interakcia s vodou vo forme alkálií; c) pasívny, neaktívny; b) pri interakcii s kovmi tvoria soli; G) typické kovy; 2. Kov, ktorý možno použiť na výrobu vodíka (reakciou s vodou n.a.): a) Zn; b) Mg; c) Au; d) Hg; e) K; 3. Oxidy a hydroxidy, ktoré sú schopné reagovať s kyselinami aj zásadami nazývame: a) amfotérne b) kyslé c) zásadité 4. Zľava doprava v periódach kovové vlastnosti: a) zväčšiť b) zoslabiť c) zostať nezmenené 5. Prvok vedľajšej podskupiny VII. skupiny: a) chlór b) fosfor c) mangán d) francium 6. Náboj atómového jadra je určený: a) periódou Obr. číslo b) číslom skupiny c) poradovým číslom 7. To isté v štruktúre atómov prvkov s poradovými číslami 17 a 35: a) Celkom elektróny; c) množstvo elektronické úrovne; d) počet elektrónov na posl energetická úroveň; b) počet neutrónov; 8. Položka s elektronický vzorec 1s22s2p63s2p4: a) uhlík; b) síru; c) chlór; d) sodík; 9. Atóm uhlíka má elektrónový vzorec: a) 1s22s22p3 b) 1s22s2 c) 1s22s22p2 10. Ktorý atóm prvku má nasledujúcu štruktúru poslednej energetickej hladiny ... 3s23p5: a) fosfor; b) fluór; c) chlór; d) horčík; 11. Počet nepárových elektrónov v elektrónový obal prvok č. 19: a) 1; b) 2; v 3; d) 4; 12. Sériové číslo prvok, ktorého atómy sú schopné tvoriť vyšší oxid typu RO3: a) č. 11 (sodík); b) č. 14 (kremík); c) č. 16 (síra); 13. Prvok s elektronickým vzorcom 1s22s22p63s23p5 tvorí prchavý vodíková väzba typ: a) RH4; b) RH3; c) H2R; d) HR; 14. Objem 3 mol vodíka pri normálnych podmienkach: a) 22,4 l; b) 44,8 l; c) 67,2 l; d) 89,6 l; e) 112 1; 15. Prvok štvrtej periódy, nachádzajúci sa v sekundárna podskupina; oxid a hydroxid majú amfotérny charakter. Tento prvok tvorí oxid typu RO a hydroxid R(OH)2. a) horčík b) vápnik c) zinok d) uhlík 16. Maximálna valencia kremíka: a) IV b) V c) VI d) VII 17. Minimálna valencia selénu (č. 34): a) I b) II c ) III d ) IV 18. Molekulová hmotnosť soľ získaná interakciou dvoch vyššie oxidy prvky s konfiguráciou atómu v nich 1s22s22p63s23p64s1 a 1s22s22p3 sa rovná: a) 85; b) 111; c) 63; d) 101; e) 164; 19. Produkt „X“, ktorý sa získa ako výsledok premien: Al soľ Al (OH) 3 X a) Al Cl3 b) Al H3 c) Na Al O2 d) Al e) Al2O3 20. Súčet koeficientov v reakčnej rovnici, ktorej schéma H2S + O2 → SO2 + H2O a) 5; b) 6; na 7; d) 8; e) 9; 21. Molárna hmota oxid horečnatý (v g/mol): a) 24; b) 36; c) 40; d) 80; e) 82; 22. Počet mólov oxidu železa (III), ktoré tvoria 800 g túto zlúčeninu a) 1; b) 2; v 3; d) 4; e) 5; 23. Pri spaľovaní 8 g metánu CH4 sa uvoľnilo 401 kJ tepla. Vypočítajte tepelný efekt (Q) chemická reakcia CH4 (g) + 202 (g) = C02 (g) + 2H20 (g) + Q: a) + 401 kJ; b) + 802 kJ; c) - 802 kJ; d) + 1604 kJ; e) - 1604 kJ; 24. Za normálnych podmienok zaberá 128 g kyslíka objem: a) 11,2 l; b) 22,4 l; c) 44,8 l; d) 67,2 l; e) 89,6 l; 25. Hmotnostný zlomok vodík v zlúčenine SiH4 je: a) 30 %; b) 12,5 %; c) 40 %; d) 60 %; e) 65 %; 26. Hmotnostný podiel kyslíka v zlúčenine EO2 je 50 %. Názov prvku E v zlúčenine: a) dusík; b) titán; c) síru; d) selén; e) uhlík; 27. Počet mólov oxidu železitého (III) interagujúcich so 44,8 litrami vodíka (n.o.): a) 0,67 mol; b) 2 mol; c) 0,3 mol; d) 0,4 mol; e) 5 mol; 28. omša kyseliny chlorovodíkovej potrebné na získanie 44,8 litrov vodíka (n.o.) (Mg + 2HCl = MgCl2 + H2): a) 146 g; b) 73 g; c) 292 g; d) 219 g; e) 20 g; 29. Hmotnosť soli obsiahnutá v 400 g 80 % roztoku chloridu sodného: a) 146 g; b) 320 g; c) 210 g; d) 32 g; e) 200 g; 30. Hmotnosť soli, ktorá vznikne interakciou hydroxidu draselného s 300 g 65 % roztoku kyseliny ortofosforečnej: a) 422 g; b) 196 g; c) 360 g; d) 435 g; e) 200 g;

V roku 1766 anglický chemik G. Cavendish zbieral „horľavý vzduch“ vytlačený kovmi z kyselín a skúmal jeho vlastnosti. Ale až o 15 rokov neskôr sa dokázalo, že tento „vzduch“ je súčasťou vody a dostal názov „hydrogenium“, teda „zrodenie vody“, „vodík“.

Podiel vodíka na Zemi vrátane vody a vzduchu predstavuje asi 1 % hmotnosti. Je to veľmi bežné a životne dôležité dôležitý prvok. Je súčasťou všetkých rastlín a živočíchov, ako aj najrozšírenejšej látky na Zemi – vody.

Vodík je najrozšírenejším prvkom vo vesmíre. Stojí na začiatku dlhého a zložitý proces syntéza prvkov vo hviezdach.

Slnečná energia je hlavným zdrojom života na Zemi. A základný princíp tejto energie - termonukleárna reakcia vyskytujúce sa na Slnku v niekoľkých fázach. Jeho výsledkom je vznik 4 vodíkových jadier – protónov jedného jadra hélia a dvoch pozitrónov. Zároveň zvýrazňuje veľké množstvo energie.

Človeku sa podarilo na Zemi reprodukovať nie veľmi presnú podobizeň hlavnej slnečnej reakcie. AT pozemských pomerov do takejto reakcie môžeme prinútiť iba ťažké izotopy vodíka 2H - deutérium a 3H - trícium. Obyčajný vodík s atómovou hmotnosťou 1 – protium – je v tomto zmysle mimo našu kontrolu. Organizovaný termonukleárna fúzia ako neobmedzený zdroj pokojnej energie ešte nie je človeku dostupný.

AT periodický systém prvky vodík zaberá špeciálne miesto. Toto je prvok, ktorý začína periodická tabuľka Mendelejev. Zvyčajne stojí v skupine I nad lítiom. Pretože atóm vodíka má iba jeden valenčný elektrón (a všeobecne jeden elektrón). Avšak v moderné vydania V periodickej tabuľke je tiež umiestnený vodík VII skupina nad fluórom, pretože vodík sa nachádza spoločne s halogénmi. Okrem toho je vodík schopný vytvárať zlúčeniny s kovmi - hydridy. V praxi je najdôležitejšou z nich kombinácia lítia s ťažkým vodíkom deutériom.

Izotopy všetkých prvkov majú základné fyzikálne a Chemické vlastnosti prakticky totožné. Ale pre izotopy vodíka - protium, deutérium a trícium - sa dosť líšia. Napríklad teploty varu protia, deutéria a trícia sa líšia o niekoľko stupňov. Preto sa izotopy vodíka oddeľujú ľahšie ako izotopy akéhokoľvek iného prvku.

Vodík je bezfarebný plyn, bez zápachu a chuti. Je najľahší zo všetkých plynov, 14,4-krát ľahší ako vzduch. Vodík sa stáva kvapalným pri -252,6 °C a pevným pri -259,1 °C.

AT normálnych podmienkach chemická aktivita vodíka je málo, reaguje s fluórom, jódom a chlórom. Ale pri zvýšená teplota vodík interaguje s brómom, jódom, sírou, selénom, telúrom a v prítomnosti katalyzátorov - s dusíkom za vzniku amoniaku NH3. Zmes 2 objemových dielov H2 a 1 objemového dielu O2 – nazýva sa to výbušný plyn – pri zapálení prudko exploduje. Vodík horí v kyslíku nesvietivým plameňom za vzniku vody.

o vysoká teplota vodík je schopný "odstrániť" kyslík z molekúl mnohých zlúčenín, vrátane väčšiny oxidov kovov. Pre chemika je vodík predovšetkým výborným redukčným činidlom, hoci je stále dosť drahý. Áno, a nie je ľahké s ním pracovať. Preto sa v priemyselnom meradle redukcia vodíka (napríklad kovov z oxidov) používa veľmi obmedzene.

Vodík sa široko používa v procese hydrogenácie – premene tekutých tukov na tuhé, napríklad na získanie jedlého margarínu z rastlinných olejov, ako aj v rade chemických syntéz. Najväčší spotrebitelia vodíka v chemický priemysel stále zostáva výroba čpavku a metylalkoholu.

O vodík ako zdroj tepelnej energie sa dnes prejavuje čoraz väčší záujem. Spaľovanie čistého vodíka totiž výrazne uvoľňuje viac tepla ako pri spaľovaní rovnakého množstva akéhokoľvek paliva. Existovali dokonca aj návrhy vozidiel na vodíkový pohon. Vo väčšine z nich sú zdrojom vodíka pevné hydridy niektorých kovov, ktoré za určitých podmienok pevne zadržia vodík s nimi spojený. Ale stojí za to zmeniť tieto podmienky, napríklad zvýšiť teplotu nad nejaký, zvyčajne dosť nízky prah, a vodík sa začne uvoľňovať do zariadenia, ktoré v takomto aute nahrádza karburátor. Samozrejme, na ceste k vytváraniu hmoty vodíkové auto stále existuje veľa technických problémov. Zrejme však budú čoskoro prekonané, pretože takéto palivo je energeticky prospešné. Navyše pri spaľovaní vodíka nevzniká škodlivé nečistoty znečisťuje atmosféru a získava sa len čistá voda.

Kvapalina

Vodík(lat. Hydrogénium; označené symbolom H) je prvým prvkom periodickej sústavy prvkov. V prírode široko rozšírené. Katión (a jadro) najbežnejšieho izotopu vodíka 1H je protón. Vlastnosti 1H jadra umožňujú široké využitie NMR spektroskopie v analýze organickej hmoty.

Tri izotopy vodíka majú vlastné mená 1H - protium (H), 2H - deutérium (D) a3H - trícium (rádioaktívne) (T).

Jednoduchá látka vodík - H 2 - je ľahký bezfarebný plyn. V zmesi so vzduchom alebo kyslíkom je horľavý a výbušný. Netoxický. Rozpustný v etanole a mnohých kovoch: železo, nikel, paládium, platina.

Príbeh

Uvoľňovanie horľavého plynu pri interakcii kyselín a kovov bolo pozorované v 16. a XVII storočia na úsvite vzniku chémie ako vedy. Michail Vasilievič Lomonosov tiež priamo poukázal na jej izoláciu, no už definitívne si uvedomoval, že nejde o flogistón. anglický fyzik a chemik Henry Cavendish v roku 1766 tento plyn skúmal a nazval ho „horľavým vzduchom“. Pri horení "horľavý vzduch" produkoval vodu, ale Cavendishovo priľnutie k teórii flogistónu mu v tom zabránilo. správne závery. francúzsky chemik Antoine Lavoisier spolu s inžinierom J. Meunierom pomocou špeciálnych plynomerov v roku 1783 vykonali syntézu vody a následne jej analýzu, pričom vodnú paru rozložili rozžeraveným železom. Zistil teda, že „horľavý vzduch“ je súčasťou vody a dá sa z nej získať.

pôvod mena

Lavoisier dal vodíku meno hydrogén, čo znamená „vodonosný“. Ruské meno"vodík" navrhol chemik M.F. Solovyov v roku 1824 - analogicky so Slomonosovovým "kyslíkom".

Prevalencia

Vodík je najrozšírenejším prvkom vo vesmíre. Tvorí asi 92 % všetkých atómov (8 % tvoria atómy hélia, podiel všetkých ostatných prvkov spolu je menší ako 0,1 %). Hlavný je teda vodík komponent hviezdy a medzihviezdny plyn. V podmienkach hviezdnych teplôt (napríklad povrchová teplota Slnka je ~ 6000 °C) existuje vodík vo forme plazmy, v medzihviezdnom priestore tento prvok existuje vo forme jednotlivých molekúl, atómov a iónov a môže tvoria molekulárne oblaky, ktoré sa výrazne líšia veľkosťou, hustotou a teplotou.

Zemská kôra a živé organizmy

Hmotnostný zlomok vodíka v zemská kôra je 1% - to je desiaty najbežnejší prvok. Jeho úlohu v prírode však neurčuje hmotnosť, ale počet atómov, ktorých podiel medzi ostatnými prvkami je 17 % (druhé miesto po kyslíku, ktorého podiel atómov je ~ 52 %). Preto je význam vodíka v chemických procesoch prebiehajúcich na Zemi takmer taký veľký ako význam kyslíka. Na rozdiel od kyslíka, ktorý existuje na Zemi vo viazanom aj voľnom stave, je prakticky všetok vodík na Zemi vo forme zlúčenín; v atmosfére sa nachádza len veľmi malé množstvo vodíka vo forme jednoduchej látky (0,00005 % objemu).

Vodík je súčasťou takmer všetkých organických látok a je prítomný vo všetkých živých bunkách. V živých bunkách tvorí vodík podľa počtu atómov takmer 50 %.

Potvrdenie

Priemyselné metódy získavania jednoduché látky závisí od formy, v ktorej sa príslušný prvok nachádza v prírode, teda čo môže byť surovinou na jeho výrobu. Získa sa tak kyslík dostupný vo voľnom stave fyzickým spôsobom- extrakcia z kvapalný vzduch. Na druhej strane vodík je takmer všetok vo forme zlúčenín, a preto ho získať, chemické metódy. Môžu sa použiť najmä rozkladné reakcie. Jedným zo spôsobov výroby vodíka je reakcia rozkladu vody elektrickým prúdom.

Základné priemyselným spôsobom výroba vodíka - reakcia metánu s vodou, ktorý je súčasťou zemný plyn. Vykonáva sa pri vysokej teplote (je ľahké overiť, že pri prechode metánu aj cez vriacu vodu nedochádza k žiadnej reakcii):

CH 4 + 2 H 2 O \u003d CO 2 + 4 H 2 −165 kJ

V laboratóriu sa na získanie jednoduchých látok nepoužívajú nevyhnutne prírodné suroviny, ale tie východiskové suroviny z ktorých je ľahšie izolovať požadovanú látku. Napríklad v laboratóriu sa kyslík nezíska zo vzduchu. To isté platí pre výrobu vodíka. Jeden z laboratórne metódy získavanie vodíka, ktoré sa niekedy využíva v priemysle, je rozklad vody elektrickým prúdom.

Vodík sa zvyčajne vyrába v laboratóriu reakciou zinku s kyselinou chlorovodíkovou.

V priemysle

1. Elektrolýza vodné roztoky soli:

2NaCl + 2H20 -> H2 + 2NaOH + Cl2

2. Prechod vodnej pary cez horúci koks s teplotou asi 1000 °C:

H2O+C? H2 + CO

3.Z zemného plynu.

Steam konverzia:

CH4 + H20? CO + 3H2 (1000 °C)

Katalytická oxidácia kyslíkom:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Krakovanie a reformovanie uhľovodíkov v procese rafinácie ropy.

V laboratóriu

1.Pôsobenie zriedených kyselín na kovy. Na uskutočnenie takejto reakcie sa najčastejšie používa zinok a zriedená kyselina chlorovodíková:

Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2

2.Interakcia vápnika s vodou:

Ca + 2H20 -> Ca (OH)2 + H2

3.Hydrolýza hydridov:

NaH + H20 → NaOH + H2

4.Pôsobenie alkálií na zinok alebo hliník:

2Al + 2NaOH + 6H20 -> 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H20 → K2 + H2

5.S pomocou elektrolýzy. Pri elektrolýze vodných roztokov zásad alebo kyselín sa na katóde uvoľňuje vodík, napr.

2H30 + 2e - → H2 + 2H20

Fyzikálne vlastnosti

Vodík môže existovať v dvoch formách (modifikáciách) – vo forme orto- a para-vodíka. V molekule ortovodíka o-H 2 (t.t. −259,10 °C, bp. −252,56 °C) jadrové spiny sú smerované rovnakým spôsobom (paralelne), zatiaľ čo paravodík p-H2 (t.t. -259,32 °C, bp. -252,89 °C) - oproti sebe (antiparalelné). Rovnovážna zmes o-H2 a p-H 2 pri danej teplote je tzv rovnovážny vodík e-H2.

Modifikácie vodíka je možné oddeliť adsorpciou na aktívnom uhlí pri teplote kvapalného dusíka. Vo veľmi nízke teploty rovnováha medzi ortovodíkom a paravodíkom je takmer úplne posunutá smerom k paravodíku. Pri 80 K je pomer strán približne 1:1. Desorbovaný paravodík sa pri zahrievaní premieňa na ortovodík až do vytvorenia rovnováhy pri izbová teplota zmesi (orto-para: 75:25). Bez katalyzátora prebieha transformácia pomaly (v podmienkach medzihviezdneho média - s charakteristické časy až po kozmologické), čo umožňuje študovať vlastnosti jednotlivých modifikácií.

Vodík je najľahší plyn, 14,5-krát ľahší ako vzduch. Je zrejmé, že čo menšia hmotnosť molekuly, tým vyššia je ich rýchlosť pri rovnakej teplote. Ako najľahšie molekuly vodíka sa pohybujú rýchlejšie ako molekuly akéhokoľvek iného plynu, a preto môžu rýchlejšie prenášať teplo z jedného telesa do druhého. Z toho vyplýva, že vodík má spomedzi nich najvyššiu tepelnú vodivosť plynné látky. Jeho tepelná vodivosť je asi sedemkrát vyššia ako tepelná vodivosť vzduchu.

Molekula vodíka je dvojatómová - H2. Za normálnych podmienok je to bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. Hustota 0,08987 g/l (n.o.), bod varu −252,76 °C, špecifické teplo spaľovanie 120,9 × 10 6 J / kg, málo rozpustný vo vode - 18,8 ml / l. Vodík je vysoko rozpustný v mnohých kovoch (Ni, Pt, Pd atď.), najmä v paládiu (850 objemov na 1 objem Pd). S rozpustnosťou vodíka v kovoch súvisí jeho schopnosť difundovať cez ne; difúzia cez uhlíkatú zliatinu (napríklad oceľ) je niekedy sprevádzaná deštrukciou zliatiny v dôsledku interakcie vodíka s uhlíkom (tzv. dekarbonizácia). Prakticky nerozpustný v striebre.

kvapalný vodík existuje vo veľmi úzkom teplotnom rozsahu od -252,76 do -259,2 °C. Je to bezfarebná kvapalina, veľmi ľahká (hustota pri -253 °C 0,0708 g/cm 3) a kvapalina (viskozita pri -253 °C 13,8 °C). Kritické parametre vodíka sú veľmi nízke: teplota -240,2 °C a tlak 12,8 atm. To vysvetľuje ťažkosti pri skvapalňovaní vodíka. V kvapalnom stave sa rovnovážny vodík skladá z 99,79 % para-H2, 0,21 % orto-H2.

Tuhý vodík, bod topenia −259,2 °C, hustota 0,0807 g/cm3 (pri −262 °C) — snehová hmota, šesťuholníkové kryštály, priestorová grupa P6/mmc, parametre bunky a=3,75 c= 6,12. o vysoký tlak vodík prechádza do kovového stavu.

izotopy

Vodík sa vyskytuje vo forme tri izotopy, ktoré majú jednotlivé názvy: 1 H - protium (H), 2 H - deutérium (D), 3 H - trícium (rádioaktívne) (T).

Protium a deutérium sú stabilné izotopy s hmotnostnými číslami 1 a 2. Ich obsah v prírode je 99,9885 ± 0,0070 %, respektíve 0,0115 ± 0,0070 %. Tento pomer sa môže mierne líšiť v závislosti od zdroja a spôsobu výroby vodíka.

Izotop vodíka 3H (trícium) je nestabilný. Jeho polčas rozpadu je 12,32 roka. Trícium sa v prírode nachádza vo veľmi malom množstve.

Literatúra tiež poskytuje údaje o izotopoch vodíka s hmotnostnými číslami 4–7 a polčasmi 10–22–10–23 s.

Prírodný vodík pozostáva z molekúl H 2 a HD (deuterovodík) v pomere 3200:1. Obsah čistého vodíka deutéria D 2 je ešte menší. Koncentračný pomer HD a D2 je približne 6400:1.

Zo všetkých izotopov chemické prvky fyzikálne a chemické vlastnosti izotopov vodíka sa navzájom najviac líšia. Je to spôsobené najväčšou relatívnou zmenou hmotnosti atómov.

	Teplota topenie, K	Teplota vriaci, K	Triple bodka, K/kPa	kritický bodka, K/kPa	Hustota kvapalina / plyn, kg/m³

Deutérium a trícium majú tiež orto a para modifikácie: p-D2, o-D2, p-T2, o-T2. Heteroizotopický vodík (HD, HT, DT) nemá orto a para modifikácie.

Chemické vlastnosti

Podiel disociovaných molekúl vodíka

Molekuly vodíka H2 sú dosť silné a na to, aby vodík reagoval, je potrebné vynaložiť veľa energie:

H2 \u003d 2H - 432 kJ

Preto vodík pri bežných teplotách reaguje iba s veľmi aktívnymi kovmi, ako je vápnik, za vzniku hydridu vápenatého:

Ca + H2 \u003d CaH 2

a s jediným nekovom - fluórom, tvoriacim fluorovodík:

Vodík reaguje s väčšinou kovov a nekovov pri zvýšených teplotách alebo pri iných vplyvoch, ako je osvetlenie:

02 + 2H2 \u003d 2H20

Môže „odoberať“ kyslík niektorým oxidom, napr.

CuO + H2 \u003d Cu + H20

Napísaná rovnica odráža obnovovacie vlastnosti vodík.

N2 + 3H2 -> 2NH3

Vytvára halogenovodíky s halogénmi:

F 2 + H 2 → 2HF, reakcia prebieha výbuchom v tme a pri akejkoľvek teplote,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reakcia prebieha výbuchom, len na svetle.

Pri silnom zahrievaní interaguje so sadzami:

C + 2H2 -> CH4

Interakcia s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín

Pri interakcii s aktívnymi kovmi tvorí vodík hydridy:

2Na + H2 -> 2NaH

Ca + H2 -> CaH2

Mg + H2 -> MgH2

hydridy- fyziologický roztok, pevné látkyľahko hydrolyzovateľné:

CaH2 + 2H20 -> Ca(OH)2 + 2H2

Interakcia s oxidmi kovov (zvyčajne d-prvkami)

Oxidy sa redukujú na kovy:

CuO + H2 -> Cu + H20

Fe203 + 3H2 -> 2Fe + 3H20

W03 + 3H2 -> W + 3H20

Hydrogenácia organických zlúčenín

Molekulárny vodík je široko používaný v organická syntéza na regeneráciu organických zlúčenín. Tieto procesy sú tzv hydrogenačné reakcie. Tieto reakcie sa uskutočňujú v prítomnosti katalyzátora pri zvýšený tlak a teplotu. Katalyzátor môže byť buď homogénny (napr. Wilkinsonov katalyzátor) alebo heterogénny (napr. Raneyov nikel, paládium na uhlíku).

Tak najmä pri katalytickej hydrogenácii nenasýtených zlúčenín, ako sú alkény a alkíny, vznikajú nasýtené zlúčeniny, alkány.

Geochémia vodíka

Voľný vodík H 2 je v pozemských plynoch pomerne zriedkavý, ale vo forme vody prijíma výlučne dôležitá účasť v geochemických procesoch.

Vodík môže byť prítomný v mineráloch vo forme amónneho iónu, hydroxylového iónu a kryštalickej vody.

Vodík sa neustále vytvára v atmosfére v dôsledku rozkladu vody. slnečné žiarenie. Molekuly vodíka, ktoré majú malú hmotnosť, majú vysokú rýchlosť difúzneho pohybu (je blízko druhej vesmírna rýchlosť) a keď sa dostane do hornej atmosféry, môže letieť do vesmíru.

Vlastnosti obehu

Vodík po zmiešaní so vzduchom vytvára výbušnú zmes – takzvaný detonačný plyn. Tento plyn je najvýbušnejší pri objemový pomer vodík a kyslík 2:1 alebo vodík a vzduch približne 2:5, keďže vzduch obsahuje približne 21 % kyslíka. Nebezpečenstvo požiaru predstavuje aj vodík. Kvapalný vodík môže pri kontakte s pokožkou spôsobiť vážne omrzliny.

Výbušné koncentrácie vodíka s kyslíkom sa vyskytujú od 4 % do 96 % objemu. Pri zmiešaní so vzduchom od 4 % do 75 (74) % objemu.

ekonomika

Cena vodíka pre veľké veľkoobchodné dodávky sa pohybuje od 2 do 5 USD za kg.

Aplikácia

Atómový vodík sa používa na zváranie atómovým vodíkom.

Chemický priemysel

• Pri výrobe čpavku, metanolu, mydla a plastov
• Pri výrobe margarínu z tekutých rastlinných olejov
• Registrovaný ako potravinárska prídavná látka E949(baliaci plyn)

potravinársky priemysel

Letecký priemysel

Vodík je veľmi ľahký a vždy stúpa vo vzduchu. Kedysi vzducholode a Balóny naplnené vodíkom. Ale v 30-tych rokoch. 20. storočie došlo k niekoľkým katastrofám, pri ktorých vzducholode vybuchli a zhoreli. V dnešnej dobe sú vzducholode plnené héliom aj napriek jeho podstatne vyššej cene.

Palivo

Vodík sa používa ako raketové palivo.

Prebieha výskum využitia vodíka ako paliva pre automobily a kamióny. Vodíkové motory neznečisťujú životné prostredie a vypúšťajú iba vodnú paru.

Vodíkovo-kyslíkové palivové články využívajú vodík na priamu premenu energie chemickej reakcie na elektrickú energiu.

"Kvapalný vodík"(„LW“) je kvapalný stav agregácie vodíka s nízkou špecifickou hmotnosťou 0,07 g/cm³ a ​​kryogénnymi vlastnosťami s bodom tuhnutia 14,01 K (-259,14 °C) a bodom varu 20,28 K (-252,87 °C). Je to bezfarebná kvapalina bez zápachu, ktorá po zmiešaní so vzduchom je výbušné látky s rozsahom faktora vznietenia 4-75%. Spinový pomer izomérov v kvapalnom vodíku je: 99,79 % - paravodík; 0,21 % - ortovodík. Koeficient rozťažnosti vodíka pri zmene stav agregácie plynný je 848:1 pri 20 °C.

Ako pri každom inom plyne, skvapalnením vodíka sa zmenšuje jeho objem. Po skvapalnení sa „ZHV“ skladuje v tepelne izolovaných nádobách pod tlakom. Kvapalný vodík kvapalný vodík, LH2, LH 2) sa široko používa v priemysle ako forma skladovania plynu a vo vesmírnom priemysle ako raketové palivo.

Príbeh

Prvým zdokumentovaným použitím umelého chladenia v roku 1756 bol anglický vedec William Cullen, Gaspard Monge ako prvý získal kvapalný stav oxidu sírového v roku 1784, Michael Faraday ako prvý získal skvapalnený amoniak, americký vynálezca Oliver Evans Ako prvý vyvinul chladiaci kompresor v roku 1805, Jacob Perkins ako prvý patentoval chladiaci stroj v roku 1834 a John Gorey bol prvým v USA, ktorý patentoval klimatizáciu v roku 1851. Werner Siemens navrhol koncepciu regeneratívneho chladenia v roku 1857, Carl Linde patentoval zariadenie na výrobu kvapalného vzduchu pomocou kaskádového „Joule-Thomsonovho expanzného efektu“ a regeneratívneho chladenia v roku 1876. V roku 1885 poľský fyzik a chemik Zygmund Wroblewski zverejnil kritickú teplotu vodíka 33 K, kritický tlak 13,3 atm. a bod varu 23 K. Vodík prvýkrát skvapalnil James Dewar v roku 1898 pomocou regeneračného chladenia a jeho vynálezu, Dewarovej nádoby. Prvú syntézu stabilného izoméru kvapalného vodíka, paravodíka, vykonali Paul Harteck a Karl Bonhoeffer v roku 1929.

Spinové izoméry vodíka

Vodík pri teplote miestnosti pozostáva hlavne zo spinového izoméru, ortovodíka. Po výrobe je kvapalný vodík v metastabilnom stave a musí sa premeniť na paravodíkovú formu, aby sa zabránilo výbušnosti exotermická reakcia, ktorá prebieha pri jej zmenách pri nízkych teplotách. Konverzia na paravodíkovú fázu sa zvyčajne vykonáva pomocou katalyzátorov, ako je oxid železa, oxid chrómu, Aktívne uhlie platinovaný azbest, kovy vzácnych zemín alebo pomocou prísad uránu alebo niklu.

Použitie

Kvapalný vodík by sa mohol použiť ako forma skladovania paliva pre motory vnútorné spaľovanie a palivové články. Pomocou toho boli vytvorené rôzne ponorky (projekty „212A“ a „214“, Nemecko) a koncepcie prepravy vodíka. súhrnná forma vodík (pozri napríklad „DeepC“ alebo „BMW H2R“). Vzhľadom na blízkosť návrhov môžu tvorcovia zariadení na "ZHV" použiť alebo iba upraviť systémy, ktoré využívajú skvapalnený zemný plyn ("LNG"). Avšak vzhľadom na nižšiu objemová hmotnosť Energia na spaľovanie vyžaduje viac vodíka ako zemného plynu. Ak sa namiesto „CNG“ v piestových motoroch používa kvapalný vodík, zvyčajne je potrebný objemnejší palivový systém. Pri priamom vstrekovaní znižujú zvýšené straty v sacom trakte plnenie valcov.

Kvapalný vodík sa tiež používa na chladenie neutrónov pri experimentoch s rozptylom neutrónov. Hmotnosti neutrónu a vodíkového jadra sú takmer rovnaké, takže výmena energie pri elastická kolízia najefektívnejšie.

Výhody

Výhodou použitia vodíka je „nulová emisia“ jeho aplikácie. Produktom jeho interakcie so vzduchom je voda.

Prekážky

Jeden liter „ZHV“ váži len 0,07 kg. Teda jeho špecifická hmotnosť je 70,99 g/l pri 20 K. Kvapalný vodík vyžaduje technológiu kryogénneho skladovania, ako sú špeciálne tepelne izolované nádoby a vyžaduje špeciálne zaobchádzanie, ktoré je spoločné pre všetky kryogénne materiály. V tomto smere je blízko kvapalný kyslík, ale vyžaduje si väčšiu opatrnosť kvôli nebezpečenstvu požiaru. Dokonca aj v izolovaných nádobách je ťažké udržiavať ho pri nízkej teplote, ktorá je potrebná na udržanie tekutiny (zvyčajne sa vyparuje rýchlosťou 1 % za deň). Pri manipulácii s ním treba dodržiavať aj bežné bezpečnostné opatrenia pri práci s vodíkom – je dostatočne studený na skvapalnenie vzduchu, ktorý je výbušný.

Raketové palivo

Kvapalný vodík je bežnou súčasťou raketových palív, ktorá sa používa na prúdové zrýchlenie nosných rakiet a kozmická loď. Vo väčšine raketových motorov na kvapalné palivo sa vodík najprv používa na regeneračné chladenie dýzy a iných častí motora predtým, ako sa zmieša s oxidačným činidlom a spáli sa, aby sa vytvoril ťah. Používané moderné motory poháňané H 2 / O 2 spotrebúvajú palivovú zmes bohatú na vodík, čo má za následok určité množstvo nespáleného vodíka vo výfukových plynoch. Okrem zvýšenia špecifického impulzu motora znížením molekulovej hmotnosti sa tým znižuje aj erózia dýzy a spaľovacej komory.

Takéto prekážky pre použitie "ZHV" v iných oblastiach, ako je kryogénny charakter a nízka hustota, sú tiež odstrašujúcim prostriedkom na použitie v tento prípad. Pre rok 2009 existuje iba jedna nosná raketa (LV "Delta-4"), ktorá je výlučne vodíkovou raketou. V zásade sa „ZHV“ používa buď na horných stupňoch rakiet, alebo na blokoch, ktoré vykonávajú významnú časť práce pri vypúšťaní nákladu do vesmíru vo vákuu. Ako jedno z opatrení na zvýšenie hustoty tohto typu paliva existujú návrhy na použitie kalového vodíka, teda polozmrznutej formy „ZHV“.

V periodickom systéme má svoje vlastné určité miesto pozíciu, ktorá odráža ním zobrazené vlastnosti a hovorí o jeho elektronická štruktúra. Medzi všetkými je však jeden špeciálny atóm, ktorý zaberá dve bunky naraz. Nachádza sa v dvoch skupinách prvkov, ktoré sú svojimi prejavovanými vlastnosťami úplne opačné. Toto je vodík. Tieto vlastnosti ho robia jedinečným.

Vodík nie je len prvok, ale aj jednoduchá látka, ako aj neoddeliteľná súčasť mnohých zložité spojenia, biogénny a organogénny prvok. Preto podrobnejšie zvážime jeho charakteristiky a vlastnosti.

Vodík ako chemický prvok

Vodík je prvkom prvej skupiny hlavnej podskupiny, ako aj siedmej skupiny hlavnej podskupiny v prvom malom období. Toto obdobie pozostáva iba z dvoch atómov: hélia a prvku, o ktorom uvažujeme. Opíšme hlavné znaky polohy vodíka v periodickom systéme.

1. Poradové číslo vodíka je 1, počet elektrónov je rovnaký, respektíve počet protónov je rovnaký. Atómová hmotnosť je 1,00795. Existujú tri izotopy tohto prvku s hmotnostnými číslami 1, 2, 3. Vlastnosti každého z nich sú však veľmi odlišné, pretože nárast hmotnosti dokonca o jeden pre vodík je okamžite dvojnásobný.
2. Skutočnosť, že na vonkajšej strane obsahuje iba jeden elektrón, mu umožňuje úspešne prejavovať oxidačné aj redukčné vlastnosti. Navyše, po uvoľnení elektrónu zostáva voľným orbitálom, ktorý sa podieľa na vzniku chemické väzby podľa mechanizmu donor-akceptor.
3. Vodík je silné redukčné činidlo. Preto sa za jeho hlavné miesto považuje prvá skupina hlavnej podskupiny, kde vedie najviac aktívne kovy- alkalický.
4. Pri interakcii so silnými redukčnými činidlami, ako sú napríklad kovy, však môže ísť aj o oxidačné činidlo, ktoré prijíma elektrón. Tieto zlúčeniny sa nazývajú hydridy. Na tomto základe vedie podskupinu halogénov, s ktorou je to podobné.
5. Vďaka veľmi malému atómová hmotnosť Vodík je považovaný za najľahší prvok. Navyše, jeho hustota je tiež veľmi nízka, takže je tiež meradlom ľahkosti.

Je teda zrejmé, že atóm vodíka je na rozdiel od všetkých ostatných prvkov úplne jedinečný. V dôsledku toho sú jeho vlastnosti tiež špeciálne a tvarované sú jednoduché a komplexné látky veľmi dôležité. Zvážme ich ďalej.

jednoduchá látka

Ak hovoríme o tomto prvku ako o molekule, potom musíme povedať, že je dvojatómový. To znamená, že vodík (jednoduchá látka) je plyn. Jeho empirický vzorec bude napísaný ako H 2 a grafický - cez jeden sigma väzba H-H. Mechanizmus tvorby väzby medzi atómami je kovalentný nepolárny.

1. Parné reformovanie metánu.
2. Splyňovanie uhlia - proces zahŕňa ohrev uhlia na 1000 0 C, výsledkom čoho je vznik vodíka a uhlia s vysokým obsahom uhlíka.
3. Elektrolýza. Táto metóda možno použiť len pre vodné roztoky rôznych solí, pretože taveniny nevedú k vytekaniu vody na katóde.

Laboratórne metódy výroby vodíka:

1. Hydrolýza hydridov kovov.
2. Pôsobenie zriedených kyselín na aktívne kovy a stredná aktivita.
3. Interakcia alkalických a kovy alkalických zemín s vodou.

Na zachytenie vzniknutého vodíka je potrebné držať skúmavku otočenú hore dnom. Tento plyn sa predsa nedá zbierať tak, ako napr. oxid uhličitý. Toto je vodík, je oveľa ľahší ako vzduch. Rýchlo sa rozptýli a veľké množstvá pri zmiešaní so vzduchom exploduje. Preto musí byť trubica prevrátená. Po jeho naplnení ho treba uzavrieť gumenou zátkou.

Ak chcete skontrolovať čistotu zozbieraného vodíka, mali by ste priniesť zapálenú zápalku na krk. Ak je bavlna hluchá a tichá, potom je plyn čistý, s minimálnymi nečistotami vzduchu. Ak hlasno a pískanie - špinavé, s veľký podiel cudzie komponenty.

Oblasti použitia

Pri spaľovaní vodíka sa uvoľňuje veľký počet energie (tepla), že tento plyn sa považuje za najziskovejšie palivo. Navyše je šetrný k životnému prostrediu. Jeho využitie v tejto oblasti je však v súčasnosti obmedzené. Je to spôsobené nedomyslenými a neriešenými problémami syntézy čistého vodíka, ktorý by bol vhodný na použitie ako palivo v reaktoroch, motoroch a prenosných zariadeniach, ako aj v kotloch na vykurovanie domácností.

Koniec koncov, metódy na získanie tohto plynu sú dosť drahé, takže najprv je potrebné vyvinúť špeciálnu metódu syntézy. Ten, ktorý vám umožní prijať produkt veľký objem a za minimálne náklady.

Existuje niekoľko hlavných oblastí, v ktorých sa plyn, ktorý uvažujeme, používa.

1. Chemické syntézy. Na základe hydrogenácie sa získavajú mydlá, margaríny a plasty. Za účasti vodíka sa syntetizuje metanol a amoniak, ako aj ďalšie zlúčeniny.
2. AT Potravinársky priemysel- ako prísada E949.
3. Letecký priemysel (výroba rakiet, výroba lietadiel).
4. Energetický priemysel.
5. meteorológia.
6. Palivo ekologického typu.

Je zrejmé, že vodík je rovnako dôležitý ako v prírode zastúpený. Viac veľkú rolu hrať rôzne zlúčeniny ním tvorené.

Zlúčeniny vodíka

Ide o zložité látky obsahujúce atómy vodíka. Existuje niekoľko hlavných typov takýchto látok.

1. Halogenidy vodíka. Všeobecný vzorec- H Hal. Osobitný význam medzi nimi má chlorovodík. Je to plyn, ktorý sa rozpúšťa vo vode za vzniku roztoku kyseliny chlorovodíkovej. Táto kyselina sa nachádza široké uplatnenie takmer vo všetkých chemické syntézy. A to organických aj anorganických. Chlorovodík je zlúčenina, ktorá má empirický vzorec HCL a je jednou z najväčších z hľadiska produkcie u nás ročne. Halogenidy tiež zahŕňajú jodovodík, fluorovodík a bromovodík. Všetky tvoria zodpovedajúce kyseliny.
2. Prchavé Takmer všetky sú dosť jedovaté plyny. Napríklad sírovodík, metán, silán, fosfín a iné. Sú však veľmi horľavé.
3. Hydridy sú zlúčeniny s kovmi. Patria do triedy solí.
4. Hydroxidy: zásady, kyseliny a amfotérne zlúčeniny. Ich zloženie nevyhnutne zahŕňa atómy vodíka, jeden alebo viac. Príklad: NaOH, K2, H2SO4 a iné.
5. Hydroxid vodíka. Táto zlúčenina je známejšia ako voda. Iný názov pre oxid vodíka. Empirický vzorec vyzerá takto - H2O.
6. Peroxid vodíka. Toto je najsilnejšie oxidačné činidlo, ktorého vzorec je H202.
7. Početné organické zlúčeniny: uhľovodíky, bielkoviny, tuky, lipidy, vitamíny, hormóny, éterické oleje a iné.

Je zrejmé, že rozmanitosť zlúčenín prvku, ktorý uvažujeme, je veľmi veľká. To opäť potvrdzuje jeho vysoký význam pre prírodu a človeka, ako aj pre všetky živé bytosti.

je najlepšie rozpúšťadlo

Ako je uvedené vyššie, bežný názov danej látky- voda. Pozostáva z dvoch atómov vodíka a jedného kyslíka spojených kovalentne polárne väzby. Molekula vody je dipól, čo vysvetľuje mnohé z jej vlastností. Najmä skutočnosť, že ide o univerzálne rozpúšťadlo.

Presne o vodné prostredie deje sa takmer všetko chemické procesy. Vnútorné reakcie plastov a energetický metabolizmus v živých organizmoch sa vykonávajú aj pomocou oxidu vodíka.

Voda sa považuje za najviac dôležitá látka na planéte. Je známe, že bez nej nemôže žiť žiadny živý organizmus. Na Zemi môže existovať v troch stavoch agregácie:

• kvapalina;
• plyn (para);
• pevné (ľad).

V závislosti od izotopu vodíka, ktorý je súčasťou molekuly, existujú tri druhy vody.

1. Svetlo alebo protium. Izotop s hmotnostným číslom 1. Vzorec je H 2 O. Toto je obvyklá forma, ktorú používajú všetky organizmy.
2. Deutérium alebo ťažké, jeho vzorec je D 2 O. Obsahuje izotop 2 H.
3. Super ťažké alebo trícium. Vzorec vyzerá ako T3O, izotop je 3H.

Zásoby čerstvej protium vody na planéte sú veľmi dôležité. V mnohých krajinách už chýba. Vyvíjajú sa metódy úpravy slanej vody s cieľom získať pitnú vodu.

Peroxid vodíka je univerzálny liek

Táto zlúčenina, ako je uvedené vyššie, je vynikajúcim oxidačným činidlom. Pri silných predstaviteľoch sa však môže správať aj ako reduktor. Okrem toho má výrazný baktericídny účinok.

Ďalším názvom tejto zlúčeniny je peroxid. V tejto forme sa používa v medicíne. 3% roztok kryštalického hydrátu príslušnej zlúčeniny je liečivo, ktoré sa používa na ošetrenie malých rán s cieľom ich dekontaminácie. Je však dokázané, že v tomto prípade sa hojenie rán časom zvyšuje.

Používa sa aj peroxid vodíka raketové palivo, v priemysle na dezinfekciu a bielenie, ako penotvorné činidlo na výrobu vhodných materiálov (napríklad peny). Okrem toho peroxid pomáha čistiť akvária, bieliť vlasy a bieliť zuby. Zároveň však poškodzuje tkanivá, preto ho odborníci na tento účel neodporúčajú.