ჟანგბადი ყველაზე უხვი ელემენტია დედამიწაზე. აზოტთან და მცირე რაოდენობით სხვა აირებთან ერთად თავისუფალი ჟანგბადი ქმნის დედამიწის ატმოსფეროს. მისი შემცველობა ჰაერში არის 20,95% მოცულობით ან 23,15% მასით. დედამიწის ქერქში ატომების 58% არის შეკრული ჟანგბადის ატომები (მასით 47%). ჟანგბადი არის წყლის ნაწილი (ჰიდროსფეროში შეკრული ჟანგბადის მარაგი ძალიან დიდია), ქანების, მრავალი მინერალისა და მარილის ნაწილი და გვხვდება ცხიმებში, ცილებსა და ნახშირწყლებში, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ ორგანიზმებს. დედამიწის თითქმის მთელი თავისუფალი ჟანგბადი იქმნება და ინახება ფოტოსინთეზის პროცესის შედეგად.

ფიზიკური თვისებები.

ჟანგბადი არის უფერო, უგემოვნო და უსუნო აირი, ჰაერზე ოდნავ მძიმე. წყალში ოდნავ ხსნადია (31 მლ ჟანგბადი იხსნება 1 ლიტრ წყალში 20 გრადუსზე), მაგრამ მაინც უკეთესია სხვა ატმოსფერულ აირებზე, ამიტომ წყალი მდიდრდება ჟანგბადით. ჟანგბადის სიმკვრივე ნორმალურ პირობებში არის 1,429 გ/ლ. -183 0 C ტემპერატურაზე და 101,325 კპა წნევაზე ჟანგბადი გადადის თხევად მდგომარეობაში. თხევად ჟანგბადს აქვს მოლურჯო ფერი, იწევა მაგნიტურ ველში და -218,7 ° C ტემპერატურაზე აყალიბებს ლურჯ კრისტალებს.

ბუნებრივ ჟანგბადს აქვს სამი იზოტოპი O 16, O 17, O 18.

ალოტროპია - ქიმიური ელემენტის უნარი არსებობდეს ორი ან მეტი მარტივი ნივთიერების სახით, რომლებიც განსხვავდებიან მხოლოდ ატომების რაოდენობით მოლეკულაში ან სტრუქტურაში.

ოზონი O 3 – არსებობს ატმოსფეროს ზედა ფენებში დედამიწის ზედაპირიდან 20-25 კმ სიმაღლეზე და ქმნის ეგრეთ წოდებულ „ოზონის ფენას“, რომელიც იცავს დედამიწას მზის მავნე ულტრაიისფერი გამოსხივებისგან; ღია მეწამული, მომწამვლელი გაზი დიდი რაოდენობით სპეციფიკური, მკვეთრი, მაგრამ სასიამოვნო სუნით. დნობის წერტილი არის -192,7 0 C, დუღილის წერტილი 111,9 0 C. წყალში უკეთ ვხსნით ჟანგბადს.

ოზონი არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი. მისი ჟანგვითი აქტივობა ემყარება მოლეკულის უნარს დაშლის ატომური ჟანგბადის გამოყოფით:

ის ჟანგავს ბევრ მარტივ და რთულ ნივთიერებას. ზოგიერთ მეტალთან ერთად ის ქმნის ოზონიდებს, მაგალითად კალიუმის ოზონიდს:

K + O 3 = KO 3

ოზონი იწარმოება სპეციალურ მოწყობილობებში - ოზონიზატორებში. მათში, ელექტრული გამონადენის გავლენის ქვეშ, მოლეკულური ჟანგბადი გარდაიქმნება ოზონად:

მსგავსი რეაქცია ხდება ელვისებური გამონადენის გავლენის ქვეშ.

ოზონის გამოყენება განპირობებულია მისი ძლიერი ჟანგვის თვისებებით: გამოიყენება ქსოვილების გასათეთრებლად, სასმელი წყლის დეზინფექციისთვის და მედიცინაში, როგორც სადეზინფექციო საშუალება.

ოზონის დიდი რაოდენობით შესუნთქვა საზიანოა: ის აღიზიანებს თვალის ლორწოვან გარსს და სასუნთქ ორგანოებს.

ქიმიური თვისებები.

სხვა ელემენტების ატომებთან ქიმიურ რეაქციებში (გარდა ფტორისა), ჟანგბადი ავლენს ექსკლუზიურად ჟანგვის თვისებებს.

ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური თვისებაა ოქსიდების წარმოქმნის უნარი თითქმის ყველა ელემენტთან. ამავდროულად, ჟანგბადი უშუალოდ რეაგირებს ნივთიერებების უმეტესობასთან, განსაკუთრებით გაცხელებისას.

ამ რეაქციების შედეგად, როგორც წესი, წარმოიქმნება ოქსიდები, ნაკლებად ხშირად პეროქსიდები:

2Ca + O 2 = 2CaO

2Ba + O 2 = 2BaO

2Na + O 2 = Na 2 O 2

ჟანგბადი არ ურთიერთქმედებს უშუალოდ ჰალოგენებთან, ოქროსთან და პლატინთან; მათი ოქსიდები მიიღება არაპირდაპირი გზით. გაცხელებისას გოგირდი, ნახშირბადი და ფოსფორი იწვება ჟანგბადში.

ჟანგბადის ურთიერთქმედება აზოტთან იწყება მხოლოდ 1200 0 C ტემპერატურაზე ან ელექტრული გამონადენით:

N 2 + O 2 = 2NO

წყალბადით ჟანგბადი აყალიბებს წყალს:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

ამ რეაქციის დროს გამოიყოფა სითბოს მნიშვნელოვანი რაოდენობა.

ორი მოცულობის წყალბადის ნარევი ერთი მოცულობის ჟანგბადთან ერთად აფეთქებისას აფეთქებს; მას დეტონაციის გაზი ეწოდება.

ბევრი ლითონი ატმოსფერულ ჟანგბადთან შეხებისას ექვემდებარება განადგურებას - კოროზიას. ზოგიერთი ლითონი ნორმალურ პირობებში იჟანგება მხოლოდ ზედაპირიდან (მაგალითად, ალუმინი, ქრომი). მიღებული ოქსიდის ფილმი ხელს უშლის შემდგომ ურთიერთქმედებას.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

გარკვეულ პირობებში რთული ნივთიერებები ასევე ურთიერთქმედებენ ჟანგბადთან. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ოქსიდები, ზოგიერთ შემთხვევაში კი ოქსიდები და მარტივი ნივთიერებები.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

4NН 3 +ЗО 2 =2N 2 +6Н 2 О

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

რთულ ნივთიერებებთან ურთიერთობისას ჟანგბადი მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი. მისი მნიშვნელოვანი თვისება, შენარჩუნების უნარი წვისნივთიერებები.

ჟანგბადი ასევე ქმნის ნაერთს წყალბადთან - წყალბადის ზეჟანგი H 2 O 2 - უფერო გამჭვირვალე სითხე მკვეთრი შემკვრელი გემოთი, წყალში ძლიერ ხსნადი. ქიმიურად, წყალბადის ზეჟანგი ძალიან საინტერესო ნაერთია. დამახასიათებელია მისი დაბალი სტაბილურობა: დგომისას ნელ-ნელა იშლება წყალში და ჟანგბადში:

H 2 O 2 = H 2 O + O 2

სინათლე, სითბო, ტუტეების არსებობა და ჟანგვის ან შემცირების აგენტებთან კონტაქტი აჩქარებს დაშლის პროცესს. წყალბადის ზეჟანგში ჟანგბადის დაჟანგვის მდგომარეობა = - 1, ე.ი. აქვს შუალედური მნიშვნელობა ჟანგბადის ჟანგვის მდგომარეობას წყალში (-2) და მოლეკულურ ჟანგბადს შორის (0), ამიტომ წყალბადის ზეჟანგი ავლენს რედოქს ორმაგობას. წყალბადის ზეჟანგის ჟანგვის თვისებები ბევრად უფრო გამოხატულია, ვიდრე შემცირების თვისებები და ისინი ვლინდება მჟავე, ტუტე და ნეიტრალურ გარემოში.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O

წყალბადის ქიმიური თვისებები

ჩვეულებრივ პირობებში, მოლეკულური წყალბადი შედარებით ნაკლებად აქტიურია, პირდაპირ ერწყმის მხოლოდ ყველაზე აქტიურ არალითონებს (ფტორთან და შუქზე ქლორთან). თუმცა, როდესაც თბება, ის რეაგირებს ბევრ ელემენტთან.

წყალბადი რეაგირებს მარტივ და რთულ ნივთიერებებთან:

- წყალბადის ურთიერთქმედება ლითონებთან იწვევს რთული ნივთიერებების - ჰიდრიდების წარმოქმნას, რომელთა ქიმიურ ფორმულებში ყოველთვის პირველ ადგილზეა ლითონის ატომი:

მაღალ ტემპერატურაზე წყალბადი უშუალოდ რეაგირებს ზოგიერთი ლითონით(ტუტე, ტუტე დედამიწა და სხვა), წარმოქმნის თეთრ კრისტალურ ნივთიერებებს - ლითონის ჰიდრიდებს (Li H, Na H, KH, CaH 2 და სხვ.):

H 2 + 2Li = 2LiH

ლითონის ჰიდრიდები ადვილად იშლება წყლის მიერ და წარმოიქმნება შესაბამისი ტუტე და წყალბადი:

დაახ H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

- როდესაც წყალბადი ურთიერთქმედებს არალითონებთან წარმოიქმნება აქროლადი წყალბადის ნაერთები. აქროლადი წყალბადის ნაერთის ქიმიურ ფორმულაში წყალბადის ატომი შეიძლება იყოს პირველ ან მეორე ადგილზე, PSHE-ში მისი მდებარეობიდან გამომდინარე (იხილეთ ფირფიტა სლაიდში):

1). ჟანგბადითწყალბადი აყალიბებს წყალს:

ვიდეო "წყალბადის წვა"

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

ნორმალურ ტემპერატურაზე რეაქცია მიმდინარეობს უკიდურესად ნელა, 550°C-ზე ზემოთ - აფეთქებით (2 მოცულობის H 2 და 1 მოცულობის O 2 ნარევი ეწოდება ასაფეთქებელი გაზი) .

ვიდეო "მაფეთქებელი აირის აფეთქება"

ვიდეო "ასაფეთქებელი ნარევის მომზადება და აფეთქება"

2). ჰალოგენებითწყალბადი აყალიბებს წყალბადის ჰალოიდებს, მაგალითად:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

ამავდროულად, წყალბადი ფეთქდება ფტორთან (თუნდაც სიბნელეში და -252°C ტემპერატურაზე), ქლორთან და ბრომთან რეაგირებს მხოლოდ განათების ან გაცხელებისას, ხოლო იოდთან მხოლოდ გაცხელებისას.

3). აზოტითწყალბადი რეაგირებს ამიაკის წარმოქმნით:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

მხოლოდ კატალიზატორზე და ამაღლებულ ტემპერატურასა და წნევაზე.

4). როდესაც თბება, წყალბადი ენერგიულად რეაგირებს გოგირდით:

H 2 + S = H 2 S (წყალბადის სულფიდი),

ბევრად უფრო რთულია სელენი და ტელურუმი.

5). სუფთა ნახშირბადითწყალბადს შეუძლია რეაგირება კატალიზატორის გარეშე მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე:

2H 2 + C (ამორფული) = CH4 (მეთანი)

- წყალბადი გადის ჩანაცვლების რეაქციას ლითონის ოქსიდებით , ამ შემთხვევაში პროდუქტებში წარმოიქმნება წყალი და მცირდება ლითონი. წყალბადი - ავლენს შემცირების აგენტის თვისებებს:

წყალბადი გამოიყენება მრავალი ლითონის აღდგენისთვისრადგან ის აშორებს ჟანგბადს მათი ოქსიდებისგან:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O და ა.შ.

წყალბადის გამოყენება

ვიდეო "წყალბადის გამოყენება"

ამჟამად წყალბადი დიდი რაოდენობით იწარმოება. მისი ძალიან დიდი ნაწილი გამოიყენება ამიაკის სინთეზში, ცხიმების ჰიდროგენიზაციაში და ქვანახშირის, ზეთების და ნახშირწყალბადების ჰიდროგენიზაციაში. გარდა ამისა, წყალბადი გამოიყენება მარილმჟავას, მეთილის სპირტის, ჰიდროციანმჟავას სინთეზისთვის, ლითონების შედუღებისა და გაყალბებისთვის, აგრეთვე ინკანდესენტური ნათურების და ძვირფასი ქვების წარმოებაში. წყალბადი იყიდება ცილინდრებში 150 ატმზე მეტი წნევის ქვეშ. ისინი შეღებილია მუქი მწვანედ და აქვთ წითელი წარწერა "ჰიდროგენი".

წყალბადი გამოიყენება თხევადი ცხიმების მყარ ცხიმებად გადაქცევისთვის (ჰიდროგენიზაცია), თხევადი საწვავის წარმოებისთვის ქვანახშირისა და საწვავის ჰიდროგენირებით. მეტალურგიაში წყალბადი გამოიყენება, როგორც ოქსიდების ან ქლორიდების შემამცირებელი საშუალება ლითონებისა და არალითონების წარმოებისთვის (გერმანიუმი, სილიციუმი, გალიუმი, ცირკონიუმი, ჰაფნიუმი, მოლიბდენი, ვოლფრამი და ა.შ.).

წყალბადის პრაქტიკული გამოყენება მრავალფეროვანია: მას ჩვეულებრივ იყენებენ ზონდის ბუშტების შესავსებად, ქიმიურ მრეწველობაში ის ემსახურება როგორც ნედლეულს მრავალი ძალიან მნიშვნელოვანი პროდუქტის (ამიაკი და ა.შ.), კვების მრეწველობაში - წარმოებისთვის. მყარი ცხიმები მცენარეული ზეთებიდან და ა.შ. მაღალი ტემპერატურა (2600 °C-მდე), რომელიც მიიღება ჟანგბადში წყალბადის წვის შედეგად, გამოიყენება ცეცხლგამძლე ლითონების, კვარცის და ა.შ. დნობისთვის. თხევადი წყალბადი ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური რეაქტიული საწვავია. წყალბადის წლიური გლობალური მოხმარება 1 მილიონ ტონას აჭარბებს.

სიმულატორები

No2. წყალბადი

დავალებათა ამოცანები

დავალება No1
ჩაწერეთ წყალბადის ურთიერთქმედების განტოლებები შემდეგ ნივთიერებებთან: F 2, Ca, Al 2 O 3, ვერცხლისწყლის (II) ოქსიდი, ვოლფრამის (VI) ოქსიდი. დაასახელეთ რეაქციის პროდუქტები, მიუთითეთ რეაქციების სახეები.

დავალება No2
განახორციელეთ ტრანსფორმაციები სქემის მიხედვით:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

დავალება No3.
გამოთვალეთ წყლის მასა, რომელიც შეიძლება მივიღოთ 8 გ წყალბადის დაწვით?

გაკვეთილის მიზანი.ამ გაკვეთილზე თქვენ გაეცნობით დედამიწაზე სიცოცხლისთვის ალბათ ყველაზე მნიშვნელოვან ქიმიურ ელემენტებს - წყალბადს და ჟანგბადს, გაეცნობით მათ ქიმიურ თვისებებს, ასევე მათ მიერ წარმოქმნილ უბრალო ნივთიერებების ფიზიკურ თვისებებს, შეიტყობთ მეტი ჟანგბადისა და წყალბადის როლის შესახებ. ბუნებასა და ცხოვრებაში ადამიანში.

წყალბადი- ყველაზე გავრცელებული ელემენტი სამყაროში. ჟანგბადი- ყველაზე გავრცელებული ელემენტი დედამიწაზე. ისინი ერთად ქმნიან წყალს, ნივთიერებას, რომელიც შეადგენს ადამიანის სხეულის მასის ნახევარზე მეტს. ჟანგბადი არის გაზი, რომელიც გვჭირდება სუნთქვისთვის და წყლის გარეშე რამდენიმე დღეც კი ვერ ვიცხოვრებდით, ასე რომ, უდავოდ შეგვიძლია მივიჩნიოთ ჟანგბადი და წყალბადი სიცოცხლისთვის აუცილებელ ყველაზე მნიშვნელოვან ქიმიურ ელემენტებად.

წყალბადის და ჟანგბადის ატომების სტრუქტურა

ამრიგად, წყალბადი ავლენს არამეტალურ თვისებებს. ბუნებაში წყალბადი გვხვდება სამი იზოტოპის სახით, პროტიუმი, დეიტერიუმი და ტრიტიუმი, წყალბადის იზოტოპები ფიზიკური თვისებებით ძალიან განსხვავდებიან ერთმანეთისგან, ამიტომ მათ ცალკეული სიმბოლოებიც კი ენიჭებათ.

თუ არ გახსოვთ ან არ იცით რა არის იზოტოპები, იმუშავეთ ელექტრონული საგანმანათლებლო რესურსის მასალებთან "იზოტოპები, როგორც ერთი ქიმიური ელემენტის ატომების სახეობები". მასში გაიგებთ, თუ როგორ განსხვავდება ერთი ელემენტის იზოტოპები ერთმანეთისგან, რას იწვევს ერთი ელემენტის რამდენიმე იზოტოპის არსებობა და ასევე გაეცნობით რამდენიმე ელემენტის იზოტოპებს.

ამრიგად, ჟანგბადის შესაძლო დაჟანგვის მდგომარეობები შემოიფარგლება მნიშვნელობებით -2-დან +2-მდე. თუ ჟანგბადი იღებს ორ ელექტრონს (იქცევა ანიონად) ან ქმნის ორ კოვალენტურ ბმას ნაკლებად ელექტროუარყოფითი ელემენტებით, ის გადადის –2 დაჟანგვის მდგომარეობაში. თუ ჟანგბადი ქმნის ერთ კავშირს მეორე ჟანგბადის ატომთან და მეორე კავშირს ნაკლებად ელექტროუარყოფითი ელემენტის ატომთან, ის გადადის –1 დაჟანგვის მდგომარეობაში. ფტორთან ორი კოვალენტური ბმის წარმოქმნით (ერთადერთი ელემენტი მაღალი ელექტრონეგატიურობის მნიშვნელობით), ჟანგბადი შედის +2 დაჟანგვის მდგომარეობაში. ერთი ბმის ფორმირება მეორე ჟანგბადის ატომთან, ხოლო მეორე ფტორის ატომთან – +1. დაბოლოს, თუ ჟანგბადი ქმნის ერთ კავშირს ნაკლებად ელექტროუარყოფით ატომთან და მეორე კავშირს ფტორთან, ის იქნება ოქსიდაციის მდგომარეობაში 0.

წყალბადისა და ჟანგბადის ფიზიკური თვისებები, ჟანგბადის ალოტროპია

წყალბადი- უფერო გაზი გემოსა და სუნის გარეშე. ძალიან მსუბუქი (14,5-ჯერ მსუბუქია ვიდრე ჰაერი). წყალბადის გათხევადების ტემპერატურა - -252,8 °C - თითქმის ყველაზე დაბალია ყველა გაზს შორის (მეორე ჰელიუმის შემდეგ). თხევადი და მყარი წყალბადი ძალიან მსუბუქი, უფერო ნივთიერებებია.

ჟანგბადი- უფერო, უგემოვნო და უსუნო გაზი, ჰაერზე ოდნავ მძიმე. -182,9 °C ტემპერატურაზე ის იქცევა მძიმე ცისფერ სითხეში, -218 °C-ზე მყარდება ლურჯი კრისტალების წარმოქმნით. ჟანგბადის მოლეკულები პარამაგნიტურია, რაც ნიშნავს, რომ ჟანგბადი იზიდავს მაგნიტს. ჟანგბადი წყალში ცუდად ხსნადია.

წყალბადისგან განსხვავებით, რომელიც ქმნის მხოლოდ ერთი ტიპის მოლეკულებს, ჟანგბადი ავლენს ალოტროპიას და ქმნის ორი ტიპის მოლეკულებს, ანუ ელემენტი ჟანგბადი ქმნის ორ მარტივ ნივთიერებას: ჟანგბადს და ოზონს.

ქიმიური თვისებები და მარტივი ნივთიერებების მომზადება

წყალბადი.

წყალბადის მოლეკულაში ბმა არის ერთჯერადი ბმა, მაგრამ ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი ცალმხრივი ბმა ბუნებაში და მის გასაწყვეტად საჭიროა დიდი ენერგიის დახარჯვა, ამიტომ წყალბადი ძალიან არააქტიურია ოთახის ტემპერატურაზე, მაგრამ ტემპერატურის მატება (ან კატალიზატორის თანდასწრებით) წყალბადი ადვილად ურთიერთქმედებს ბევრ მარტივ და რთულ ნივთიერებასთან.

ქიმიური თვალსაზრისით წყალბადი ტიპიური არალითონია. ანუ მას შეუძლია აქტიურ ლითონებთან ურთიერთქმედება ჰიდრიდების წარმოქმნით, რომლებშიც ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას -1. ზოგიერთ მეტალთან (ლითიუმი, კალციუმი) ურთიერთქმედება ხდება ოთახის ტემპერატურაზეც კი, მაგრამ საკმაოდ ნელა, ამიტომ გათბობა გამოიყენება ჰიდრიდების სინთეზში:

,

.

ჰიდრიდების წარმოქმნა მარტივი ნივთიერებების პირდაპირი ურთიერთქმედებით შესაძლებელია მხოლოდ აქტიური ლითონებისთვის. ალუმინი აღარ ურთიერთქმედებს წყალბადთან უშუალოდ; მისი ჰიდრიდი მიიღება გაცვლითი რეაქციების შედეგად.

წყალბადი ასევე რეაგირებს არალითონებთან მხოლოდ გაცხელებისას. გამონაკლისს წარმოადგენს ჰალოგენები ქლორი და ბრომი, რომელთა რეაქცია შეიძლება გამოწვეული იყოს შუქით:

.

ფტორთან რეაქცია ასევე არ საჭიროებს გათბობას; ის ფეთქებად მიმდინარეობს ძლიერი გაგრილებითაც კი და აბსოლუტურ სიბნელეში.

ჟანგბადთან რეაქცია მიმდინარეობს განშტოებული ჯაჭვის მექანიზმის გასწვრივ, ამიტომ რეაქციის სიჩქარე სწრაფად იზრდება და ჟანგბადისა და წყალბადის ნარევში 1:2 თანაფარდობით, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით (ასეთ ნარევს ეწოდება "ასაფეთქებელი აირი" ):

.

გოგირდთან რეაქცია გაცილებით მშვიდად მიმდინარეობს, სითბოს წარმოქმნის გარეშე:

.

აზოტთან და იოდთან რეაქციები შექცევადია:

,

.

ეს გარემოება ძალიან ართულებს ამიაკის მოპოვებას ინდუსტრიაში: პროცესი მოითხოვს გაზრდილი წნევის გამოყენებას ამიაკის წარმოქმნისკენ წონასწორობის შერევისთვის. წყალბადის იოდიდი არ მიიღება პირდაპირი სინთეზით, რადგან არსებობს მისი სინთეზის რამდენიმე ბევრად უფრო მოსახერხებელი მეთოდი.

წყალბადი უშუალოდ არ რეაგირებს დაბალაქტიურ არამეტალებთან (), თუმცა ცნობილია მათი ნაერთები.

კომპლექსურ ნივთიერებებთან რეაქციებში წყალბადი უმეტეს შემთხვევაში მოქმედებს როგორც შემცირების აგენტი. ხსნარებში წყალბადს შეუძლია შეამციროს დაბალაქტიური ლითონები (მდებარეობენ წყალბადის შემდეგ ძაბვის სერიაში) მათი მარილებისგან:

როდესაც გაცხელდება, წყალბადს შეუძლია შეამციროს მრავალი ლითონი მათი ოქსიდებიდან. უფრო მეტიც, რაც უფრო აქტიურია ლითონი, მით უფრო რთულია მისი აღდგენა და მით უფრო მაღალია ამისთვის საჭირო ტემპერატურა:

.

თუთიაზე უფრო აქტიური ლითონები თითქმის შეუძლებელია წყალბადით შემცირება.

წყალბადი წარმოიქმნება ლაბორატორიაში ლითონების ძლიერ მჟავებთან ურთიერთქმედებით. ყველაზე ხშირად გამოიყენება თუთია და მარილმჟავა:

ნაკლებად ხშირად გამოიყენება წყლის ელექტროლიზი ძლიერი ელექტროლიტების თანდასწრებით:

მრეწველობაში წყალბადი მიიღება როგორც გვერდითი პროდუქტი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წარმოებისას ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზით:

გარდა ამისა, წყალბადი მიიღება ნავთობის გადამუშავების შედეგად.

წყალბადის წარმოება წყლის ფოტოლიზით ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული მეთოდია მომავალში, მაგრამ ამ დროისთვის ამ მეთოდის სამრეწველო გამოყენება რთულია.

ელექტრონული საგანმანათლებლო რესურსების მასალებთან მუშაობა ლაბორატორიული სამუშაო „წყალბადის წარმოება და თვისებები“ და ლაბორატორიული სამუშაო „წყალბადის თვისებების შემცირება“. შეისწავლეთ კიპის აპარატისა და კირიუშკინის აპარატის მუშაობის პრინციპი. დაფიქრდით, რა შემთხვევებში უფრო მოსახერხებელია კიპის აპარატის გამოყენება და რომელ შემთხვევებში უფრო მოსახერხებელია კირიუშკინის აპარატის გამოყენება. რა თვისებებს ავლენს წყალბადი რეაქციებში?

ჟანგბადი.

ჟანგბადის მოლეკულაში ბმა ორმაგი და ძალიან ძლიერია. ამიტომ ჟანგბადი საკმაოდ არააქტიურია ოთახის ტემპერატურაზე. თუმცა, როდესაც თბება, ის იწყებს ძლიერი ჟანგვის თვისებების გამოვლენას.

ჟანგბადი რეაგირებს გაცხელების გარეშე აქტიურ ლითონებთან (ტუტე, ტუტე დედამიწა და ზოგიერთი ლანთანიდი):

როდესაც თბება, ჟანგბადი რეაგირებს მეტალების უმეტესობასთან და წარმოქმნის ოქსიდებს:

,

,

.

ვერცხლი და ნაკლებად აქტიური ლითონები არ იჟანგება ჟანგბადით.

ჟანგბადი ასევე რეაგირებს არამეტალების უმეტესობასთან ოქსიდების წარმოქმნით:

,

,

.

აზოტთან ურთიერთქმედება ხდება მხოლოდ ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე, დაახლოებით 2000 °C.

ჟანგბადი არ რეაგირებს ქლორთან, ბრომთან და იოდთან, თუმცა მათი ბევრი ოქსიდის მიღება შესაძლებელია არაპირდაპირი გზით.

ჟანგბადის ურთიერთქმედება ფტორთან შეიძლება განხორციელდეს ელექტრული გამონადენის გავლის გზით გაზების ნარევში:

.

ჟანგბადის (II) ფტორი არასტაბილური ნაერთია, ადვილად იშლება და არის ძალიან ძლიერი ჟანგვის აგენტი.

ხსნარებში ჟანგბადი არის ძლიერი, თუმცა ნელი, ჟანგვის აგენტი. როგორც წესი, ჟანგბადი ხელს უწყობს ლითონების გადასვლას მაღალ დაჟანგვის მდგომარეობებზე:

ჟანგბადის არსებობა ხშირად იძლევა ძაბვის სერიის წყალბადის უკან მდებარე ლითონებს მჟავებში დაშლის საშუალებას:

როდესაც თბება, ჟანგბადს შეუძლია დაჟანგვის ქვედა ლითონის ოქსიდები:

.

მრეწველობაში ჟანგბადი არ მიიღება ქიმიური მეთოდებით, იგი მიიღება ჰაერიდან დისტილაციით.

ლაბორატორიაში იყენებენ ჟანგბადით მდიდარი ნაერთების - ნიტრატების, ქლორატების, პერმანგანატების დაშლის რეაქციებს გაცხელებისას:

თქვენ ასევე შეგიძლიათ მიიღოთ ჟანგბადი წყალბადის ზეჟანგის კატალიზური დაშლის გზით:

გარდა ამისა, წყლის ელექტროლიზის ზემოაღნიშნული რეაქცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჟანგბადის წარმოებისთვის.

მუშაობა ელექტრონული საგანმანათლებლო რესურსის მასალებთან ლაბორატორიული სამუშაო „ჟანგბადის წარმოება და მისი თვისებები“.

რა ჰქვია ლაბორატორიულ სამუშაოებში გამოყენებული ჟანგბადის შეგროვების მეთოდს? აირების შეგროვების რა სხვა მეთოდები არსებობს და რომელი მათგანია შესაფერისი ჟანგბადის შესაგროვებლად?

დავალება 1. ნახეთ ვიდეო კლიპი „კალიუმის პერმანგანატის დაშლა გაცხელებისას“.

Უპასუხე კითხვებს:

1. 1. მყარი რეაქციის პროდუქტებიდან რომელია წყალში ხსნადი?
   2. რა ფერისაა კალიუმის პერმანგანატის ხსნარი?
   3. რა ფერისაა კალიუმის მანგანატის ხსნარი?

დაწერეთ განტოლებები მომხდარი რეაქციებისთვის. დააბალანსეთ ისინი ელექტრონული ბალანსის მეთოდით.

განიხილეთ დავალება მასწავლებელთან ვიდეო ოთახში ან ვიდეო ოთახში.

ოზონი.

ოზონის მოლეკულა ტრიატომურია და მასში არსებული ბმები ნაკლებად ძლიერია, ვიდრე ჟანგბადის მოლეკულაში, რაც იწვევს ოზონის უფრო მეტ ქიმიურ აქტივობას: ოზონი ადვილად აჟანგებს ბევრ ნივთიერებას ხსნარებში ან მშრალ ფორმაში გაცხელების გარეშე:

ოზონს შეუძლია აზოტის(IV) ოქსიდის დაჟანგვა აზოტის(V) ოქსიდად, ხოლო გოგირდის(IV) ოქსიდს გოგირდის(VI) ოქსიდად კატალიზატორის გარეშე:

ოზონი თანდათან იშლება ჟანგბადის წარმოქმნით:

ოზონის წარმოებისთვის გამოიყენება სპეციალური მოწყობილობები - ოზონიზატორები, რომლებშიც მბზინავი გამონადენი გადის ჟანგბადში.

ლაბორატორიაში, მცირე რაოდენობით ოზონის მისაღებად, ზოგჯერ გამოიყენება პეროქსო ნაერთების და ზოგიერთი უმაღლესი ოქსიდის დაშლის რეაქციები გაცხელებისას:

მუშაობა ელექტრონული საგანმანათლებლო რესურსის მასალებთან ლაბორატორიული სამუშაო „ოზონის წარმოება და მისი თვისებების შესწავლა“.

ახსენით, რატომ ხდება ინდიგოს ხსნარის გაუფერულება. დაწერეთ იმ რეაქციების განტოლებები, რომლებიც წარმოიქმნება ტყვიის ნიტრატისა და ნატრიუმის სულფიდის ხსნარების შერევისას და ოზონირებული ჰაერის გავლისას მიღებული სუსპენზიის მეშვეობით. დაწერეთ იონური განტოლებები იონური გაცვლის რეაქციისთვის. რედოქსის რეაქციისთვის შექმენით ელექტრონული ბალანსი.

განიხილეთ დავალება მასწავლებელთან ვიდეო ოთახში ან ვიდეო ოთახში.

წყლის ქიმიური თვისებები

წყლის ფიზიკური თვისებებისა და მისი მნიშვნელობის უკეთ გასაცნობად, იმუშავეთ ელექტრონული საგანმანათლებლო რესურსების მასალებთან "წყლის ანომალიური თვისებები" და "წყალი ყველაზე მნიშვნელოვანი სითხეა დედამიწაზე".

წყალს დიდი მნიშვნელობა აქვს ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის - ფაქტობრივად, ბევრი ცოცხალი ორგანიზმი შედგება ნახევარზე მეტი წყლისგან. წყალი ერთ-ერთი ყველაზე უნივერსალური გამხსნელია (მაღალი ტემპერატურისა და წნევის დროს მისი, როგორც გამხსნელის შესაძლებლობები მნიშვნელოვნად იზრდება). ქიმიური თვალსაზრისით, წყალი არის წყალბადის ოქსიდი და წყალხსნარში იგი იშლება (თუმცა ძალიან მცირე რაოდენობით) წყალბადის კატიონებად და ჰიდროქსიდის ანიონებად:

.

წყალი რეაგირებს ბევრ მეტალთან. წყალი რეაგირებს აქტიურ (ტუტე, ტუტე მიწა და ზოგიერთი ლანთანიდი) გაცხელების გარეშე:

ურთიერთქმედება ნაკლებად აქტიურებთან ხდება გაცხელებისას.

ზოგადი და არაორგანული ქიმია

ლექცია 6. წყალბადი და ჟანგბადი. წყალი. Წყალბადის ზეჟანგი.

წყალბადი

წყალბადის ატომი ქიმიის უმარტივესი ობიექტია. მკაცრად რომ ვთქვათ, მისი იონი, პროტონი, კიდევ უფრო მარტივია. პირველად აღწერა 1766 წელს კავენდიშის მიერ. სახელი ბერძნულიდან. "ჰიდროგენები" - წარმოქმნის წყალს.

წყალბადის ატომის რადიუსი არის დაახლოებით 0,5 * 10-10 მ, ხოლო მისი იონი (პროტონი) არის 1,2 * 10-15 მ. ან საღამოს 50 საათიდან 1,2 * 10-3 საათამდე ან 50 მეტრიდან (SCA დიაგონალი) 1 მმ-მდე.

შემდეგი 1s ელემენტი, ლითიუმი, იცვლება მხოლოდ 155 საათიდან საღამოს 68 საათამდე Li+-ისთვის. ასეთი განსხვავება ატომისა და მისი კატიონის ზომებში (5 რიგის სიდიდის) უნიკალურია.

პროტონის მცირე ზომის გამო ხდება გაცვლა წყალბადის ბმაპირველ რიგში ჟანგბადის, აზოტის და ფტორის ატომებს შორის. წყალბადის ბმების სიძლიერეა 10-40 კჯ/მოლი, რაც საგრძნობლად ნაკლებია უმრავლესობის ჩვეულებრივი ბმების გაწყვეტის ენერგიაზე (ორგანულ მოლეკულებში 100-150 კჯ/მოლი), მაგრამ აღემატება თერმული მოძრაობის საშუალო კინეტიკურ ენერგიას 370 C ტემპერატურაზე. (4 კჯ/მოლი). შედეგად, ცოცხალ ორგანიზმში წყალბადის ბმები შექცევადად იშლება, რაც უზრუნველყოფს სასიცოცხლო პროცესების დინებას.

წყალბადი დნება 14 K-ზე, დუღს 20,3 K-ზე (წნევა 1 ატმ), თხევადი წყალბადის სიმკვრივე მხოლოდ 71 გ/ლ-ია (14-ჯერ მსუბუქია ვიდრე წყალი).

აღგზნებული წყალბადის ატომები გადასვლებით n 733 → 732-მდე ტალღის სიგრძით 18 მ აღმოაჩინეს იშვიათ ვარსკვლავთშორის გარემოში, რომელიც შეესაბამება ბორის რადიუსს (r = n2 * 0,5 * 10-10 მ) 0,1 მმ რიგის ( !).

ყველაზე გავრცელებული ელემენტია სივრცეში (ატომების 88,6%, ატომების 11,3% ჰელიუმია და მხოლოდ 0,1% არის ყველა სხვა ელემენტის ატომები).

4 H → 4 He + 26,7 MeV 1 eV = 96,48 კჯ/მოლი

ვინაიდან პროტონებს აქვთ სპინი 1/2, წყალბადის მოლეკულების სამი ვარიანტი არსებობს:

ორთოწყალბადი o-H2 პარალელური ბირთვული სპინებით, პარაჰიდროგენი p-H2 ერთად ანტიპარალელურისპინები და ნორმალური n-H2 - 75% ორთო-წყალბადისა და 25% პარაწყალბადის ნარევი. ტრანსფორმაციის დროს o-H2 → p-H2 გამოიყოფა 1418 ჯ/მოლი.

ორთო- და პარაჰიდროგენის თვისებები

ვინაიდან წყალბადის ატომური მასა მინიმალურია, მისი იზოტოპები - დეიტერიუმი D (2 H) და ტრიტიუმი T (3 H) მნიშვნელოვნად განსხვავდება პროტიუმ 1 H-ისგან ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით. მაგალითად, ორგანულ ნაერთში ერთ-ერთი წყალბადის დეიტერიუმით ჩანაცვლება შესამჩნევ გავლენას ახდენს მის ვიბრაციულ (ინფრაწითელ) სპექტრზე, რაც შესაძლებელს ხდის რთული მოლეკულების სტრუქტურის დადგენას. მსგავსი ჩანაცვლებები ("ეტიკეტირებული ატომის მეთოდი") ასევე გამოიყენება კომპლექსის მექანიზმების დასადგენად

ქიმიური და ბიოქიმიური პროცესები. მონიშნული ატომის მეთოდი განსაკუთრებით მგრძნობიარეა პროტიუმის ნაცვლად რადიოაქტიური ტრიტიუმის გამოყენებისას (β-დაშლა, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 12,5 წელი).

პროტიუმის და დეიტერიუმის თვისებები

					სიმკვრივე, გ/ლ (20 კ)
ძირითადი მეთოდი წყალბადის წარმოებამრეწველობაში – მეთანის გარდაქმნა
ან ნახშირის დატენიანება 800-11000 C ტემპერატურაზე (კატალიზატორი):
CH4 + H2 O = CO + 3 H2				10000 C ზევით
"წყლის გაზი": C + H2 O = CO + H2
შემდეგ CO კონვერტაცია: CO + H2 O = CO2 + H2						4000 C, კობალტის ოქსიდები

სულ: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

წყალბადის სხვა წყაროები.

კოქსის ღუმელის გაზი: დაახლოებით 55% წყალბადი, 25% მეთანი, 2%-მდე მძიმე ნახშირწყალბადები, 4-6% CO, 2% CO2, 10-12% აზოტი.

წყალბადი, როგორც წვის პროდუქტი:

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

1 კგ პიროტექნიკურ ნარევზე გამოიყოფა 370 ლიტრამდე წყალბადი.

წყალბადი მარტივი ნივთიერების სახით გამოიყენება ამიაკის წარმოებისთვის და მცენარეული ცხიმების ჰიდროგენიზაციისთვის (გამკვრივებისთვის), გარკვეული ლითონების (მოლიბდენი, ვოლფრამი) ოქსიდებისგან შემცირებისთვის, ჰიდრიდების წარმოებისთვის (LiH, CaH2,

LiAlH4).

რეაქციის ენთალპია: H. + H. = H2 არის -436 კჯ/მოლი, ამიტომ ატომური წყალბადი გამოიყენება მაღალტემპერატურული შემცირების „ცეცხლის“ წარმოსაქმნელად („ლანგმუირის საწვავი“). წყალბადის ჭავლი ელექტრულ რკალში ატომიზირებულია 35000 C ტემპერატურაზე 30%-ით, შემდეგ ატომების რეკომბინაციით შესაძლებელია 50000 C-მდე მიღწევა.

თხევადი წყალბადი გამოიყენება რაკეტებში საწვავად (იხ. ჟანგბადი). პერსპექტიული ეკოლოგიურად სუფთა საწვავი სახმელეთო ტრანსპორტისთვის; მიმდინარეობს ექსპერიმენტები ლითონის ჰიდრიდის წყალბადის ბატარეების გამოყენებაზე. მაგალითად, LaNi5 შენადნობას შეუძლია 1,5-2-ჯერ მეტი წყალბადის შთანთქმა, ვიდრე შეიცავს თხევადი წყალბადის იმავე მოცულობაში (როგორც შენადნობის მოცულობას).

ჟანგბადი

ამჟამად საყოველთაოდ მიღებული მონაცემებით, ჟანგბადი აღმოაჩინა 1774 წელს ჯ.პრისტლიმ და დამოუკიდებლად კ.შელემ. ჟანგბადის აღმოჩენის ისტორია მეცნიერების განვითარებაზე პარადიგმების გავლენის კარგი მაგალითია (იხ. დანართი 1).

როგორც ჩანს, ჟანგბადი ფაქტობრივად აღმოაჩინეს ბევრად უფრო ადრე, ვიდრე ოფიციალური თარიღი. 1620 წელს ყველას შეეძლო ტემზაზე (ტემზაში) გასეირნება კორნელიუს ვან დრებელის მიერ შექმნილი წყალქვეშა ნავით. ნავი წყალქვეშ გადავიდა ათეული ნიჩბოსნის ძალისხმევით. მრავალი თვითმხილველის თქმით, წყალქვეშა ნავის გამომგონებელმა წარმატებით გადაჭრა სუნთქვის პრობლემა მასში არსებული ჰაერის ქიმიურად „განახლების“ გზით. რობერტ ბოილი 1661 წელს წერდა: „... ნავის მექანიკური სტრუქტურის გარდა, გამომგონებელს ჰქონდა ქიმიური ხსნარი (ლიქიორი), რომელიც მან

ითვლება სკუბა დაივინგის მთავარ საიდუმლოდ. და როდესაც დროდადრო დარწმუნდა, რომ სუნთქვისთვის შესაფერისი ჰაერის ნაწილი უკვე ამოწურული იყო და ნავში მყოფ ადამიანებს სუნთქვა უჭირდა, ამ ხსნარით სავსე ჭურჭლის საცობის ამოხსნით სწრაფად ავსებდა. ჰაერი სასიცოცხლო მნიშვნელობის ისეთი შემადგენლობით, რომელიც მას კვლავ შესაფერისს გახდის საკმარისად დიდი ხნის განმავლობაში სუნთქვისთვის“.

მშვიდ მდგომარეობაში მყოფი ჯანსაღი ადამიანი დღეში 7200 ლიტრ ჰაერს ამოტუმბავს ფილტვებში და ღებულობს შეუქცევად 720 ლიტრ ჟანგბადს. 6 მ3 მოცულობის დახურულ ოთახში ადამიანს ვენტილაციის გარეშე შეუძლია 12 საათამდე, ხოლო ფიზიკური შრომით 3-4 საათის განმავლობაში. სუნთქვის გაძნელების მთავარი მიზეზი არის არა ჟანგბადის ნაკლებობა, არამედ ნახშირორჟანგის დაგროვება 0.3-დან 2.5%-მდე.

დიდი ხნის განმავლობაში, ჟანგბადის წარმოების მთავარი მეთოდი იყო "ბარიუმის" ციკლი (ჟანგბადის წარმოება ბრენის მეთოდით):

BaSO4 -t-→ BaO + SO3;

5000 C ->

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

დრებელის საიდუმლო ხსნარი შეიძლება იყოს წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

ჟანგბადის მიღება პიროლიზის ნარევის დაწვით: NaClO3 = NaCl + 1,5 O2 + 50,5 კჯ

ნარევი შეიცავს 80%-მდე NaClO3, 10%-მდე რკინის ფხვნილს, 4% ბარიუმის პეროქსიდს და მინის ბამბას.

ჟანგბადის მოლეკულა პარამაგნიტურია (პრაქტიკულად ბირადიკალური), ამიტომ მისი აქტივობა მაღალია. ორგანული ნივთიერებები ჰაერში იჟანგება პეროქსიდის წარმოქმნის ეტაპზე.

ჟანგბადი დნება 54,8 კ ტემპერატურაზე და დუღს 90,2 კ ტემპერატურაზე.

ჟანგბადის ელემენტის ალოტროპული მოდიფიკაცია არის ნივთიერება ოზონი O3. უაღრესად მნიშვნელოვანია დედამიწის ბიოლოგიური ოზონის დაცვა. 20-25 კმ სიმაღლეზე მყარდება წონასწორობა:

UV<280 нм		UV 280-320 ნმ
O2 ----> 2 O*	O* + O2 + M --> O3	O3 -------	> O2 + O
	(M – N2, Ar)

1974 წელს აღმოაჩინეს, რომ ატომური ქლორი, რომელიც წარმოიქმნება ფრეონებისგან 25 კმ-ზე მეტ სიმაღლეზე, ახდენს ოზონის დაშლას, თითქოს ცვლის "ოზონის" ულტრაიისფერ გამოსხივებას. ამ ულტრაიისფერმა გამოსხივებამ შეიძლება გამოიწვიოს კანის კიბო (წელიწადში 600 ათასამდე შემთხვევა აშშ-ში). აეროზოლის ქილებში ფრეონების აკრძალვა შეერთებულ შტატებში 1978 წლიდან მოქმედებს.

1990 წლიდან აკრძალული ნივთიერებების ნუსხაში ​​(92 ქვეყანაში) შედის CH3 CCl3, CCl4 და ქლორბრომირებული ნახშირწყალბადები - მათი წარმოება 2000 წლისთვის ეტაპობრივად შეწყდება.

წყალბადის წვა ჟანგბადში

რეაქცია ძალიან რთულია (სქემა მე-3 ლექციაში), ამიტომ პრაქტიკულ გამოყენებამდე ხანგრძლივი შესწავლა იყო საჭირო.

1969 წლის 21 ივლისს პირველი მიწიერი ნ. არმსტრონგი დადიოდა მთვარეზე. სატურნ 5-ის სარაკეტო გამშვები (დაპროექტებულია ვერნჰერ ფონ ბრაუნის მიერ) სამი ეტაპისგან შედგება. პირველი შეიცავს ნავტს და ჟანგბადს, მეორე და მესამე შეიცავს თხევად წყალბადს და ჟანგბადს. სულ 468 ტონა სითხე O2 და H2. განხორციელდა 13 წარმატებული გაშვება.

1981 წლის აპრილიდან კოსმოსური შატლი დაფრინავს შეერთებულ შტატებში: 713 ტონა თხევადი O2 და H2, ასევე ორი მყარი საწვავის ამაჩქარებელი თითო 590 ტონა (მყარი საწვავის საერთო მასა 987 ტონა). პირველი 40 კმ ასვლა TTU-მდე, 40-დან 113 კმ-მდე ძრავები მუშაობენ წყალბადზე და ჟანგბადზე.

1987 წლის 15 მაისს "ენერგიას" პირველი გაშვება, 1988 წლის 15 ნოემბერს "ბურანის" პირველი და ერთადერთი რეისი. გაშვების წონა 2400 ტონა, საწვავის წონა (ნავთი

გვერდითი კუპეები თხევადი O2 და H2) 2000 ტონა ძრავის სიმძლავრე 125000 მეგავატი, ტვირთამწეობა 105 ტონა.

წვა ყოველთვის არ იყო კონტროლირებადი და წარმატებული.

1936 წელს აშენდა მსოფლიოში უდიდესი წყალბადის საჰაერო ხომალდი LZ-129 Hindenburg. მოცულობა 200,000 მ3, სიგრძე დაახლოებით 250 მ, დიამეტრი 41,2 მ. სიჩქარე 135 კმ/სთ 4 ძრავის წყალობით 1100 ცხენის ძალა, ტვირთამწეობა 88 ტონა. საჰაერო ხომალდმა 37 ფრენა განახორციელა ატლანტის ოკეანეში და გადაიყვანა 3 ათასზე მეტი მგზავრი.

1937 წლის 6 მაისს ამერიკის შეერთებულ შტატებში ნავმისადგომის დროს საჰაერო ხომალდი აფეთქდა და დაიწვა. ერთ-ერთი შესაძლო მიზეზი დივერსიაა.

1986 წლის 28 იანვარს, ფრენის 74-ე წამზე, ჩელენჯერი აფეთქდა შვიდი ასტრონავტით - შატლის სისტემის 25-ე ფრენა. მიზეზი მყარი საწვავის ამაჩქარებლის დეფექტია.

დემონსტრაცია:

დეტონაციური აირის აფეთქება (წყალბადისა და ჟანგბადის ნარევი)

საწვავის უჯრედები

ამ წვის რეაქციის ტექნიკურად მნიშვნელოვანი ვარიანტია პროცესის ორად გაყოფა:

წყალბადის ელექტროოქსიდაცია (ანოდი): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

ჟანგბადის ელექტრორედუქცია (კათოდი): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

სისტემა, რომელშიც ასეთი "წვა" ხდება საწვავის უჯრედი. ეფექტურობა გაცილებით მაღალია, ვიდრე თბოელექტროსადგურების, რადგან არ არსებობს

სითბოს გამომუშავების განსაკუთრებული ეტაპი. მაქსიმალური ეფექტურობა = ∆ G/∆ H; წყალბადის წვისთვის გამოდის 94%.

ეფექტი ცნობილია 1839 წლიდან, მაგრამ პირველი პრაქტიკულად მოქმედი საწვავის უჯრედები განხორციელდა

მე-20 საუკუნის ბოლოს კოსმოსში ("ტყუპები", "აპოლონი", "შატლი" - აშშ, "ბურანი" - სსრკ).

საწვავის უჯრედების პერსპექტივები [17]

Ballard Power Systems-ის წარმომადგენელმა ვაშინგტონში სამეცნიერო კონფერენციაზე სიტყვით გამოსვლისას ხაზგასმით აღნიშნა, რომ საწვავის უჯრედის ძრავა კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი გახდება, როდესაც ის აკმაყოფილებს ოთხ მთავარ კრიტერიუმს: გამომუშავებული ენერგიის ღირებულების შემცირება, გამძლეობის გაზრდა, ინსტალაციის ზომის შემცირება და ცივ ამინდში სწრაფად დაწყების უნარი. საწვავის უჯრედის დამონტაჟების შედეგად წარმოქმნილი ერთი კილოვატი ენერგიის ღირებულება 30 დოლარამდე უნდა შემცირდეს. შედარებისთვის, 2004 წელს იგივე მაჩვენებელი 103 დოლარი იყო, 2005 წელს კი 80 დოლარს მიაღწევს. ამ ფასის მისაღწევად საჭიროა წელიწადში მინიმუმ 500 ათასი ძრავის წარმოება. ევროპელი მეცნიერები უფრო ფრთხილები არიან თავიანთ პროგნოზებში და თვლიან, რომ წყალბადის საწვავის უჯრედების კომერციული გამოყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში დაიწყება არა უადრეს 2020 წელს.

• აღნიშვნა - H (წყალბადის);
• ლათინური სახელწოდება - Hydrogenium;
• პერიოდი - I;
• ჯგუფი - 1 (ია);
• ატომური მასა - 1,00794;
• ატომური ნომერი - 1;
• ატომური რადიუსი = 53 pm;
• კოვალენტური რადიუსი = 32 pm;
• ელექტრონების განაწილება - 1s 1;
• დნობის ტემპერატურა = -259,14°C;
• დუღილის წერტილი = -252,87°C;
• ელექტრონეგატიურობა (პოლინგის მიხედვით/ალპრედისა და როხოუს მიხედვით) = 2,02/-;
• ჟანგვის მდგომარეობა: +1; 0; -1;
• სიმკვრივე (არა.) = 0.0000899 გ/სმ 3;
• მოლური მოცულობა = 14,1 სმ 3 / მოლ.

წყალბადის ორობითი ნაერთები ჟანგბადთან:

წყალბადი („წყლის დაბადება“) აღმოაჩინა ინგლისელმა მეცნიერმა გ.კავენდიშმა 1766 წელს. ეს არის უმარტივესი ელემენტი ბუნებაში - წყალბადის ატომს აქვს ბირთვი და ერთი ელექტრონი, რის გამოც წყალბადი არის ყველაზე უხვი ელემენტი სამყაროში (უმრავლესობის ვარსკვლავების მასის ნახევარზე მეტი).

წყალბადის შესახებ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ "კოჭი პატარაა, მაგრამ ძვირია". მიუხედავად მისი "სიმარტივისა", წყალბადი ენერგიას აძლევს დედამიწაზე ყველა ცოცხალ არსებას - მზეზე მიმდინარეობს უწყვეტი თერმობირთვული რეაქცია, რომლის დროსაც ჰელიუმის ერთი ატომი იქმნება წყალბადის ოთხი ატომისგან, ამ პროცესს თან ახლავს ენერგიის კოლოსალური რაოდენობის გამოყოფა. (დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ ბირთვული შერწყმა).

დედამიწის ქერქში წყალბადის მასური წილი მხოლოდ 0,15%-ია. იმავდროულად, დედამიწაზე ცნობილი ყველა ქიმიური ნივთიერების აბსოლუტური უმრავლესობა (95%) შეიცავს წყალბადის ერთ ან მეტ ატომს.

არალითონებთან ნაერთებში (HCl, H 2 O, CH 4 ...), წყალბადი თავის ერთადერთ ელექტრონს აძლევს უფრო ელექტროუარყოფით ელემენტებს, ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +1 (უფრო ხშირად), ქმნის მხოლოდ კოვალენტურ ბმებს (იხ. კოვალენტი). ბონდი).

ლითონებთან ნაერთებში (NaH, CaH 2 ...), წყალბადი, პირიქით, იღებს სხვა ელექტრონს თავის ერთადერთ s-ორბიტალში, რითაც ცდილობს დაასრულოს მისი ელექტრონული ფენა, ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას -1 (ნაკლებად ხშირად), ხშირად წარმოქმნის იონურ კავშირს (იხ. იონური ბმა), რადგან წყალბადის ატომისა და ლითონის ატომის ელექტრონეგატიურობის განსხვავება შეიძლება საკმაოდ დიდი იყოს.

H 2

აირის მდგომარეობაში წყალბადი არსებობს დიატომური მოლეკულების სახით, რომელიც ქმნის არაპოლარულ კოვალენტურ კავშირს.

წყალბადის მოლეკულებს აქვთ:

• დიდი მობილურობა;
• დიდი ძალა;
• დაბალი პოლარიზება;
• მცირე ზომა და წონა.

წყალბადის გაზის თვისებები:

• ყველაზე მსუბუქი გაზი ბუნებაში, უფერო და უსუნო;
• ცუდად ხსნადი წყალში და ორგანულ გამხსნელებში;
• მცირე რაოდენობით იხსნება თხევად და მყარ ლითონებში (განსაკუთრებით პლატინსა და პალადიუმში);
• ძნელად თხევადი (დაბალი პოლარიზადობის გამო);
• აქვს ყველაზე მაღალი თბოგამტარობა ყველა ცნობილ გაზს შორის;
• როდესაც თბება, ის რეაგირებს ბევრ არამეტალთან, ავლენს შემცირების აგენტის თვისებებს;
• ოთახის ტემპერატურაზე ის რეაგირებს ფტორთან (აფეთქება ხდება): H 2 + F 2 = 2HF;
• რეაგირებს ლითონებთან ჰიდრიდების წარმოქმნით, ავლენს ჟანგვის თვისებებს: H 2 + Ca = CaH 2;

ნაერთებში წყალბადი ავლენს თავის შემცირების თვისებებს ბევრად უფრო ძლიერად, ვიდრე მისი ჟანგვის თვისებები. წყალბადი არის ყველაზე ძლიერი შემცირების აგენტი ქვანახშირის, ალუმინის და კალციუმის შემდეგ. წყალბადის აღმდგენი თვისებები ფართოდ გამოიყენება მრეწველობაში ოქსიდებიდან და გალიდებიდან ლითონებისა და არამეტალების (მარტივი ნივთიერებების) მისაღებად.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

წყალბადის რეაქცია მარტივ ნივთიერებებთან

წყალბადი იღებს ელექტრონს, თამაშობს როლს შემცირების აგენტირეაქციებში:

• თან ჟანგბადი(ანთებისას ან კატალიზატორის თანდასწრებით), 2:1 თანაფარდობით (წყალბადი:ჟანგბადი) წარმოიქმნება ფეთქებადი ამფეთქებელი აირი: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ.
• თან ნაცრისფერი(150°C-300°C-მდე გაცხელებისას): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• თან ქლორი(როდესაც ანთება ან დასხივება UV სხივებით): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• თან ფტორი: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• თან აზოტი(როდესაც თბება კატალიზატორების თანდასწრებით ან მაღალი წნევის დროს): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

წყალბადი აძლევს ელექტრონს, როლს ასრულებს ჟანგვის აგენტი, რეაქციებში ტუტედა ტუტე დედამიწალითონები ლითონის ჰიდრიდების წარმოქმნით - მარილის მსგავსი იონური ნაერთები, რომლებიც შეიცავს ჰიდრიდის იონებს H - ეს არის არასტაბილური თეთრი კრისტალური ნივთიერებები.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na + H 2 0 = 2NaH -1

წყალბადისთვის დამახასიათებელი არ არის დაჟანგვის მდგომარეობა -1. წყალთან ურთიერთქმედებისას ჰიდრიდები იშლება, წყალი წყალბადად იქცევა. კალციუმის ჰიდრიდის რეაქცია წყალთან შემდეგია:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

წყალბადის რეაქცია რთულ ნივთიერებებთან

• მაღალ ტემპერატურაზე წყალბადი ამცირებს მეტალის ბევრ ოქსიდს: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• მეთილის სპირტი მიიღება წყალბადის რეაქციით ნახშირბადის მონოქსიდთან (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• ჰიდროგენიზაციის რეაქციების დროს წყალბადი რეაგირებს ბევრ ორგანულ ნივთიერებასთან.

წყალბადისა და მისი ნაერთების ქიმიური რეაქციების განტოლებები უფრო დეტალურად განიხილება გვერდზე "წყალბადი და მისი ნაერთები - წყალბადის შემცველი ქიმიური რეაქციების განტოლებები".

წყალბადის გამოყენება

• ბირთვულ ენერგიაში გამოიყენება წყალბადის იზოტოპები - დეიტერიუმი და ტრიტიუმი;
• ქიმიურ მრეწველობაში წყალბადი გამოიყენება მრავალი ორგანული ნივთიერების, ამიაკის, წყალბადის ქლორიდის სინთეზისთვის;
• კვების მრეწველობაში წყალბადი გამოიყენება მყარი ცხიმების წარმოებაში მცენარეული ზეთების ჰიდროგენიზაციის გზით;
• ლითონების შედუღებისა და ჭრისთვის გამოიყენება წყალბადის მაღალი წვის ტემპერატურა ჟანგბადში (2600°C);
• ზოგიერთი ლითონის წარმოებაში წყალბადი გამოიყენება როგორც აღმდგენი საშუალება (იხ. ზემოთ);
• ვინაიდან წყალბადი არის მსუბუქი გაზი, იგი გამოიყენება აერონავტიკაში, როგორც აეროსტატების, საჰაერო ხომალდების და საჰაერო ხომალდების შემავსებელი;
• წყალბადი გამოიყენება როგორც საწვავი, რომელიც შერეულია CO-სთან.

ბოლო დროს მეცნიერები დიდ ყურადღებას აქცევენ განახლებადი ენერგიის ალტერნატიული წყაროების ძიებას. ერთ-ერთი პერსპექტიული სფეროა "წყალბადის" ენერგია, რომელშიც წყალბადი გამოიყენება საწვავად, რომლის წვის პროდუქტი ჩვეულებრივი წყალია.

წყალბადის წარმოების მეთოდები

წყალბადის წარმოების სამრეწველო მეთოდები:

• მეთანის გარდაქმნა (წყლის ორთქლის კატალიზური შემცირება) წყლის ორთქლით მაღალ ტემპერატურაზე (800°C) ნიკელის კატალიზატორზე: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• ნახშირბადის მონოქსიდის გარდაქმნა წყლის ორთქლით (t=500°C) Fe 2 O 3 კატალიზატორზე: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• მეთანის თერმული დაშლა: CH 4 = C + 2H 2;
• მყარი საწვავის გაზიფიცირება (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• წყლის ელექტროლიზი (ძალიან ძვირი მეთოდი, რომელიც გამოიმუშავებს ძალიან სუფთა წყალბადს): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

წყალბადის წარმოების ლაბორატორიული მეთოდები:

• მოქმედება ლითონებზე (ჩვეულებრივ თუთია) მარილმჟავასთან ან განზავებულ გოგირდმჟავასთან: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• წყლის ორთქლის ურთიერთქმედება რკინის ცხელ ნარჩენებთან: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.