեր օքսիդներ (տե՛ս Գլ. II § 5), սակայն ակտիվ ալկալիական մետաղները, ինչպիսին է նատրիումը, այրվելիս վերածվում են պերօքսիդների.
2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2:
Ստացված նատրիումի պերօքսիդի (Na) 2 (O-O) կառուցվածքային բանաձևը.
Թթվածնի մեջ դրված մխացող բեկորը բռնկվում է։ Սա մաքուր թթվածին հայտնաբերելու հարմար և հեշտ միջոց է։
Արդյունաբերության մեջ թթվածինը օդից ստացվում է շտկման միջոցով (բարդ թորում), իսկ լաբորատորիայում՝ թթվածին պարունակող որոշ միացություններ ջերմային տարրալուծման ենթարկելով, օրինակ.
2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (200 ° C);
2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2 (150 ° C, MnO 2 - կատալիզատոր);
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + 3O 2 (400 ° C)
և, բացի այդ, ջրածնի պերօքսիդի կատալիտիկ տարրալուծմամբ սենյակային ջերմաստիճանում` 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 - կատալիզատոր):
Մաքուր թթվածինն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ՝ ուժեղացնելու այն գործընթացները, որոնցում տեղի է ունենում օքսիդացում և բարձր ջերմաստիճանի բոց ստեղծելու համար։ Հրթիռային տեխնոլոգիայի մեջ հեղուկ թթվածինը օգտագործվում է որպես օքսիդացնող նյութ։
Թթվածինը կարևոր դեր է խաղում բույսերի, կենդանիների և մարդկանց կյանքի պահպանման գործում: Նորմալ պայմաններում մարդուն անհրաժեշտ է բավականաչափ թթվածին օդում շնչելու համար: Բայց այն պայմաններում, երբ օդը բավարար չէ, կամ ընդհանրապես հասանելի չէ (ինքնաթիռներում, սուզման գործողությունների ժամանակ, տիեզերանավերում և այլն), շնչելու համար պատրաստվում են թթվածին պարունակող հատուկ գազային խառնուրդներ։ Թթվածինը բժշկության մեջ օգտագործվում է նաև շնչառության դժվարություն առաջացնող հիվանդությունների դեպքում։
ե) Օզոնը և նրա մոլեկուլները
Օզոն O 3-ը թթվածնի երկրորդ ալոտրոպ մոդիֆիկացիան է:
Տրիատոմային օզոնի մոլեկուլն ունի անկյունային կառուցվածք երկու կառուցվածքների միջև, որոնք ներկայացված են հետևյալ բանաձևերով.
Օզոնը մուգ կապույտ գազ է՝ սուր հոտով։ Իր ուժեղ օքսիդատիվ ակտիվության շնորհիվ այն թունավոր է։ Օզոնը մեկուկես անգամ ավելի «ծանր» է, քան թթվածինը և մի փոքր ավելի, քան թթվածինը, լուծելի է ջրում:
Օզոնը մթնոլորտում ձևավորվում է թթվածնից կայծակնային էլեկտրական լիցքաթափումների ժամանակ.
3O 2 \u003d 2O 3 ().
Սովորական ջերմաստիճանում օզոնը կամաց-կամաց վերածվում է թթվածնի, և երբ տաքանում է, այդ գործընթացն ընթանում է պայթյունով։
Օզոնը պարունակվում է երկրագնդի մթնոլորտի այսպես կոչված «օզոնային շերտում»՝ պաշտպանելով Երկրի ողջ կյանքը արեգակնային ճառագայթման վնասակար ազդեցությունից։
Որոշ քաղաքներում քլորի փոխարեն օզոնն օգտագործվում է խմելու ջրի ախտահանման (ախտահանման) համար։
Գծե՛ք հետևյալ նյութերի կառուցվածքային բանաձևերը՝ OF 2, H 2 O, H 2 O 2, H 3 PO 4, (H 3 O) 2 SO 4, BaO, BaO 2, Ba(OH) 2։ Անվանեք այս նյութերը: Նկարագրե՛ք այս միացություններում թթվածնի ատոմների վալենտական վիճակները:
Որոշեք թթվածնի ատոմներից յուրաքանչյուրի վալենտականությունը և օքսիդացման վիճակը:
2. Կազմե՛ք լիթիումի, մագնեզիումի, ալյումինի, սիլիցիումի, կարմիր ֆոսֆորի և սելենի թթվածնում այրման ռեակցիաների հավասարումները (սելենի ատոմները օքսիդացված են մինչև + IV, մնացած տարրերի ատոմները՝ ամենաբարձր օքսիդացման վիճակի։ ) Ի՞նչ դասերի օքսիդներ են պատկանում այս ռեակցիաների արգասիքները.
3. Քանի՞ լիտր օզոն կարելի է ստանալ (նորմալ պայմաններում) ա) 9 լիտր թթվածնից, բ) 8 գ թթվածնից.
Ջուրը երկրակեղևի ամենաառատ նյութն է։ Երկրի ջրի զանգվածը գնահատվում է 10 18 տոննա։ Ջուրը մեր մոլորակի հիդրոսֆերայի հիմքն է, բացի այդ, այն պարունակվում է մթնոլորտում, սառույցի տեսքով կազմում է Երկրի բևեռային գլխարկները և բարձր լեռնային սառցադաշտերը, ինչպես նաև տարբեր ժայռերի մաս է կազմում։ Մարդու մարմնում ջրի զանգվածային բաժինը կազմում է մոտ 70%:
Ջուրը միակ նյութն է, որն ունի իր հատուկ անվանումները ագրեգացման բոլոր երեք վիճակներում:
Ջրի մոլեկուլի էլեկտրոնային կառուցվածքը (Նկար 10.4 Ա) մենք ավելի վաղ մանրամասն ուսումնասիրել ենք (տե՛ս § 7.10):
O–H կապերի բևեռականության և անկյունային ձևի պատճառով ջրի մոլեկուլը էլեկտրական դիպոլ.
Էլեկտրական դիպոլի բևեռականությունը բնութագրելու համար ֆիզիկական մեծություն կոչվում է « էլեկտրական դիպոլի էլեկտրական մոմենտըկամ պարզապես» դիպոլային պահ».
Քիմիայում դիպոլային մոմենտը չափվում է դեբայներով՝ 1 D = 3,34: 10–30 C. մ
Ջրի մոլեկուլում կա երկու բևեռային կովալենտ կապ, այսինքն՝ երկու էլեկտրական դիպոլ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր դիպոլային մոմենտը (և)։ Մոլեկուլի ընդհանուր դիպոլային մոմենտը հավասար է այս երկու մոմենտների վեկտորային գումարին (նկ. 10.5).
(H 2 O) = 
,
Որտեղ ք 1 և ք 2 - մասնակի լիցքեր (+) ջրածնի ատոմների վրա, և - միջատոմային հեռավորությունները մոլեկուլում O - H: Որովհետեւ ք 1 = ք 2 = ք, ա , ապա
Ջրի մոլեկուլի և որոշ այլ մոլեկուլների փորձարարականորեն որոշված դիպոլային մոմենտները բերված են աղյուսակում։
Աղյուսակ 30Որոշ բևեռային մոլեկուլների դիպոլային պահեր
Մոլեկուլ |
Մոլեկուլ |
Մոլեկուլ |
|||
Հաշվի առնելով ջրի մոլեկուլի դիպոլային բնույթը, այն հաճախ սխեմատիկորեն պատկերված է հետևյալ կերպ.
Մաքուր ջուրը անգույն հեղուկ է՝ առանց համի և հոտի։ Ջրի որոշ հիմնական ֆիզիկական բնութագրերը տրված են աղյուսակում:
Աղյուսակ 31Ջրի որոշ ֆիզիկական բնութագրեր
Հալման և գոլորշիացման մոլային ջերմությունների մեծ արժեքները (ջրածնի և թթվածնի մեծության կարգը) ցույց են տալիս, որ ջրի մոլեկուլները, ինչպես պինդ, այնպես էլ հեղուկ նյութերում, բավականին ամուր կապված են միմյանց հետ: Այս կապերը կոչվում են ջրածնային կապեր».
ԷԼԵԿՏՐԱԿԱՆ ԴԻՊՈԼ, ԴԻՊՈԼ ՄՈՄԵՆՏ, ՀԱՂՈՐԴԱԿՑՈՒԹՅԱՆ ԲԵՎԵՂԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ, ՄՈԼԵԿՈՒԼԻ ԲԵՎԵՎԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ։
Թթվածնի ատոմի քանի՞ վալենտային էլեկտրոն է մասնակցում ջրի մոլեկուլում կապերի առաջացմանը:
2. Ո՞ր ուղեծրերի համընկնման դեպքում ջրի մոլեկուլում կապեր են առաջանում ջրածնի և թթվածնի միջև:
3. Կազմեք H 2 O 2 ջրածնի պերօքսիդի մոլեկուլում կապերի առաջացման դիագրամ: Ի՞նչ կարող եք ասել այս մոլեկուլի տարածական կառուցվածքի մասին:
4. HF, HCl և HBr մոլեկուլներում միջատոմային հեռավորությունները համապատասխանաբար հավասար են 0,92-ի; 1.28 և 1.41: Օգտագործելով դիպոլային մոմենտների աղյուսակը, հաշվարկեք և համեմատեք այս մոլեկուլներում ջրածնի ատոմների մասնակի լիցքերը:
5. S - H միջատոմային հեռավորությունները ջրածնի սուլֆիդի մոլեկուլում հավասար են 1,34-ի, իսկ կապերի միջև անկյունը 92 ° է։ Որոշեք ծծմբի և ջրածնի ատոմների մասնակի լիցքերի արժեքները: Ի՞նչ կարող եք ասել ծծմբի ատոմի վալենտային ուղեծրերի հիբրիդացման մասին։
10.4. ջրածնային կապ
Ինչպես արդեն գիտեք, ջրածնի և թթվածնի էլեկտրաբացասականության զգալի տարբերության պատճառով (2.10 և 3.50), ջրածնի ատոմը ջրի մոլեկուլում ձեռք է բերում մեծ դրական մասնակի լիցք ( ք h = 0,33 ե), իսկ թթվածնի ատոմն ավելի մեծ բացասական մասնակի լիցք ունի ( ք h = -0,66 ե) Հիշենք նաև, որ թթվածնի ատոմը յուրաքանչյուրում ունի երկու միայնակ զույգ էլեկտրոն sp 3-հիբրիդ AO. Ջրի մի մոլեկուլի ջրածնի ատոմը ձգվում է մեկ այլ մոլեկուլի թթվածնի ատոմով, և բացի այդ, ջրածնի ատոմի կիսադատարկ 1s-AO-ն մասնակիորեն ընդունում է թթվածնի ատոմից զույգ էլեկտրոններ։ Մոլեկուլների այս փոխազդեցությունների արդյունքում առաջանում է միջմոլեկուլային կապերի հատուկ տեսակ՝ ջրածնային կապ։
Ջրի դեպքում ջրածնային կապի առաջացումը սխեմատիկորեն կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ.
Վերջին կառուցվածքային բանաձևում երեք կետ (կտրված հարված, ոչ էլեկտրոններ) ցույց է տալիս ջրածնային կապը:
Ջրածնային կապը գոյություն ունի ոչ միայն ջրի մոլեկուլների միջև: Այն ձևավորվում է երկու պայմանի առկայության դեպքում.
1) մոլեկուլում կա խիստ բևեռային H–E կապ (E-ն բավականաչափ էլեկտրաբացասական տարրի ատոմի խորհրդանիշն է),
2) մոլեկուլում կա E ատոմ մեծ բացասական մասնակի լիցքով և էլեկտրոնների չկիսված զույգով:
Որպես E տարր կարող են լինել ֆտորը, թթվածինը և ազոտը: Ջրածնային կապերը շատ ավելի թույլ են, եթե E-ն քլոր է կամ ծծումբ։
Մոլեկուլների միջև ջրածնային կապ ունեցող նյութերի օրինակներ՝ ջրածնի ֆտորիդ, պինդ կամ հեղուկ ամոնիակ, էթիլային սպիրտ և շատ ուրիշներ։
Հեղուկ ջրածնի ֆտորիդում նրա մոլեկուլները ջրածնային կապերով կապված են բավականին երկար շղթաներով, մինչդեռ հեղուկ և պինդ ամոնիակում ձևավորվում են եռաչափ ցանցեր։
Ամրության առումով ջրածնային կապը միջանկյալ է քիմիական կապի և միջմոլեկուլային կապերի այլ տեսակների միջև։ Ջրածնային կապի մոլային էներգիան սովորաբար գտնվում է 5-ից 50 կՋ/մոլ միջակայքում:
Պինդ ջրում (այսինքն՝ սառույցի բյուրեղներում) բոլոր ջրածնի ատոմները ջրածնի կապով կապված են թթվածնի ատոմների հետ, ընդ որում թթվածնի յուրաքանչյուր ատոմ ձևավորում է երկու ջրածնային կապ (օգտագործելով էլեկտրոնների երկու միայնակ զույգերը)։ Նման կառուցվածքը սառույցը դարձնում է ավելի «թուլացած»՝ համեմատած հեղուկ ջրի հետ, որտեղ ջրածնային կապերի մի մասը կոտրված է, և մոլեկուլները հնարավորություն են ստանում մի փոքր ավելի խիտ «փաթեթավորվել»։ Սառույցի կառուցվածքի այս առանձնահատկությունը բացատրում է, թե ինչու, ի տարբերություն շատ այլ նյութերի, պինդ վիճակում ջուրն ավելի ցածր խտություն ունի, քան հեղուկ վիճակում։ Ջուրը հասնում է իր առավելագույն խտությանը 4 ° C-ում - այս ջերմաստիճանում բավականին շատ ջրածնային կապեր են կոտրվում, և ջերմային ընդլայնումը դեռևս այնքան էլ ուժեղ ազդեցություն չունի խտության վրա:
Ջրածնային կապերը շատ կարևոր են մեր կյանքում: Մի պահ պատկերացրեք, որ ջրածնային կապերը դադարել են գոյանալ։ Ահա որոշ հետևանքներ.
- Ջուրը սենյակային ջերմաստիճանում կդառնա գազային, քանի որ նրա եռման կետը կնվազի մինչև -80°C;
- բոլոր ջրամբարները կսկսեն սառչել ներքևից, քանի որ սառույցի խտությունը ավելի մեծ կլիներ, քան հեղուկ ջրի խտությունը.
- ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը կդադարի գոյություն ունենալ, և շատ ավելին:
Բերված օրինակները բավական են հասկանալու համար, որ այս դեպքում մեր մոլորակի բնությունը բոլորովին այլ կլիներ։
ՋՐԱԾՆԱՅԻՆ ԿԱՊ, ԴՐԱ ԿԱԶՄԱՎՈՐՄԱՆ ՊԱՅՄԱՆՆԵՐԸ.
Էթիլային սպիրտի բանաձևը CH 3 -CH 2 -O-H է: Այս նյութի տարբեր մոլեկուլների ո՞ր ատոմների միջև են գոյանում ջրածնային կապերը: Կազմե՛ք դրանց ձևավորումը պատկերող կառուցվածքային բանաձևեր:
2. Ջրածնային կապերը գոյություն ունեն ոչ միայն առանձին նյութերում, այլեւ լուծույթներում։ Կառուցվածքային բանաձևերի միջոցով ցույց տվեք, թե ինչպես են ջրածնային կապերը գոյանում ա) ամոնիակի, բ) ֆտորաջրածնի, գ) էթանոլի (էթիլային սպիրտ) ջրային լուծույթում։ \u003d 2H 2 O.
Այս երկու ռեակցիաներն էլ ջրի մեջ շարունակվում են անընդհատ և նույն արագությամբ, հետևաբար, ջրի մեջ կա հավասարակշռություն՝ 2H 2 O AN 3 O + OH:
Այս հավասարակշռությունը կոչվում է autoprotolysis հավասարակշռությունըջուր.
Այս շրջելի գործընթացի ուղղակի ռեակցիան էնդոթերմիկ է, հետևաբար, երբ տաքացվում է, ավտոպրոտոլիզը մեծանում է, մինչդեռ սենյակային ջերմաստիճանում հավասարակշռությունը տեղափոխվում է ձախ, այսինքն՝ H 3 O և OH իոնների կոնցենտրացիաները աննշան են: Ինչի՞ն են դրանք հավասար։
Զանգվածային գործողության օրենքի համաձայն
Բայց քանի որ արձագանքող ջրի մոլեկուլների թիվը աննշան է ջրի մոլեկուլների ընդհանուր քանակի համեմատ, մենք կարող ենք ենթադրել, որ ջրի կոնցենտրացիան ավտոպրոտոլիզում գործնականում չի փոխվում, և 2 = const Մաքուր ջրի մեջ հակառակ լիցքավորված իոնների նման ցածր կոնցենտրացիան բացատրում է, թե ինչու այս հեղուկը, թեև վատ է, այնուամենայնիվ, էլեկտրական հոսանք է փոխանցում:
ՋՐԻ ԱՎՏՈՊՐՈՏՈԼԻԶ, ՋՐԻ ԱՎՏՈՊՐՈՏՈԼԻԶ ԿՈՍՏԱՆՏ (ԻՈՆԱԿԱՆ ԱՐՏԱԴՐԱՆՔ):
Հեղուկ ամոնիակի իոնային արտադրանքը (եռման կետը -33 ° C) 2 10 -28 է: Գրե՛ք ամոնիակի ավտոպրոտոլիզի հավասարումը: Որոշեք ամոնիումի իոնների կոնցենտրացիան մաքուր հեղուկ ամոնիակում: Նյութերից ո՞րի էլեկտրական հաղորդունակությունն է ավելի մեծ՝ ջրի՞, թե՞ հեղուկ ամոնիակի։
1. Ջրածնի ստացում և դրա այրումը (նվազեցնող հատկություն).
2. Թթվածնի ստացում և դրանում առկա նյութերի այրում (օքսիդացնող հատկություն).
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 նավակի մեջ 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։
Ջրածինը H-ն Տիեզերքում ամենատարածված տարրն է (մոտ 75% զանգվածով), Երկրի վրա այն իններորդ ամենատարածված տարրն է։ Ամենակարևոր բնական ջրածնի միացությունը ջուրն է:
Պարբերական աղյուսակում ջրածինը զբաղեցնում է առաջին տեղը (Z = 1): Այն ունի ատոմի ամենապարզ կառուցվածքը՝ ատոմի միջուկը 1 պրոտոն է, շրջապատված 1 էլեկտրոնից բաղկացած էլեկտրոնային ամպով։
Որոշ պայմաններում ջրածինը ցուցաբերում է մետաղական հատկություններ (նվիրում է էլեկտրոն), մյուսներում՝ ոչ մետաղական (ընդունում է էլեկտրոն)։
Ջրածնի իզոտոպները հանդիպում են բնության մեջ՝ 1H - պրոտիում (միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից), 2H - դեյտերիում (D - միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և մեկ նեյտրոնից), 3H - տրիտում (T - միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և երկուսից։ նեյտրոններ):
Պարզ նյութ ջրածին
Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք կապված են ոչ բևեռային կովալենտային կապով։
ֆիզիկական հատկություններ.Ջրածինը անգույն, ոչ թունավոր, անհոտ և անհամ գազ է։ Ջրածնի մոլեկուլը բևեռային չէ։ Ուստի գազային ջրածնի միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը փոքր են։ Դա դրսևորվում է ցածր եռման կետերում (-252,6 0С) և հալման կետերում (-259,2 0С):
Ջրածինը օդից թեթեւ է, D (օդում) = 0,069; փոքր–ինչ լուծելի է ջրում (2 ծավալ H2 լուծվում է 100 ծավալ H2O–ում)։ Հետեւաբար, ջրածինը, երբ արտադրվում է լաբորատորիայում, կարող է հավաքվել օդի կամ ջրի տեղաշարժի մեթոդներով:
Ջրածնի ստացում
Լաբորատորիայում:
1. Նոսրացված թթուների ազդեցությունը մետաղների վրա.
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2
2. Ալկալիների և ալկալային մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ.
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3. Հիդրիդների հիդրոլիզ. մետաղների հիդրիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրով՝ համապատասխան ալկալիների և ջրածնի առաջացմամբ.
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2
4. Ալկալիների ազդեցությունը ցինկի կամ ալյումինի կամ սիլիցիումի վրա.
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
5. Ջրի էլեկտրոլիզ. Ջրի էլեկտրական հաղորդունակությունը բարձրացնելու համար դրան ավելացվում է էլեկտրոլիտ, օրինակ՝ NaOH, H 2 SO 4 կամ Na 2 SO 4։ Կաթոդում առաջանում է 2 ծավալ ջրածին, անոդում՝ 1 ծավալ թթվածին։
2H 2 O → 2H 2 + O 2
Ջրածնի արդյունաբերական արտադրություն
1. Մեթանի փոխակերպումը գոլորշու հետ, Ni 800 °C (ամենաէժան):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
Ընդհանուր առմամբ.
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2
2. Ջրային գոլորշի տաք կոքսի միջով 1000 o C-ում:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
Ստացված ածխածնի օքսիդը (IV) կլանում է ջուրը, այս կերպ ստացվում է արդյունաբերական ջրածնի 50%-ը։
3. Երկաթի կամ նիկելի կատալիզատորի առկայության դեպքում մեթանը տաքացնելով մինչև 350°C.
CH 4 → C + 2H 2
4. KCl-ի կամ NaCl-ի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզը՝ որպես կողմնակի արտադրանք.
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH
Ջրածնի քիմիական հատկությունները
- Միացություններում ջրածինը միշտ միավալենտ է։ Այն ունի +1 օքսիդացման աստիճան, սակայն մետաղների հիդրիդներում այն -1 է։
- Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմից։ Նրանց միջև կապի առաջացումը բացատրվում է էլեկտրոնների ընդհանրացված զույգի ձևավորմամբ՝ H՝ H կամ H 2:
- Էլեկտրոնների այս ընդհանրացման շնորհիվ H 2 մոլեկուլը էներգետիկ առումով ավելի կայուն է, քան իր առանձին ատոմները։ 1 մոլ ջրածնի մեջ մոլեկուլը ատոմների կոտրելու համար անհրաժեշտ է ծախսել 436 կՋ էներգիա՝ H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 կՋ / մոլ
- Սա բացատրում է մոլեկուլային ջրածնի համեմատաբար ցածր ակտիվությունը սովորական ջերմաստիճանում:
- Շատ ոչ մետաղների հետ ջրածինը ձևավորում է գազային միացություններ, ինչպիսիք են RN 4, RN 3, RN 2, RN:
1) հալոգեններով առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ.
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Միաժամանակ այն պայթում է ֆտորով, քլորի ու բրոմի հետ արձագանքում է միայն լուսավորվելիս կամ տաքանալիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքանալիս։
2) թթվածնով.
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
ջերմության արտանետմամբ: Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով: 2 ծավալով H 2 և 1 ծավալով O 2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ:
3) Երբ տաքացվում է, այն ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ (շատ ավելի դժվար է սելենի և տելուրիումի հետ).
H 2 + S → H 2 S (ջրածնի սուլֆիդ),
4) ազոտով միայն կատալիզատորի վրա ամոնիակի առաջացմամբ և բարձր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում.
ZN 2 + N 2 → 2NH 3
5) ածխածնի հետ բարձր ջերմաստիճաններում.
2H 2 + C → CH 4 (մեթան)
6) ալկալիական և հողալկալիական մետաղներով առաջացնում է հիդրիդներ (ջրածինը օքսիդացնող նյութ է).
H 2 + 2Li → 2LiH
Մետաղների հիդրիդներում ջրածնի իոնը բացասական լիցքավորված է (օքսիդացման վիճակ -1), այսինքն՝ հիդրիդը Na + H - կառուցված է Na + Cl- քլորիդների նման.
Բարդ նյութերով.
7) մետաղների օքսիդներով (օգտագործվում է մետաղների վերականգնման համար).
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O
8) ածխածնի օքսիդով (II).
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Սինթեզ - գազը (ջրածնի և ածխածնի օքսիդի խառնուրդ) մեծ գործնական նշանակություն ունի, քանի որ, կախված ջերմաստիճանից, ճնշումից և կատալիզատորից, ձևավորվում են տարբեր օրգանական միացություններ, օրինակ՝ HCHO, CH 3 OH և այլն։
9) Չհագեցած ածխաջրածինները փոխազդում են ջրածնի հետ՝ վերածվելով հագեցած.
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2.
