ჟანგბადი ყველაზე უხვი ელემენტია დედამიწაზე. აზოტთან და მცირე რაოდენობით სხვა აირებთან ერთად თავისუფალი ჟანგბადი ქმნის დედამიწის ატმოსფეროს. ჰაერში მისი შემცველობა არის 20,95% მოცულობით ან 23,15% მასით. დედამიწის ქერქში ატომების 58% შეკრული ჟანგბადის ატომებია (მასით 47%). ჟანგბადი არის წყლის ნაწილი (ჰიდროსფეროში შეკრული ჟანგბადის მარაგი განსაკუთრებით დიდია), ქანების, მრავალი მინერალისა და მარილის ნაწილი და გვხვდება ცხიმებში, ცილებსა და ნახშირწყლებში, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ ორგანიზმებს. დედამიწაზე არსებული 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, იწევს მაგნიტურ ველში და -218,7 ° C-ზე, 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 მოლეკულაში ატომების რაოდენობით 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, დიდი რაოდენობით მომწამვლელი აირი სპეციფიკური, მკვეთრი, მაგრამ სასიამოვნო სუნით. დნობის წერტილი არის -192,7 0 C, დუღილის წერტილი -111,9 0 C. გავხსნათ წყალში ჟანგბადზე უკეთესი.
ოზონი არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი. მისი ჟანგვის აქტივობა ემყარება მოლეკულის უნარს დაშლის ატომური ჟანგბადის გამოყოფით:
ის ჟანგავს ბევრ მარტივ და რთულ ნივთიერებას. ის აყალიბებს ოზონიდებს ზოგიერთ მეტალთან, მაგალითად, კალიუმის ოზონიდთან:
K + O 3 \u003d KO 3
ოზონი მიიღება სპეციალურ მოწყობილობებში - ოზონიზატორებში. მათში, ელექტრული გამონადენის მოქმედებით, მოლეკულური ჟანგბადი გარდაიქმნება ოზონად:
მსგავსი რეაქცია ხდება ელვისებური გამონადენის გავლენის ქვეშ.
ოზონის გამოყენება განპირობებულია მისი ძლიერი ჟანგვითი თვისებებით: გამოიყენება ქსოვილების გასათეთრებლად, სასმელი წყლის დეზინფექციისთვის და მედიცინაში, როგორც სადეზინფექციო საშუალება.
ოზონის დიდი რაოდენობით შესუნთქვა საზიანოა: აღიზიანებს თვალების 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 \u003d 2CaO
2Ва + О 2 = 2ВаО
2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2
ჟანგბადი უშუალოდ არ ურთიერთქმედებს ჰალოგენებთან, ოქროსთან, პლატინთან, მათი ოქსიდები მიიღება ირიბად. გაცხელებისას გოგირდი, ნახშირბადი, ფოსფორი იწვება ჟანგბადში.
ჟანგბადის ურთიერთქმედება აზოტთან იწყება მხოლოდ 1200 0 C ტემპერატურაზე ან ელექტრული გამონადენით:
N 2 + O 2 \u003d 2NO
ჟანგბადი ერწყმის წყალბადს და წარმოქმნის წყალს:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
ამ რეაქციის დროს გამოიყოფა სითბოს მნიშვნელოვანი რაოდენობა.
ორი მოცულობის წყალბადის ნარევი ერთ ჟანგბადთან ერთად აფეთქებისას აფეთქებს; მას ფეთქებადი გაზი ეწოდება.
ბევრი ლითონი ატმოსფერულ ჟანგბადთან კონტაქტში განიცდის განადგურებას - კოროზიას. ზოგიერთი ლითონი ნორმალურ პირობებში იჟანგება მხოლოდ ზედაპირიდან (მაგალითად, ალუმინი, ქრომი). მიღებული ოქსიდის ფილმი ხელს უშლის შემდგომ ურთიერთქმედებას.
4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3
რთული ნივთიერებები გარკვეულ პირობებში ასევე ურთიერთქმედებენ ჟანგბადთან. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ოქსიდები, ზოგიერთ შემთხვევაში კი ოქსიდები და მარტივი ნივთიერებები.
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
H 2 S + O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O
4NH 3 + ZO 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O
4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O
რთულ ნივთიერებებთან ურთიერთობისას ჟანგბადი მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი. მისი მნიშვნელოვანი თვისება ემყარება ჟანგბადის ჟანგვის აქტივობას - შენარჩუნების უნარს წვისნივთიერებები.
ჟანგბადი ასევე ქმნის ნაერთს წყალბადთან - წყალბადის ზეჟანგი H 2 O 2 - უფერო გამჭვირვალე სითხე წვის 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 \u003d H 2 O + O 2
სინათლე, სითბო, ტუტეების არსებობა, ჟანგვის ან შემცირების აგენტებთან კონტაქტი აჩქარებს დაშლის პროცესს. წყალბადის ზეჟანგში ჟანგბადის დაჟანგვის ხარისხი = - 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 აღმდგენი და ისინი ჩნდება მჟავე, ტუტე და ნეიტრალურ გარემოში.
H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O
§3. რეაქციის განტოლება და როგორ დავწეროთ იგი
ურთიერთქმედება წყალბადისთან ჟანგბადიროგორც სერ ჰენრი კავენდიშმა დაადგინა, იწვევს წყლის წარმოქმნას. მოდით გამოვიყენოთ ეს მარტივი მაგალითი, რომ ვისწავლოთ წერა ქიმიური რეაქციების განტოლებები.
რა მოდის წყალბადისდა ჟანგბადიჩვენ უკვე ვიცით:
H 2 + O 2 → H 2 O
ახლა ჩვენ გავითვალისწინებთ, რომ ქიმიური ელემენტების ატომები ქიმიურ რეაქციებში არ ქრება და არ ჩნდება არაფრიდან, არ გადაიქცევა ერთმანეთში, მაგრამ შეუთავსეთ ახალ კომბინაციებშიახალი მოლეკულების შესაქმნელად. ეს ნიშნავს, რომ თითოეული ტიპის ატომების ქიმიური რეაქციის განტოლებაში უნდა იყოს იგივე რიცხვი ადრერეაქციები ( დატოვატოლობის ნიშნიდან) და შემდეგრეაქციის დასასრული ( მარჯვნივტოლობის ნიშნიდან), ასე:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
სწორედ ეს არის რეაქციის განტოლება - მიმდინარე ქიმიური რეაქციის პირობითი ჩანაწერი ნივთიერებებისა და კოეფიციენტების ფორმულების გამოყენებით.
ეს ნიშნავს, რომ ზემოაღნიშნულ რეაქციაში ორი ხალი წყალბადისუნდა მოახდინოს რეაგირება ერთი მოლზე ჟანგბადიდა შედეგი იქნება ორი ხალი წყალი.
ურთიერთქმედება წყალბადისთან ჟანგბადი- სულაც არ არის მარტივი პროცესი. ეს იწვევს ამ ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებას. ასეთ განტოლებებში კოეფიციენტების შესარჩევად, ჩვეულებრივ გამოიყენება მეთოდი " ელექტრონული ბალანსი".
როდესაც წყალი წარმოიქმნება წყალბადისა და ჟანგბადისგან, ეს ნიშნავს წყალბადისშეიცვალა მისი დაჟანგვის მდგომარეობა 0 ადრე +მე, ა ჟანგბადი-დან 0 ადრე −II. ამავე დროს, რამდენიმე (n)ელექტრონები:
წყალბადის დონორი ელექტრონები აქ ემსახურება შემცირების აგენტიდა ჟანგბადის მიმღები ელექტრონები - ჟანგვის აგენტი.
ჟანგვის და შემცირების აგენტები
ახლა ვნახოთ, როგორ გამოიყურება ცალ-ცალკე ელექტრონების მიცემის და მიღების პროცესები. წყალბადი"ყაჩაღთან" - ჟანგბადთან შეხვედრისას, კარგავს მთელ თავის ქონებას - ორ ელექტრონს და მისი დაჟანგვის მდგომარეობა ტოლი ხდება. +მე:
H 2 0 − 2 ე− = 2Н + I
მოხდა ჟანგვის ნახევარრეაქციის განტოლებაწყალბადის.
და ბანდიტი ჟანგბადი დაახლოებით 2აიღო ბოლო ელექტრონები უბედურ წყალბადიდან, ძალიან კმაყოფილია მისი ახალი ჟანგვის მდგომარეობით -II:
O 2 + 4 ე− = 2O − II
Ეს არის შემცირების ნახევარრეაქციის განტოლებაჟანგბადი.
ისიც უნდა დავამატოთ, რომ „ბანდიტმაც“ და მისმა „მსხვერპლმა“ დაკარგეს ქიმიური თვითმყოფადობა და მარტივი ნივთიერებებისგან - გაზები დიატომური მოლეკულებით. H 2და დაახლოებით 2გადაიქცა ახალი ქიმიური ნივთიერების კომპონენტებად - წყალი H 2 O.
გარდა ამისა, ჩვენ ვიმსჯელებთ შემდეგნაირად: რამდენი ელექტრონი მისცა რედუქტორმა ჟანგვის ბანდიტს, ეს არის რამდენი მიიღო მან. აღმდგენი აგენტის მიერ შემოწირული ელექტრონების რაოდენობა უნდა იყოს ტოლი ჟანგვითი აგენტის მიერ მიღებული ელექტრონების რაოდენობაზე..
ასე რომ თქვენ გჭირდებათ ელექტრონების რაოდენობის გათანაბრებაპირველ და მეორე ნახევარრეაქციებში. ქიმიაში მიღებულია ნახევრად რეაქციების განტოლებების ჩაწერის შემდეგი პირობითი ფორმა:
2 H 2 0 − 2 ე− = 2Н + I |
|
1 O 2 0 + 4 ე− = 2O − II |
აქ რიცხვები 2 და 1 ხუჭუჭა ფრჩხილის მარცხნივ არის ფაქტორები, რომლებიც დაგვეხმარება მოცემული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობის თანაბარი იყოს. გავითვალისწინებთ, რომ ნახევრადრეაქციის განტოლებებში 2 ელექტრონი მიიღება, მიიღება 4. მიღებული და მოცემული ელექტრონების რაოდენობის გასათანაბრებლად გვხვდება უმცირესი საერთო ჯერადი და დამატებითი ფაქტორები. ჩვენს შემთხვევაში, უმცირესი საერთო ჯერადი არის 4. დამატებითი ფაქტორები იქნება 2 წყალბადისთვის (4: 2 = 2), ხოლო ჟანგბადისთვის - 1 (4: 4 = 1).
შედეგად მიღებული მამრავლები იქნება მომავალი რეაქციის განტოლების კოეფიციენტები:
2H 2 0 + O 2 0 \u003d 2H 2 + I O -II
წყალბადი დაჟანგულიარა მხოლოდ შეხვედრისას ჟანგბადი. დაახლოებით იგივე ეფექტი წყალბადზე და ფტორი F2, ჰალოგენი და ცნობილი "ყაჩაღი", და ერთი შეხედვით უვნებელი აზოტი N 2:
H 2 0 + F 2 0 = 2H + I F -I |
3H 2 0 + N 2 0 \u003d 2N -III H 3 + I |
ეს იწვევს წყალბადის ფტორი HFან ამიაკი NH3.
ორივე ნაერთში, ჟანგვის მდგომარეობა წყალბადისთანაბარი ხდება +მე, იმიტომ რომ სხვისი ელექტრონული სიკეთისთვის „ხარბ“ მოლეკულაში პარტნიორებს იძენს, მაღალი ელექტრონეგატიურობით - ფტორი ფდა აზოტი ნ. ზე აზოტიელექტროუარყოფითობის მნიშვნელობა ითვლება სამი ჩვეულებრივი ერთეულის ტოლად და y ფტორიზოგადად, ყველაზე მაღალი ელექტრონეგატიურობა ყველა ქიმიურ ელემენტს შორის არის ოთხი ერთეული. ამიტომ გასაკვირი არ არის, რომ ისინი ტოვებენ ღარიბ წყალბადის ატომს ყოველგვარი ელექტრონული გარემოს გარეშე.
მაგრამ წყალბადისშესაძლოა აღდგენა- ელექტრონების მიღება. ეს ხდება იმ შემთხვევაში, თუ მასთან რეაქციაში მონაწილეობენ ტუტე ლითონები ან კალციუმი, რომლებშიც ელექტრონეგატიურობა ნაკლებია წყალბადზე.
ყველაზე ცნობილი და ყველაზე შესწავლილი ჟანგბადის ნაერთია მისი ოქსიდი H 2 O - წყალი. სუფთა წყალი არის უფერო, გამჭვირვალე, უსუნო და უგემოვნო სითხე. სქელ ფენაში აქვს მოლურჯო-მომწვანო შეფერილობა.
წყალი არსებობს აგრეგაციის სამ მდგომარეობაში: მყარი - ყინული, თხევადი და აირისებრი - წყლის ორთქლი.
ყველა თხევადი და მყარი ნივთიერებიდან წყალს აქვს ყველაზე მაღალი სპეციფიკური სითბოს ტევადობა. ამ ფაქტიდან გამომდინარე, წყალი არის სითბოს აკუმულატორი სხვადასხვა ორგანიზმში.
ნორმალური წნევის დროს ყინულის დნობის წერტილი არის 0 0 C (273 0 K), წყლის დუღილის წერტილი +100 0 C (373 0 K). ეს არის არანორმალურად მაღალი მნიშვნელობები. T 0 +4 0 C-ზე წყალს აქვს დაბალი სიმკვრივე, რომელიც უდრის 1 გ/მლ. ამ ტემპერატურის ზემოთ ან ქვემოთ, წყლის სიმკვრივე 1 გ/მლ-ზე ნაკლებია. ეს მახასიათებელი განასხვავებს წყალს ყველა სხვა ნივთიერებისგან, რომლის სიმკვრივე იზრდება t 0-ის შემცირებით. როდესაც წყალი თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში გადადის, მოცულობის ზრდა ხდება: თხევადი წყლის ყოველი 92 მოცულობიდან წარმოიქმნება 100 ტომი ყინული. მოცულობის მატებასთან ერთად სიმკვრივე მცირდება, ამიტომ, წყალზე მსუბუქია, ყინული ყოველთვის ცურავს ზედაპირზე.
წყლის სტრუქტურის კვლევებმა აჩვენა, რომ წყლის მოლეკულა აგებულია სამკუთხედის მსგავსად, რომლის ზედა ნაწილში არის ელექტროუარყოფითი ჟანგბადის ატომი, ხოლო ფუძეების კუთხეებში - წყალბადი. კავშირის კუთხე არის 104,27 წყლის მოლეკულა პოლარულია – ელექტრონის სიმკვრივე გადატანილია ჟანგბადის ატომში. ასეთ პოლარულ მოლეკულას შეუძლია ურთიერთქმედება სხვა მოლეკულასთან და შექმნას უფრო რთული აგრეგატები როგორც დიპოლების ურთიერთქმედების, ასევე წყალბადის ბმების წარმოქმნის გზით. ამ ფენომენს წყლის ასოციაცია ეწოდება. წყლის მოლეკულების კავშირი ძირითადად განისაზღვრება მათ შორის წყალბადის ბმების წარმოქმნით. წყლის მოლეკულური წონა ორთქლის მდგომარეობაში არის 18 და შეესაბამება მის უმარტივეს ფორმულას - H 2 O. სხვა შემთხვევებში წყლის მოლეკულური წონა არის თვრამეტი ჯერადი (18).
მოლეკულის პოლარობა და მცირე ზომა იწვევს ძლიერ დამატენიანებელ თვისებებს.
წყლის დიელექტრიკული მუდმივი იმდენად დიდია (81), რომ მას აქვს ძლიერი მაიონებელი მოქმედება მასში გახსნილ ნივთიერებებზე, რაც იწვევს მჟავების, მარილების და ფუძეების დაშლას.
წყლის მოლეკულას შეუძლია შეუერთდეს სხვადასხვა იონებს, წარმოქმნას ჰიდრატები. ეს ნაერთები ხასიათდება სპეციფიკური ხახუნით, კომპლექსურ ნაერთებს წააგავს.
დამატების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროდუქტია ჰიდრონიუმის იონი - H 3 O, რომელიც წარმოიქმნება ჟანგბადის ატომის ელექტრონების მარტოხელა წყვილში H + იონის დამატების შედეგად.
ამ დამატების შედეგად მიღებული ჰიდრონიუმის იონი +1 მუხტს იძენს.
H + + H 2 O H 3 O +
ასეთი პროცესი შესაძლებელია წყალბადის იონის შემცველი ნივთიერებების შემცველ სისტემებში.
წყალი, როგორც სიცივეში, ასევე გაცხელებისას, აქტიურად ურთიერთქმედებს ბევრ მეტალთან, რომლებიც წყალბადის აქტივობის სერიაშია. ამ რეაქციებში წარმოიქმნება მათ შესაბამისი ოქსიდები ან ჰიდროქსიდები და გადაადგილდება წყალბადი.:
2 Fe + 3 HOH \u003d Fe 2 O 3 + 3 H 2
2 Na + 2 HOH = 2 NaOH + H 2
Ca + 2 HOH = Ca (OH) 2 + H
წყალი საკმაოდ აქტიურად უერთდება ძირითად და მჟავე ოქსიდებს და წარმოქმნის შესაბამის ჰიდროქსიდებს:
CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 - ბაზა
P 2 O 5 + 3 H 2 O \u003d 2 H 3 PO 4 - მჟავა
წყალს, რომელიც მიმაგრებულია ამ შემთხვევებში, ეწოდება კონსტიტუციური (კრისტალიზაციისგან განსხვავებით კრისტალურ ჰიდრატებში).
წყალი რეაგირებს ჰალოგენებთან, ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება მჟავების ნარევი:
H 2 + HOH HCl + HClO
წყლის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება მისი დაშლის ძალაა.
წყალი ბუნებაში და ტექნოლოგიაში ყველაზე გავრცელებული გამხსნელია. ქიმიური რეაქციების უმეტესობა წყალში ხდება. მაგრამ, ალბათ, ყველაზე მნიშვნელოვანია ბიოლოგიური და ბიოქიმიური პროცესები, რომლებიც ხდება მცენარეულ და ცხოველურ ორგანიზმებში ცილების, ცხიმების, ნახშირწყლების და სხვა ნივთიერებების მონაწილეობით სხეულის წყლის გარემოში.
წყალბადის მეორე ნაერთი ჟანგბადთან არის წყალბადის ზეჟანგი H 2 O 2.
სტრუქტურული ფორმულა H - O - O - H, მოლეკულური წონა - 34.
ლათინური სახელი Hydrogenii peroxydum.
ეს ნივთიერება 1818 წელს აღმოაჩინა ფრანგმა მეცნიერმა ლუი-ჟაკ ტენარმა, რომელმაც შეისწავლა სხვადასხვა მინერალური მჟავების მოქმედება ბარიუმის პეროქსიდზე (BaO 2). ბუნებაში, წყალბადის ზეჟანგი წარმოიქმნება დაჟანგვის პროცესში. H 2 O 2-ის მისაღებად ყველაზე მოსახერხებელი და თანამედროვე გზაა ელექტროლიტური მეთოდი, რომელიც გამოიყენება ინდუსტრიაში. საწყისი მასალად გამოიყენება გოგირდმჟავა ან ამონიუმის სულფატი.
თანამედროვე ფიზიკოქიმიური მეთოდებით დადგენილია, რომ წყალბადის ზეჟანგში ჟანგბადის ორივე ატომი უშუალოდ უკავშირდება ერთმანეთს არაპოლარული კოვალენტური ბმით. ბმები წყალბადისა და ჟანგბადის ატომებს შორის (საერთო ელექტრონების ჟანგბადისკენ გადაადგილების გამო) პოლარულია. ამრიგად, H 2 O 2 მოლეკულა ასევე პოლარულია. წყალბადის ბმა წარმოიქმნება H 2 O 2 მოლეკულებს შორის, რაც იწვევს მათ კავშირს O–O ბმის ენერგიასთან 210 კჯ, რაც გაცილებით ნაკლებია ვიდრე H–O ბმის ენერგია (470 კჯ).
წყალბადის პეროქსიდის ხსნარი- გამჭვირვალე უფერო სითხე, უსუნო ან ოდნავ თავისებური სუნით, ოდნავ მჟავე რეაქციით. ის სწრაფად იშლება სინათლის ზემოქმედებით, გაცხელებისას, ტუტეებთან კონტაქტში, ჟანგვის და აღმდგენი ნივთიერებებთან, გამოყოფს ჟანგბადს. რეაქცია ხდება: H 2 O 2 \u003d H 2 O + O
H 2 O 2 მოლეკულების დაბალი სტაბილურობა განპირობებულია O - O ბმის მყიფეობით.
შეინახეთ მუქი შუშის კონტეინერში და გრილ ადგილას. წყალბადის ზეჟანგის კონცენტრირებული ხსნარების ზემოქმედებით კანზე წარმოიქმნება დამწვრობა და დამწვარი ადგილი მტკივა.
აპლიკაცია:მედიცინაში წყალბადის ზეჟანგის 3%-იანი ხსნარი გამოიყენება როგორც ჰემოსტატიკური საშუალება, სადეზინფექციო საშუალება და დეზოდორანტი სტომატიტის, ტონზილიტის, გინეკოლოგიური დაავადებების და ა.შ.
ფერმენტ კატალაზასთან კონტაქტისას (სისხლიდან, ჩირქიდან, ქსოვილებიდან) ატომური ჟანგბადი მოქმედებს გათავისუფლების დროს. H 2 O 2-ის მოქმედება ხანმოკლეა. პრეპარატის ღირებულება მდგომარეობს იმაში, რომ მისი დაშლის პროდუქტები უვნებელია ქსოვილებისთვის.
ჰიდროპერიტი არის წყალბადის ზეჟანგის რთული ნაერთი შარდოვანასთან. წყალბადის ზეჟანგის შემცველობა დაახლოებით 35%-ია. გამოიყენება როგორც ანტისეპტიკური საშუალება წყალბადის ზეჟანგის ნაცვლად.
H 2 O 2-ის ერთ-ერთი მთავარი ქიმიური თვისებაა მისი რედოქსის თვისებები. ჟანგბადის დაჟანგვის მდგომარეობა H 2 O 2-ში არის -1, ე.ი. აქვს შუალედური მნიშვნელობა წყალში ჟანგბადის დაჟანგვის ხარისხს (-2) და მოლეკულურ ჟანგბადში (0) შორის. ამრიგად, წყალბადის ზეჟანგს აქვს როგორც ჟანგვის, ასევე შემცირების თვისებები, ე.ი. ავლენს რედოქს ორმაგობას. უნდა აღინიშნოს, რომ H 2 O 2-ის ჟანგვის თვისებები ბევრად უფრო გამოხატულია, ვიდრე აღდგენითი და ისინი ვლინდება მჟავე, ტუტე და ნეიტრალურ გარემოში. Მაგალითად:
2 KI + H 2 SO 4 + H 2 O 2 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2 H 2 O
2 I - - 2ē → I 2 0 1 - in-l
H 2 O 2 + 2 H + + 2ē → 2 H 2 O 1 - კარგი
2 I - + H 2 O 2 + 2 H + → I 2 + 2 H 2 O
ძლიერი ჟანგვის აგენტების მოქმედებით, H 2 O 2 ავლენს შემცირების თვისებებს:
2 KMnO 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 SO 4 \u003d 2 MnSO 4 + 5 O 2 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O
MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn +2 + 4 H 2 O 2 - კარგი
H 2 O 2 - 2ē → O 2 + 2 H + 5 - in-l
2 MnO 4 - + 5 H 2 O 2 + 16 H + → 2 Mn +2 + 8 H 2 O + 5 O 2 + 10 H +
დასკვნები:
1. ჟანგბადი დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია.
ბუნებაში, ჟანგბადი გვხვდება ორი ალოტროპული მოდიფიკაციით: O 2 - დიოქსიგენი ან "ჩვეულებრივი ჟანგბადი" და O 3 - ტრიოქსიგენი (ოზონი).
2. ალოტროპია- ერთი ელემენტის მიერ სხვადასხვა მარტივი ნივთიერების წარმოქმნა.
3. ჟანგბადის ალოტროპული მოდიფიკაციები: ჟანგბადი და ოზონი.
4.ჟანგბადის ნაერთები წყალბადთან - წყალი და წყალბადის ზეჟანგი .
5. წყალი არსებობს სამ აგრეგატულ მდგომარეობაში: მყარი - ყინული, თხევადი და აირისებრი - წყლის ორთქლი.
6. T 0 +4 0 C-ზე წყალს აქვს სიმკვრივე 1 გ/მლ.
7. წყლის მოლეკულა აგებულია სამკუთხედის მსგავსად, რომლის ზევით არის ელექტროუარყოფითი ჟანგბადის ატომი, ხოლო ფუძეების კუთხეებში – წყალბადი.
8. ვალენტობის კუთხე არის 104,27
9. წყლის მოლეკულა პოლარულია – ელექტრონის სიმკვრივე გადატანილია ჟანგბადის ატომში.
12. გოგირდი. გოგირდის მახასიათებლები პერიოდულ სისტემაში მისი პოზიციიდან გამომდინარე, ატომური სტრუქტურის თეორიის, შესაძლო დაჟანგვის მდგომარეობების, ფიზიკური თვისებების, ბუნებაში განაწილების, ბიოლოგიური როლის, მომზადების მეთოდების, ქიმიური თვისებების თვალსაზრისით. . გოგირდის და მისი ნაერთების გამოყენება მედიცინასა და ეროვნულ ეკონომიკაში.
გოგირდი:
ა) ბუნებაში ყოფნა
ბ) ბიოლოგიური როლი
ბ) მედიცინაში გამოყენება
გოგირდი ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში და გვხვდება როგორც თავისუფალ მდგომარეობაში (მშობლიური გოგირდი), ასევე ნაერთების სახით - FeSe (პირიტი), CuS, Ag 2 S, PbS, CaSO 4 და ა.შ. ნახშირი, ზეთები და ბუნებრივი აირები.
გოგირდი არის ერთ-ერთი ელემენტი, რომელიც მნიშვნელოვანია სასიცოცხლო პროცესებისთვის, რადგან. ის ცილების ნაწილია. გოგირდის შემცველობა ადამიანის ორგანიზმში 0,25%-ია. შედის ამინომჟავებში: ცისტეინი, გლუტათიონი, მეთიონინი და ა.შ.
განსაკუთრებით ბევრი გოგირდია თმის, რქების, მატყლის ცილებში. გარდა ამისა, გოგირდი არის ორგანიზმის ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებების: ვიტამინებისა და ჰორმონების (მაგ., ინსულინის) განუყოფელი ნაწილი.
გოგირდის ნაერთების სახით, რომლებიც გვხვდება ნერვულ ქსოვილში, ხრტილში, ძვლებში და ნაღველში. ის მონაწილეობს ორგანიზმის რედოქს პროცესებში.
ორგანიზმში გოგირდის ნაკლებობით, ძვლების სისუსტე და სისუსტე, შეინიშნება თმის ცვენა.
გოგირდი გვხვდება გოგრაში, ყურძენში, ვაშლში, კომბოსტოში, ხახვში, ჭვავის, ბარდაში, ქერში, წიწიბურაში და ხორბალში.
რეკორდსმენები: ბარდა 190, სოია 244%.
წყალბადი H არის ყველაზე გავრცელებული ელემენტი სამყაროში (დაახლოებით 75% მასის მიხედვით), დედამიწაზე ის მეცხრე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. ყველაზე მნიშვნელოვანი ბუნებრივი წყალბადის ნაერთია წყალი.
წყალბადი პირველ ადგილზეა პერიოდულ სისტემაში (Z = 1). მას აქვს ატომის უმარტივესი სტრუქტურა: ატომის ბირთვი არის 1 პროტონი, რომელიც გარშემორტყმულია ელექტრონული ღრუბლით, რომელიც შედგება 1 ელექტრონისაგან.
ზოგიერთ პირობებში წყალბადი ავლენს მეტალურ თვისებებს (აჩუქებს ელექტრონს), ზოგიერთში - არამეტალურს (იღებს ელექტრონს).
ბუნებაში გვხვდება წყალბადის იზოტოპები: 1H - პროტიუმი (ბირთვი შედგება ერთი პროტონისგან), 2H - დეიტერიუმი (D - ბირთვი შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ნეიტრონისგან), 3H - ტრიტიუმი (T - ბირთვი შედგება ერთი პროტონისაგან და ორისაგან. ნეიტრონები).
მარტივი ნივთიერება წყალბადი
წყალბადის მოლეკულა შედგება ორი ატომისგან, რომლებიც დაკავშირებულია არაპოლარული კოვალენტური კავშირით.
ფიზიკური თვისებები.წყალბადი არის უფერო, არატოქსიკური, უსუნო და უგემოვნო აირი. წყალბადის მოლეკულა არ არის პოლარული. მაშასადამე, აირისებრ წყალბადში ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები მცირეა. ეს ვლინდება დაბალი დუღილის წერტილებში (-252,6 0С) და დნობის წერტილებში (-259,2 0С).
წყალბადი ჰაერზე მსუბუქია, D (ჰაერში) = 0,069; წყალში ოდნავ ხსნადი (2 ტომი H2 იხსნება 100 ტომი H2O). ამიტომ, წყალბადი, როდესაც წარმოიქმნება ლაბორატორიაში, შეიძლება შეგროვდეს ჰაერის ან წყლის გადაადგილების მეთოდებით.
წყალბადის მიღება
ლაბორატორიაში:
1. განზავებული მჟავების მოქმედება მეტალებზე:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2
2. ტუტე და ტუტე ლითონების ურთიერთქმედება წყალთან:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3. ჰიდრიდების ჰიდროლიზი: ლითონის ჰიდრიდები ადვილად იშლება წყლის მიერ შესაბამისი ტუტესა და წყალბადის წარმოქმნით:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2
4. ტუტეების მოქმედება თუთიაზე ან ალუმინის ან სილიკონზე:
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. წყლის ელექტროლიზი. წყლის ელექტრული გამტარობის გასაზრდელად მას ემატება ელექტროლიტი, მაგალითად, NaOH, H 2 SO 4 ან Na 2 SO 4. კათოდზე წარმოიქმნება წყალბადის 2 მოცულობა, ანოდზე - ჟანგბადის 1 მოცულობა.
2H 2 O → 2H 2 + O 2
წყალბადის სამრეწველო წარმოება
1. მეთანის გადაქცევა ორთქლით, Ni 800 °C (ყველაზე იაფი):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
Ჯამში:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2
2. წყლის ორთქლი ცხელი კოქსის მეშვეობით 1000 o C-ზე:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
შედეგად მიღებული ნახშირბადის მონოქსიდი (IV) შეიწოვება წყლით, ამ გზით მიიღება სამრეწველო წყალბადის 50%.
3. მეთანის გაცხელებით 350°C-მდე რკინის ან ნიკელის კატალიზატორის თანდასწრებით:
CH 4 → C + 2H 2
4. KCl ან NaCl წყალხსნარების ელექტროლიზი, როგორც ქვეპროდუქტი:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH
წყალბადის ქიმიური თვისებები
- ნაერთებში წყალბადი ყოველთვის ერთვალენტიანია. მას აქვს ჟანგვის მდგომარეობა +1, მაგრამ ლითონის ჰიდრიდებში -1.
- წყალბადის მოლეკულა შედგება ორი ატომისგან. მათ შორის კავშირის გაჩენა აიხსნება ელექტრონების გენერალიზებული წყვილის H: H ან H 2 წარმოქმნით.
- ელექტრონების ამ განზოგადების გამო, H 2 მოლეკულა უფრო ენერგიულად სტაბილურია, ვიდრე მისი ცალკეული ატომები. 1 მოლ წყალბადში მოლეკულის ატომებად დასაშლელად საჭიროა 436 კჯ ენერგიის დახარჯვა: H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 კჯ / მოლი
- ეს ხსნის მოლეკულური წყალბადის შედარებით დაბალ აქტივობას ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე.
- ბევრ არალითონთან ერთად წყალბადი აყალიბებს აირისებრ ნაერთებს, როგორიცაა RN 4, RN 3, RN 2, RN.
1) ჰალოგენებთან ერთად ქმნის წყალბადის ჰალოგენებს:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
ამავდროულად, ის ფეთქდება ფტორთან, ქლორთან და ბრომთან რეაგირებს მხოლოდ განათების ან გაცხელებისას, ხოლო იოდთან მხოლოდ გაცხელებისას.
2) ჟანგბადით:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
სითბოს გათავისუფლებით. ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე რეაქცია ნელა მიმდინარეობს, 550 ° C-ზე ზემოთ - აფეთქებით. 2 მოცულობის H 2 და 1 მოცულობის O 2 ნარევს ფეთქებადი აირი ეწოდება.
3) როდესაც თბება, ის ენერგიულად რეაგირებს გოგირდთან (სელენთან და ტელურუმთან გაცილებით რთულია):
H 2 + S → H 2 S (წყალბადის სულფიდი),
4) აზოტით ამიაკის წარმოქმნით მხოლოდ კატალიზატორზე და ამაღლებულ ტემპერატურასა და წნევაზე:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3
5) ნახშირბადით მაღალ ტემპერატურაზე:
2H 2 + C → CH 4 (მეთანი)
6) აყალიბებს ჰიდრიდებს ტუტე და მიწის ტუტე ლითონებით (წყალბადი არის ჟანგვის აგენტი):
H 2 + 2Li → 2LiH
ლითონის ჰიდრიდებში წყალბადის იონი უარყოფითად არის დამუხტული (დაჟანგვის მდგომარეობა -1), ანუ ჰიდრიდი Na + H - აგებულია ქლორიდის Na + Cl-ის მსგავსად.
რთული ნივთიერებებით:
7) ლითონის ოქსიდებით (გამოიყენება ლითონების აღსადგენად):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O
8) ნახშირბადის მონოქსიდით (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
სინთეზს - გაზს (წყალბადის და ნახშირბადის მონოქსიდის ნარევს) დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს, რადგან ტემპერატურის, წნევის და კატალიზატორის მიხედვით წარმოიქმნება სხვადასხვა ორგანული ნაერთები, მაგალითად, HCHO, CH 3 OH და სხვა.
9) უჯერი ნახშირწყალბადები რეაგირებს წყალბადთან, გადაიქცევა გაჯერებულად:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2.
თხევადი
წყალბადი(ლათ. წყალბადი; აღინიშნება სიმბოლოთი ჰ) ელემენტთა პერიოდული სისტემის პირველი ელემენტია. ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში. წყალბადის 1 H ყველაზე გავრცელებული იზოტოპის კატიონი (და ბირთვი) არის პროტონი. 1 H ბირთვის თვისებები საშუალებას იძლევა ფართოდ გამოიყენოს NMR სპექტროსკოპია ორგანული ნივთიერებების ანალიზში.
წყალბადის სამ იზოტოპს აქვს საკუთარი სახელები: 1 H - პროტიუმი (H), 2 H - დეიტერიუმი (D) და 3 H - ტრიტიუმი (რადიოაქტიური) (T).
მარტივი ნივთიერება წყალბადი - H 2 - ღია უფერო აირია. ჰაერთან ან ჟანგბადთან ნარევში ის აალებადი და ფეთქებადია. Არატოქსიკური. ხსნადი ეთანოლში და რიგ ლითონებში: რკინა, ნიკელი, პალადიუმი, პლატინა.
ამბავი
მჟავებისა და ლითონების ურთიერთქმედების დროს აალებადი აირის გამოშვება შეინიშნებოდა მე-16 და მე-17 საუკუნეებში ქიმიის, როგორც მეცნიერების ჩამოყალიბების გარიჟრაჟზე. მიხაილ ვასილიევიჩ ლომონოსოვმა ასევე პირდაპირ მიუთითა მის იზოლაციაზე, მაგრამ უკვე ნამდვილად გააცნობიერა, რომ ეს არ იყო ფლოგისტონი. ინგლისელმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა ჰენრი კავენდიშმა 1766 წელს შეისწავლა ეს აირი და უწოდა "წვის ჰაერი". დამწვრობისას „წვის ჰაერი“ წარმოქმნიდა წყალს, მაგრამ კავენდიშის ფლოგისტონის თეორიის ერთგულებამ ხელი შეუშალა მას სწორი დასკვნების გაკეთებაში. ფრანგმა ქიმიკოსმა ანტუან ლავუაზიემ ინჟინერ ჟ. მეუნიერთან ერთად სპეციალური გაზომეტრების გამოყენებით 1783 წელს ჩაატარა წყლის სინთეზი, შემდეგ კი მისი ანალიზი, წყლის ორთქლის დაშლა გაცხელებული რკინით. ამრიგად, მან დაადგინა, რომ „წვადი ჰაერი“ წყლის ნაწილია და მისი მიღება შესაძლებელია.
სახელის წარმოშობა
ლავუაზიემ დაარქვეს სახელი hydrogène წყალბადს, რაც ნიშნავს "წყლის შემცველს". რუსული სახელწოდება "წყალბადი" შემოგვთავაზა ქიმიკოსმა მ.ფ.სოლოვიოვმა 1824 წელს - სლომონოსოვის "ჟანგბადის" ანალოგიით.
გავრცელება
წყალბადი სამყაროს ყველაზე უხვი ელემენტია. იგი შეადგენს ყველა ატომის დაახლოებით 92%-ს (8% არის ჰელიუმის ატომები, ყველა სხვა ელემენტის წილი ერთად აღებული 0,1%-ზე ნაკლებია). ამრიგად, წყალბადი არის ვარსკვლავებისა და ვარსკვლავთშორისი გაზის მთავარი კომპონენტი. ვარსკვლავური ტემპერატურის პირობებში (მაგალითად, მზის ზედაპირის ტემპერატურა ~ 6000 °C) წყალბადი არსებობს პლაზმის სახით; ვარსკვლავთშორის სივრცეში ეს ელემენტი არსებობს ცალკეული მოლეკულების, ატომების და იონების სახით და შეუძლია. ქმნიან მოლეკულურ ღრუბლებს, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება ზომის, სიმკვრივისა და ტემპერატურის მიხედვით.
დედამიწის ქერქი და ცოცხალი ორგანიზმები
დედამიწის ქერქში წყალბადის მასობრივი წილი 1%-ია - ეს არის მეათე ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. თუმცა, ბუნებაში მისი როლი განისაზღვრება არა მასით, არამედ ატომების რაოდენობით, რომელთა წილი სხვა ელემენტებს შორის არის 17% (მეორე ადგილი ჟანგბადის შემდეგ, რომლის ატომების წილი ~ 52%). ამიტომ წყალბადის მნიშვნელობა დედამიწაზე მიმდინარე ქიმიურ პროცესებში თითქმის ისეთივე დიდია, როგორც ჟანგბადის. ჟანგბადისგან განსხვავებით, რომელიც დედამიწაზე არსებობს როგორც შეკრულ, ისე თავისუფალ მდგომარეობაში, დედამიწაზე თითქმის მთელი წყალბადი ნაერთების სახითაა; წყალბადის მხოლოდ ძალიან მცირე რაოდენობა მარტივი ნივთიერების სახით გვხვდება ატმოსფეროში (0,00005% მოცულობით).
წყალბადი არის თითქმის ყველა ორგანული ნივთიერების შემადგენელი ნაწილი და იმყოფება ყველა ცოცხალ უჯრედში. ცოცხალ უჯრედებში, ატომების რაოდენობის მიხედვით, წყალბადი თითქმის 50%-ს შეადგენს.
ქვითარი
მარტივი ნივთიერებების მოპოვების სამრეწველო მეთოდები დამოკიდებულია იმ ფორმაზე, რომლითაც ბუნებაში გვხვდება შესაბამისი ელემენტი, ანუ რა შეიძლება იყოს ნედლეული მისი წარმოებისთვის. ასე რომ, ჟანგბადი, რომელიც ხელმისაწვდომია თავისუფალ მდგომარეობაში, მიიღება ფიზიკური გზით - თხევადი ჰაერისგან იზოლირებით. თითქმის ყველა წყალბადი ნაერთების სახითაა, ამიტომ მის მისაღებად გამოიყენება ქიმიური მეთოდები. კერძოდ, შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაშლის რეაქციები. წყალბადის წარმოების ერთ-ერთი გზაა წყლის დაშლის რეაქცია ელექტრული დენით.
წყალბადის წარმოების მთავარი სამრეწველო მეთოდი არის რეაქცია მეთანის წყალთან, რომელიც ბუნებრივი აირის ნაწილია. იგი ტარდება მაღალ ტემპერატურაზე (ადვილია იმის შემოწმება, რომ როდესაც მეთანი გადადის მდუღარე წყალშიც კი, რეაქცია არ ხდება):
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ
ლაბორატორიაში მარტივი ნივთიერებების მისაღებად გამოიყენება არა აუცილებლად ბუნებრივი ნედლეული, არამედ ირჩევა ის საწყისი ნივთიერებები, საიდანაც უფრო ადვილია საჭირო ნივთიერების გამოყოფა. მაგალითად, ლაბორატორიაში ჟანგბადი არ მიიღება ჰაერიდან. იგივე ეხება წყალბადის წარმოებას. წყალბადის წარმოების ერთ-ერთი ლაბორატორიული მეთოდი, რომელიც ზოგჯერ გამოიყენება ინდუსტრიაში, არის წყლის დაშლა ელექტრული დენით.
წყალბადი ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ლაბორატორიაში თუთიის მარილმჟავასთან ურთიერთქმედებით.
ინდუსტრიაში
1. მარილების წყალხსნარების ელექტროლიზი:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2
2. წყლის ორთქლის გადატანა ცხელ კოქსზე დაახლოებით 1000 °C ტემპერატურაზე:
H2O+C? H2 + CO
3.ბუნებრივი აირისგან.
ორთქლის კონვერტაცია:
CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 °C)
კატალიზური დაჟანგვა ჟანგბადით:
2CH4 + O2? 2CO + 4H2
4. ნავთობის გადამუშავების პროცესში ნახშირწყალბადების კრეკინგი და რეფორმირება.
ლაბორატორიაში
1.განზავებული მჟავების მოქმედება მეტალებზე.ასეთი რეაქციის განსახორციელებლად ყველაზე ხშირად გამოიყენება თუთია და განზავებული მარილმჟავა:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2
2.კალციუმის წყალთან ურთიერთქმედება:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3.ჰიდროლიზის ჰიდროლიზი:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
4.ტუტეების მოქმედება თუთიაზე ან ალუმინზე:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5.ელექტროლიზის დახმარებით.ტუტეების ან მჟავების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს წყალბადი გამოიყოფა კათოდზე, მაგალითად:
2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O
ფიზიკური თვისებები
წყალბადი შეიძლება არსებობდეს ორი ფორმით (მოდიფიკაცია) - ორთო- და პარა-წყალბადის სახით. ორთოწყალბადის მოლეკულაში ო-H 2 (mp. −259,10 ° C, bp. −252,56 ° C) ბირთვული ტრიალები მიმართულია იმავე გზით (პარალელურად), ხოლო პარაჰიდროგენი გვ-H 2 (mp. −259,32 ° C, bp. −252,89 ° C) - ერთმანეთის საპირისპირო (ანტიპარალელური). წონასწორული ნარევი ო-H 2 და გვ-H 2 მოცემულ ტემპერატურაზე ეწოდება წონასწორული წყალბადი ე-H2.
წყალბადის მოდიფიკაციები შეიძლება განცალკევდეს აქტიურ ნახშირბადზე ადსორბციით თხევადი აზოტის ტემპერატურაზე. ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, ორთოწყალბადსა და პარაჰიდროგენს შორის წონასწორობა თითქმის მთლიანად გადადის ამ უკანასკნელისკენ. 80 K-ზე, ასპექტის თანაფარდობა არის დაახლოებით 1:1. დეზორბირებული პარაჰიდროგენი გარდაიქმნება ორთოწყალბადად გაცხელებისას ოთახის ტემპერატურაზე წონასწორული ნარევის წარმოქმნამდე (ortho-para: 75:25). კატალიზატორის გარეშე ტრანსფორმაცია ხდება ნელა (ვარსკვლავთშორისი გარემოს პირობებში - დამახასიათებელი დროებით კოსმოლოგიურ პერიოდებამდე), რაც შესაძლებელს ხდის ინდივიდუალური მოდიფიკაციების თვისებების შესწავლას.
წყალბადი არის ყველაზე მსუბუქი გაზი, ჰაერზე 14,5-ჯერ მსუბუქი. ცხადია, რაც უფრო მცირეა მოლეკულების მასა, მით უფრო მაღალია მათი სიჩქარე იმავე ტემპერატურაზე. როგორც ყველაზე მსუბუქი, წყალბადის მოლეკულები მოძრაობენ უფრო სწრაფად, ვიდრე სხვა გაზის მოლეკულები და ამგვარად შეუძლიათ სითბოს გადაცემა ერთი სხეულიდან მეორეზე უფრო სწრაფად. აქედან გამომდინარეობს, რომ წყალბადს აქვს ყველაზე მაღალი თბოგამტარობა აირისებრ ნივთიერებებს შორის. მისი თბოგამტარობა დაახლოებით შვიდჯერ აღემატება ჰაერს.
წყალბადის მოლეკულა არის დიატომური - H 2. ნორმალურ პირობებში ეს არის უფერო, უსუნო და უგემოვნო გაზი. სიმკვრივე 0,08987 გ/ლ (ნ.ო.), დუღილის წერტილი −252,76 °C, წვის სპეციფიკური სითბო 120,9×10 6 ჯ/კგ, წყალში ნაკლებად ხსნადი - 18,8 მლ/ლ. წყალბადი ძალიან ხსნადია ბევრ მეტალში (Ni, Pt, Pd და სხვ.), განსაკუთრებით პალადიუმში (850 ტომი 1 მოცულობის Pd-ზე). ლითონებში წყალბადის ხსნადობასთან დაკავშირებულია მათში დიფუზიის უნარი; ნახშირბადის შენადნობში (მაგალითად, ფოლადი) დიფუზიას ზოგჯერ თან ახლავს შენადნობის განადგურება წყალბადის ნახშირბადთან ურთიერთქმედების გამო (ე.წ. დეკარბონიზაცია). პრაქტიკულად არ იხსნება ვერცხლში.
თხევადი წყალბადიარსებობს ძალიან ვიწრო ტემპერატურის დიაპაზონში -252,76-დან -259,2 °C-მდე. ეს არის უფერო სითხე, ძალიან მსუბუქი (სიმკვრივე -253 °C 0,0708 გ / სმ 3) და თხევადი (სიბლანტე -253 °C 13,8 ც.). წყალბადის კრიტიკული პარამეტრები ძალიან დაბალია: ტემპერატურა -240,2 °C და წნევა 12,8 ატმ. ეს ხსნის წყალბადის გათხევადების სირთულეებს. თხევად მდგომარეობაში წონასწორული წყალბადი შედგება 99,79% para-H2, 0,21% ortho-H2.
მყარი წყალბადი, დნობის წერტილი −259,2 °C, სიმკვრივე 0,0807 გ/სმ3 (−262 °C–ზე) — თოვლის მსგავსი მასა, ექვსკუთხა კრისტალები, კოსმოსური ჯგუფი P6/მმკ, უჯრედის პარამეტრები ა=3,75 გ=6.12. მაღალი წნევის დროს წყალბადი ხდება მეტალიკი.
იზოტოპები
წყალბადი გვხვდება სამი იზოტოპის სახით, რომლებსაც აქვთ ინდივიდუალური სახელები: 1 H - პროტიუმი (H), 2 H - დეიტერიუმი (D), 3 H - ტრიტიუმი (რადიოაქტიური) (T).
პროტიუმი და დეიტერიუმი არის სტაბილური იზოტოპები მასობრივი ნომრებით 1 და 2. მათი შემცველობა ბუნებაში არის 99,9885 ± 0,0070% და 0,0115 ± 0,0070%, შესაბამისად. ეს თანაფარდობა შეიძლება ოდნავ განსხვავდებოდეს წყალბადის წარმოების წყაროსა და მეთოდის მიხედვით.
წყალბადის იზოტოპი 3 H (ტრიტიუმი) არასტაბილურია. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 12,32 წელია. ტრიტიუმი ბუნებაში ძალიან მცირე რაოდენობით გვხვდება.
ლიტერატურაში ასევე მოცემულია მონაცემები წყალბადის იზოტოპების შესახებ 4–7 მასის ნომრით და ნახევარგამოყოფის პერიოდი 10–22–10–23 წმ.
ბუნებრივი წყალბადი შედგება H 2 და HD (დეიტეროწყალბადის) მოლეკულებისგან 3200:1 თანაფარდობით. სუფთა დეიტერიუმის წყალბადის D 2 შემცველობა კიდევ უფრო ნაკლებია. HD და D 2-ის კონცენტრაციის თანაფარდობა არის დაახლოებით 6400:1.
ქიმიური ელემენტების ყველა იზოტოპიდან წყალბადის იზოტოპების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები ყველაზე მეტად განსხვავდება ერთმანეთისგან. ეს გამოწვეულია ატომების მასების ყველაზე დიდი ფარდობითი ცვლილების გამო.
|
ტემპერატურა |
ტემპერატურა |
სამმაგი |
კრიტიკული |
სიმკვრივე |
|
დეიტერიუმს და ტრიტიუმს ასევე აქვთ ორთო და პარა მოდიფიკაციები: გვ-D2, ო-D2, გვ-T2, ო-T 2. ჰეტეროიზოტოპურ წყალბადს (HD, HT, DT) არ გააჩნია ორთო და პარა მოდიფიკაციები.
ქიმიური თვისებები
დისოცირებული წყალბადის მოლეკულების ფრაქცია
წყალბადის მოლეკულები H 2 საკმაოდ ძლიერია და იმისთვის, რომ წყალბადმა მოახდინოს რეაქცია, ბევრი ენერგია უნდა დაიხარჯოს:
H 2 \u003d 2H - 432 kJ
ამიტომ, ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, წყალბადი რეაგირებს მხოლოდ ძალიან აქტიურ ლითონებთან, როგორიცაა კალციუმი, წარმოქმნის კალციუმის ჰიდრიდს:
Ca + H 2 \u003d CaH 2
და ერთადერთი არალითონით - ფტორით, რომელიც ქმნის წყალბადის ფტორს:
წყალბადი რეაგირებს მეტალების და არამეტალების უმეტესობასთან ამაღლებულ ტემპერატურაზე ან სხვა გავლენის ქვეშ, როგორიცაა განათება:
O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O
მას შეუძლია ჟანგბადი "წაიღოს" ზოგიერთი ოქსიდიდან, მაგალითად:
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O
დაწერილი განტოლება ასახავს წყალბადის შემცირების თვისებებს.
N 2 + 3H 2 → 2NH 3
ჰალოგენებთან ერთად ქმნის წყალბადის ჰალოგენებს:
F 2 + H 2 → 2HF, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით სიბნელეში და ნებისმიერ ტემპერატურაზე,
Cl 2 + H 2 → 2HCl, რეაქცია მიმდინარეობს აფეთქებით, მხოლოდ შუქზე.
ის ურთიერთქმედებს ჭვარტლთან ძლიერი გაცხელებისას:
C + 2H 2 → CH 4
ურთიერთქმედება ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონებთან
აქტიურ ლითონებთან ურთიერთობისას წყალბადი აყალიბებს ჰიდრიდებს:
2Na + H 2 → 2NaH
Ca + H 2 → CaH 2
Mg + H 2 → MgH 2
ჰიდრიდები- მარილის მსგავსი მყარი ნივთიერებები, ადვილად ჰიდროლიზებული:
CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2
ურთიერთქმედება ლითონის ოქსიდებთან (ჩვეულებრივ d-ელემენტებთან)
ოქსიდები იშლება ლითონებად:
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O
WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O
ორგანული ნაერთების ჰიდროგენიზაცია
მოლეკულური წყალბადი ფართოდ გამოიყენება ორგანულ სინთეზში ორგანული ნაერთების შემცირებისთვის. ამ პროცესებს ე.წ ჰიდროგენიზაციის რეაქციები. ეს რეაქციები ტარდება კატალიზატორის თანდასწრებით მომატებულ წნევასა და ტემპერატურაზე. კატალიზატორი შეიძლება იყოს ერთგვაროვანი (მაგ. Wilkinson კატალიზატორი) ან ჰეტეროგენული (მაგ. Raney ნიკელი, პალადიუმი ნახშირბადზე).
ამრიგად, კერძოდ, უჯერი ნაერთების კატალიზური ჰიდროგენიზაციის დროს, როგორიცაა ალკენები და ალკინები, წარმოიქმნება გაჯერებული ნაერთები, ალკანები.
წყალბადის გეოქიმია
თავისუფალი წყალბადი H 2 შედარებით იშვიათია ხმელეთის აირებში, მაგრამ წყლის სახით იგი განსაკუთრებულად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს გეოქიმიურ პროცესებში.
წყალბადი შეიძლება იყოს მინერალებში ამონიუმის იონის, ჰიდროქსილის იონის და კრისტალური წყლის სახით.
ატმოსფეროში წყალბადი განუწყვეტლივ წარმოიქმნება მზის რადიაციის მიერ წყლის დაშლის შედეგად. მცირე მასის მქონე წყალბადის მოლეკულებს აქვთ დიფუზიური მოძრაობის მაღალი სიჩქარე (ის ახლოსაა მეორე კოსმოსურ სიჩქარესთან) და ატმოსფეროს ზედა ფენებში მოხვედრისას შეუძლიათ გაფრინდნენ გარე სივრცეში.
ცირკულაციის მახასიათებლები
წყალბადი ჰაერთან შერევისას წარმოქმნის ფეთქებად ნარევს - ე.წ. ეს გაზი ყველაზე ფეთქებადია, როდესაც წყალბადისა და ჟანგბადის მოცულობის თანაფარდობა არის 2:1, ან წყალბადი და ჰაერი არის დაახლოებით 2:5, რადგან ჰაერი შეიცავს დაახლოებით 21% ჟანგბადს. წყალბადი ასევე ხანძრის საშიშროებას წარმოადგენს. თხევადი წყალბადი შეიძლება გამოიწვიოს ძლიერი მოყინვა, თუ ის კანთან მოხვდება.
წყალბადის ფეთქებადი კონცენტრაცია ჟანგბადთან ერთად მოდის 4%-დან 96%-მდე მოცულობით. ჰაერთან შერევისას მოცულობით 4%-დან 75(74)%-მდე.
Ეკონომია
წყალბადის ღირებულება დიდ საბითუმო მიწოდებებში მერყეობს $2-5-დან კგ-ზე.
განაცხადი
ატომური წყალბადი გამოიყენება ატომური წყალბადის შედუღებისთვის.
ქიმიური მრეწველობა
- ამიაკის, მეთანოლის, საპნის და პლასტმასის წარმოებაში
- თხევადი მცენარეული ზეთებისგან მარგარინის წარმოებაში
- რეგისტრირებულია როგორც დიეტური დანამატი E949(გაზის შეფუთვა)
კვების ინდუსტრია
საავიაციო ინდუსტრია
წყალბადი ძალიან მსუბუქია და ყოველთვის ამოდის ჰაერში. ოდესღაც საჰაერო ხომალდები და ბუშტები წყალბადით იყო სავსე. მაგრამ 30-იან წლებში. მე -20 საუკუნე იყო რამდენიმე კატასტროფა, რომლის დროსაც საჰაერო ხომალდები აფეთქდა და დაიწვა. დღესდღეობით, საჰაერო ხომალდები სავსეა ჰელიუმით, მიუხედავად მისი მნიშვნელოვნად მაღალი ღირებულებისა.
Საწვავი
წყალბადი გამოიყენება როგორც სარაკეტო საწვავი.
მიმდინარეობს კვლევა წყალბადის, როგორც საწვავის მანქანებისა და სატვირთო მანქანების გამოყენებაზე. წყალბადის ძრავები არ აბინძურებენ გარემოს და გამოყოფენ მხოლოდ წყლის ორთქლს.
წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედები იყენებენ წყალბადს ქიმიური რეაქციის ენერგიის უშუალოდ გარდაქმნის ელექტრო ენერგიად.
"თხევადი წყალბადი"(„LW“) არის წყალბადის აგრეგაციის თხევადი მდგომარეობა, დაბალი სპეციფიკური სიმძიმით 0,07 გ/სმ³ და კრიოგენული თვისებებით, გაყინვის წერტილით 14,01 K (−259,14 °C) და დუღილის წერტილით 20,28 K (−252,87). °C). ეს არის უფერო, უსუნო სითხე, რომელიც ჰაერთან შერევისას ფეთქებადია აალებადი დიაპაზონით 4-75%. თხევად წყალბადში იზომერების სპინის თანაფარდობაა: 99,79% - პარაჰიდროგენი; 0,21% - ორთოწყალბადი. წყალბადის გაფართოების კოეფიციენტი აგრეგაციის მდგომარეობის აირისებურად შეცვლისას არის 848:1 20°C-ზე.
როგორც ნებისმიერი სხვა გაზის შემთხვევაში, წყალბადის გათხევადება ამცირებს მის მოცულობას. გათხევადების შემდეგ „ZHV“ ინახება თბოიზოლაციურ კონტეინერებში წნევის ქვეშ. თხევადი წყალბადი თხევადი წყალბადი, LH2, LH 2) ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, როგორც გაზის შესანახი ფორმა და კოსმოსურ ინდუსტრიაში, როგორც სარაკეტო საწვავი.
ამბავი
ხელოვნური გაგრილების პირველი დოკუმენტირებული გამოყენება 1756 წელს იყო ინგლისელმა მეცნიერმა უილიამ კალენმა, გასპარ მონჯმა პირველმა მიიღო გოგირდის ოქსიდის თხევადი მდგომარეობა 1784 წელს, მაიკლ ფარადეი იყო პირველი, ვინც მიიღო თხევადი ამიაკი, ამერიკელი გამომგონებელი ოლივერ ევანსი იყო. პირველმა შექმნა სამაცივრო კომპრესორი 1805 წელს, ჯეიკობ პერკინსი იყო პირველი, ვინც დააპატენტა გაგრილების მანქანა 1834 წელს და ჯონ გორი იყო პირველი აშშ-ში, რომელმაც დააპატენტა კონდიციონერი 1851 წელს. ვერნერ სიმენსმა შემოგვთავაზა რეგენერაციული გაგრილების კონცეფცია 1857 წელს, კარლ ლინდემ დააპატენტა მოწყობილობა თხევადი ჰაერის წარმოებისთვის კასკადური "ჯოულ-ტომსონის გაფართოების ეფექტის" და რეგენერაციული გაგრილების გამოყენებით 1876 წელს. 1885 წელს პოლონელმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა ზიგმუნდ ვრობლევსკიმ გამოაქვეყნა წყალბადის კრიტიკული ტემპერატურა 33 K, კრიტიკული წნევა 13,3 ატმ. და დუღილის წერტილი 23 K. წყალბადი პირველად გათხევადებულ იქნა ჯეიმს დიუარის მიერ 1898 წელს რეგენერაციული მაცივრის და მისი გამოგონების, Dewar ჭურჭლის გამოყენებით. თხევადი წყალბადის სტაბილური იზომერის, პარაჰიდროგენის პირველი სინთეზი ჩატარდა პოლ ჰარტეკმა და კარლ ბონჰოფერმა 1929 წელს.
სპინი წყალბადის იზომერები
ოთახის ტემპერატურაზე წყალბადი ძირითადად შედგება სპინის იზომერისგან, ორთოწყალბადისგან. წარმოების შემდეგ, თხევადი წყალბადი მეტასტაბილურ მდგომარეობაშია და უნდა გარდაიქმნას მის პარაჰიდროგენულ ფორმაში, რათა თავიდან იქნას აცილებული ფეთქებადი ეგზოთერმული რეაქცია, რომელიც ხდება დაბალ ტემპერატურაზე ცვლილებისას. პარაჰიდროგენის ფაზაში გარდაქმნა ჩვეულებრივ ხორციელდება ისეთი კატალიზატორების გამოყენებით, როგორიცაა რკინის ოქსიდი, ქრომის ოქსიდი, გააქტიურებული ნახშირბადი, პლატინით დაფარული აზბესტი, იშვიათი დედამიწის ლითონები, ან ურანის ან ნიკელის დანამატების გამოყენებით.
გამოყენება
თხევადი წყალბადი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც საწვავის შესანახი ფორმა შიდა წვის ძრავებისთვის და საწვავის უჯრედებისთვის. წყალბადის ამ აგრეგატული ფორმის გამოყენებით შეიქმნა სხვადასხვა წყალქვეშა ნავები (პროექტები „212A“ და „214“, გერმანია) და წყალბადის ტრანსპორტირების კონცეფციები (იხ. მაგალითად „DeepC“ ან „BMW H2R“). დიზაინის სიახლოვის გამო, "ZHV"-ზე აღჭურვილობის შემქმნელებს შეუძლიათ გამოიყენონ ან მხოლოდ შეცვალონ სისტემები, რომლებიც იყენებენ თხევად ბუნებრივ აირს ("LNG"). თუმცა, დაბალი მოცულობითი ენერგიის სიმკვრივის გამო, წვისთვის საჭიროა წყალბადის უფრო დიდი მოცულობა, ვიდრე ბუნებრივი აირი. თუ ორმხრივ ძრავებში „CNG“-ის ნაცვლად გამოიყენება თხევადი წყალბადი, ჩვეულებრივ საჭიროა უფრო მოცულობითი საწვავის სისტემა. პირდაპირი ინექციით, გაზრდილი დანაკარგები მიმღების ტრაქტში ამცირებს ცილინდრების შევსებას.
თხევადი წყალბადი ასევე გამოიყენება ნეიტრონების გასაგრილებლად ნეიტრონების გაფანტვის ექსპერიმენტებში. ნეიტრონისა და წყალბადის ბირთვის მასები თითქმის თანაბარია, ამიტომ ელასტიური შეჯახების დროს ენერგიის გაცვლა ყველაზე ეფექტურია.
უპირატესობები
წყალბადის გამოყენების უპირატესობა მისი გამოყენების „ნულოვანი გამონაბოლქვია“. ჰაერთან მისი ურთიერთქმედების პროდუქტი წყალია.
დაბრკოლებები
ერთი ლიტრი "ZHV" იწონის მხოლოდ 0,07 კგ. ანუ, მისი ხვედრითი წონა არის 70,99 გ/ლ 20 კ ტემპერატურაზე. თხევადი წყალბადი საჭიროებს კრიოგენულ შენახვის ტექნოლოგიას, როგორიცაა სპეციალური თერმოიზოლირებული კონტეინერები და საჭიროებს სპეციალურ დამუშავებას, რაც საერთოა ყველა კრიოგენული მასალისთვის. ამ მხრივ ის ახლოსაა თხევად ჟანგბადთან, მაგრამ ხანძრის საშიშროების გამო მეტ ზრუნვას მოითხოვს. იზოლირებულ კონტეინერებშიც კი ძნელია მისი შენახვა დაბალ ტემპერატურაზე, რომელიც საჭიროა მისი თხევადი შესანარჩუნებლად (როგორც წესი, ის აორთქლდება დღეში 1% სიჩქარით). მისი მოპყრობისას წყალბადთან მუშაობისას ასევე საჭიროა უსაფრთხოების ჩვეული ზომების დაცვა - საკმარისად ცივია ჰაერის გათხევადებისთვის, რომელიც ფეთქებადია.
რაკეტის საწვავი
თხევადი წყალბადი არის სარაკეტო საწვავის საერთო კომპონენტი, რომელიც გამოიყენება გამშვები მანქანებისა და კოსმოსური ხომალდების რეაქტიული აჩქარებისთვის. თხევადი საწვავის სარაკეტო ძრავების უმეტესობაში წყალბადი პირველად გამოიყენება საქშენის და ძრავის სხვა ნაწილების რეგენერაციულად გასაგრილებლად, სანამ ის შერეული იქნება ოქსიდიზატორთან და დაიწვება ბიძგის წარმოქმნის მიზნით. თანამედროვე H 2 / O 2 ძრავებით მოხმარებული ძრავები მოიხმარენ წყალბადით მდიდარ საწვავის ნარევს, რაც იწვევს გამონაბოლქვში წყალბადის ნაწილს. გარდა იმისა, რომ ზრდის ძრავის სპეციფიკურ იმპულსს მოლეკულური წონის შემცირებით, ეს ასევე ამცირებს საქშენისა და წვის კამერის ეროზიას.
„ZHV“-ის სხვა სფეროებში გამოყენების ისეთი დაბრკოლებები, როგორიცაა კრიოგენული ბუნება და დაბალი სიმკვრივე, ასევე შემაკავებელი ფაქტორია ამ შემთხვევაში. 2009 წლისთვის არის მხოლოდ ერთი გამშვები მანქანა (LV "Delta-4"), რომელიც მთლიანად წყალბადის რაკეტაა. ძირითადად „ZHV“ გამოიყენება რაკეტების ზედა საფეხურებზე, ან ბლოკებზე, რომლებიც ვაკუუმში კოსმოსში ტვირთის გაშვების სამუშაოს მნიშვნელოვან ნაწილს ასრულებენ. ამ ტიპის საწვავის სიმკვრივის გაზრდის ერთ-ერთ ღონისძიებად არის წინადადებები ლამის მსგავსი წყალბადის, ანუ „ZHV“ ნახევრად გაყინული ფორმის გამოყენების შესახებ.
